Газопламенная обработа металлов

ГОСТ 5190-67 «Генераторы ацетиленовые низкого и среднего давления» предусматривает следующие типы и системы генераторов. По давлению вырабатываемого ацетилена - два типа генераторов: низкого давления до 0,01 МПа (0,1 кгс/см2); среднего давления 0,01-0,07 и 0,07-0,15 МПа (0,1-0,7 и 0,7-1,5 кгс/см2); по способу применения - передвижные и стационарные; по способу взаимодействия карбида кальция с водой - системы генераторов: KB -

«карбид в воду», ВК - «вода на карбид», с вариантами «мокрого» и «сухого» процессов, ВВ - «вытеснением воды». Допускается в одном генераторе сочетание систем, например «воды на карбид» и «вытеснения воды»; такие генераторы называют комбинированными. Величина давления генератора обычно связана с его системой и производительностью.

Изготовлять ацетиленовые генераторы следует только на специализированных предприятиях по чертежам и технической документации, согласованной с ВНИИАВТОГЕНМАШем. Стационарные ацетиленовые генераторы должны быть пригодны для работы при температуре окружающей среды от 5 до 35°С, передвижные - при температуре от -25 до +40°С. В конструкции генератора должны быть предусмотрены следующие основные узлы: газообразователь, газосборник, ограничитель максимального давления, предохранительный затвор против обратного удара пламени, устройства для автоматической регулировки количества вырабатываемого ацетилена в зависимости от его потребления. Запрещены в эксплуатации передвижные генераторы с газосборником в виде плавающего колокола и генераторы, работающие по принципу погружения карбида кальция в воду. Стационарные генераторы низкого и среднего давления, а также передвижные генераторы среднего давления должны иметь манометры для измерения давления ацетилена.

Генераторы системы «карбид в воду» (KB). Схема конструкции такого генератора показана на рис. 9. Генераторы данной системы обеспечивают наилучшие условия для разложения карбида кальция, которое происходит в избытке воды, при интенсивном отводе теплоты реакции, хорошем охлаждении и промывке ацетилена. Недостаток генераторов системы KB состоит в значительном удельном расходе воды на реакцию и охлаждение газа, что увеличивает размеры реактора и количество отходов - жидкого раствора гидрата окиси кальция (гашеной извести). Данная система находит применение для более крупных генераторов низкого и среднего давления производительностью ацетилена свыше 10 м3/ч. Коэффициентом полезного использования (к.п.и.) карбида кальция называется отношение фактически полученного из генератора объема ацетилена Vф к тому объему Vn, который можно получить из всего загруженного количества карбида кальция при отсутствии потерь газа.

Генераторы системы «вода на карбид» (ВК). Генераторы данной системы применяют преимущественно для передвижных аппаратов с производительностью ацетилена до 5 м3/ч. Широко используют комбинацию систем ВК и ВВ. Для стационарных генераторов системы ВК обычно используют «сухой» метод разложения карбида кальция. На рис. 10 приведена схема генератора комбинированной системы ВК-ВВ. Карбид кальция помещают в зарядную корзину 8 реторты 7. Вода из нижнего резервуара подается через кран 6 (в генераторах среднего давления - через мембранный регулятор) в реторту. Подача воды прекращается при повышении давления газа в реторте и вытеснении части его в газосборник, отчего уровень воды опускается ниже уровня крана 6. Интенсивность газообразования в реторте также снижается вследствие вытеснения части воды из нее в конусообразный сосуд 3.

По мере расходования газа давление в газосборнике и реторте понижается, вода из сосуда 3 вновь контактирует с карбидом кальция. В реторту начинает поступать свежая вода из нижнего резервуара корпуса генератора; вследствие этого усиливается процесс разложения карбида кальция и давление в газосборнике вновь поднимается. Таким образом, автоматически регулируется скорость разложения карбида кальция в реторте в зависимости от отбора ацетилена из газосборника генератора.

Генератор АНВ-1-66 имеет производительность 1,25 м3/ч, рабочее давление 250-300 мм вод. ст., максимальное давление 1040 мм вод. ст. (0,104 кгс/см2). Он может работать при окружающей температуре до -25°С, так как водяной затвор и водоподающая система размещены в корпусе газообразователя и не замерзают.

Осушитель загружают: летом - кусками кокса грануляции 10/25 мм, зимой - нижнюю половину коксом, верхнюю - карбидом кальция. Генератор работает на карбиде грануляции 25/80 мм. Можно использовать карбид кальция грануляции 15/25 мм при укладке в корзину более мелкой сетки и уменьшения единовременной загрузки карбида кальция в реторту с 2,5 до 2,0 кг.

Генераторы системы ВК и комбинированные имеют худшие условия для охлаждения реакционной зоны по сравнению с системой КВ. Поэтому температуру воды в них допускают до 90°С. Так как карбид кальция при разложении не перемешивается, то к.п.и. карбида в них также ниже и не превышает 0,8-0,9. Генераторы не позволяют значительно форсировать их работу ввиду опасности перегрева карбида кальция и ацетилена в реторте. Преимущество этих генераторов - несложность конструкции, незначительное количество отходов (известкового ила) и простота обслуживания

Генераторы системы «вытеснения воды» (ВВ). Эта система нашла применение преимущественно в передвижных аппаратах низкого и среднего давления производительностью не свыше 5 м3/ч.

Корпус генератора системы ВВ типа АСМ-1,25-3 (рис. 11) состоит из двух состыкованных частей: промывателя 1 и газообразователя 4. Верхнее днище 5 имеет горловину, через которую вставлена корзина 6 с карбидом кальция, закрепленная на крышке 7 винтом 8 и рычагом 9. Пространство между корпусом газообразователя и шахтой 10 образует газовую подушку, обеспечивающую колебания уровня воды в газообразователе при изменении в нем давления ацетилена. Стакан 11, надетый на трубку 12 для отвода ацетилена из газообразователя, служит для предотвращения попадания в промыватель пены и известкового ила. Нижний конец трубки 12 опущен в промыватель 1. Воду в промыватель и газообразователь заливают через горловину шахты.

При опускании корзины 6 с карбидом кальция в воду, заполняющую шахту, и последующем закрывании крышки 7 образующийся ацетилен проходит по трубке 12 в промыватель, пробулькивает через слой воды в нем, охлаждается при этом и через клапан 3 по шлангу 2 идет в водяной затвор 13, а затем - в горелку или резак. Генератор имеет манометр 14 и рукоятки 15. При работе зимой на генератор надевают утепляющий чехол, предохраняющий воду от замерзания.

Генератор АСМ-1-66 имеет производительность 1,25 м3/ч, рабочее давление 0,01 - 0,03 МПа (0,1-0,3 кгс/см2), максимальное давление 0,15 МПа (1,5 кгс/см2) и предназначен для использования карбида кальция грануляции 25/80 мм. Единовременная загрузка карбида кальция 2,2 кг, емкость по воде 36 л; количество заливаемой воды: в промыватель 5 л, в газообразователь 9 л. Генератор может работать в зимних условиях, для чего применяют утепляющий чехол.

Генераторы системы «вытеснения воды» (ВВ) имеют те же преимущества и недостатки, что и генераторы системы «вода на карбид» (ВК); поэтому они также находят применение лишь при небольшой производительности и работах в условиях передвижных постов для газопламенной обработки.

Генераторы для сухого процесса разложения карбида кальция. В этих генераторах карбид кальция разлагается в строго дозируемом количестве воды, которая в распыленном виде подается через сопла в реакционное пространство. Это количество воды примерно вдвое больше теоретически необходимого для разложения карбида кальция. В процессе разложения карбид кальция интенсивно перемешивается. Для поглощения теплоты реакции избыточная (над реакционной) вода доводится до состояния пара.

В генераторе сухого типа (рис. 12) карбид кальция из бункера 5 непрерывно подается шнековым питателем 2 во вращающийся ситчатый барабан 7, в котором подвергается разложению водой, подаваемой струями через сопла коллектора 8. Сухой гидрат окиси кальция ссыпается в бункер 15. Получаемый ацетилен проходит промыватель 11 и осушитель 13, а затем по трубе 12 подается в сеть потребления.

Генераторы для использования карбидной пыли и мелочи. Карбидная пыль и мелочь разлагаются с очень большой скоростью, почти мгновенно. Это связано с опасностью спекания образующегося известкового ила, перегревом и, как следствие, со взрывчатым распадом ацетилена. Для разложения карбидной пыли и мелочи применяют специальные генераторы «вода на карбид», в которых подача пыли и мелочи производится мелкими порциями с помощью шнекового питателя. В момент падения пыли в реакционное пространство она обильно орошается водой, а в самом газообразователе интенсивно перемешивается мешалками. Избыток жидкого ила непрерывно удаляется путем слива через гидрозатвор. Для предохранения от проникновения воздуха в реактор при загрузке его карбидом устанавливают двойной бункер со шлюзовым затвором между верхней и нижней частями бункера (рис. 13).

4)ВЫБОР РЕЖИМА СВАРКИ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА СВАРКИ.

Процесс сварки сталей с повышенным содержанием углерода и легирующих элементов

сопровождается частичным окислением этих элементов в сварочной ванне и дуге. Наряду с этим возможно легирование шва элементами, имеющимися в основном металле.

Легирующие элементы замедляют изотермический распад аустенита, что при высоких скоростях охлаждения, свойственных процессам сварки, может вызвать образование закалочной структуры мартенсита и образование трещин в шве и зоне термического влияния.

Указанный процесс удобно рассматривать по кривым изотермического распада аустенита (называемым иногда С-образными кривыми). Левая кривая определяет начало распада аустенита и показывает время выдержки изделия при данной температуре, необходимое для начала процесса распада аустенита. Это время обычно называется инкубационным периодом. Правая кривая определяет конец распада аустенита, т. е. показывает время выдержки изделия при заданной температуре, необходимое для окончания процесса распада аустенита.

Время прохождения процесса распада аустенита называется периодом распада аустенита.

Устойчивость аустенита данной стали, период его распада, а также свойства и структура продуктов распада изменяются в зависимости от температуры распада. При высоких температуpax скорость распада аустенита мала и время распада велико; по мере снижения температуры скорость распада возрастает и время распада уменьшается. При некоторой температуре, которая зависит от состава стали, скорость распада достигает максимума. Эта температура характеризует момент наименьшей устойчивости аустенита.

Продуктами распада при скорости охлаждения, определяемой кривой, явится смешанная структура перлита с мартенситом. Если скорость охлаждения будет еще больше, нормальный распад аустенита даже не начнется.

Температуры начала и конца мартенситного превращения зависят от содержания в стали углерода и для сталей, применяемых в судостроении, находятся в интервале 350-200° С. Очертание кривых изотермического распада аустенита зависит от химического состава стали, однородности аустенита и размеров его зерна (при больших зернах распад замедляется). Почти все легирующие примеси, а также углерод увеличивают инкубационный период и замедляют процессы распада аустенита, увеличивая период распада. По убывающей степени замедляющего действия, оказываемого на процессы распада аустенита, элементы располагаются в следующей последовательности: углерод, хром, молибден, ванадий, марганец, медь, никель, кремний.

Таким образом, при сварке сталей с повышенным содержанием углерода, а также сталей легированных будет происходить не только выгорание легирующих элементов, но и образование в зоне термического влияния либо в металле шва новых структур, отличных от исходной структуры основного металла.

Это во многих случаях может привести к образованию трещин, так как в зоне сварки образуются структуры с различными физическими свойствами, резко отличающиеся по своим механическим качествам, удельному весу и объему, коэффициентам линейного и объемного расширения и типу кристаллической решетки.

Для характеристики изменения механических свойств можно привести, например, изменение твердости (по Виккерсу): перлит - 180, сорбит - 250, тростит - 360, мартенсит - 600.

Трещины в шве часто являются горячими, т. е. возникают при температурах, близких к температуре солидуса. Трещины в шве могут быть продольными и поперечными.

Сварка швов в особо жестком контуре, не допускающем их поперечного укорочения, приводит к образованию продольных трещин. Если кромки не закреплены, но изделие массивное и оказывает значительное сопротивление продольному укорочению шва, могут возникнуть поперечные трещины. Если прочность и пластичность металла шва выше, чем в зоне термического влияния, то трещины (продольные либо поперечные) могут возникнуть в этой более хрупкой зоне основного металла.

Зная причины возникновения трещин при сварке закаливающихся сталей, можно установить требования к технологии, при выполнении которых трещины возникать не будут: тепловой режим сварки (сила тока, скорость сварки) должен обеспечивать скорость охлаждения, меньшую критической.

Если режим сварки этого не обеспечивает, можно применить подогрев для уменьшения скорости охлаждения. Для сталей малопластичных можно уменьшить жесткость конструкции, разбив ее на отдельные узлы и выполняя объем сварки поочередно в пределах отдельного свариваемого узла. При сварке легированной стали происходит выгорание легирующих элементов, выделение карбидов при нагреве, наблюдается самозакаливаемость наплавленного металла и металла переходной зоны, возникают усадочные напряжения и появляются трещины вследствие малой теплопроводности некоторых легированных сталей.

Для предотвращения или устранения указанных явлений при сварке легированных сталей рекомендуется не допускать их перегрева, строго соблюдать установленные режимы сварки, применять специальные составы флюсов и обмазок, подогревать изделия перед сваркой и проводить термообработку изделий после сварки.

Свариваемость низколегированной конструкционной стали перлитного класса в основном определяется содержанием углерода. При содержании до 0,2% С сталь сваривается хорошо, при 0,35% С - удовлетворительно, при 0,4% С - ограниченно, а при содержании больше 0,4% С - очень плохо (необходим предварительный  подогрев  и  последующий отжиг).

Хромистые нержавеющие стали содержат 12-14% Сг и 0,1-0,4% С. Свариваемость этих сталей (марок 1X13, Х14) вполне удовлетворительна при содержании до 0,2% С. Они обычно имеют феррито-мартенситную структуру. При сварке необходимо применять защитные покрытия (для предотвращения выгорания хрома) или легировать присадочный металл или электроды хромом. Стали типа 2X13, 3X13 имеют мартенситную структуру. Сварку хромистой стали рекомендуется осуществлять электродуговым способом с обязательным подогревом металла перед сваркой и последующей термической обработкой. Хромистые стали после сварки становятся хрупкими; сварные швы не выдерживают больших деформаций. Вязкость сварных швов восстанавливают отжигом при 750-800°С. Предварительный подогрев до 200-300°С позволяет избежать образования трещин.