Orłowicz - Spawalnictwo Labolatorium.pdf - Spawalnictwo - marsalis

ĆWICZENIE L Spawanie gazowe

LI. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z budową i

działaniem urządzeń do spawania gazowego oraz wykonywaniem

połączeń blach metodą w lewo, prawo i w górę oraz połączeń rur.

1.2. Wiadomości podstawowe

1.2.1. Gazy stosowane do spawania gazowego

Spawanie gazowe to proces łączenia części metalowych

realizowany przez nadtapianie ich krawędzi i dodatkowego

materiału (spoiwa), które po zakrzepnięciu tworzą spoinę. Źródłem

ciepła jest płomień uzyskany ze spalania gazu palnego w

atmosferze tlenu.

Acetylen

Spośród wielu gazów palnych do spawania stosuje się

najczęściej acetylen, gdyż mieszanka tlenu i acetylenu ma wysoką

temperaturę płomienia (tab. 1.1). Acetylen jest gazem bezbarwnym

o charakterystycznym zapachu. W powietrzu zapala się od

przedmiotów nagrzanych do temperatury 350°C i pali się jasnym,

dymiącym płomieniem. Acetylen w postaci gazowej wykazuje

skłonność do wybuchu przy ciśnieniu 2 at. Ze wzrostem ciśnienia ta

skłonność rośnie, dlatego przyjmuje się, że ciśnienie robocze

acetylenu nie powinno przekraczać 1,5 at. Mieszanka acetylenu 2

powietrzem (2,3-82% acetylenu) lub tlenem (2,3-93% acetylenu)

wykazuje także skłonność do wybuchu. W kontakcie z miedzią,

stopami srebra 1 rtęcią acetylen tworzy acetylenki (związki

chemiczne cechujące się

skłonnością do wybuchu). Przy ogrzaniu do temperatury 115-

120°C w zamkniętym zbiorniku acetylen przemienia się w inne

związki (węglowodory wyższych rzędów, np. benzen, naftalen).

Proces ten nazywa się polimeryzacją i przy wzroście temperatury

kończy- się eksplozją. Acetylen powstaje w : wyniku reakcji karbidu z

wodą:

Gaz

Temperatura

płomienia

°C

Proporcja mieszanki

palnej gaz

tlen

karbid + woda —> acetylen + wapno (CaC 2 + 2H 2 O -4C 2 H 2 +

Ca(OH) 2 + Q).

Tabela 1.1. Gazy palne stosowane w spawalnictwie

Acetylen

3200

1-1,2

Wodór

2100

0,25-0,31

Benzyna

2400

1,3-1,7

Propan-butan

2100

2-3 1

Acetylen techniczny stosowany w procesie spawania może

zawierać do 2% obj. powietrza oraz maksymalnie 0,07% obj.

fosforowodoru i siarkowodoru. Gaz ten nie jest szkodliwy dla

zdrowia, ale ma działanie narkotyzujące. Wytwarza się go w

wytwornicach stałych i przenośnych. Wytwornice ze względu na

sposób działania dzielą się na wsypowe (karbid jest wsypywany do

wody), dopływowe lub szufladowe (woda dopływa do karbidu) i

wyporowe, w których acetylen przy zwiększonym ciśnieniu wypiera

wodę do osobnej przestrzeni wytwornicy, przez co zostaje

przerwana reakcja karbidu z wodą. Są stosowane wytwornice

niskiego ciśnienia o maksymalnym ciśnieniu acetylenu 0,1 at i

wytwornice wysokiego ciśnienia o dopuszczalnym ciśnieniu

acetylenu 0,1-1,5 at. Na stanowisku spawania stosuje się gaz

bezpośrednio produkowany w wytwornicy lub dostarczany w

butlach. W butli acetylen, dzięki temu, że jest rozpuszczony w

acetonie, może być sprężony bez niebezpieczeństwa wybuchu do

ciśnienia 18 at. Rozpuszczalność acetylenu jest proporcjonalna

jo ciśnienia i temperatury. Na przykład l dm 3 acetonu pod

ciśnieniem l at w temperaturze 15°C rozpuszcza 22 dm 3 gazu, a

przy ciśnieniu 18 at - 22 • 18 = 396 dni 3 acetylenu. W 40-litrowej

butli acetylenowej magazynuje się około 6,5 m 3 acetylenu.

1.2.2. Charakterystyka płomienia

Płomień stosowany w procesie spawania powstaje wskutek

zapalenia mieszanki gazu palnego i tlenu. Jądro, które tworzy się u

wylotu palnika (rys. 1.1), stanowi przestrzeń, w której mieszanka

nagrzewa się do temperatury zapłonu (strefa I, rys. 1.2). Reakcji

spalania gazu towarzyszy wzrost temperatury płomienia. W

procesie spawania wykorzystuje się obszar najwyższej temperatury,

znajdujący się tuż za jądrem (rys. 1.2). O jakości

Rys. 1.1. Skład chemiczny płomienia acetylenowo-

tlenowego; l -jądro, 2 - strefa redukująca, 3 - kita

płomienia decyduje skład chemiczny produktów spalania.

Zależy on od reakcji przebiegających w strefie redukującej (strefa

II). Płomień obojętny powstaje, gdy proces spalania odbywa się z

udziałem tlenu pochodzącego z Palnika:

C 2 H 2 + 0 2 -» 2CO + H 2 + Q,

czyli do spalenia jednej jednostki objętości acetylenu należy

dostarczyć jedną jednostkę objętości tlenu. Strefa ta zawiera 61%

CO, 22% H 2

i 17% H. Reakcje spalania zachodzące w tlenie

pochodzącym z powietrza dają produkty tworzące atmosferę kity

(strefa III):

Rys. 1.2. Schemat płomienia acetylenowo-tlenowego z

rozkładem temperatury w płomieniu obojętnym

Wszystkie reakcje są egzotermiczne. W wysokiej

temperaturze część produktów reakcji spalania rozpada się z

ujemnym efektem cieplnym. Kształt i rozmiary poszczególnych stref

zależą od stosunku objętościowego tlenu do acetylenu, określanego

przez współczynnik względnego zużycia gazów ze względu na

zanieczyszczenia tlenu technicznego parą wodną l azotem do

spalania jednostki objętości acetylenu zużywa się nieco więcej niż

jed-nąjednostkę objętości tlenu. Praktycznie płomień obojętny

charakteryzuje współczynnik p - 1,1-1,2, płomień nawęglający (i <

1,1, a płomień utleniający P > 1,2. Przy p < l węgiel na powierzchni

jądra nie ulega spaleniu. Proces spalania kończy się z

wykorzystaniem tlenu z powietrza, płomień ma właściwości

nawęglajace. Jego strefa redukująca jest większa niż w płomieniu

obojętnym. Przy nadmiarze tlenu (P > 1) jądro ulega skróceniu.

Tworzy się znaczna ilość dwutlenku węgla i pary wodnej. Strefa

redukująca jest mała. Ilość ciepła, którą dostarcza płomień, zależy

od efektów cieplnych reakcji spalania i ilości spalanych gazów. U

wylotu dyszy palnika (rys. 1.2) temperatura wynosi około 300°C, w

środkowej części jasno świecącego stożka (jądra) 600°C, a przy

jego wierzchołku 1000°C. Największa temperatura panuje tuz za

obszarem wstępnego spalania w odległości 2-8 mm od jądra i

wynosi około 3100°C.

Wypływające z palnika gazy wywierają ciśnienie na

powierzchnię roztopionego metalu. Można je określić z zależności:

Orłowicz - Spawalnictwo Labolatorium.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: