Дефекты сварных соединений. Ацетиленовые генераторы

Сварка — технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.

Сварка — экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс, широко применяемый практически во всех отраслях машиностроения.

На протяжении многих столетий этот способ сварки был единственным. Только в XIX веке возник новый способ — сварка «литьем», которая по существу являлась одной из разновидностей технологического процесса литья. Следующим по времени возникновения был способ электрической дуговой сварки, изобретенный в России и получивший широкое распространение в наши дни.

В 1802 г. профессором физики Петербургской медико-хирургической академии Василием Владимировичем Петровым было открыто явление электрической дуги и показана возможность использования ее для расплавления металлов, а следовательно, и для сварки. Это открытие, имевшее огромное научное и промышленное значение, не было должным образом оценено и использовано его современниками вследствие еще недостаточно высокого общего уровня развития техники того времени. Использование электрической дуги для сварки металлов было осуществлено русским изобретателем Николаем Николаевичем Бенардосом в 1882 г. Сущность его метода сводилась к тому, что между свариваемым изделием и угольным стержнем (электродом) пропускался ток, и возникала электрическая дуга. Дуга расплавляла поверхность изделия, а «присадочный» металл, вводимый в дугу в виде прутка, также расплавляясь в ней, заполнял место сварки.

В 1929 г., после принятия первого пятилетнего плана построения социализма в нашей стране, было издано специальное постановление Совета Труда и Обороны о развитии автогенного, т. е. сварочного дела в СССР. В 1934 г. вышло второе правительственное постановление, устанавливавшее новые контрольные цифры развития сварочного дела и предусматривавшее ряд мероприятий для его обеспечения. Последнее десятилетие характеризуется дальнейшим техническим прогрессом сварки. Отечественная промышленность переходит на автоматическую и полуавтоматическую сварку. Получают распространение новые высокопроизводительные сварочные процессы: автоматическая дуговая сварка с принудительным формированием в вертикальном положении, электрошлаковая сварка, автоматическая сварка в атмосфере защитных газов и др.

15 стр., 7481 слов

Технологические основы процесса сварки металлов и сплавов (её ...

... 80 лет. Н.Н.Бенардос впервые применил электрическую дугу между угольным электродом и металлом для сварки. Он применил созданный им способ не только для сварки, но и для наплавки ... для полуавтоматической подачи электронного прутка в зону сварки. Способ сварки плавящимся металлическим электродом получил название «дуговая сварка по способу Славянова». Изобретения Бенардоса и Славянова нашли заметное ...

Следует отметить, что родиной автоматической сварки (так же, как и ручной) является Россия. Проект первого сварочного автомата разработал Н.Н. Бенардос, а «плавильник» Н.Г. Славянова, по существу, представлял собой полуавтомат. Однако простая автоматизация подачи проволоки в дугу давала лишь незначительное увеличение производительности по сравнению с ручной сваркой. Коренное усовершенствование процесса могло быть достигнуто только при переходе на автоматическую сварку закрытой дугой, горящей под флюсом.

Идея сварки под флюсом также была выдвинута Н.Г. Славяновым, который для повышения качества сварного шва на ответственных изделиях рекомендовал засыпать в дугу толченое оконное стекло с добавкой ферросплавов. В 1929 г. советский изобретатель Д.А. Дульчевский получил авторское свидетельство на способ сварки меди под слоем флюса. Промышленные автоматы для сварки открытой дугой стали выпускаться заводом «Электрик» в Ленинграде еще с начала 30-х годов, а впоследствии завод работал над созданием автоматов для сварки под флюсом. Широкое развитие в СССР способа сварки под флюсом в современном его виде является заслугой коллектива научных сотрудников Института электросварки АН УССР, которым руководил Герой Социалистического Труда академик Евгений Оскарович Патон (1869-1953).

Этот метод имеет огромные преимущества перед ручной электросваркой как в отношении производительности процесса, так и с точки зрения получения более стабильного высокого качества металла шва.После разработки и усовершенствования сварки под флюсом СНК СССР и

ЦК ВКП(б) 20 декабря 1940 г. издали постановление о широком внедрении в производство этого способа. В 1947 г. было опубликовано еще одно постановление правительства о дальнейшем расширении применения в промышленности автоматической электросварки под слоем флюса. В 1958 г. правительством был намечен ряд новых мероприятий как по укреплению материально-технической базы сварочной техники, так и по расширению ее применения. В решениях Июльского (1960 г.) Пленума ЦК КПСС отмечается значительный рост объема производства сварных конструкций (в 1959 г. 1,3 раза больше, чем в 1958 г.) на основе широкого применения новых высокопроизводительных механизированных способов сварки; поставлены новые задачи по освоению передовой сварочной техники и массовому внедрению прогрессивных сварных конструкций в промышленности, строительстве и на транспорте. Успехи в развитии сварочного дела можно наблюдать на примере морского и речного судостроения. Начало применению электросварки в судостроении и судоремонте было положено еще изобретателем ее — Н.Г. Славяновым. В его книге «Электрическая отливка металлов» приведен перечень выполненных им электросварочных работ (всего Н.Г. Славянов выполнил 1631 работу по сварке, израсходовав в общей сложности 685 пудов присадочных материалов (электродов)), в котором, в частности, названы многие судоремонтные работы и работы по изготовлению деталей судовых механизмов и устройств.

После этих первых работ Славянова электросварка успешно применялась на ряде русских заводов при ремонте ответственных конструкций. Огромная роль в развитии сварки в СССР принадлежит Виктору Петровичу Вологдину (1883-1950), который первым после революции в начале 20-х годов возобновил сварку по методу Славянова на Дальневосточном заводе им. Ворошилова в г. Владивостоке. Сначала под его руководством на заводе производились сварочные работы ремонтного характера, но в 1923 г. был создан самостоятельный сварочный цех; уже в 1928 г. в этом цехе были изготовлены первые сварные паровые котлы и сварен ряд ответственных строительных конструкций, а в 1931 г. было построено первое электросварное судно — морской буксир. Опыт В.П. Вологдина быстро распространился по заводам центральной части СССР. С 1933 г. В.П. Вологдин возглавил отдел сварки Управления судостроительной промышленности СССР. Благодаря его инициативе и настойчивости электросварка, применение которой на судостроительных заводах СССР началось с 1930-1931 гг., стала все шире внедряться в судостроение. В 1935 г. в Ленинграде был построен первый в СССР полусварной крупный морской пароход «Седов». Одновременно с этим на ряде заводов была начата постройка сварных доков, теплоходов для Каспийского моря, грузовых шаланд и других цельносварных судов. По Наркомату речного флота с 1939 г. постройка клепаных судов была запрещена специальным приказом. Все корпуса судов должны были строиться только сварными. К началу Великой Отечественной войны сварка почти повсеместно вытеснила клепку, а в годы войны строились уже только сварные корабли и суда, многие из которых успешно участвовали в боевых операциях.

5 стр., 2435 слов

Термические виды сварки: электрошлаковая, газовая и дуговая сварка под флюсом

... сравнению с автоматической сваркой под флюсом: повышенную производительность, лучшую макроструктуру шва и меньшие затраты на выполнение 1 м сварного шва. К недостаткам электрошлаковой сварки следует отнести образование ... передвигаются в вертикальном направлении, оставляя после себя затвердевший сварной шов. В начальном и конечном участках шва образуются дефекты. В начале шва – непровар кромок, в ...

На сегодняшний день можно выделить более 60 разновидностей сварки. Все они подразделяются на 3 группы, выделяемые по физическим признакам. По формам используемой энергии различают следующие группы сварки: термическая, термомеханическая и механическая сварки.

Раздел 1. Дефекты сварных соединений и причины их возникновения

1.1 Определение. Виды дефектов

К дефектам сварных соединений относятся различные отклонения от установленных норм и технических требований, которые уменьшают прочность и эксплуатационную надежность сварных соединений и могут привести к разрушению всей конструкции.

Наиболее часто встречающиеся дефекты можно разделить на следующие основные группы: дефекты формы и размеров сварных; швов; дефекты макро- и микроструктуры; деформации и коробление; сварных конструкций.

Дефекты формы и размеров сварных швов.

Обычно форма и размеры швов устанавливаются стандартами, правилами и нормами, техническими условиями и указываются на; рабочих чертежах. Так, основные типы швов сварных соединений: и их конструктивные элементы при ручной электродуговой сварке регламентированы ГОСТ 5264-69; при автоматической и полуавтоматической сварке под флюсом — ГОСТ 8713-58*; для сварных швов, выполненных теми же способами под острым и тупым углом, руководствуются соответственно ГОСТ 11534-65 и ГОСТ 11533-65. * Здесь и в дальнейшем этим знаком отмечены ГОСТы, в которые внесены изменения.

При сварке плавлением наиболее частыми дефектами сварных соединений являются неполномерность шва, неравномерная его ширина и высота (рис. 1), крупная чешуйчатость, бугристость, наличие седловин. При автоматической сварке дефекты возникают вследствие колебания напряжения в сети, проскальзывания проволоки в подающих роликах, неравномерной скорости сварки из-за люфтов в механизме передвижения, неправильного угла наклона электрода, протекания жидкого металла в зазор. При ручной и полуавтоматической сварках дефекты могут быть вызваны недостаточной квалификацией сварщика, нарушением технологических приемов, плохим качеством электродов и других сварочных материалов.

10 стр., 4632 слов

Дефекты сварных швов и их устранение

... В зависимости от состава и свойств сварочных швов и основного металла образовавшаяся в зоне сварки трещина может распространиться на значительную длину. Трещины считают самым опасным дефектом сварки. Влияние дефекта на работоспособность сварного соединения следует рассматривать с ...

Рис. 1. Дефекты формы и размеров шва: а — неполномерность шва; б — неравномерность ширины стыкового шва; в — неравномерность по длине катета углового шва; h — требуемая высота усиления шва

Для сварки давлением (например, точечной) характерными дефектами являются неравномерный шаг точек, глубокие вмятины, смещение осей стыкуемых деталей.

Нарушение формы и размеров шва зачастую свидетельствует о наличии таких дефектов, как наплывы (натеки), подрезы, прожоги и незаверенные кратеры.

Наплывы (натеки) (рис. 2) образуются чаще всего при сварке горизонтальными швами вертикальных поверхностей в результате натекания жидкого металла на кромки холодного основного металла. Они могут быть местными, в виде отдельных застывших капель, или же иметь значительную протяженность вдоль шва. Причинами возникновения наплывов являются: большая величина сварочного тока, длинная дуга, неправильное положение электрода, большой угол наклона изделия при сварке на подъем и спуск. В кольцевых швах наплывы образуются при недостаточном или излишнем смещении электрода с зенита. В местах наплывов часто выявляются непровары, трещины и другие дефекты.

Подрезы представляют собой углубления (канавки), образующиеся в основном металле вдоль края шва при завышенном сварочном токе и длинной дуге, так как в этом случае увеличивается ширина шва и сильнее оплавляются кромки. При сварке угловыми швами подрезы возникают в основном из-за смещения электрода в сторону вертикальной стенки, что вызывает значительный разогрев, плавление и стекание ее металла на горизонтальную полку. В результате на вертикальной стенке появляются подрезы, а на горизонтальной полке — наплывы. При газовой сварке подрезы образуются из-за повышенной мощности сварочной горелки, а при электрошлаковой — из-за неправильной установки формующих ползунов.

Подрезы приводят к ослаблению сечения основного металла и могут явиться причиной разрушения сварного соединения.

Рис. 2. Наружные дефекты в швах

а — стыковых; б — угловых; 1 — наплыв; 2 — подрез.

Прожоги — это проплавление основного или наплавленного металла с возможным образованием сквозных отверстий. Они возникают вследствие недостаточного притупления кромок, большого зазора между ними, завышенного сварочного тока или мощности горелки при невысоких скоростях сварки. Особенно часто прожоги наблюдаются в процессе сварки тонкого металла и при выполнении первого прохода многослойного шва. Кроме того, прожоги могут иметь место в результате плохого поджатия флюсовой подушки или медной подкладки (автоматическая сварка), а также при увеличении продолжительности сварки, малом усилии сжатия и наличии загрязнений на поверхностях свариваемых деталей или электродах (точечная и шовная контактные сварки).

Незаваренные кратеры образуются в случае резкого обрыва дуги в конце сварки. Они уменьшают сечение шва и могут явиться очагами образования трещин.

Дефекты макроструктуры

К дефектам макроструктуры, выявляемым при увеличении не более чем в 10 раз, относятся газовые поры, шлаковые включения, непровары, трещины (рис. 3).

7 стр., 3375 слов

Подготовка металла к сварке

... Подготовка металла к сварке», чтобы показать всю важность и ответственность этого процесса. Подготовка металла и конструкций к сварке Точность подготовки деталей к сварке, ... Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют четыре основных конструктивных элемента: ... возникающих при сварке, однозначно показывает, что значительную долю брака следует отнести за счет плохого качества подготовки ...

Рис. 3. Дефекты макроструктуры в швах

а — стыковых; б — угловых; в — нахлесточных; 1 — непровар; 2 — трещины; 3 — поры; 4 — шлаковые включения

К дефектам макроструктуры, выявляемым при увеличении не более чем в 10 раз, относятся газовые поры, шлаковые включения, непровары, трещины (рис. 3).

Газовые поры образуются в сварных швах вследствие быстрого затвердевания газонасыщенного расплавленного металла, при котором выделяющиеся газы не успевают выйти в атмосферу.

Как правило, такой дефект встречается при повышенном содержании углерода в основном металле, наличии ржавчины, масла и краски на кромках основного металла и поверхности сварочной проволоки, использовании влажного или отсыревшего флюса, присутствии вредных примесей в защитных газах, неправильной регулировке пламени сварочной горелки, чрезмерной скорости сварки, нарушающей газовую защиту ванны жидкого металла, неправильном выборе марки сварочной проволоки, в особенности при сварке в среде углекислого газа. Газовые поры могут быть распределены в шве отдельными группами, в виде цепочки вдоль шва или в виде отдельных включений. Иногда образуются сквозные поры, так называемые свищи. Степень пористости шва и размер отдельных пор во многом зависят от того, как долго сварочная ванна находится в жидком состоянии, которое позволяет образующимся газам выйти из шва. Шлаковые включения являются результатом небрежной очистки кромок деталей и сварочной проволоки от окалины, ржавчины и грязи, а также (при многослойной сварке) неполного удаления шлака с предыдущих слоев. Кроме того, они возникают при сварке длинной дугой, неправильном наклоне электрода, недостаточной величине сварочного тока или мощности горелки, завышенной скорости сварки.

Шлаковые включения различны по форме (от сферической до игольчатой) и размерам (от микроскопических до нескольких миллиметров).

Они могут быть расположены в корне шва между отдельными слоями, а также внутри наплавленного металла.

Шлаковые включения, так же как и газовые поры, ослабляют сечение шва, уменьшают его прочность и являются зонами концентрации напряжений.

Непроваром называют местное несплавление основного металла с наплавленным, а также несплавление между собой отдельных слоев шва при многослойной сварке из-за наличия тонкой прослойки : окислов, а иногда и грубой шлаковой прослойки внутри швов. Причинами непроваров являются: плохая очистка металла от окалины, ржавчины и грязи, малый зазор в стыке, излишнее притупление и малый угол скоса кромок, недостаточная величина тока или мощности горелки, большая скорость сварки, смещение электрода в сторону от оси шва.

При автоматической сварке под флюсом и электрошлаковой сварке непровары обычно образуются в начале процесса, когда основной металл еще недостаточно прогрет. Поэтому сварку начинают на входных технологических планках, отрезаемых в дальнейшем. Иногда непровары по сечению шва возникают из-за вынужденных перерывов в процессе сварки.

При точечной и шовной контактных сварках причинами непроваров являются недостаточная величина тока, продолжительность сварки и давления, большая рабочая поверхность электродов. При стыковой контактной сварке непровары наиболее часто образуются в результате несвоевременного выключения сварочного тока.

Трещины и непровары являются наиболее опасным дефектом сварных швов. Они возникают в самом шве и в околошовной зоне, располагаясь вдоль и поперек шва в виде несплошностей микро- и макроскопических размеров.

Трещины разделяют на горячие и холодные в зависимости от температуры их образования.

Горячие трещины появляются в процессе кристаллизации металла шва при температуре 1100-13000С. Их образование вызывается наличием полужидких прослоек между кристаллами наплавленного металла шва в конце его затвердевания и действием в нем растягивающих усадочных напряжений. Повышенное содержание в металле шва углерода, кремния, водорода и никеля также способствует образованию горячих трещин. Они обычно расположены внутри шва и их трудно выявить.

Холодные трещины возникают при температурах 100-3000С в легированных сталях и при нормальных температурах — в углеродистых сталях сразу после остывания шва или через длительный промежуток времени. Основная причина их образования — значительные напряжения, возникающие в зоне сварки при распаде твердого раствора, и скопление под большим давлением молекулярного водорода в пустотах, имеющихся в металле шва. Холодные трещины выходят на поверхность шва и хорошо заметны.

Дефекты микроструктуры

Микроструктура шва и околошовной зоны (рис. 4) в значительной мере определяет свойства сварных соединений и характеризует их качество.

Дефектами микроструктуры сварного соединения являются: микропоры и микротрещины, нитридные, кислородные и другие неметаллические включения, крупнозернистость, участки перегрева и пережога.

На участке перегрева (см. рис. 4) металл имеет крупнозернистое строение. Чем крупнее зерна, тем меньше поверхность их сцепления и выше хрупкость металла (перегретый металл плохо сопротивляется ударным нагрузкам).

Наиболее опасным дефектом является пережог, при котором в структуре металла шва много окисленных зерен с малым взаимным сцеплением. Такой металл хрупок и не поддается исправлению. Пережог возникает при высокой температуре сварки, плохой изоляции сварочной ванны от воздуха или избытке кислорода в пламени горелки.

Рис. 4. Схема распределения структур в сварном шве и околошовной зоне (цифрами I, II, III и т.д. обозначены одни и те же участки на разрезе шва, кривой распределения температур и шкале температур на диаграмме железо-углерод)

I — неполное расплавление; II — перегрев; III — нормализация; IV — неполная перекристаллизация; V — рекристаллизация; VI — синеломкость

1.2 Устранение сварочных дефектов

Крупные трещины в швах ликвидируют путем их заварки. Предварительно сверлят сквозные отверстия на расстоянии 40—50 мм от каждого конца трещины, чтобы предупредить ее дальнейшее распространение. Затем пневматическим зубилом, газовым резаком для поверхностной резки или воздушно-дуговым резаком производят V- или Х-образную разделку трещины, зачищают ее кромки от шлака и заваривают обратно-ступенчатым способом (рис. 5).

Иногда перед сваркой металл в конце трещины нагревают газовой горелкой до температуры 150—200° С с тем, чтобы шов и нагретые участки остывали одновременно. Это позволяет избежать появления остаточных напряжений на концах шва.

Швы с внутренними мелкими трещинами, непроварами, газовыми и шлаковыми включениями полностью вырубают или выплавляют и заваривают вновь. Аналогичным образом поступают с пережженными участками.

В сварных конструкциях, изготовленных из углеродистых сталей, применяют как выплавку, так и вырубку швов; в конструкциях же из легированных сталей швы можно только вырубать, так как при выплавке происходит изменение структуры и свойств основного металла.

Рис. 5. Схема исправления сварного соединения с трещиной 1 — места подогрева; 2 — засверленные отверстия; 3 — разделка кромок трещины; 4 — трещина; I, II, III, IV — последовательность заварки

Неполномерность шва устраняют наплавкой дополнительных слоев, а подрезы заваривают тонкими валиковыми швами.

Наплавы, натеки, а также чрезмерное усиление шва (лишний металл в сечении шва) удаляют пневматическим зубилом или абразивным инструментом.

При перегреве металла выполняют соответствующую термическую обработку.

Исправление деформированных элементов сварных конструкций

В том случае, когда величина деформаций выходит за пределы допустимой, необходимо выправлять элементы или изделия механическим, термическим или термо-механичееким способом.

Для механической правки применяют домкраты, винтовые прессы, молоты и другие устройства, создающие ударную или статическую нагрузку, которая прилагается со стороны наибольшего выгиба изделия (рис. 6).

Данный способ правки довольно трудоемкий. Неправильное его выполнение может привести к образованию трещин и разрывов в сварных швах, а иногда и в основном металле.

Деформированные изделия из тонколистового металла выправляют прокатыванием их между валками (рис. 7), предварительно установив накладки на сварные швы. В процессе прокатки сварной шов растягивается, в нем возникают пластические деформации снимающие напряжения и вызванные ими коробления.

Для выправления деформированных изделий из толстолистовой стали применяют послойную проковку сварных швов.

Термическая правка заключается в нагреве небольших участков металла деформированной конструкции при помощи сварочных горелок. Нагрев ведут до перехода металла на выпуклой стороне деформированного изделия в пластическое состояние. В процессе охлаждения нагретых участков возникают напряжения, выправляющие изделия.

При правке сварной тавровой балки выпуклую ее часть нагревают полосами шириной 20—30 мм, сходящимися под углом примерно 30° (рис. 8, а).

Таким же образом для выправления швеллерной балки нагревают обе полки и, кроме того, полосами шириной около 30—40 мм — ее стенку (рис. 8, б).

При общем выпучивании рамы, сваренной из швеллеров, полосы нагрева располагают в середине пролетов так, как показано на рис. 8, в.

Рис. 6. Схема исправления сварной тавровой балки путем приложения статической нагрузки

Рис. 7. Схема исправления деформированных изделий из тонколистового металла

а — листы после сварки до прокатки, б — схема процесса прокатки, 1 — сварной шов, 2 — накладка, 3 — прокатные валки

Рис. 8. Расположение участков нагрева при термической правке

а — тавровой балки, б — балки швеллерного сечения, в — рамы из швеллеров

Рис. 9. Термомеханическая правка сварного фундамента с применением домкрата (цифрами показана последовательность мест нагрева)

1 — опоры, 2 — места нагрева, 3 — домкрат

Температура нагрева поверхности стальных изделий составляет в °С:

При толщине металла до 6 мм: 300-500

То же, 7-12 мм: 500-650

13-20: 650-800Б

свыше 20: 800-850

1.3 Охрана труда (при дуговой сварке).

Поражение электрическим током. При дуговой сварке используют источники тока с напряжением холостого хода от 45 до 80 В, при постоянном токе от 55 до 75 В, при переменном токе от 180 до 200 В при плазменной резке и сварке. Поэтому источники питания оборудуются автоматическими системами отключения тока в течение 0,5 … 0,9 с при обрыве дуги. Человеческое тело обладает собственным сопротивлением и поэтому безопасным напряжением считают напряжение не выше 12 В.

При работе в непосредственном контакте с металлическими поверхностями следует соблюдать следующие правила техники безопасности:

Надежная изоляция всех токоподводящих проводов от источника тока и сварочной дуги.

Надежное заземление корпусов источников питания сварочной дуги (рис. 10).

Применение автоматических систем прерывания подачи высокого напряжения при холостом ходе.

Надежная изоляция электрододержателя для предотвращения случайного контакта с токоведущими частями электрододержателя с изделием.

При работе в замкнутых помещениях (сосудах) кроме спецодежды следует применять резиновые коврики (калоши) и источники дополни тельного освещения.

Не допускается контакт рабочего с клеммами и зажимами цепи высокого напряжения.

Каждый сварочный пост должен быть огорожен негорючими ма териалами по бокам, а вход — асбестовой или другой негорючей тканью во избежание случайных повреждений других рабочих.

Краска, применяемая для окрашивания стен и потолков постовых кабин, должна быть матовой, чтобы уменьшить эффект отражения светового луча от них.

Рис. 10. Схема заземления сварочного оборудования

Поражение лучами электрической дуги. Сварочная дуга является источником световых лучей, яркость которых может вызывать ожоги незащищенных глаз при облучении их всего в течение 10 … 15 с. Более длительное воздействие излучения дуги может привести к повреждению хрусталика глаза и полной потере зрения. Ультрафиолетовое излучение вызывает ожоги глаз и кожи (подобно воздействию прямых солнечных лучей), инфракрасное излучение может вызвать помутнение хрусталика глаза. Стены кабины должны быть окрашены в светлые тона для ослабления контраста с яркостью дуги. При работе вне кабины применяются специальные ширмы и защитные щиты.

Раздел 2. Ацетиленовые генераторы

2.1 Ацетиленовые генераторы

Под ацетиленовым генератором понимают аппарат, служащий для получения ацетилена при разложении карбида кальция водой по следующей реакции: СаС, + 2Н20 — С2Н2 + Са(ОН).

Каждый ацетиленовый аппарат должен иметь паспорт установленной формы, инструкцию по эксплуатации и сертификат безопасности.

Теоретически для разложения 1 кг карбида кальция требуется 0,562 л воды, но практически берут от 5 до 20 л воды, так как реакция проходит с большим выделением тепла.

Ацетиленовые генераторы, предназначенные для сварки и резки, могут отличаться конструктивно и классифицируются по следующим признакам:

  • по производительности — от 0,5 до 160 мі/час;
  • по давлению вырабатываемого ацетилена — низкого (до 10 кПа) и среднего (от 70 до 150 кПа) давления;
  • по способу перемещения — передвижные и стационарные;
  • по системе регулирования взаимодействия карбида кальция с водой — с количественным регулированием взаимодействующих веществ и повременным регулированием, то есть регулированием времени контакта.

В зависимости от взаимодействия карбида кальция с водой генераторы могут быть двух систем: «КВ» — «карбид в воду» и «ВК» — «вода в карбид». Возможно комбинирование двух систем, когда дозируют оба вещества.

Основные конструктивные схемы ацетиленовых аппаратов приведены на рис.11. Основными элементами аппарата являются:

  • газообразователь, в котором происходит разложение карбида кальция водой;
  • газосборник (газгольдер), предназначенный для сбора и хранения ацетилена;
  • предохранительное устройство, ограничивающее давление ацетилена в пределах установленной для данной конструкции нормы;
  • предохранительный затвор, который при обратном ударе, происходящем в горелке или резаке, не пропускает взрывную волну во внутрь генератора;
  • устройство, предназначенное для автоматической регулировки количества вырабатываемого ацетилена в зависимости от интенсивности его потребления.

Конструкции ацетиленовых генераторов регламентируются ГОСТ519-78, из которых каждый тип имеет свои достоинства и недостатки. На практике можно применить любой тип, если генератор находится в технически исправном состоянии, но наиболее предпочтительными являются генераторы комбинированной системы «вода на карбид».

Рис. 11. Ацетиленовые генераторы (схемы): А — принцип зарядки — «карбид в воду»; Б — «вода в карбид»; В — сухое разложение карбида; Г — принцип вытеснения; Д — комбинированного действия — «вода в карбид» и «вытеснение»; 1 — бункер с карбидом кальция; 2 — реторта; 3 — подача воды; 4 — газосборник; 5 — удаление осадка; 6 — отбор газа.

Рис. 12. Ацетиленовый генератор среднего давления «АСП -10»: А — внешний вид; Б — схема; 1 — винт; 2 — коромысло; 3 — направляющие; 4 — крышка; 5 — пружина; 6 — мембрана; 7 — горловина; 8 — корзина для карбида кальция; 9 — клапан предохранительный; 10 — трубка; 11 — патрубок; 12 — вентиль; 13 — предохранительный затвор; 14 —16 — сливной штуцер; 15 — контрольная пробка; 17 — поддон; 18 — контрольный манометр.

Ацетиленовый генератор АСП-10

В условиях домашних мастерских и строительных площадок чаще всего применяют передвижной ацетиленовый генератор типа АСП-10, имеющий производительность 1,25 мі/час (рис.12), основные технические характеристики которого приведены в таблице.

Ацетиленовый генератор АСП -10 представляет собой металлический цилиндр, состоящий из корпуса с крышкой 4 и мембраной 6, корзины 8, предназначенной для загрузки карбида кальция, предохранительного клапана 9, вентиля 12, предохранительного жидкостного затвора 13, сливного штуцера 14, контрольной пробки 15, сливного штуцера 16, поддона 17 и контрольного манометра 18.

В верхней части корпуса размещен газообразователь, в котором происходит разложение карбида кальция с выделением ацетилена. В средней части расположен вытеснитель, в котором находится воздушная подушка и вода, которая сообщается с водой в газообразователе в процессе работы генератора. В нижней части генератора расположен промыватель, в котором происходит охлаждение ацетилена и отделение его от образовавшейся извести. Газосборник, являющийся верхней частью промывателя, служит для накопления образовавшегося ацетилена.

Технические характеристики генератора АСП-10

Технические характеристики

Значение

Номинальное давление, Мпа

0,15

Разовая загрузка карбида кальция, кг

3,5

Время работы без перезарядки, ч

0,8

Размеры кусков карбида кальция, мм

25-80

Общая вместимость генератора, литров

50,6

Вместимость промывателя, литров

24,5

Вместимость газообразователя, литров 15,0

15,0

Вместимость вытеснителя, литров

ИД

Количество заливаемой в генератор вода, литров

19,1

Габариты генератора, мм

420x380x960

Масса генератора (без загрузки), кг

21,3

Переносные ацетиленовые аппараты устанавливаются вне помещений, желательно под навесом. Стационарные аппараты, а также переносные, предназначенные для стационарной работы, должны устанавливаться в специальных помещениях и эксплуатироваться согласно требованиям «Правил техники безопасности и производственной санитарии при производстве ацетилена, кислорода и газопламенной обработке металлов». Возле мест установки ацетиленовых генераторов должны вывешиваться предупредительные таблички. При минусовых температурах ацетиленовые генераторы устанавливают в утепленных будках.

Заправляют генератор в следующей последовательности. Через горловину 7 заливают необходимое количество воды, которая при достижении уровня переливной трубки 10 поступает в промыватель. Заполнение контролируют переливной пробкой 15. Карбид кальция загружают в металлическую решетчатую корзину 8, закрепляют поддон 17, устанавливают на место и прижимают металлической крышкой 4 с мембраной 6. Плотность прилегания крышки к корпусу генератора обеспечивается винтовым зажимом 1.

По мере разложения карбида кальция водой выделяемый в газообразователе ацетилен по трубке 10 поступает в промыватель, проходит сквозь слой воды, где охлаждается и очищается и через вентиль 12 по шлангу поступает на потребление.

Необходимое для сварки давление ацетилена поддерживается предохранительным затвором 13. Процесс разложения карбида кальция регулируется следующим образом. По мере разложения карбида кальция корзина опускается в воду вертикальным движением под действием вытеснителя. Когда давление ацетилена повышается, корзина с карбидом поднимается вверх под действием пружины и мембраны. При этом уровень погружения карбида в воду снижается и, как следствие, снижается количество вырабатываемого ацетилена, что, в свою очередь, приводит к снижению давления. Если давление падает ниже допустимого, усилием пружины корзина опускается в воду, и автоматически увеличивается количество вырабатываемого ацетилена и давление начинает повышаться.

Кроме того, давление в аппарате регулируется уровнем воды, находящейся в газообразователе. По мере выработки ацетилена, когда давление повышается, вода под его действием переливается в вытеснитель, ее уровень снижается и количество вырабатываемого ацетилена снижается. Если давление ацетилена падает, вода из вытеснителя поднимается вверх, смачивая карбид кальция, и количество вырабатываемого ацетилена вновь возрастает. Таким образом, при помощи указанных двух механизмов поддерживается необходимое количество вырабатываемого ацетилена и его рабочее давление.

Технические характеристики предохранительных затворов

Предохранительные затворы представляют собой защитные устройства. Основная функция предохранительного затвора состоит в защите ацетиленовых генераторов и трубопроводов от проникновения в них пламени при обратном ударе. Кроме того, предохранительный затвор препятствует проникновению в генератор кислорода из горелки или резака, что может привести к взрыву. Под обратным ударом понимают воспламенение горючей смеси в каналах горелки или резака и распространение пламени по шлангу горючего газа. Горящая смесь, образовавшаяся при обратном ударе, устремляется по ацетиленовому каналу горелки или резака в шланг и при отсутствии предохранительного затвора — в ацетиленовый аппарат, что может привести к его взрыву. Это отрицательное явление возникает в случае, если скорость истечения горючей смеси станет меньше скорости ее сгорания, а также от перегрева и засорения канала мундштука горелки или резака.

Предохранительные затворы могут быть двух типов — водяные (жидкостные) и сухие (механические).

Внешний вид водяного затвора ЗСГ — 1,25, устанавливаемого на наиболее распространенных ацетиленовых генераторах АСП-10, показан на рис.13, а на рис.14 показана принципиальная схема работы данного вида оборудования для низкого давления ацетилена.

Рис. 13. Водяной затвор ЗСГ-425-4: А — от генератора; Б — к горелке; 1 — ниппель; 2 — пламенепреградитель; 3 — корпус; 4 — гуммированный клапан; 5 — колпачок; 6 — штуцер; 7 — пробка; 8 — рассекатель; 9 — контольная пробка

Рис. 14. Водяной предохранительный затвор низкого давления для ацетилена: А — при нормальной работе; Б — в случае обратного удара; 1 — вентиль; 2 — трубка газоподводящая; 3 — воронка; 4 — выходной ниппель; 5 — контрольный кран; 6 — корпус; 7 — дно затвора; 8 — диск-рассекатель; 9 — резиновая прокладка; 10 — предохранительная трубка.

Затвор состоит из цилиндрического корпуса с верхним и нижним цилиндрическими днищами. В нижнее днище затвора ввернут обратный клапан, состоящий из корпуса, обрезиненного клапана и колпачка, ограничивающего подъем клапана. Внутри корпуса (в верхней части затвора) расположен пламя-преградитель, а в нижней — рассекатель. Корпус затвора заполняют водой до уровня контрольного крана. Ацетилен, подводящийся по трубке, проходит через обратный клапан, а в верхней части корпуса — через отражатель и отводится к месту потребления через расходный кран.

При обратном ударе ацетилено-кислородного пламени давлением воды клапан прижимается к седлу и не допускает проникновения ацетилена из генератора в затвор.

Пламя гасится столбом воды. После каждого обратного удара из затвора выбрасывается часть воды, которую необходимо дополнять до уровня контрольного крана. Это необходимо делать после каждого обратного удара, так как при недостатке воды ацетилен через затвор будет выходить в атмосферу.

Недостатком водяных предохранительных затворов является замерзание воды при работе на морозе. Поэтому в зимнее время их рекомендуется заливать морозоустойчивыми водными смесями этиленгликоля или глицерина. Приготавливают эти растворы смешиванием двух объемов этиленгликоля или глицерина с одним объемом воды. Температура замерзания таких жидкостей соответственно составляет -75°С и -36°С. Иногда применяют солевые растворы (NaCl и CaCL), но они вызывают коррозию стенок затвора, что накладывает ограничение на их использование.

2.2 Инструкция по эксплуатации переносного ацетиленового генератора

Общие положения

1. Настоящая инструкция составлена с учетом требований технической характеристики /паспорта/ генератора, правил пожарной безопасности при проведении сварочных и других огневых работ; правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением; правил безопасности в газовом хозяйстве.

2. Все ацетиленовые генераторы должны иметь паспорт установленной формы, инвентарный номер, должны быть снабжены инструкцией по эксплуатации.

3. Переносные ацетиленовые генераторы должны устанавливаться на открытом воздухе или под навесом. Для выполнения временных работ допускается установка ацетиленовых генераторов в производственных и служебных помещениях объемом не менее 300м на каждый аппарат при условии, что эти помещения хорошо проветриваются. Если генератор устанавливается в холодном помещении, а газосварочные работы ведутся в другом, смежном помещении, то объем помещения, в котором устанавливается генератор, должен быть не менее 100 м на каждый аппарат.

Общие требования безопасности.

1. К самостоятельной работе по обслуживанию переносных ацетиленовых генераторов и выполнение газосварочных и газорезательных работ допускаются лица, не моложе 18 лет, прошедшие специальное обучение, сдавшие экзамен, имеющие соответствующее удостоверение .

2. При необходимости установки переносных ацетиленовых генераторов в проходах или на лестничных клетках они должны быть ограждены и находиться под непрерывным надзором.

3. При отрицательной температуре воздуха генераторы следует располагать в утепленных будках.

4. Наполнение газогенератора водой должно производиться точно до контрольных кранов или до контрольных уровней.

5. Минимальное расстояние от места сварки до склада легковоспламеняющихся материалов и установок /в том числе газовых баллонов и газогенераторов/ должно быть не менее 10м.

6. Применение открытого огня или раскаленных предметов для отогрева газогенераторов запрещается. Замерзшие ацетиленовые генераторы разрешается отогревать только паром или горячей водой, не имеющей следов масла; отогревать переносные генераторы в помещении допускается на расстоянии не менее 10м от открытого огня и при наличии вентиляции.

7. Во время работы и транспортировки генератор следует предохранять от толчков, ударов и падения.

8. Не разрешается работать от переносного генератора, расположенного на одной тележке с кислородным баллоном.

Меры безопасности при подготовке к работе

1. Перед началом работы сварщик /резчик/, обслуживающий переносной ацетиленовый генератор, обязан привести в порядок спецодежду.

2. Установить переносной генератор в соответствии с требованиями настоящей инструкции.

3. Загрузить камеру генератора заранее раздробленными кусками карбида кальция размером, соответствующим системе генератора.

4. Запаянные барабаны с карбидом необходимо открывать специально предназначенным для этих целей ножом.

Меры безопасности во время работы

1. Проверить закрепление газопроводящих шлангов на присоединительных панелях аппаратуры, горелок, резаков, редукторов, которые должны быть надежными. Для этой цели должны применяться специальные хомутики. На ниппели водяных затворов шланги должны плотно надеваться, но не закрепляться.

2. Не менее чем 3 раза в смену проверять при отключенном затворе уровень жидкости в водяном затворе.

3. Категорически запрещается:

  • а/ работать при неисправном водяном затворе или без затвора;
  • б/ работать при неисправных и неотрегулированных предохранительных клапанах или при их отсутствии, а также устанавливать заглушки вместо предохранительных клапанов;
  • в/форсировать газообразование сверх установленной паспортом производительности и искусственно увеличивать давление в генераторе сверх установленной нормы, заклинивать или устанавливать какие-либо грузы на колокол генератора;
  • г/ отключать автоматические регуляторы;
  • д/ открывать крышку загрузочного устройства реторты генераторов среднего давления всех систем до выпуска находящегося под давлением газа;
  • е/ вести работу от одного генератора несколькими горелками и резаками;
  • ж/ производить продувку шланга для горючих, газов кислородом и кислородного шланга горючими газами, а также взаимозаменять шланги при работе, пользоваться шлангами, длина которых превышает 30м;
  • з/ перекручивать или зажимать газопроводящие шланги;
  • и/ переносить генераторы при наличии в газосборнике ацетилена, после каждого обратного удара проверять шланги;
  • к/ работать на карбидной пыли;
  • л/ загружать и выгружать карбид кальция в мокрые ящики или корзины и выполнять эти операции без рукавиц;
  • м/ загружать карбид кальция в аппарат сверх нормы, установленной инструкцией по эксплуатации ацетиленового генератора;
  • н/ курить в месте хранения и вскрытия барабанов с карбидом кальция;
  • о/ пользоваться открытым огнем и применять инструменты, могущие образовать при ударе искры при вскрытии барабанов с карбидом кальция;
  • п/ резко толчками вставлять и вытаскивать камеру с карбидом в гнездо генератора;
  • р/ проталкивать карбид в камеру с помощью стальных прутьев.

Меры безопасности по окончании работ

1. Запрещается оставлять в генераторе недоработанный карбид.

2. Перед чисткой ацетиленовых установок все отверстия должны быть открыты для проветривания /продувочные краны, люки и др /. Промывать предохранительные клапаны следует не реже 1раз в месяц.

3. Известковый ил, удаляемый из генератора, должен быть выгружен в приспособленную для этой цели тару и слит в иловую яму.

4. Рабочие, выгружающие из генератора иловые остатки, должны пользоваться респираторами, брезентовыми рукавицами и защитными очками.

5. В радиусе до 10м от мест хранения ила должны быть вывешены знаки безопасности о запрещении курения и применения источников открытого огня.

2.3 Общие требования охраны труда

1. Настоящая инструкция распространяется на работников (сварщиков), выполняющих работы по обслуживанию переносных ацетиленовых генераторов, предназначенных для получения газообразного ацетилена из карбида кальция и воды для питания ацетиленом аппаратуры газопламенной обработки металлов.

2. К работе по обслуживанию переносного генератора допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинский осмотр и техническое обучение по данной специальности, сдавшие экзамен и имеющие удостоверение на право работ по обслуживанию переносных ацетиленовых генераторов.

3. Допуск к работе сварщика оформляется приказом по предприятию после проведения вводного инструктажа и выдачи удостоверения о проверке знаний по охране труда.

4. Все работы после первичного инструктажа на рабочем месте и проверки знаний в течение 2-5 смен (в зависимости от стажа, опыта и характера работы) выполняются под наблюдением мастера или опытного работника, после чего оформляется допуск работников к самостоятельной работе.

5. Сварщик, получивший инструктаж и показавший неудовлетворительные знания, к работе не допускается и должен пройти повторный инструктаж.

6. Не реже одного раза в 3 мес. сварщику необходимо пройти повторный инструктаж по безопасным приемам и методам работы. Не реже одного раза в 12 мес. проводится проверка знаний специально созданной комиссией под председательством работника, назначенного приказом руководителя предприятия. Результаты проверки знаний оформляются протоколом, номер которого проставляется в удостоверении и утверждается печатью предприятия.

7. Сварщикам следует проходить медицинский осмотр один раз в 2 года.

8. Сварщику необходимо соблюдать установленный администрацией режим труда и отдыха.

9. Получение ацетилена в переносных генераторах относится к категории взрывоопасных и вредных производств. Несоблюдение правил охраны труда, пожарной безопасности, а также норм технического режима может привести к авариям. Поэтому от сварщиков требуется особая внимательность и четкое знание безопасных приемов работы.

10. На сварщиков возможно воздействие следующих опасных и вредных производственных факторов:

  • ацетилен;
  • газообразные токсичные примесив ацетилене: сероводород и фосфористый водород;
  • аэрозоли, образующиеся при сварке или резке.

11. В соответствии с Типовыми отраслевыми нормами сварщик обеспечивается бесплатной спецодеждой, спец обувью и другими средствами индивидуальной защиты (СИЗ):

  • перчатки резиновые и брезентовые;
  • фартуки резиновые;
  • респираторы;
  • защитные очки закрытого типа со стеклами, имеющими соответствующую плотность светофильтров или щитки.

12. Сварщику, кроме настоящей инструкции, следует знать:

  • план ликвидации аварийных ситуаций на своем рабочем месте;
  • инструкцию по эксплуатации ацетиленового генератора;
  • инструкцию по аварийной остановке ацетиленового генератора;
  • инструкции по противопожарной безопасности на своем рабочем месте;
  • правила пользования СИЗ(респираторы, щитки, очки и т.д.);
  • правила оказания первой помощи при несчастных случаях;
  • правила личной гигиены.

13. О случаях травмирования сварщика следует немедленно сообщить начальнику смены или начальнику станции.

14. Работники несут ответственность за нарушение требований настоящей инструкции в соответствии с действующим законодательством.

Требования охраны труда перед началом работы.

1. Надеть положенную по нормам спецодежду и обувь.

2. Подготовить мыльный раствор для проверки пропусков газа.

3. Установить генератор в вертикальном положении в таком месте, чтобы исключить его падение, на открытом воздухе или под навесом.

4. Установить на генератор предохранительное устройство (затвор), предохранительный клапан, манометр или индикатор среднего давления.

5. Залить воду в генератор до контрольного уровня (крана) и в затвор, если он водяного типа.

6. Загрузить карбид кальция с размерами кусков 25-80 мм в сухую загрузочную корзину в количестве, рекомендуемом в зависимости от выполняемой работы, но не более объема единовременной загрузки для данного вида генератора.

7. Проверить наличие газосварочного инструмента (горелки или резака), рукавов кислородных, ацетиленовых и кислородного баллона.

8. Проверить плотность и прочность присоединения газовых рукавов к горелке (резаку) и редуктору.

9. Проверить наличие достаточного подсоса в инжекторной аппаратуре.

10. Установить генератор на расстоянии не менее 10 м от места выполнения газопламенных работ, а также от любого другого источника огня и искр.

11. Запустить генератор в работу после стабилизации давления, продуть рукава и сварочную аппаратуру ацетиленом, открыть подачу кислорода и зажечь горелку (резак).

Требования охраны труда во время работы.

1. Работать только в спецодежде и СИЗ.

2. Следить за показанием давления по манометру. Если давление в генераторе поднялось выше максимально допустимого, сброс газа должен произойти через предохранительный клапан; если клапан не сработал, через него следует принудительно выпускать ацетилен в атмосферу.

3. Отбор газа производить равномерно, не допускать форсирования производительности.

4. Разгрузку генератора производить только после полного разложения карбида кальция.

Для перезарядки генератора после полного разложения карбида кальция: сбросить остаток ацетилена в атмосферу, отключить газосварочную аппаратуру, снять предохранительный затвор, промыть корзину, слить воду и ил из генератора, конденсат из рукава.

5. Не допускать разрежения в генераторе, так как при этом возможен подсос воздуха и образование взрывоопасной ацетилено-воздушной смеси.

6. Применение металлического инструмента может привести при ударе к образованию искры, поэтому следует применять неискро-образующий инструмент.

7. При работе запрещается:

  • встряхивать и качать работающий генератор;
  • эксплуатировать генератор без предохранительного устройства, предохранительного клапана и манометра;
  • оставлять загруженный генератор без надзора;
  • работать от одного генератора двум или более сварщикам;
  • применять карбид кальция с размером кусков менее 25-80 мм;
  • использовать повторно воду после отработки первой загрузки карбида кальция;
  • производить слив карбидного ила в неположенном месте (в канализацию или на территорию участка);
  • разбирать и собирать предохранительное устройство без последующей его проверки на герметичность, на сопротивление газа и способность задерживать детонационное горение ацетилено-кислородной смеси;
  • оставлять генератор с неразложившимся карбидом кальция.

Требования охраны труда в аварийных ситуациях.

1. В случае возникновения опасности или ситуаций, которые могут привести к авариям или несчастным случаям сварщику необходимо:

  • отключить газосварочную аппаратуру;
  • принудительно через предохранительный клапан сбросить давление в атмосферу.

2. При невозможности отбора газа (давление в генераторе возрастает выше максимального в несколько раз)необходимо сбросить давление в атмосферу, дать генератору полностью остыть, открыть крышку и вынуть загрузочное устройство с неразложившимся карбидом кальция.

3. При отборе ацетилена до полного снижения давления происходит подсос воздуха или кислорода, что может привести к возникновению обратного удара пламени.

После каждого обратного удара происходит срабатывание предохранительного устройства, т.е. задержание детонационного горения ацетилено-кислородной смеси. В этом случае необходимо отсоединить предохранительный затвор и заменить его на другой.

4. Генератор не обеспечивает номинальную производительность, если в процессе работы произошло заиливание карбида кальция. Это может привести к повышению температуры, давления, к образованию продуктов полимеризации и взрыву генератора. Необходимо дать остыть генератору, при необходимости сбросить давление в атмосферу, медленно открыть крышку и разгрузить корзину.

Требования охраны труда по окончании работы.

1. В конце смены полностью доработать карбид кальция, разгрузить генератор. Промыть генератор и загрузочную корзину водой, слить воду из предохранительного устройства (мокрого типа).

2. Оставшийся карбид кальция поместить в герметичную емкость и сдать мастеру.

3. Продуть рукава от конденсата.

4. Убрать рабочий инструмент.

5. Произвести уборку рабочего места.

6. Чистый генератор в комплекте с инструментом и рукавами поместить на склад.

7. Доложить сменному мастеру об окончании работ.

8. Снять и привести в порядок спецодежду и СИЗ.

9. Вымыть лицо и руки теплой водой с мылом или принять душ.

10. Выключить свет.

11. Покидать свое рабочее место только с разрешения мастера.

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/atsetilenovyie-generatoryi/

1. Контроль качества сварных соединений. Щебеко Л.П., Яковлев А.П. М.-1972.

2. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: Учебник для вузов. А.И. Акулов, В.П. Алехин, С.И. Ермаков и др. М.: Машиностроение, 2003.