1. Spawanie gazowe palnikiem acetylenowo-tlenowym. Cięcie termiczne: tlenowe i plazmowe

1. Spawanie gazowe:

   1. wybuchowość acetylenu

Ma szerokie granice wybuchowości w powietrzu (2,4-83% objętości), po osiągnięciu pewnego ciśnienia ulega wybuchowemu rozkładowi według reakcji C₂H₂ -> 2C + H₂

1. płomień acetylenowo-tlenowy

Wykazuje korzystne cechy takie jak:

• wysoka temperatura płomienia, która w odległości 2-5mm od końca jądra osiąda 3100^oC, umożliwiająca nagrzewanie i topienie metali

• występowanie strefy redukującej (odtleniającej), zawierającej CO, H₂, H

• łatwość dokładnej regulacji płomienia, tj. utrzymanie odpowiedniego stosunku acetylenu do tlenu

• występujące w płomieniu strefy są wyraźnie ograniczone

W płomieniu acetylenowo tlenowym występują trzy strefy:

• jądro - występuje tu doprowadzony do palnika tlen i acetylen, na którego powierzchni zachodzi spalanie acetylenu

• strefa redukujące - występuje za jądrem, zawiera przeciętnie 60%CO, 20%H₂ i 20%H

• kita płomienia - następuje tu dalsze spalanie kosztem tlenu doprowadzonego z powietrza

  1. budowa butli tlenowej, acetylenowej

Tlen, acetylen, wodór i inne gazy przechowywane są w cylindrycznych butlach, wykonanych ze stali o podwyższonej wytrzymałości. Butla składa się z korpusu, stopy, głowicy, kołpaka i zaworu. Zawór chroniony jest kołpakiem, nakręcanym na pierścień butli, zabezpieczającym go przed uszkodzeniem.

1. cylinder, 2. szyjka butli, 3. pierścień zewnętrzny, 4. zawór butli, 5. kołpak

Butle z acetylenem są od środka wypełnione masą porowatą, która zabezpiecza przed wybuchem oraz wchłania aceton z rozpuszczonym w nim acetylenem i rozprowadza go po całej objętości butli

1. budowa i zasada działania dopływowej wytwornicy acetylenowej ENHA-1

Wytwornica służy do wytwarzania acetylenu (w wyniku działania wody na karbid) oraz do jego magazynowania. Podczas reakcji karbidu z wodą wydziela się dużo ciepła. Ciepło to jest niebezpieczne, ponieważ powoduje polimeryzację acetylenu, gdy temperatura wzrośnie powyżej 300^oC. Powstają wtedy związki takie jak benzyna, benzol, naftalina. Zjawisko polimeryzacji może spowodować wybuch wytwornicy. Zapobiega się mu zwiększając zawartość wody do 10l na 1kg karbidu, tak aby temperatura wody chłodzącej nie przekroczyła 60^oC.

Wytwornica acetylenu składa się ze zbiornika karbidu, zbiornika wody i zbiornika gazu. Części dodatkowe to: bezpiecznik acetylenowy, zawór bezpieczeństwa, manometry, termometry, oczyszczacz gazu, reduktor.

1. budowa i zasada działania reduktora gazowego

Reduktor gazu ma na celu obniżenie ciśnienia gazu, dopływającego z butli do palnika i utrzymanie tego ciśnienia (roboczego) na stałym poziomie w ciągu całego okresu pracy. Rozróżnia się reduktory jedno i dwustopniowe, a także: sieciowe, butlowe, centralne.

1. łącznik wlotowy, 2. fltr, 3. zaworek, 4. sprężyna, 5. śruba nastawna, 6. sprężyna, 7. przepona (membrana), 8. popychacz, 9. zawór odcinający, 10. łącznik (do palnika)

1. budowa i zasada działania bezpiecznika wodnego

Zadaniem bezpiecznika jest ochrona wytwornicy przed cofnięciem się płomienia lub mieszanki acetylenu z tlenem, co może nastąpić przy nieprawidłowym prowadzeniu palnika podczas spawania lub cięcia. Wszystkie wytwornice acetylenowe używane do spawania lub cięcia muszą być wyposażone w bezpieczniki wodne. Ze względu na ciśnienie bezpieczniki wodne dzieli się na bezpieczniki niskiego i wysokiego ciśnienia. Poza tym bezpieczniki dzieli się jeszcze na centralne i sieciowe. Bezpieczniki centralne są instalowane przy wytwornicach stałych, a bezpieczniki sieciowe przy wytwornicach przenośnych i przy instalacji sieciowej w spawalniach.

W chwili cofnięcia płomienia powstałe spaliny naciskają na wodę i wówczas zamyka się zawór zwrotny; gaz przestaje dopływać do bezpiecznika. Spaliny powstałe w bezpieczniku wypuszcza się na zewnątrz po otwarciu zaworu acetylenowego na palniku. W celu zapewnienia prawidłowego działania bezpieczników wodnych należy przed każdym rozpoczęciem pracy dokładnie kontrolować poziom wody w bezpieczniku. Czynność ta jest wskazana nie tylko przed rozpoczęciem pracy, lecz także podczas dłuższych przerw w ciągu dnia. Wodę w bezpieczniku należy zmieniać przynajmniej raz w tygodniu.

Budowa bezpiecznika: zawór zwrotny, kurek kontrolny, zbiornik bezpiecznika, odpływ gazu, wlew wody, rura dopływu gazu, kurek spustowy wody, konstrukcja chroniąca bezpiecznik, zbiornik nadmiaru wody.

1. palnik inżektorowy (smoczkowy)

Inaczej atmosferyczny, palnik, w którym paliwo gazowe wypływające z dyszy inżektora do mieszalnika zasysa powietrze pierwotne niezbędne do spalania.

Zadaniem palnika jest wymieszanie gazu palnego z tlenem, tak aby powstała mieszanka o określonym składzie, zapewniająca utworzenie stabilnego płomienia o odpowiednio wysokiej temperaturze. Palnik składa się z:

• trzonu (korpusu) z zaworami regulującymi dopływ gazu palnego i tlenu oraz łącznika do węży gumowych

• nasadki wymiennej, zakończonej dyszą płomieniową (dziobem)

• inżektora (iniektora, smoczka), służącego do zasysania gazu palnego o niższym ciśnieniu przez gaz (tlen) o wyższym ciśnieniu)

• komory mieszania

W zależności do ciśnienia gazu palnego rozróżnia się palniki niskiego ciśnienia (częściej stosowane) oraz palniki wysokiego ciśnienia.

1. techniki spawania blach

Spawanie laserowe, plazmowe, elektrogazowe, spawanie drutami z rdzeniem proszkowym, metodą MAG, MIG, TIG, gazowe

1. metody spawania gazowego

Spawacz w czasie pracy trzyma w prawej ręce palnik, a w lewej spoiwo. Zależnie od kierunku przesuwania palnika i spoiwa w czasie spawania rozróżnia się trzy metody spawania: "w prawo", "w lewo" oraz "w górę". Palnik powinien być tak prowadzony, aby topiący się koniec spoiwa i jeziorko ciekłego metalu znajdowały się w strefie redukującej płomienia.

• "w lewo" - prowadzenie palnika od ręki prawej ku lewej. Kita płomienia skierowana jest na rowek, a spoiwo postępuje przed palnikiem. Metoda jest stosowana do spawania cienkich blach (około 4mm) u pozwala otrzymać spoinę o gładkim licu. Najmniej wydajna. Spoiny te szybko stygną, co wypływa na tworzenie się w nich porów i pęcherzy, obniżających właściwości wytrzymałościowe.
  

• "w prawo" - prowadzenie palnika od ręki lewej do prawej. Kita skierowana jest na tworzącą się spoinę. Spoiwo postępuje za płomieniem palnika. Metoda stosowana jest do łączenia grubszych blach (powyżej 4mm). Charakteryzuje się lepszym wykorzystaniem ciepła, które nie tylko stapia brzegi materiału spawanego, lecz również podgrzewa ułożoną wcześniej spoinę. Zachodzi proces wyżarzania, co poprawia własności mechaniczne. Jest wydajniejsza, ze względu na większą koncentrację ciepła. Trudno uzyskać ładne lico spoiny.
  

• "w górę" - stosowana do wszystkich grubości materiału, przy czym materiał o grubości powyżej 4mm powinien być trzymany przez dwóch spawaczy jednocześnie. Palnik należy prowadzić pod kątem 30^o do osi pionowej, a drut pod około 20^o. Palnik prowadzi się równomiernym ruchem prostoliniowym, a spoiwo ruchem skokowym. Metoda ta pozwala łatwiej utrzymać oczko oraz zużyć mniej gazów.
  

1. stanowisko do spawania gazowego

Stanowisko jest wyposażone w: stół spawalniczy z wyciągiem, palniki do cięcia i spawania, butle gazowe, reduktory, zawory, węże gumowe, wytwornice acetylenu, narzędzia do czyszczenia złączy spawanych, blachę stalową, przyrząd do próby gięcia, piłę mechaniczną, szlifierkę stołową.

1. Cięcie termiczne:

   1. istota cięcia tlenowego

Polega na spalaniu metalu w strumieniu tlenu przy współudziale płomienia podgrzewającego. Powstające podczas cięcia tlenki żelaza mają temperaturę topnienia niższą (ok. 1330^oC) od temperatury topnienia stali (ok. 1480^oC). Dzięki temu tlenki łatwo oddzielają się od metalu i zostają wydmuchane strumieniem tlenu ze szczeliny cięcia.

Możemy rozróżnić trzy fazy:

• nagrzewanie miejscowe metalu do temperatury zapłonu

• spalanie metalu w strumieniu tlenu

• usuwanie, wydmuchiwanie produktów spalania

  1. warunki cięcia tlenowego

Cięcie metalu w strumieniu tlenu jest możliwe, gdy:

• reakcja chemiczna łączenia metalu z tlenem wytwarza ilość ciepła równoważącą straty cieplne powstające w czasie cięcia, np. przez przewodnictwo, promieniowanie

• temperatura zapłonu jest niższa od temperatury topnienia przecinanego materiału

• temperatura topnienia tlenku jest niższa od temperatury topnienia przecinanego materiału

• powstające w czasie cięcia tlenki są ciekłe w temperaturze reakcji spalania metalu

  1. budowa palnika do cięcia tlenowego

Palniki do cięcia różnią się od palników do spawania tym, że mają dodatkowy przewód doprowadzający tlen tzw. tnący. Najczęściej stosuje się jednak palniki uniwersalne (z wymiennymi nasadkami)

1. budowa automatów i półautomatów do cięcia tlenowego

Maszyny stałe do cięcia - automaty lub kopiarki - przeznaczone do wycinania przedmiotów o różnych kształtach według szablonów. Prowadzenie palnika według założonego toru może się odbywać na drodze wykorzystania ręcznej siły docisku kółka pantografu do krawędzi szablonu, magnetycznej siły przyciągania czujnika do stalowego wzorca, serwomechanizmów sterowanych numerycznie lub fotokomórką odwzorowującą kształt z rysunku technicznego

Maszyny przenośne do cięcia - półautomaty lub przecinarki - przeznaczone do cięcia w linii prostej lub do wycinania kół. Maszyny te poruszają się po obrabianym materiale, ustawione bezpośrednio na nim lub na przenośnych prowadnicach.

1. zastosowanie cięcia tlenowego

Stosowane w przemyśle okrętowym, hutniczym, maszynowym, chemicznym itd.

• ukosowanie brzegów przed spawaniem

• przecinanie blach, wycinanie przedmiotów o dowolnych kształtach

• wycinanie otworów

• obcinanie nadlewów i wlewów

• cięcie większej liczby cienkich blach złożonych w pakiecie (powyżej 1000mm)

• cięcie przedmiotów przeznaczonych na złom, także pod wodą

  1. istota cięcia plazmowego

Cięcie plazmą polega na wytapianiu szczeliny w przedmiotach metalowych strumieniem plazmy. Zasada cięcia plazmowego polega na wykorzystaniu bardzo wysokiej temperatury plazmy oraz bardzo dużej prędkości wylotowej gazów, wychodzących z dyszy palnika plazmowego do wytapiania i wydmuchiwania metalu ze szczeliny cięcia. Materiał jest topiony i częściowo odparowywany i wydmuchiwany.

Plazma - zjonizowana materia o stanie skupienia przypominającym gaz, w którym znaczna część cząstek jest naładowana elektrycznie, uzyskuje się ją przez przepuszczenie gazu jednoatomowego lub dwuatomowego bądź ich mieszaniny przez łuk elektryczny (zazwyczaj argon, wodór i azot). Przenoszona jest energia łuku na materiał.

1. budowa palników do cięcia plazmowego (z łukiem zewnętrznym i wewnętrznym)

Palniki z łukiem wewnętrznym są mniej wydajne ze względu na duże odprowadzenie ciepła przez dyszę chłodzoną wodą. Palniki takie stosowane są do cięcia materiałów nieprzewodzących prądu elektrycznego i do cięcia cienkich blach, poza tym do metalizacji.

Palniki z łukiem zewnętrznym są powszechnie stosowane do cięcia. Podobnie jak przy palnikach do spawania, w palnikach do cięcia łuk pomocniczy umożliwia zajarzenie łuku głównego. Zajarzenie łuku pomocniczego odbywa się w osłonie Ar, natomiast proces cięcia jest realizowany przy użyciu gazów plazmowych (Ar+H₂, N₂+H₂, N₂)

d

Łuk plazmowy zewnętrzny - zależny, bezpośredni - płonie bezpośrednio między elektrodą (katodą) i dyszą (anodą)

Łuk plazmowy wewnętrzny - niezależny, pośredni - łuk płonie między elektrodą a dyszą, a nagrzany gaz jest wydmuchiwany z dyszy jako strumień plazmy

1. zastosowanie cięcia plazmowego

do cięcia materiałów przewodzących prąd elektryczny