Data: 14.03.1997	LABORATORIUM ZE SPAWALNICTWA	Ocena:
Marcin Zembalski gr. 21M - st.5	Temat: Spawanie gazowe i cięcie termiczne	Podpis:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z podstawowymi metodami spawania i cięcia gazowego oraz z budową sprzętu spawalniczego.

2. Sprzęt spawalniczy.

Stanowisko do spawania i cięcia gazowego składa się z:

• dwóch butli gazowych z których jedna zawiera tlen (O₂) zaś druga acetylen (C₂H₂)

• dwóch reduktorów (każda butla posiada swój reduktor)

• przewodów doprowadzających gazy do palnika

• palnika (w którym następuje wymieszanie się gazów)

• stołu wyłożonego cegłą szamotową (odporną na wysokie temperatury)

3. Charakterystyka i istota metod spawania gazowego:

Proces spawania acetylenowo-tlenowego jak i w ogólności spawanie płomieniem gazowym polega na łączeniu metali za pomocą ciepła otrzymanego przez spalanie gazu palnego w atmosferze gazu-tlenu .Gazem palnym używanym do spawania gazowego jest acetylen .

Proces spawania gazowego może odbywać się z dodawaniem lub bez dodawania spoiwa .Zależnie od kierunku przesuwania palnika i równocześnie spoiwa względem wykonanej spoiny , rozróżnia się trzy metody spawania: w lewo, w prawo ,w górę. Metoda spawania określają sposób trzymania i prowadzenia palnika oraz materiału dodatkowego względem spawanego metalu podczas trwania procesu spajania .

METODA SPAWANIA W LEWO -stosowana jest najlepiej do spajania blach o grubości do 4 mm. Płomień palnika zwrócony jest w kierunku posuwu , a koniec drutu elektrodowego w kierunku przeciwnym W tej metodzie dysza płomienia palnika może być odchylona od pionu względem spawanych blach pod kątem zmieniającym się w zakresie od 45 -60 stopni. W takim położeniu dyszy płomień skierowany jest na materiał rodzimy , który ma być spawany , a dysza palnika znajduje się między topionym końcem spoiwa i odcinkiem wykonanej spoiny.

METODA SPAWANIA W PRAWO -charakteryzuje się tym że płomień zwrócony jest w kierunku przeciwnym do kierunku spajania i nachylony do spoiny pod kątem zmieniającym się w granicach 45 -70 stopni. Dziob palnika i drut elektrodowy znajdują się w płaszczyźnie symetrii przechodzącą przez oś spoiny , przy czym drut elektrodowy zwrócony jest w kierunku posuwu i pochylony względem spoiny pod kątem 45 stopni. Koniec pałeczki spoiwa jest zanurzony w jeziorku ciekłego metalu i wykonuje drobne ruchy półkoliste poprzeczne do kierunku posuwu .Spawanie w prawo przeznaczone jest do spawania blach o grubości powyżej 4 mm.

METODA SPAWANIA W GORĘ .Spoina układana jest w kierunku pionowym od dołu w gorę. Płomień zwrócony jest w kierunku posuwu pod kątem 60 stopni od powierzchni blachy. Drut elektrodowy zwrócony w kierunku przeciwnym do kierunku spawania i pochylony pod kątem w granicach 70 -80 stopni do powierzchni złącza Palniki prowadzi się ruchem prostoliniowym , a drutem elektrodowym wykonuje się niewielkie ruch poprzeczne .Metoda spawania w gorę może być stosowana w dwu odmianach : jako jednostronna do łączenia blach o grubości 2 -6 mm bez ukosowania i o grubości 7 -10 mm z ukosowaniem oraz jako dwustronna do spawania blach nie ukosowanych o grubości 3 - 10 mm i ukosowanych o grubości 12 -20 mm.

Parametry spawania i cięcia:

Metoda spawania	Grubość blachy spawanej	Wydajność palnika	Średnica drutu elektrodowego	Czas spawania	Zużycie materiałów Acetylen Tlen Spoiwa z wytw. z butli spaw. palnikiem karbid acet.roz. n-go ciśn. w-go ciśn
	S. [mm]	M. [1/h]	d [mm]	t [min]	k [g] B [g] Tn [l] Tw [l] G [g]
w lewo bez spoiwa	0,8 - 2	100s	-	3s	20s^2 6s^2 6s^2 5,5s^2
w lewo ze spoiwem	1 - 6	100s	0,5s+1	5s	33s^210s^210s^2 9,2s^2 10s^2
w prawo	od 4	100s	0,5s	4s	27s^2 8s^2 8s^2 7,4s^2 8s^2

W płomieniu acetylenowo - tlenowym wyodrębnia się trzy strefy. Są to:

• strefa pierwsza - najbliższa wylotowi palnika, w strefie tej płomień występuje w postaci mocno świecącego stożka, zwanego jądrem płomienia, posiada on najwyższą temperaturę;

• strefa druga - środkowa - jest bezbarwna, nazywana jest strefą redukującą;

strefa trzecia - najdalej oddalona od wylotu palnika, jest największą ze stref, nazywana jest kitą płomienia; ).

Bardzo ważnymi elementami w pracy z gazami roboczymi przeznaczonymi do cięcia i spawania gazowego są stosowane zabezpieczenia. Zabezpieczenia te mają związek z przechowywaniem gazów, ich dostarczaniem do palnika jak i z zabezpieczeniem przed powrotem płomienia. Jednym ze sposobów zabezpieczeń jest min masa porowata nasycona acetonem. Zabezpiecza ona butlę przed wybuchem na skutek rozpadu acetylenu spowodowanego czynnikami zewnętrznymi np. powrotem płomienia do palnika.

Wszystkie wytwornice acetylenu przeznaczone do celów spawalniczych muszą być wyposażone w bezpieczniki wodne. Bezpiecznik wodny spełnia bardzo ważne zadanie - zapobiega on bowiem przed cofnięciem się płomienia lub mieszanki acetylenowo-tlenowej do wytwornicy.

Aby przeciąć tlenem dany metal, muszą być spełnione następujące warunki;

- należy nagrzać metal do temperatury jego zapłonu;

- na nagrzane miejsce należy skierować strumień tlenu;

- przesuwać palnik ze stałą prędkością wzdłuż linii cięcia;

- zachować stałą odległość jądra płomienia acetylenowo-tlenowego od powierzchni przecinanej blachy.

PRZYKŁADOWE PARAMETRY

Grubość ciętej blachy	Nr łuski	Nr dyszy	Ciśnienie acetylenu w Pa	Ciśnienie tlenu PN -MPa	Żużycie acetylenu w m^3/h	Żużycie tlenu w m^3/h	Prędkość cięcia w m/h	Odległość czoła dyszy od powierzchnii w mm
3 -15	-----	1	490 - 29420	0,15 - 0,3	0,3 - 0,65	1,5 - 2,5	36 - 18	3
15 -40	1	2	490 - 29420	0,15 - 0,45	0,45 - 0,80	3,0 - 5,0	24 - 15	5

4. Cięcie i spawanie.

Spalanie acetylenu z tlenem w płomieniu normalnym odbywa się w dwóch fazach. W pierwszej fazie reakcja następuje między acetylenem i czystym tlenem doprowadzonym do palnika. Tlen, którego powinowactwo jest większe niż z wodorem, przetwarza się w tlenek węgla, przy czym wywiązuje się wodór w stanie wolnym:

C₂H₂ + O₂ Reakcja ta odbywa się tuż za jądrem płomienia jako wynik częściowego spalania acetylenu. Towarzyszy temu silne wydzielanie się ciepła i temperatura gazów wytworzonych podnosi się do ok. 3100⁰C.

W drugiej fazie spalania odbywa się utlenianie powstałego tlenku węgla i wodoru na obwodzie kity płomienia przy udziale tlenu z powietrza, przy czym otrzymuje się dwutlenek węgla i wodę w postaci pary:

2CO + O₂ = 2CO₂ 2H₂ + O₂ = 2H₂O

Temperatura otrzymanych gazów jest znacznie niższa niż temperatura gazów w pierwszej strefie spalania. Dlatego przy topieniu metalu podczas spawania należy trzymać palnik w ten sposób, aby jądro było oddalone o 1/4 swej długości od powierzchni metalu. W ten sposób rozgrzane gazy skierowane na ciekły metal składają się z tlenku węgla i wodoru zaś strefa najwyższej temperatury dotyka przedmiotu. Na powierzchni samego jądra panuje temperatura ok. 1000⁰C. Oba te gazy łączą się bardzo dobrze z tlenem, ochraniają więc metal od utleniania. Ponadto kita płomienia chroni ciekły metal od dostępu powietrza. Rozróżniamy trzy typy płomieni: płomień normalny (redukujący tlenki - możliwe spawanie na powietrzu), płomień nawęglający (nadmiar wegla) i płomień utleniający (nadmiar tlenu).

Do palnika doprowadza się środkowym przewodem czysty tlen, zaś zewnętrznym przewodem pierścieniowym - mieszankę tlenu z acetylenem o takim składzie jak do spawania stali, gdyż płomień otrzymywany ze spalania tej mieszanki ma za zadanie tylko podgrzewać metal. Płomień ogrzewa metal , a strumień tlenu wypala w nim szczelinę o szerokości równej ok. 0,9 średnicy strumienia. Wytworzone tlenki wnikając w głąb szczeliny rozpuszczają w sobie czysty metal, tworząc żużel zawierający ok. 80*90% tlenków żelaza i 10*20% czystego żelaza. Do spalenia 1cm³ żelaza potrzeba ok. 1,5 litra tlenu.

Aby cięcie tlenem mogło nastąpić, muszą być spełnione następujące warunki:

• temperatura spalania danego metalu w czystym tlenie powinna być niższa niż temperatura jego topnienia, w przeciwnym razie następowałoby wytapianie, a nie wypalanie

• temperatura topnienia tlenków danego metalu powinna być niższa niż temperatura topnienia metalu, w przeciwnym razie tlenki powstające ze spalania metalu tworzyłyby na powierzchni skorupę nie dopuszczającą tlenu do głębszych warstw metalu dlatego wtedy tylko gdy tlenki są w stanie ciekłym, podczas gdy metal cięty jest w stanie stałym, mogą one być usunięte samym podmuchem gazów, co umożliwia przesuwanie się wypalania w głąb metalu

Butle gazowe wykonane są z jednego kawałka materiału (stali) poprzez ciągnienie i kucie. Na butli wybita jest jej pojemność (najczęściej 40 litrów), ciśnienie do jakiego może być w niej sprężony gaz, data produkcji i homologacji. Do zaworu butli (wkręcanego) dokręcony jest dwustopniowy reduktor którego zadaniem jest zredukowanie wysokiego ciśnienia panującego w butli do takiej wartości aby można było bezpiecznie spawać (dziesiąte części MPa) oraz jego utrzymanie na stałym poziomie mimo spadku ciśnienia w butli. Każdy reduktor ma podłączone 2 manometry z których jeden wskazuje ciśnienie w butli a drugi ciśnienie podawane na palnik. Zawór do butli z tlenem wykonany jest z mosiądzu natomiast butla acetylenowa ma zawór stalowy gdyż acetylen wchodzi w reakcję z miedzią zawartą w mosiądzu czego wynikiem jest powstawanie wybuchowych związków chemicznych (acetylenków). W normalnych warunkach w butli mieści się 6m³ sprężonego tlenu natomiast acetylen nie daje się tak dobrze sprężać dlatego też jest on przechowywany w acetonie który pod ciśnieniem 15 atm (1,5 MPa) rozpuszcza C₂H₂ w stosunku 1:20. Czystość gazu jest wysoka (99,99 * 99,999%).

Palniki dzielimy na smoczkowe (injektorowe, inżektorowe) i bezsmoczkowe. Palniki bezsmoczkowe zasilane są gazami o prawie jednakowym ciśnieniu. Mają one komorę mieszania, gdzie oba gazy ulegają zmieszaniu, a nastepnie przewodem, zwanym szyjką, dochodzą do dzioba u którego wylotu pali się płomień. Palniki smoczkowe mają przed komorą mieszania smoczek, do którego przewodem środkowym dochodzi tlen pod wysokim ciśnieniem (2*3 atm) i zasysa acetylen. Wydajność palnika mierzy się ilością spalanego acetylenu w litrach na godzinę. Im większa jest wydajność palnika, tym większy jest płomień i tym grubsze blachy można spawać.

---