Rok akademicki 1996/97	Laboratorium Technik Wytwarzania
Nr ćwiczenia 1	TEMAT: Spawanie gazowe i cięcie termiczne
Wydział Mech. IZK K01 gr.1	Andrzej Ciba
Data wykonania 1997.03.17	Ocena	Data	Podpis

1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA:

Spawanie gazowe jest to trwałe łączenie metali i ich stopów przy pomocy ciepła płomienia powstającego ze spalania mieszaniny gazu palnego i tlenu. Spoina (miejsce połączenia) powstaje ze stopionego materiału dodatkowego (spoiwa) i z nadtopionych brzegów łączonego materiału rodzimego.

Przy spawaniu blach cienkich można wykonać spoinę bez dodatku spoiwa stapiając odpowiednio wygięte krawędzie blach (czyli łączonego materiału rodzimego).

Zmieszanie gazów w odpowiedniej proporcji, uzyskanie płomienia oraz kierowanie nim odbywa się w palniku, do którego doprowadzone są obydwa gazy. Najczęściej gazem palnym w tej metodzie spawania jest acetylen.

Acetylen (C₂H₂) jest gazem palnym wyróżniającym się szczególnymi własnościami spośród innych gazów palnych. Jego gęstość właściwa wynosi 1,17 kg/m³, temperatura skraplania -189,4 K. Ma on najniższą temperaturę zapłonu - 608 K, daje płomień o najwyższej temp. Około 3373 K oraz posiada skłonności do tworzenia mieszanin wybuchowych z powietrzem i tlenem.

Do wytwarzania acetylenu używane są urządzenia zwane wytwornicami. Acetylen otrzymuje się w nich przez działanie wody na karbid.

Rozpuszczanie się acetylenu w acetonie pozwala na jego zmagazynowanie w butlach pod ciśnieniem do P_n=1962 kPa (20 atm) w warunkach normalnych. Z uwagi na bezpieczeństwo magazynowania acetylenu pod ciśnieniem, butla do acetylenu musi być całkowicie wypełniona masą porowatą.

Ma ona za zadanie zapobiegać rozprzestrzenianiu się rozpadu acetylenu spowodowanego czynnikami zewnętrznymi. Masa porowata może być z węgla drzewnego lub z azbestu. Powiększa stykanie się fazy ciekłej z fazą gazową, przez co przyspiesza proces wchłaniania acetylenu w czasie napełniania butli oraz proces odgazowania acetylenu z acetonu w czasie jej opróżniania. Butla jest koloru białego bądź żółtego i ma czerwony napis acetylen oraz wyposażona jest w stalowy zawór.

Tlen magazynuje się w butlach pod ciśnieniem P_n=14,7 MPa (150 atm). Butla tlenowa jest koloru niebieskiego i ma czarny napis tlen oraz posiada mosiężny zawór bezpieczeństwa.

Tlen jest wytwarzany prawie wyłącznie z powietrza przez jego skraplanie i destylację. Pod ciśnieniem atmosferycznym tlen skroplony jest cieczą o zabarwieniu niebieskawym. Jeden litr tlenu ciekłego waży 1,13 kg i po odgazowaniu daje 0,79 m³ tlenu gazowego w warunkach normalnych. Tlen gazowy otrzymany z tlenu ciekłego jest absolutnie suchy.

Cięciem termicznym nazywamy taki proces rozdzielania materiałów, w którym na skutek dostarczonej energii cieplnej materiał zostaje doprowadzony do stanu ciekłego i równocześnie wydmuchany przez energię kinetyczną strumienia gazu lub taki proces, w którym materiał w miejscu podziału zostaje spalony w strumieniu tlenu.

Znane są różne sposoby i metody cięcia termicznego, które są stosowane w zależności od rodzaju ciętego materiału, wymaganej dokładności i gładkości cięcia, grubości materiału itp.

Rozróżniamy następujące metody cięcia termicznego: cięcie tlenem (gazowe), cięcie strumieniem plazmy, specjalne metody cięcia, wśród nich: tlenowo-proszkowe, elektryczne i tlenowo-elektryczne, lancą tlenową oraz cięcie pod wodą.

2. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA:

W trakcie laboratorium prezentowane było cięcie ręczne i półautomatyczne, elektrożłobienie oraz spawanie gazowe.

• cięcie ręczne:

Do pokazu cięcia ręcznego został wykorzystany palnik PERUN z dwiema zależnymi od siebie dyszami: podgrzewającą i tnącą o nr 1. Materiał stal ST3S o grubości 12 mm.

• cięcie półautomatem:

Automatami lub maszynami do cięcia tlenem nazywa się urządzenia, w których przesuw palnika i samo cięcie blach są zmechanizowane. Cięcie przebiega następująco: po powierzchni roboczej szablonu toczy się namagnesowany wałek napędzany silnikiem elektrycznym. Z wałkiem tym związany jest palnik do cięcia. Możliwe jest równoczesne cięcie kilkoma palnikami zawieszonymi na wysięgniku automatu. Palnik może być sterowany również fotokomórką.

W automatach układ jest nie współosiowy, dysze podgrzewająca i tnąca są od siebie niezależne. Grubość cięcia półautomatem do 60 mm.

• żłobienie elektropowietrzne:

• Polega na topieniu materiału łukiem elektrycznym oraz na wydmuchiwaniu ciekłego metalu strumieniem sprężonego powietrza. Do żłobienia używa się elektrod węglowych powleczonych miedzią dla zapewnienia styku prądowego. Żłobienie elektropowietrzne stosuje się głównie do wycinania grani spoin oraz usuwania wad w spoinach i odlewach.

• spawanie gazowe:

Do tego spawania został użyty palnik inżektorowy - PSC1 z nasadą o nr 3. Palnik taki składa się z przewodu tlenowego, zaworu tlenowego, smoczka (inżektora), zawory acetylenowego, kanału pierścieniowego, komory mieszankowej, szyjki, dziobu i rękojeści.

Drut użyty do spawania - SPG1 o średnicy 2,5 mm. Materiał spawany: stal ST3 o grubości 2 mm. Ciśnienie podczas spawania: acetylen 0,03 MPa, tlen 0,25 MPa.

Rodzaje płomienia acetylenowo-tlenowego: płomień normalny składa się z wyraźnego, krótkiego jądra oraz słabo świecącej kity. Powstaje on ze spalania tlenu z acetylenem w stosunku 1 do 1,2. Rozróżnia się również płomienie: nawęglające - przy nadmiarze acetylenu oraz utleniające - przy nadmiarze tlenu.

Zostały zaprezentowane dwie metody spawania: w prawo i w lewo.

Metoda spawania w lewo polega na tym, że płomień palnika zwrócony jest w kierunku układania spoiny, a koniec spoiwa w kierunku przeciwnym. W czasie spawania palnik przemieszcza się prostoliniowo, natomiast spoiwem wykonuje się małe ruchy posuwisto zwrotne lub poprzeczne, tak aby krople spływały do jeziorka ciekłego metalu, a koniec spoiwa znajdował się stale w strefie redukcyjnej płomienia. Spawanie w prawo polega na tym, że płomień palnika zwrócony jest w kierunku wykonywanej spoiny, a koniec spoiwa w kierunku zgodnym ze spawaniem. Do zalet tej metody należy zaliczyć: dużą wydajność, dobre kontrolowanie przetopu grani, powolne stygnięcie spoiny, lepsze własności wytrzymałościowe złącza niż przy spawaniu w lewo. Wadą tej metody jest duża trudność w otrzymaniu równomiernie ułożonego lica spoiny oraz brak wstępnego ogrzania brzegów spawanego materiału.

Zapalając palnik najpierw odkręcamy tlen, a następnie acetylen natomiast podczas gaszenia palnika najpierw zakręcamy acetylen, a później tlen. Należy także zluzować sprężyny przy zaworze redukcyjnym.

Wnioski:

Aby uzyskać jak najlepszy efekt podczas ciecia metalu palnikiem, należy stosować automaty lub półautomaty. Zapewniają one dość duża precyzję (w porównaniu z cieciem ręcznym), gładkość brzegów, brak przegrzań materiału oraz szybkość wykonania.

Do zalet spawania w prawo należy zaliczyć: dużą wydajność, dobre kontrolowanie przetopu grani, powolne stygnięcie spoiny, lepsze własności wytrzymałościowe złącza niż przy spawaniu w lewo. Wadą tej metody jest duża trudność w otrzymaniu równomiernie ułożonego lica spoina oraz brak wstępnego ogrzania brzegów spawanego materiału. Przy spawaniu w lewo do zalet można zaliczyć: wstępne podgrzanie miejsca łączonego, szybkość wykonywania, wadą zaś szybsze chłodzenie spoiny, co wpływa negatywnie na jej wytrzymałość.

---