Резка и сварка металлов свойство водорода

Содержание

Плюсы и минусы газовой сварки

В каждом виде производимых работ подразумевает наличие определенных достоинств и недостатков. Соединение сварочным способом возможно с применением различного оборудования, инструментов и зависит от свойств материала. Преимущества и недостатки газовой сварки определяются несколькими моментами.

  • Одним из важнейших достоинств газовой сварки является оснащение оборудованием, отсутствие в потребности к энергоносителям. Сварочные работы возможно выполнять с наличием двух баллонов и резака. Отличное решение для удаленных мест от электроэнергии.
  • Соединение тонколистовых металлов производится очень аккуратно, качественно за счет возможной регулировки расстояния пламени, температурных режимов.
  • Транспортировка не требует больших затрат, для перемещения и хранения нет необходимости приобретать специальные приспособления.
  • Надежный шов, качественные работы позволяют не беспокоиться о долговечности сварочных соединений.

резка, сварка, металл, водород

  • Сварка изделий с высокой точностью подразумевает от оператора высокой квалификации, изделия производятся медленно.
  • Большой окружной диапазон, высокая температура.
  • Требуются повышенный расход компонентов, сварочного газа и проволок.

Особенности выполнения газовой сварки

В процессе выполнения работ возможно регулировать состав смеси, в чем помогает редуктор. Мощность и температура пламени регулируется в зависимости от типов работ. Существует несколько видов газовой сварки:

  • Окислительное.
  • Восстановительное, которое используется для большинства соединений, материалов.
  • С повышенным уровнем горючей смеси.

В расплавленной ванне при процессах сварки происходят два основных процесса, восстановление и окисление. Структура прилегающего металла в основном крупнозернистая, для более прочного соединения.

Для улучшенных показателей прочности выполняется нагрев до максимальных температур, своего рода ковка металла.

Несколько основных особенностей при работе газовым оборудованием:

  • Газовая сварка стальных материалов низкоуглеродистого типа производится различными типами газа, присадочный элемент состоит из стальной проволоки, с малым количеством содержания углерода.
  • Легированные стали подвергаются сварке материалами, которые взаимодействуют с составом. Например, жаропрочные детали из нержавеющей стали свариваются с применением никелевой проволоки, некоторые марки материала потребуют использования молибдена.
  • Медные изделия свариваются на повышенных температурах, большая текучесть металла потребует минимального зазора соединений. Присадочный материал состоит из медной проволоки и флюса, который используется для раскисления шва.
  • Латуневые соединения производятся путем применения присадки из идентичного материала. В силу летучести цинка, для избегания образования пор, при сварке подается большее количество кислорода.
  • Бронзовые сплавы свариваются восстановительным типом пламени, не выжигая основные компоненты металла. Для присадки используется идентичный материал с применением кремния, способствующего раскислению шва и металла.

Стоит заметить, что при работе с алюминием или магнием процессы окисления текут быстрее. Участок обработки и шов имеют различные параметры и характеристики, расположенный в непосредственной близости участок прилегания отличается пониженной прочностью, склонен к преждевременным деформациям.

Историческая справка

Возможность получения высокотемпературного пламени при горении ацетилена с кислородом установил Ле Шателье (Франция) в конце 19 века. Его исследования легли в основу ацетилено-кислородной горелки, созданной и запатентованной в 1903 г.

Принцип ее действия и основные конструктивные особенности практически не изменились до настоящего времени.

Промышленное использование газовой сварки началось с 1906 г, а резки – с 1904 г., когда были запущены производительные и надежные генераторы ацетилена.

Примерно с этого периода берет свое начало история газовой сварки и резки металлов в России. Активное ее использование приурочено к началу первой мировой войны.

Промышленный выпуск специального, газосварочного оборудования относится к концу 1920-х г.г. после создания русско-американкого АО Рагаз.

Назначение и область применения

Применение газового сварочного аппарата позволяет проводить следующие операции:

  • сварку различных деталей;
  • паяние (в том числе ремонт поврежденных изделий);
  • наплавку;
  • резание листового проката и труб на отдельные заготовки.

Достоинства газовой сварки позволяют использовать ее в строительстве, промышленном производстве, коммунальном хозяйстве, ремонте автомобилей, при решении бытовых задач на дачах и в загородных домах. Сварка газом способна соединить практически любой материал.

Ее применяют при соединении узлов изделий из цветных металлов, тонкостенных труб, элементов сложных конструкций. При правильном подборе условий и припоя возможно сваривание чугуна и наплавление на его поверхность латуни.

Соединение и резка металлических элементов позволяет получать требуемый результат хорошего качества.

Пайка производится благодаря нагреву спаиваемых деталей и расплавлению припоя с добавлением флюса. В этом случае происходит поверхностная диффузия на стыках детали с расплавленным припоем. После остывания получается надежный и эстетичный шов, который можно подвергать обработке.

Наплавка предназначена для нанесения на поверхность основного изделия металла другого типа или структуры. В этом случае обрабатываемая поверхность прогревается до температуры так называемого запотевания.

Этим методом восстанавливают изношенные детали, увеличивают размеры, наплавляют материал, обладающий более высокими характеристиками по прочности и изнашиваемости.

Применение наплавки увеличивает срок службы деталей, сокращает расход дефицитного материала, снижает стоимость ремонта.

Проволока и флюс

Для соблюдения технологии сварки применяется специальная проволока. Ее называют присадочной, а диаметр выбирается в зависимости от толщины детали и способа сварки. Для правого метода диаметр должен быть равен половине толщины детали, для левого – половине плюс единица.

В зависимости от марки материала применяют конкретный вид проволоки, например марганцевую или кремнемарганцевую. Правильный выбор производится на основании существующих таблиц. Вся проволока выпускается в мотках с соответствующей маркировкой.

Для сварки цветных металлов выпускают присадочные прутки или полосы.

В качестве флюса применяют специальные химические составы на основе борной или кремниевой кислоты с соответствующими добавками. Они выпускаются в форме паст, порошков, растворов. Для получения наилучшего эффекта такие растворы изготавливают самостоятельно.

Сварка Водородом (Hydrogen welding)

Оборудование для газовой сварки

Кроме используемых газов и баллонов, необходимо наличие других технологических элементов:

  • Для газовой сварки применяют оборудование, как затвор водяного типа, обеспечивающий защиту от обратной тяги огня. Расположение происходит между емкостью с ацетиленом, газовым соплом.
  • Редукторы используются для контроля уровня газа на выходе из баллона. Существуют различные модели, обратного или прямого действия. Модификации для работы со сжиженным газом подразумевают наличие рубцов внутри конструкции, что позволяет исключить вымерзание.
  • Шланги специального типа используются для подачи газа к горелке. Маркировка происходит разным цветом в зависимости от максимального давления.
  • Горелка необходима для смеси горючей смеси, последующего воспламенения газов. Различные модификации делятся на инжекторные и обычные типы. Также разделение происходит по мощности, необходимой при работе.
  • Газовая сварка производится на обустроенном столе. Оборудуется столешницей для удобной, продуктивной работы. Аппарат для газовой сварки и резки должен соответствовать параметрам безопасности. Вытяжная вентиляция помогает сварщику, позволяет производить процессы с максимальной скоростью.

Оборудование для газовой сварки включает в себя огромный спектр приборов и механизмов. В совокупности оборудование позволяет проводить работы при удаленном от энергетических источников месте. Каждый вид оборудования обустроен под тип используемого газа при грамотном соблюдении техники безопасности.

Особенности сварки труб

Сварка газовых труб производится в несколько этапов. Сначала подготавливается металл, то есть проводится разметка, режутся и собираются трубы. Из-за круглого сечения труб резка выполняется термическим резаком. Большая часть работ по сварке – это сборка деталей под нее, когда требуется учесть множество деталей – от серии изделий до их диаметра и других факторов. Сборка выполняется сварочными прихватками, которые предотвращают возможное смещение отрезков труб, сказывающееся на появлении трещин при охлаждении.

Зажигается дуга. Это делается разными способами. Затем начинается плавление металлов – основного и электродного. Для качественного шва важно уделять внимание углу наклона электрода.

Обработка дерева и металла

Способ Бенардоса. На рис. 1 приведена схема сварки по способу Бенардоса. Электрическая дуга возбуждается между свариваемой деталью и графитовым электродом. Электрод закрепляется в держателе, который гибким кабелем присоединяется к одному из полюсов источника тока, как правило, к катоду (отрицательному полюсу). Свариваемая деталь помещается на металлической плйте, соединенной со вторым полюсом источника тока. Зажигание дуги производят кратковременным соприкосновением электрода со свариваемой деталью и последующим их разъединением. Установившаяся электрическая дуга поддерживается при неизменном расстоянии между основным металлом и электродом. Это расстояние определяет длину дуги и приблизительно равно диаметру электрода. Дуга, имеющая температуру свыше 5000°, расплавляет кромки свариваемых частей, и металл кромок сливается в общую ванночку. При передвижении дуги вдоль свариваемых кромок нагреваются и плавятся новые частицы металла, ванночка перемещается, а остающийся позади металл затвердевает, остывает и образует шов, соединяющий свариваемые части в одно целое. Часто ванночка пополняется за счет присадочного металла, вносимого в пламя дуги в виде круглых прутков. Иногда присадочный металл укладывают в разделку шва заранее.

Сварка по способу Бенардоса имеет ограниченное применение в промышленности. Она используется для получения бортовых соединений тонкостенных стальных деталей, где не требуется присадочный металл для цветных металлов и чугуна, а также для наплавки порошкообразных твердых сплавов. При этом способе сварки обычно применяют постоянный ток, причем в целях обеспечения устойчивой дуги и меньшего расхода электродов, а также для лучшего прогрева детали при сварке пользуются прямой полярностью: деталь делают анодом. а электрод — катодом (—).

Способ Славянова. По способу Славянова (рис. 2, а) применяется металлический электрод 1 в виде проволоки. Дуга, возбуждаемая между электродом и основным металлом, плавит как основной металл, так и электрод, причем образуется общая ванночка, где перемешивается весь расплавленный металл. Таким образом, электрод здесь является одновременно и присадочным металлом. Электродная проволока выпускается диаметром от 1 до 10 мм. Для сварки стали чаще всего применяют мягкую стальную проволоку, содержащую 0,1—0,18% углерода. Для сварки легированной стали применяют проволоку из стали марок Св- ЮГС. Св- ЮГСМ. Св-20ХГСА, Св-15М и др.

READ  Каким диском резать металл болгаркой

При ручной дуговой сварке по способу Славянова пользуются почти исключительно покрытыми электродами (рис. 2, б), поверхность которых обмазана специальным составом. Покрытия электродов бывают тонкие (ионизирующие) и толстые (качественные).

Тонкие покрытия наносятся для повышения устойчивости горения электрической дуги; они обычно состоят из мела с жидким стеклом. Находящиеся в составе мела соединения кальция легко ионизируются (выделяются в виде электропроводных частиц) и, заполняя газовый промежуток дуги, облегчают ее горение. Вес ионизирующего покрытия составляет 1—2% от веса электрода, а толщина слоя обмазки колеблется в пределах 0,1—0,25 мм. Толстые (качественные) покрытия должны не только обеспечивать устойчивость дуги, но удовлетворять также ряду других требований. Составы обмазок для толстых покрытий подбираются так, чтобы вокруг дуги создавалась газовая защитная атмосфера, чтобы изолировать металл электрода, стекающий вдуге, и металл ванночки от окисления и растворения в нем газов (например, азота). По мере плавления электродов обмазка переходит в шлак, равномерно покрывающий шов. Шлак защищает металл от окисления и поглощения азота, кроме того, он замедляет охлаждение металла, что способствует более полному выделению растворенных газов и повышению плотности шва. В случае необходимости легирования шва металла в состав обмазки вводят ферросплавы, содержащие нужные легирующие элементы.

Таким образом, в состав толстых покрытий входят ионизирующие (например, мел), газообразующие (например, мука), шлакообразующие (полевой шпат) материалы, а также раскислители (например, ферромарганец) и легирующие вещества. Вес качественного покрытия составляет 20—35% от веса электрода, а толщина слоя обмазки колеблется в пределах 0,25—0,35 d, где d — диаметр электрода.

Электроды без обмазки, в отличие от покрытых электродов, называют голыми.

При сварке голыми электродами металл шва не защищен от воздействия газов, поэтому он содержит увеличенное количество кислорода и азота, а вследствие быстрого застывания из металла шва не успевают выделяться неметаллические включения и газовые пузыри. Такие швы обладают пониженными качествами.

Во всех случаях когда шов должен удовлетворять повышенным требованиям (большие нагрузки, давление газа или жидкости и пр.), применяют толстопокрытые электроды, которые обеспечивают получение шва, по прочности и пластичности не уступающего основному металлу.

Типичными пороками швов являются: непровар — местное отсутствие сплавления между наваренным и основным металлом; пористость металла швов; шлаковые включения и трещины; пережог — окисление металла шва и прилегающего к нему основного металла (появление пленок окиси по границам зерен). Эти пороки вызываются неправильной технологией сварки, применением несоответствующих электродов и другими причинами.

В зоне шва структура металла и его механические свойства изменены вследствие на-грева при сварке и последующего охлаждения, поэтому в сварном шве имеются остаточные напряжения. Для устранения напряжений и выравнивания структуры производят отжиг сварных деталей.

Аппаратура для сварки. Для горения электрической дуги необходимо напряжение 18—25 в — при металлическом электроде (напряжение холостого хода 55—65 в) и 35—40 в — при угольном электроде (напряжение холостого хода 60—80 в). В момент возбуждения дуги электрод касается изделия (короткое замыкание), сила тока растет, а напряжение падает почти до нуля; при удлинении дуги напряжение увеличивается.

Дуговую сварку можно вести на постоянном или на переменном токе. Дуга на постоянном токе горит устойчивее, но расход электроэнергии и стоимость сварки выше, чем при применении переменного тока.

Для питания дуги постоянным током применяют генераторы; для сварки переменным током используют сетевой ток стандартного напряжения (127, 220, 380, 500 в), который пропускают через сварочный аппарат, состоящий из понижающего трансформатора и регулятора тока.

Сварочные аппараты и генераторы делятся на однопостовые — для питания одной дуги и многопостовые — для питания нескольких дуг. Многопостовая сварочная аппаратура применяется в больших сварочных цехах.

На рис. 3 приведена схема включения сварочного аппарата переменного тока типа СТЭ завода «Электрик».

Первичная обмотка П трансформатора подключается к сети; к вторичной обмотке В низкого напряжения (55—65 в) подключается регулятор тока (реактор), регулирующий ток в сварочной цепи.

Ток регулируется путем изменения индуктивного сопротивления реактора. Часть сердечника может перемещаться с помощью винта при вращении рукоятки при этом будут изменяться воздушный зазор а и, следовательно, индуктивность обмотки реактора. При увеличении зазора магнитное сопротивление сердечника возрастает, индуктивность обмотки реактора уменьшается и сварочный ток увеличивается; при уменьшении зазора сварочный ток уменьшается.

Сварочные генераторы постоянного тока приводятся в действие электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания. Они должны выдерживать большие токи (до 300 а и более), которые возникают при возбуждении дуги.

Для защиты глаз и лица сварщика от действия лучей дуги применяют щитки и шлемы с темными стеклами.

Дуговая сварка в атмосфере защитного газа. В современной промышленной практике применяется сварка электрической дугой в атмосфере защитного газа. Сущность этого способа сварки сводится к тому, что в зону дуги подводится защитный газ, вследствие чего дуга горит не в атмосфере воздуха, а в атмосфере газа (обычно водорода или аргона), защищающего расплавленный металл от окисления и поглощения азота из воздуха.

Атомно-водородная сварка производится независимой (горящей между двумя электродами независимо от наличия свариваемого предмета) дугой, возбуждаемой между вольфрамовыми электродами; в зону горения дуги подается водород (Нг), диссоциирующий по реакции Н2 —»2Нс поглощением большого количества теплоты. Соприкасаясь с металлом, атомарный водород переходит в молекулярное состояние (2Н—Н2).выделяет при этом ранее поглощенное тепло дуги, которое используется для сварки. Атомно-водородная сварка применяется при изготовлении особо ответственных тонкостенных конструкций из высокоуглеродистой и легированной стали и из алюминиевых сплавов.

Аргонно-дуговая сварка производится зависимой дугой, т. е. горящей между голым электродом и свариваемым предметом в атмосфере аргона, не участвующего в химических реакциях, а служащего лишь газовой защитой, препятствующей проникновению азота и кислорода в зону электрической дуги. Аргонно-дуговая сварка используется для соединения деталей из магниевых, алюминиевых сплавов, нержавеющей стали, меди и других металлов и сплавов.

Сварка черного металла водородом

Более дешевым газом, применяемым для этой же цели, является углекислый газ. Сварка в атмосфере углекислого газа обычно применяется для исправления пороков отливок из углеродистой и легированной стали.

Аргонно-дуговая сварка и сварка в атмосфере углекислого газа чаще всего производятся с автоматической подачей сварочной проволоки.

Автоматизация электродуговой сварки. При ручной сварке сварщик должен поддерживать дугу, подавать электрод в зону дуги по мере его расходования и передвигать дугу вдоль шва. Механизация этих основных операций сварки позволяет осуществлять полуавтоматическую и автоматическую сварку.

Незадолго до Великой Отечественной войны в СССР был разработан и внедрен в производство способ скоростной электродуговой сварки под слоем флюса, предложенный акад. Е. О. Патоном.

Скоростная автоматическая сварка по способу Е. О. Патона имеет следующие преимущества: а) резкое повышение производительности; б) улучшение качества шва благодаря глубокому провару, замедленному охлаждению металла и полному выделению из него газов и шлака; в) экономия проволоки в связи с уменьшением сечения швов на 20—40% (благодаря улучшению качества шва по сравнению с ручной сваркой) и отсутствием остатков (огарков) электродов; г) экономия до 50% электроэнергии вследствие меньшего количества расплавляемого металла, повышения коэффициента полезного действия до 0,65 (по сравнению с 0,35 при ручной сварке) за счет концентрированного нагрева металла, отсутствия потерь на лучеиспускание; д) удешевление за счет применения голой проволоки вместо дорогих толстообмазанндох электродов.

К недостаткам этого способа относится невозможность производства «потолочной» сварки (сварки над электродом); кроме того, он применим лишь при поточном производстве однотипных деталей.

Электродуговая резка. При электродуговой резке металлов заготовка разделяется на части расплавлением в зоне реза, а не вследствие сгорания металла, поэтому электродуговая резка применима как для стали, так и для чугуна и цветных металлов.

Дуговая резка может осуществляться графитовым или угольным электродом. Резка графитовым электродом дает лучшую чистоту реза.

Резка металлическим электродом менее экономична, так как для этого могут применяться только электроды с толстой обмазкой, необходимой для обильного шлакообразования.

Электродуговая резка не дает гладкой поверхности реза и поэтому применяется в основном для разделки лома, отделения прибылей и литников у отливок из высоколегированной стали, не поддающейся газовой резке, и т. п.; производительность ее низкая.

В последнее время начали применять более производительные методы воздушно-дуговой резки, при которой расплав, ленный металл выдувается струей сжатого воздуха.

Подводная электродуговая резка и сварка металлов разработаны действительным членом Академии наук Украинской ССР К. К. Хреновым.

Для работы под водой применяют обмазку, плавящуюся несколько медленнее электродной проволоки, в результате чего на конце электрода образуется чашеобразный козырек. Окружающая дугу вода под действием теплоты испаряется и разлагается с образованием газового пузыря, в котором дуга горит почти так же спокойно и устойчиво, как на воздухе. Избыточные газы поднимаются на поверхность воды; газовый пузырь непрерывно возобновляется за счет испарения и разложения окружающей воды.

Плазменная резка для новичков

Когда речь заходит о резке металла следует особое внимание уделить выбору способа. Так как металл может быть совершенно разнообразным, то способ резки должен быть универсальным, для того, чтобы справиться с любым типом металла. В этом случае следует обратить внимание на плазменную резку. Это способ обработки металлов, особенностью которого является то, что в качестве резца используется струя ионизированного газа – плазмы.

Плазменно-дуговая резка металлов

Резка плазменной дугой основана на способности сжатой дуги глубоко проникать в металл, проплавляя его по косильной лески реза дуговым разрядом. Под действием высокой температуры сжатой дуги газ 2, проходя через дуговой разряд, сильно ионизирует, образуется струя плазмы, которая удаляет расплавленный металл из места реза. Дуга 1 возбуждается между разрезаемым металлом 4 и неплавящимся вольфрамовым электродом 5, расположенным внутри головки резака 6. Дуговую газоразрядную плазму 3 называют низкотемпературной (ее температура 5000-20 000°С).

READ  Дуговая сварка и резка металлов

Карбид кальция и ацетилен. друзья не разлей вода!

Карбид кальция имеет резкий чесночный запах и сильно поглощает воду. Его плотность повышается с увеличением количества примесей и изменяется в пределах 2,22-2,8 г/см 3. Молекулярная масса. 64,102. Технический карбид кальция выпускают по ГОСТ 1460.

Газорезка и необходимые знания при выборе газорезательного инструмента

В данной статье мы поговорим о газовых резаках. Для чего нужен газовый резак? Как ни странно, но он нужен для резки металла. Для этого сначала нужно нагреть метал до температуры плавления, а затем подать туда струю кислорода для того, чтобы металл начал гореть, и таким образом, осуществляется резка.

Сварка и обработка поверхности нержавеющих сталей. Часть 2

Во второй части серии роликов о сварке нержавеющих сталей речь идет об общей характеристике нержавеющих сталей. В данной части, рассматриваются следующие темы:

Кислородно-дуговая и воздушно-дуговая резка

Кислородно-дуговую резку применяют для резки углеродистых сталей и отличают от дуговой тем, что на нагретый до плавления металл подают струю технически чистого кислорода, которая интенсивно окисляет металл и удаляет из разреза образующиеся оксиды. При сгорании металла в струе кислорода образуется дополнительная теплота, которая ускоряет процесс резки металлов. В качестве электродов используют стальные трубки наружным диаметром 8 мм, длиной 340-400 мм. Для устойчивого горения дуги на трубки-электроды наносят специальное покрытие.

Резка и сварка металлов

Резка и сварка металлов. I. Резка металлов есть процесс отделения кусков от главной массы материала, производимый различными механическими или химическими способами.

Механическим путем резка металлов производится: 1) в холодном состоянии, посредством режущих инструментов и станков: ножниц, ножовок, круглых и ленточных пил, отрезных резцов (токарные, долбежные, фрезерные и обрезные станки; см. станки), станков, перетирающих быстро вращающимися дисками из металла или абразивного камня (см. шлифование), разъединением посредством разрушительного действия взрывчатых веществ — «подрывным» способом; 2) в горячем состоянии, посредством кузнечных инструментов и станков-зубил, ножниц, прессов, молотов, перетирающих дисковых пил. Химическим путем резка металлов производится: 1) в холодном состоянии, протравлением или «перееданием» металлов химическими средствами-кислотами (сравнительно медленный способ); 2) в горячем состоянии, так называемой «огневой резкой», — быстрый способ, состоящий в разделении материала посредством местного сгорания металла в струе кислорода, выходящего под давлением из инструмента, так называемого «огневого резака» (горелка), передвигаемого вручную или механизмом и присоединенного гибкими шлангами к газовым баллонам или аппаратам. Эта химическая, огневая, или автогенная резка железа и стали основана на свойстве железа сгорать (т. е. быстро окисляться — ржаветь) в чистом кислороде, когда сжигаемые частицы железа предварительно нагреты свыше 1 800° пламенем горящих в смеси с кислородом горючих газов (ацетилена, водорода, блаугаза, и других газообразных или парообразных углеводородов). Резка состоит из 5 последовательных процессов: 1) горения смеси горючего газа с кислородом (нагревающее пламя), 2) нагревания места резки до воспламенения железа, 3) горения железа в струе чистого кислорода, 4) нагревания ближайших к горящим частицам участков железа теплотой, выделяемой при горении самого железа, 5) механического действия струи кислорода, причем образовавшаяся при горении железа окись его выбрасывается живой силой кислородной струи прочь из щели и следующие оголенные частицы железа вступают в соединение с кислородом. Таким образом железо нагревается калильным пламенем до t° воспламенения; затем струя кислорода зажигает металл; выделяющееся при горении железа тепло нагревает соседние частицы также до t° воспламенения; кислородная струя, окисляя и сдувая жидкие окислы железа, подвигается дальше, и получается непрерывный прорез по любому контуру. Если держать струю на месте, то в железе прожигается сквозная дыра. С наступлением 4-го процесса становится излишним 1-й, т. е. затрата горючего газа, но как только обрывается 4-й процесс, в силу охлаждения или скопления окиси, задувания пламени и т. п., опять надо возобновить подачу газа для подогревания.

Этот процесс в начальной стадии сходен с автогенной сваркой, где калильное пламя нагревает частицы железа только до t° плавления и капли расплавленного металла заполняют щель, остывают и образуют крепкий шов, но не окисляются и не сдуваются струей кислорода, находящегося в избытке, как в процессе резки. Аппаратура для автогенной резки и сварки почти одинакова, только проще для резки, как самый процесс резки проще сварки, требует меньшего искусства рабочего и применим только для железа и стали, у коих t° воспламенения ниже t плавления; кроме того, окись их плавится легче самого металла и достаточно жидка для сдувания струей кислорода. Чугун, медь и пр. цветные и белые металлы не режутся автогенным способом, но свариваться могут. Высокое качество резки, т. е. чистые кромки прорезов, наименьший расход газа и наименьшую продолжительность работы, достигается при получении такой формы пламени и струи кислорода, когда подвергается сжиганию наименьшее количество металла, а также при установлении наиболее равномерного поступательного движения режущего строго отрегулированного пламени, когда его химическое действие на железо в точках касания совершенно однородно по всей косильной лески реза. Для более равномерного механического передвижения резака устраиваются машины для автогенной резки. На качество резки влияют также: 1) конструктивные свойства применяемой аппаратуры; 2) чистота кислорода; 3) калорийность горючего газа и развиваемая им t°; 4) чистота самого металла резки, т. е. отсутствие ржавчины, окраски, прослоек, пузырей, раковин и т. п.; 5) навыки рабочего резчика; 6) внешняя окружающая обстановка, удобное расположение разрезаемого предмета и рабочего (в специальном оборудованном закрытом теплом помещении или на открытом воздухе, на ветру и холоде). Экономика процесса резки зависит от стоимости кислорода, горючего газа и рабочей силы.

Оборудование для автогенной резки: 1) кислород, наполняющий под давлением 125—150 атм. баллоны, т. е. стальные цельнотянутые цилиндры-бутыли с горлышком, имеющим винтовую нарезку (правую — для кислорода, левую — для ацетилена и водорода, чтобы не перепутать и не взорвать при наполнении), с навернутым запорным клапаном и защитным колпаком поверх его, с четырехугольной ножкой внизу. 2) Горючий газ для нагревания пламени: водород, ацетилен, блаугаз, пары бензина или керосина (способ Фернгольца). Водород, ацетилен, блаугаз получаются в готовом виде, сжатыми под давлением 100—150 атм. в баллонах. Ацетилен производится из карбида кальция в специальных газогенераторных аппаратах по системе «вода в карбид» или «карбид в воду», низкого или повышенного давления. 3) Редукционный клапан (манодетандр) для кислорода, служит для понижения давления с 150 атм. в баллоне до 2,5 атм. при входе в горелку (1 реж., 1 нагрев.). Такой же редукционный клапан применяется для горючего газа, находящегося под давлением в баллонах. 4) Газовые рукава (шланги) для соединения горелок с баллонами и газогенным аппаратом. 5) Режущая горелка, представляющая комбинацию сварочной горелки с отдельной трубкой для дутья кислородом, с кольцевым пламенем, с концентрическими соплами, причем режущий кислород проходит через центр кольцевого нагревательного пламени. Есть также горелка с соплами, лежащими одно за другим (двуструйные горелки). Ценность резака представляют: высокое качество смешения горючего газа с кислородом; безопасность со стороны обратного отражения удара пламени; наличие набора наконечников и мундштуков, точно калиброванных для разного рабочего давления кислорода и различных толщин разрезаемых металлов и установление должной скорости истечения газов по отношению к скорости горения; качество изготовления резака.

Для сжигания железа вводится кислород, химически соединенный с горючим для подогрева, и особая главная порция кислорода для получения окиси и закиси железа и для сдувания этой окиси с места ее образования. Сгорание ацетилена в резаке идет в 2 фазы: 2С2Н22О2 = 4СО 2Н2, (за счет кислорода, подводимого шлангом) и 4СО 2Н2 3О2 = 4СО2 2Н2О (за счет кислорода окружающего воздуха), выделяет 2 230 кал. на 1 кг ацетилена и дает 1° пламени свыше 3 000°. Железо, сгорая в окись-закись Fe/Fe2О4, выделяет 1 648 калорий. Это тепло действует на части железа еще не окисленные, находящиеся вблизи горящих частей железа, и сокращает расход нагревающего горючего. Расход газа-кислорода и горючего разного рода для разной толщины устанавливается опытом. Надо обеспечить: 1) получение правильного пламени, т. е. нужный размер струи и ее интенсивность; 2) правильную скорость и равномерность поступательного движения пламени; 3) установление правильного расстояния наконечника горелки от поверхности разрезываемого металла. Горелка—резак обычного типа, кислородо-водородная (см. рис. 1), получает в А водород для нагрева, в В требующийся для этого кислород под давлением 0,5—2 атм. Через С поступает для резки кислород под высоким давлением (3 атм. при резке до 30 мм толщины 12 атм. до 200 мм толщины). Д — кран для выключения нагревания пламени, которое по временам выключается и пускается при работе. Е — регулируемый клапан для режущего кислорода. Нагревающееся пламя получается во внешнем кольцеобразном сопле F, а режущий кислород идет из среднего отверстия сопла. Для поддержания нужного расстояния горелки от разрезаемых мест служат 2 колесика I. Различные приспособления к горелкам служат для вырезывания кругов, спиралей и т. д. Наиболее распространены резаки: ленинградского завода «Красный Автоген», Мессер и К о (Германия), Грисгейм — Электрон, Дрегерверке — Любек, Келлер и Кнаппих — Аугсбург, АГА, Пиракопт (Швеция), Престовелд (Америка), Интернациональная Оксигенная К о (Америка) и др. Сфера применения автогенной резки очень широка: разделка громоздкого железного и стального лома для переплавки (старые суда, паровозы, резервуары, железные мосты и сооружения, пушки), вырезание из листов отверстий в котельном деле, изготовление заготовок сложного профиля (например, вырезывание коленчатого вала из болванок).

II. Автогенная сварка представляет особый род сварки, когда места сваривания в шве посредством ударного пламени горелки нагреваются настолько, что расплавляется металл ближайших от пламени частиц железа шва и подставляемой под пламя сварной проволоки или стержня, причем капли расплавленного металла заполняют промежутки шва в одну сплошную целую массу металла. Ударное сварочное пламя высокой t° получается посредством сварной горелки (иногда неправильно называется паяльником), в которой происходит смешение газов кислорода с ацетиленом, водородом и блаугазом так, чтобы горючие газы были в незначительном избытке против кислорода (на 1 объем кислорода 4 объема водорода или 0,6 объема ацетилена), т. е. было восстановляющее пламя, а не окисляющее, как при автогенной резке. Избыток горючего газа в пламени вреден, так как науглероживает металл, делая его твердым и хрупким.

READ  Резка керамогранита болгаркой алмазным кругом

Ацетиленовая горелка (см. рис. 2) соединяется белым резиновым шлангом за наконечник А и кран F с выходным краном ацетиленового генератора, а красным резиновым шлангом за наконечник S и кран Е с редукционным клапаном кислородного баллона. Кислород идет по внутренней центральной трубочке горелки, входит под давлением 2 атм. в сопло В, присасывает через воронкообразную щель С ацетилен, подходящий по внешней трубе, оба газа смешиваются, образуя взрывчатую смесь, идущую по каналу наконечника, выходя из медного мундштука D, загораются пламенем, имеющем t° до 3500° (для полного сгорания 1 объемной единицы ацетилена надо 1 объемную единицу кислорода). Внутри пламени процесс: С2Н2 3О = 2СО Н2О. Но кислород внешнего атмосферного воздуха сжигает окись углерода СО в углекислоту СО2. Процесс автогенной сварки зависит от чистоты исходных продуктов, аппаратуры, рода свариваемых металлов, размера предметов, конфигурации и искусства сварщика. Необходимо умело регулировать, поправлять и перемещать сварочное пламя горелки. Применение сварочных флюсов и специальной сварочной проволоки-стержней облегчает работу в некоторых случаях. Листы толщиной до 3 мм свариваются в притык, более толстые листы должны иметь скошенные кромки, образующие желобок, в который заливается сваривающий металл. Металл в месте сварки менее однороден и тягуч, чем сам основной материал. Потеря крепости железного шва уменьшается, если по остывшему шву производить проковку ударами молотка, начиная от белого, кончая красным нагревом железа. Последующий отжиг места сварки значительно улучшает качество шва. При сварке металлов (в особенности алюминия) применяются флюсы для растворения и удаления окислов железа в виде легкоплавкого шлака. Автогенной сварке подвергаются металлы: сварочное и мягкое литое железо и сталь (хорошо); углеродистая сталь и ковкий чугун (хуже); чугун, алюминий, медь (с флюсом); бронза и латунь (плохо, так как при высокой t° сварочного пламени олово и цинк испаряются); свинец, золото, платина, серебро, никель и цинк не свариваются (испаряются при t° свариваемого пламени). Автогенная сварка с успехом применяется для сварки баков, бочек, резервуаров, котлов, железных конструкций, для ремонта поломанных частей, заделки раковин, сварки трубопроводов при укладке нефтепровода Баку—Батум), приварки фланцев и патрубков, сварки велосипедных рам, судов, рам фюзеляжей, металлических самолетов и т. д. в самых разнообразных отраслях промышленности.

В последнее время автогенную сварку успешно заменяет электрическая сварка различными способами: дуговая электрическая сварка (способ Бернадоса, Славянова, Кьельберга, Штроменгера и др. — образованием электрической вольтовой дуги между стенками шва металла и угольным, или металлическим, или покрытым флюсами электродом, причем выделяется большое количество тепла и высокая t°, свыше 3 000°, расплавляющая металл стенок шва и подводимой сварочной проволоки); электрическая сварка встык методом сопротивления или плавления (способ Томсона и др. — проходящий через свариваемые куски электрический ток в месте шва встречает большое сопротивление, быстро накаливает и плавит частицы металла, которые сдавливаются механизмом сварочной машины и моментально соединяются в сплошной кусок, при одновременном выключении тока, после чего шов остывает); точечная, или пунктирная электрическая сварка (прерывистое действие зажимов, пропускающих ток, механизмом сварочной машины дает местную сварку встык по точкам нажатия электродов); шовная электрическая сварка (при непрерывном поступательном движении свариваемых изделий между прижимаемых механизмом сваривательной машины роликов-электродов производит узкую полоску сварки встык).

Иногда применяется т. н. термитная сварка, предложенная Гольдшмитом, когда для нагревания кромок свариваемого шва пользуются массой — термитом (см)., состоящим из 1 весовой части порошка металлического алюминия и 3 весовых частей порошка железных опилок. Зажженная спичкой или раскаленным прутком железа, масса продолжает гореть сама, причем окись железа распадается на металл, железо и кислород, соединяющемся с алюминием в окись (корунд): Fe2O3 2Аl = 2Fe Al2O3. Выделяющимся теплом (810 калорий на 1 кг термита) железо и шлаки нагреваются до 3 000°. Эта расплавленная перегретая масса, выливаясь в определенном количестве на шов, доводит стенки шва до t° сварки и соединяет их в сплошную металлическую массу. Применяется для сварки трамвайных рельсов, пароходных валов и других ремонтных работ.

Литература: «Труды Всесоюзного комитета по автогенному делу», 1930; «Проект общесоюзной стандартизации», выпуск 3, сварка, 1931; «Автогенная обработка металлов в СССР», Совет съездов химической промышленности, 1927; Ц. Цемке, «Автогенная сварка и резка», 1924; Гранжон, Дегренж и Пиетт, «Автогенная сварка, ее принципы, способы применения, материалы и аппаратура», 1927; Гранжон, Дегренж и Роземберг, «Выбор и оборудование кислородно-ацетиленовых установок», 1927; Р. Гранжон, «Как научиться автогенной сварке металлов», 1927; его же, «Резка железа и стали кислородной струей», 1927; Д. Гузевич, «Как удешевить и ускорить автогенную сварку», 1928; П. Воскресенский, «Обработка металлов давлением и сварка», 1927; В. Курбатов. «Самосварка и разные способы сплавления металлов», 1919; Э. Прегер, «Обработка металлов», ч. II, «Ковка и сварка»; А. Браткин, «Оборудование мастерских для ремонта тракторов», 1926; Т. Kautny, «Autogenous Welding Cutting», L., 1927; R. Hart, «Welding and Cutting», L., 1927, 2 изд.; Е. Viall, «Gas Torch and thermit Welding», 1927; Р. Schimpke and Н. Horn, «Рrakt. Handbuch der gesamten Schweisstechnik, I, Autogene Schweiss- und Schneidetechnik», В., 1924 (есть русский перевод, 1927); Р. Schimpke, «Die neueren Schweissverfahren», В., 1926 (есть русский перевод, 1927); А. Bothe, «Das Kupferschweissverfahren», В., 1925; F. Kagerer, «Das autogene Schweissen und Schneiden mit Sauerstoff», В., 1923; S. Miller, «Oxyacetylene Welding and Cutting Equipment», Machinery, 1915, октябрь, N.-Y.; его же, «Oxyacetylene Welding practice», Machinery, 1916, январь; его же, «Oxyacetylene Welding of aluminium», 1916, февраль. По электросварке И. Аммосов, «Электросварка, изготовление машин, работа и обучение», 1926; В. Войшвилло, «Дуговая электросварка», 1927; П. Шампке и Э. Миткеви «Автогенная сварка I ч. Дуговая электросварка», 1927; А. Огиевский, «Электрическая сварка металлов», 1930; Я. Энслен, «Сварка», I и II ч., 1927; С. Holslag, «Arc welding handbook», 1927; Е. Viall, «Electric welding», L., 1927. Журналы: «Сварочный вестник», «Сварочное дело», «Autogene Metallbearbeitung», «Die Schmelzschweissung»; «Elektrothermit Mitteilungen», «Schweissung und Technische Gaze», «Journal de l’acétylène», «La Fondure autogène» «Revue de la fondure autogène», «Revue générate de l’acétylène», «Acetylene Journal», «Journal of the American Weiding Society», «Oxyacetylene Tips», «The Welding Engineer», «Acetylene», «Acetylene and Welding Journal», «The Welding Journal», «La Soldadure autogena».

Водород: положение этого химического элемента в периодической системе, строение его атома и молекулы. Физические и химические свойства водорода, получение и применение

Водород находится в 1-м периоде, I группе, главной (А) подгруппе. Химический знак водорода обычно проставляют и в VII группе.

Это связано с тем, что ядро атома водорода представляет из себя протон (элементарную частицу), заряд его равен 1. Электронная оболочка имеет один уровень, на котором расположен один электрон. Водород, как и металлы I группы, легко окисляется. Валентность водорода равна I.

В то же время водороду недостает только одного электрона, чтобы заполнить внешний электронный уровень (т. к. на I уровне может разместиться только 2 электрона). В этом он сходен с галогенами. Водород-простое вещество, как и галогены, является неметаллом. Поэтому химический знак водорода помещают также в VII группу.

Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных ковалентной неполярной связью.

Водород — газ, без цвета и запаха, легче воздуха. Растворимость в воде очень мала.

  • Водород горит, образуется вода; смесь водорода с воздухом сгорает со взрывом: 2H2 O2 = 2H2O
  • Водород продолжает гореть в атмосфере хлора (т. е. реагирует с хлором при нагревании), образуется хлороводород: H2 Cl2 = 2HCl Сходным образом протекают реакции со многими неметаллами.
  • Водород восстанавливает металлы из их оксидов: H2 CuO = Cu H2O В этих трех реакциях водород является восстановителем.

Водород может выступать в роли окислителя при нагревании со щелочными металлами: 2Na H2 = 2NaH (образуется гидрид натрия)

В лаборатории водород получают взаимодействием цинка с соляной кислотой:

Водород собирают в сосуд, перевернутый кверху дном.

Чтобы проверить его на чистоту, пробирку с водородом подносят к пламени спиртовки. Чистый водород сгорает со звонким хлопком. Если водород смешан с воздухом, сгорает со взрывом.

Водород можно получить взаимодействием натрия, кальция с водой:

При отсутствии этих реактивов практикуется получение водорода взаимодействием алюминиевой стружки и воды (с добавлением щелочи, чтобы разрушить оксидную пленку).

В промышленности водород получают при разложении природного газа.

Воздушно-дуговая строжка металла

Перспективным считается получение водорода при разложении воды электрическим током, но этот метод дорого обходится из-за больших затрат электроэнергии.

  • Синтез аммиака NH3 (производство азотной кислоты и азотных удобрений), соляной кислоты
  • Получение металлов высокой чистоты (например, порошка железа для школьной химической лаборатории)
  • Газовая резка и сварка металлов

Водород считается перспективным экологически чистым топливом для автомобильного и воздушного транспорта. Запасы нефти и газа на Земле исчерпаемы, а водород можно получать из воды.

Какое количество вещества водорода прореагирует с 4 моль кислорода?

  • Записываем уравнение реакции.
  • Записываем над уравнением реакции имеющиеся данные, а под уравнением — число моль согласно уравнению (равно коэффициенту перед веществом): x моль 4 моль2H2 O2 = 2H2O 2 моль 1 моль
  • Составляем пропорцию: x моль — 4 моль 2 моль — 1 моль
  • Находим x: x = 4 моль 2 моль / 1 моль = 8 моль