TECHNOLOGIE I Přednáška č. 10: Svařování plamenem. Základní technické parametry, rozsah použití, pracovní technika svařování slitiny železa a vybraných neželezných kovů a slitin. Autoři přednášky:
prof. Ing. Iva NOVÁ, CSc. Ing. Jiří MACHUTA, Ph.D. Pracoviště: TUL – FS, Katedra strojírenské technologie
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Svařování plamenem patří mezi klasické metody svařování a dnes jeho historická úloha již ustupuje do pozadí – využívají se tzv. obloukové technologie svařování. • i přesto se používá v oblastech topenářství, instalatérské práce, práce s potrubím, klempířství a především je využíváno v mnoha opravárenských a renovačních dílnách; • přídavným materiálem u svařování plamenem je drát; • dráty pro svařování plamenem jsou v současné době vyráběny jako poměděné, v metrových délkách a vyraženým označením typu na povrchu. Poznámka: • při svařování plamenem je ovlivňována značná část svařovaného materiálu, což je značná nevýhoda; • svařování obloukem je velmi výhodné, neboť oblouk představuje lokální zdroj tepla pro natavení.
•
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Svařování plamenem - teplo potřebné k natavení svařovaného (základního) materiálu a přídavného materiálu se získává hořením směsi plynů, nejčastěji kyslíku a acetylenu. acetylen – C2H2 je plyn, který hoří a kyslík (O2) podporuje hoření; • pozor – acetylén je výbušný plyn, kyslík nesmí přijít do styku s oleji a tuky! • plyny se dodávají v tlakových ocelových nádobách;
TE I
Charakteristika acetylénu
Přednáška č. 10
Acetylen – je uhlovodík C2H2 ( obsahuje 92,2 % C a 7,8 % H2 ).
• • • • •
smícháním se vzduchem tvoří výbušnou směs ! z tohoto důvodu se dodává v tlakových lahvích naplněných průlinčitou hmotou nasycenou acetonem, ve které je aceton pod tlakem rozpuštěn. láhev o objemu 40 l obsahuje 5 až 6 kg acetylenu, to je množství, které odpovídá spotřebě kyslíku ve stejně velké láhvi. ocelová láhev se dle ČSN označuje bílým pruhem (dnes zahraniční dodavatelé píší acetylen) obr. vpravo porézní průlinčitá hmota (snímek z elektron. mikroskopu)
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Acetylén - je hořlavý plyn, s výrazným zápachem po česneku (technický acetylén). • chemicky čistý acetylén je bez zápachu; • při atmosférickém tlaku a normální teplotě hoří acetylén bílým plamenem s velkým vývinem sazí. • ve směsi s kyslíkem dosahuje výbušné směsi při obsahu 2,8 až 93%. • 1m3 má při normálním (atmosférickém) tlaku a teplotě (20 °C) hmotnost 1,17 kg (je lehčí než vzduch); • nejnižší teplota vzplanutí je přibližně 350°C, rychlost hoření směsi podle obsahu kyslíku je 90 až 200m.s-1, detonační rychlost je až 3 000m.s-1.
TE I
Svařování plamenem
•
•
• •
Přednáška č. 10
Acetylén je labilní endotermická sloučenina - při hoření dodává teplo okolí. při manipulaci s ním je třeba dbát pozor, protože za určitých podmínek může dojít k jeho výbušnému rozkladu; při ohřátí na teploty mezi 300 až 800 °C nastává polymerizace a kondenzace na vyšší uhlovodíky, jako benzín, benzol, starol, naftalín, a to za vývinu tepla. Toto teplo zvyšuje postupně teplotu a reakce se zrychluje. K vnitřnímu rozkladu acetylénu dochází při ohřevu nad 800°C; při nízkém tlaku dochází pouze k rozkladu v místě tepelného impulzu; zároveň dochází ke značnému vývinu tepla: C2H2 = 2 C + H2 + Q (teplo)
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Kyslík (O2) – při atmosférickém tlaku a teplotě – 183 °C zkapalní na modrou kapalinu (1litr kapalného kyslíku = 800 l plynného kyslíku ); • tlaková láhev s kyslíkem je podle zahraničních dodavatelů označována bíle a ještě s nápisem kyslík. • dříve se dle ČSN označovala modrým pruhem; • láhev s acetylenem je označena hnědě.
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Tlakové lahve – jsou vyrobeny z bezešvých ocelových trub, tloušťka stěny se pohybuje od 5 do 8mm, objem lahve je nejčastěji 40 a 50 litrů • každá láhev na stlačené plyny se skládá z vlastního tělesa láhve, hrdlového kroužku, ochranného kloboučku (popř. třmenu), ventilu, patky a láhvového ventilu. • aby nenastala záměna lahví,jsou podle druhu plynu odlišeny barevným pruhem u hrdla nebo barvou celé lahve.
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Tlakové lahve – se používají pro dopravu, manipulaci, uskladnění plynu jsou to ocelové lahve vyrobené z bezešvých ocelových trubek s t = 5 - 8 mm • pro kyslík jsou z ocele 13 142 • pro acetylen jsou z ocele 11 350
Staré značení
nové značení
staré značení
nové značení
TE I
Svařování plamenem Výhřevnost plamenů hořením různých plynů
Přednáška č. 10
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Schéma zařízení pro svařování plamenem • •
• • •
každá tlaková láhev obsahuje lahvový ventil a redukční ventil se dvěma manometry; jeden manometr sleduje tlak v lahvi, druhý v hořáku;
tlak acetylenu v lahvi je 1,5 MPa; tlak kyslíku v lahvi je 15MPa; pomocí hadic vedou oba plyny od tlakových lahví do hořáku;
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Redukční ventil - je to zařízení, které snižuje (redukuje) vysoký výstupní tlak plynu z lahve na potřebný pracovní tlak v hořáku. • udržuje pracovní tlak na nastavené hodnotě bez ohledu na to, že odběrem plynu se jeho vstupní tlak snižuje.
Obrázky jsou převzaté z podkladových materiálů České slévárenské společnosti – svařování plamenem , duben 2013
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Hadice - slouží jako pružné propojení svařovacího hořáku s lahví (zdrojem plynu). • hadice pro přívod kyslíku a acetylenu se liší barvou a světlostí • • • •
hadice pro kyslík jsou modré; hadice pro acetylén červené; tloušťka stěny hadic 4 - 6 mm; světlost hadic pro kyslík je 6 - 9 mm, pro acetylen 9 - 14 mm. nejmenší délka hadic může být 5 m. hadice pro acetylen je zkoušena na přetlak 1MPa, stěna tlakové hadice je vyztužena textilní vložkou, hadice pro kyslík je zkoušena pro přetlak 2 MPa.
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Pojistka proti zpětnému hoření (šlehnutí) – bývá uložena v hadici nebo v části hořáku pro oba plyny, je na principu plastu, který se nataví a utěsní přívod acetylénu. • zabraňuje proniknutí zpětného hoření (šlehnutí) plamene hadicí do redukčního ventilu; • současně nedovolí vniknutí kyslíku do přívodu hořlavého plynu a vytvoření výbušné směsi; • zařízení se umisťuje do hadice pro přívod acetylenu ve vzdálenosti asi 1 m od rukojeti hořáku. Někteří výrobci umísťují tyto pojistky přímo do rukojeti hořáku.
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Hořák, tzv. svařovací souprava • •
obě hadice přivádí plyn správně řečeno do svařovací soupravy; svařovací souprava
1 - hubice hořáku, 2 - hořák, 3 - převlečná matice, 4 - ovládací ventily, 5 - rukojeť, C2H2 – acetylen; O2 - kyslík
• • • • •
tlak kyslíku v soupravě (hořáku) je 0,3 MPa. tlak acetylenu v soupravě (hořáku) je 0,1 MPa svařovací souprava obsahuje sadu (cca 6) výměnných nástavců, které umožňují svařovat materiály různých tlouštěk.
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Rukojeť hořáku, resp. svařovací soupravy
Obrázek je převzatý z podkladových materiálů České svářečské společnosti – svařování plamenem, duben, 2013
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Rozdělení hořáků pro svařování plamenem • injektorové; • bez injektorové; Injektorové - využívají jevu (z termodynamiky plynů), při kterém plyn s vyšším tlakem proudící relativně malým otvorem se natolik zrychlí, že za ním vzniká vakuum. Bez injektorové - dochází ke klidné hoření plamene, vyžadují však vyšší nároky na redukční ventily. V praxi se nejvíce používají injektorové hořáky.
Obrázky převzaty z podkladů České svářečské společnosti – svařování plamenem, duben, 2013
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Druhy plamenů (neutrální, redukční, oxidační) Plamen neutrální - vzniká v případě, že spalujeme přibližně stejné množství obou plynů, tj. poměr mísení; tento typ plamene se pro svařování používá nejčastěji. Při podrobnějším pohledu lze tohoto plamene rozpoznat 3 světelné kužele: První kužel - jádro plamenu (vnitřní světelný kužel plamene) je oblast ostře ohraničená; zde probíhá postupný ohřev do teploty zapálení plynné směsi, která proudí z hubice do hořáku; Druhý kužel je oblast svařování, zde probíhá spalovací proces, který má dvě fáze. V první fázi probíhá nedokonalé spalování na povrchu světelného kužele acetylen se rozkládá na původní složky, uhlík se spaluje na oxid uhelnatý a vodík zůstává převážně volný; tento kužel je důležitý pro svařování. Třetí kužel - oblast vnější části plamene (žluté zabarvení), zde probíhá druhá fáze spalování C2H2 atmosférickým O 2.
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Druhý kužel je oblast, kde probíhá spalovací proces, který má dvě fáze. V první fázi probíhá nedokonalé spalování na povrchu světelného kužele acetylen se rozkládá na původní složky, uhlík se spaluje na oxid uhelnatý a vodík zůstává převážně volný. 1. fáze: C2H2 + O2 = 2CO + H2 + teplo Teplo uvolněné v první fázi spalování označujeme jako výhřevnost acetylenu. Oblast vhodná ke svařování, kde je nejvyšší teplota (cca 3100°C), leží ve vzdálenosti cca 1 až 2 mm od vrcholu 1.světelného kužele. Tato oblast má dezoxidační (redukční) charakter a chrání roztavený kov před vnější atmosférou, nazývá se nejen oblastí svařovací, ale také pracovní.
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Třetí kužel - oblast vnější části plamene (žluté zabarvení), zde probíhá druhá fáze spalování C2H2 atmosférickým O 2: 2. fáze: 2CO + H2 + 3/2 H2O = 2CO +H2O + teplo potřebný kyslík si plamen odebírá ze vzduchu a kužel vnějšího plamene má oxidační účinek; Schéma oblastí (kuželů) neutrálního kyslíko - acetylenového plamene
Obrázek je převzatý z podkladů České svářečské společnosti-svařování plamenem, duben 2013
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Plamen redukční (nauhličující) - s poměrem míšení s přebytkem acetylenu, světelný kužel je překrytý mlhavým závojem, jehož délka závisí na přebytku acetylenu. • plamen je čadivý a má silný dezoxidační účinek, obsahuje volné částice nespáleného uhlíku a způsobuje nauhličování nataveného kovu; • pro běžné svařování ocelí nemá uplatnění, používá se pro svařování litin, hliníku. Plamen oxidační - s poměrem smíšení s přebytkem kyslíku a má tendence propalovat svařovaný materiál; • světelný kužel je krátký a podle obsahu kyslíku je zbarven od modré až do modrofialové. Kyslík z oblasti světelného kužele se lehce dostává do styku s roztaveným kovem a oxiduje ho. • plamen není vhodný pro svařování ocelí, litin, neželezných kovů. • používá se pro svařování některých druhů mosazí (slitina Cu-Zn) a bronzů (slitina Cu-Sn). • kyslík tvoří se zinkem na povrchu svařovaných materiálů oxidy, které brání vypařování Zn, Sn.
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Druhy plamenů a jejich použití pro svařování – podle míšení plynů
Obrázek je převzatý z podkladů České svářečské společnosti – svařování plamenem, duben 2013
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Rozdělení plamene podle výstupní rychlosti • • •
měkký výstupní rychlost 70-100 m/s nestabilní,náchylný ke zpětnému šlehnutí střední výstupní rychlost 100-120 m/s stabilní,zaručuje dobrou jakost svaru ostrý výstupní rychlost větší než120 m/s velký dynamický účinek na svarovou lázeň
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Přídavné materiály pro svařování plamenem • jsou to svařovací dráty; • mají stejné nebo podobné chemické složení jako svařovaný materiál; • dráty se dodávají v tyčinkách dlouhých 1 m a vyrábí se o průměrech: 1,6; 2; 2,5; 3,25; 4; 5; 6,3; 8 mm; • označují se: G XXX
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Tupý V svar - používá se pro svařování plechů tloušťky větších než 4 mm Tupý X svar - pro svařování tloušťky plechu více jak 12mm je používán tupý X svar.
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Příprava svarových ploch Lemový svar •
používá se pro svařování plechů tloušťek od 0,2 do tloušťek 2mm.
•
základní materiál by neměl být příliš pevný, aby se dal snadno tvářet
Tupý I svar •
používá se pro svařování tloušťek 1 až 4mm.
•
pro dokonalé svaření je nutno podložit při svařování kořene svaru.
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Způsoby svařování plamenem - svařování plamenem je nevýhodné, vzniká značně ovlivněná oblast základního materiálu • schéma svařování plamenem • svařování a) vpřed; b) vzad • svařování vzad je výhodnější • svařování plamenem je méně nevýhodné
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Svařování vpřed
Obrázek je převzatý z podkladů České svářečské společnosti – svařování plamenem, duben 2013
TE I
Svařování plamenem
Přednáška č. 10
Svařování vzad
Obrázek je převzatý z podkladů České svářečské společnosti – svařování plamenem, duben 2013
TE I
Svařování plamenem Ochranné pomůcky při svařování plamenem • rukavice • kožená zástěra • brýle pro svařování plamenem
Přednáška č. 10
TE I Přednáška č. 10
Normy pro svařování plamenem Česká svářečská společnost ANB • ČSN 05 0705; • ZK 311 W 01 • ZP 311- 2 W01 Bezpečnostní normy ČSN 05 0610 ČSN 05 0600 Vyhláška č. 87/2000 Sb.
TE I Přednáška č. 10
Barevné označení lahví dalších plynů
Stránka převzata z podkladových materiálů České slévárenské společnosti – svařování plamenem, duben 2013
TE I Přednáška č. 10
Charakteristika svařování plamenem
Literatura [1] NOVÁ, I.: Technologie I. [Skripta], FS-TU v Liberci 2006. [2] Svařování plamenem - Technické podklady České slévárenské společnosti. [3] KUNCIPÁL, J. a kol.: Teorie svařování. Praha, 1986. [4] Kolektiv: Materiály a jejich svařitelnost. /Učební texty pro kurzy svářečských inženýrů a technologů/. Ostrava 1999. [5] Kolektiv: Navrhování a posuzování svařovaných konstrukcí a tlakových zařízení. /Učební texty pro kurzy svářečských inženýrů a technologů/. Ostrava 1999.
