Cięcie tlenem. Sprawozdanie.doc

1.              Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z płomieniem acetylenowo-tlenowym, jego zapalaniem i regulacji, a także z obsługą stanowiska do cięcia gazowego oraz z podstawowym zastosowaniem płomienia, jako źródła ciepła w procesach spajania i cięcia.

2.              Część teoretyczna:

Cięcie gazowe jest szeroko stosowaną metodą cięcia stali niestopowych i niskostopowych o grubości od kilku milimetrów do kilku metrów. Proces cięcia polega na spalaniu metalu w tlenie. Strumień tlenu (tzw. strumień tlenu tnącego) wypala szczelinę w materiale, usuwając z niej jednocześnie produkty spalania. Z tego względu czystość tlenu tnącego wpływa w dużym stopniu na osiągane prędkości cięcia. Wyższa czystość tlenu gwarantuje wyższą prędkość cięcia. Przyjmuje się, że wystarczająca czystość tlenu zapewniającą dobre wyniki kształtuje się na poziomie 99,5%.

Zanim rozpocznie się proces cięcia, stal musi osiągnąć temperaturę zapłonu. To jest zadanie dla płomienia gazowego. Wybór gazu palnego decyduje o szybkości nagrzewania. Acetylen zapewniający wysoką temperaturę i skuteczność płomienia wydaje się być optymalnym rozwiązaniem.

Najistotniejszym elementem sprzętu jest dysza tnąca. Odpowiednie ukształtowanie wylotu kanału tlenu tnącego, zwiększające prędkość wypływu tego gazu w znacznym stopniu zwiększa prędkość cięcia. Dalsze zwiększenie tej prędkości możliwe jest dzięki zastosowaniu systemu JETEX, w którym wykorzystuje się “dysze kurtynowe”. W tego typu dyszach strumień tlenu tnącego jest otoczony kurtyną tlenową, ograniczającą dostęp produktów spalania oraz powietrza, które obniżają czystość tlenu tnącego, a w konsekwencji obniżają prędkość cięcia. Cięcie prostopadłe, ukosowanie, przygotowanie do spawania przez cięcie kilkoma palnikami jednocześnie to tylko niektóre możliwości oferowane przez tę technologię.

Palniki do cięcia.

Palniki tego typu są przeznaczone do cięcia stali za pomocą strumienia tlenu, przy jednoczesnym działaniu płomienia podgrzewającego. W tym celu mają one głowicę przystosowana do zamocowania dyszy tnącej oraz dyszy podgrzewającej. Zależnie od ich konstrukcji rozróżnia się dysze dwudzielne i blokowe (rys.2.).

Rys.1. Schemat palnika acetylenowo-tlenowego do cięcia: 1 - przewód tlenowy, 2 - przewód acetylenowy, 3 - przewód tlenowy do cięcia, 4 - końcówka.

Rys.2. Układy i rodzaje dysz do cięcia tlenem: a), b) typu szczelinowego i rowkowego do acetylenu; c), d) typu rowkowego i otworkowego do propanu lub gazu ziemnego; e) dysza blokowa; 1 - dysza podgrzewająca, 2 - dysza tnąca.

Dysze dwudzielne składają się z wykonanych oddzielnie dysz: tnącej i podgrzewającej, stanowiących odrębne części palnika. Dysze tego typu mogą pracować współcentrycznie lub szeregowo. Dysze współcentryczne są stosowane do cięcia stali o grubości 3 ÷ 300 mm, a szeregowe do cięcia blach o grubości 0,2 ÷ 10 mm. Dysze dwudzielne mogą być wykonane jako szczelinowe, rowkowe lub otworkowe.

Dysze blokowe są wykonane jako elementy monolityczne z miedzi i spełniają jednocześnie funkcję dyszy tnącej i podgrzewającej. Charakteryzują się całkowitą odpornością na cofanie się płomienia i znajdują zastosowanie głównie do cięcia maszynowego, cięcia hutniczego podgrzanego materiału, cięcia grubych bloków itp. w celu zwiększenia twardości stosuje się kadmowanie lub chromowanie ich powierzchni zewnętrznych.

Gazy techniczne:

Acetylen

Acetylen rozpuszczony techniczny C2H2 otrzymuje się przez rozpuszczenie w acetonie pod ciśnieniem gazowego acetylenu powstałego w wyniku działania rozpylonej wody na karbid (węglik wapnia). Acetylen jest gazem bezbarwnym o słodkim smaku, lżejszy od powietrza. Techniczny acetylen zanieczyszczony jest powietrzem, siarkowodorem, amoniakiem i fosforowodorem, który nadaje acetylenowi charakterystyczny, słaby zapach, przypominający woń czosnku. Zawartość tych zanieczyszczeń łącznie nie może przekracza_ 2% objętości. Acetylen jest gazem łatwopalnym, zapalony w powietrzu płonie jasnym, silnie kopcącym płomieniem, którego temperatura wynosi ok. 2400°C. Zmieszany z tlenem w specjalnym palniku daje płomień o bardzo wysokiej temperaturze dochodzącej do 3000°C. Acetylen jest gazem wybuchowym, zwłaszcza pod ciśnieniem i w stanie ciekłym, nie można go więc sprężać w butlach ciśnieniowych, ani skraplać. Z powietrzem i tlenem tworzy mieszaniny wybuchowe w granicach 2,3-82% obj. acetylenu. Acetylen rozpuszczony (acetylen nierozpuszczony, sprężony do ciśnienia powyżej 0,15 MPa, grozi wybuchem) w acetonie traci swe właściwości wybuchowe, dlatego też przechowuje się go i przewozi w butlach stalowych wypełnionych nasyconą acetonem porowatą masę składającą się zwykle z mieszanin ziemi okrzemkowej i węgla drzewnego. Acetylen pakowany jest w butle stalowe bez szwu wypełnione materiałem porowatym. Butle pomalowane są na kolor czerwony (ceglasty) i mają czarny napis "ACETYLEN" zgodnie z PN-75/M-69210.

Tlen

W stanie wolnym występuje w powietrzu (2 % obj.) w postaci dwuatomowych cząsteczek O2. Jest gazem bezbarwnym, bez smaku i zapachu, cięższy od powietrza, nie palnym (ale niezbędnym w procesach spalania). Tlen, sprężony pod ciśnieniem 15 MPa przewozi się w butlach stalowych (albo stanowiących jedną całość - wiązkach butli), oznaczonych, niebieską farbą z napisem białym, "TLEN" i z nakręconym kołpakiem ochronnym zgodnie PN-75/M- 69210. Butle stalowe bez szwu, o pojemności 0,4; 1; 2; 5; 8; 10; 27; 40; 45; 50 dm3 zgodnie z PN-67/M-69222, zaopatrzone w szczelne zawory wg PN-65/M-69228 do tlenu technicznego pomalowane na niebiesko z białym napisem "TLEN".

Urządzenia do spawania i cięcia:

Budowa butli acetylenowej:

Butle acetylenowe są wykonane przez ciągnienie na gorąco i podobnie jak butle tlenowe – ze stali odpowiedniego gatunku dla naczyń ciśnieniowych. W spawalnictwie stosowano dotychczas butle 40 litrowe. Masa porowata wypełnia wewnątrz całą butle acetylenową. Zadaniem tej masy jest zabezpieczenie butli przed wybuchem oraz wchłanianie acetonu z rozpuszczonym w nim acetylenem i rozprowadzenie go po całej objętości butli.

Butle a) do tlenu, b) acetylenu l) cylinder butli, 2) szyjka butli, 3) pierścień zewnętrzny nagwintowany, 4) zawór butli, 5) kołpak

Budowa i zadanie reduktora:

Reduktor ciśnienia służy do zmniejszania ciśnienia tlenu w butli do ciśnienia roboczego oraz do samoczynnego utrzymywania ciśnienia na tej samej wysokości podczas pracy. Reduktory dzielimy na: sieciowe – używane na stanowiskach, do których gazy dopływają rurami stalowymi pod ciśnieniem około 20 at.; butlowe – przykręcane bezpośrednio do butli; centralne – instalowane przy bateriach butlowych o dużej przepustowości.

Przekrój reduktora:

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

Przekrój palnika smoczkowego do spawania:

l, 2) końcówki doprowadzające tlen i acetylen, 3,4) rurki doprowadzające gazy do korpusu 5 umieszczonego w rękojeści, 6) smoczek, 7) kanały acetylenowe, 8) komora mieszankowa, 9) dziób palnika, 10) dysza, 11) nakrętka mocująca wymienną nasadkę do spawania

Podział palników do spawania gazowego i cięcia tlenem podaje PN:

Poza palnikami do spawania i cięcia produkowane są też palniki do podgrzewania oraz opalania blach. W kraju wytwarzane i stosowane są głównie palniki tzw. smoczkowe. Palniki do cięcia różnią się od palników do spawania tym, że mają dodatkowy przewód doprowadzający tlen, tzw. tnący. Najczęściej jednak stosuje się palniki uniwersalne. Są to takie palniki, w których nasadki do spawania można zamienić na nasadki stosowane do cięcia tlenem.

Sprzęt pomocniczy:

Sprzęt pomocniczy stanowią: węże gumowe, przyłączki i złączki węży gumowych, opaski taśmowe, zapalniczki iskrowe oraz oszczędzacze gazów.

Obsługa palnika

Przed przystąpieniem do pracy należy ustawić ciśnienie robocze na reduktorach tlenowym i acetylenowym, które winno wynosić 0,03 - 0,08 MPa, w zależności od wielkości palnika. Ciśnienie robocze tlenu ustawia się przy otwartym zaworze na palniku i winno ono mieć wartość 0,25 - 0,45 MPa. Przystępując do zapalenia płomienia należy najpierw odkręcić zawór tlenu, a w dalszej kolejności zawór acetylenu i zapalić palnik, po czym lekko przykręcić acetylen, aby płomień pali się tuż przy dziobie palnika. Teraz należy powoli otwiera_ zawór tlenowy i wyregulować palnik, zgodnie z podanym wcześniej opisem płomienia. Przy gaszeniu płomienia zawsze najpierw należy zamknąć zawór acetylenowy, a później dopiero tlenowy.

Płomień acetylenowo – tlenowy

Płomień składa się z 3 stref: jądra, strefy odtleniającej i kity płomienia. Wewnątrz jądra panuje temperatura około 600°C, przy końcu – 1000°C, w odległości 2¸5 mm od jądra (strefa odtleniająca) 3100°C, pośrodku kity płomienia około 2000°C, a na końcu kity około 1000°C. Część płomienia znajdująca się tuż za jądrem (strefa odtleniająca) działa na stopiony metal dodatnio: odtlenia, tj. odbiera tlen od powstałych już tlenków i chroni metal przed działaniem tlenu z powietrza, tj. przed powstawaniem nowych tlenków. Dalsza część płomienia tzw. kita, działa na stopiony metal ujemnie, ponieważ ma własności utleniające na skutek obecności wolnego tlenu, a znajdujące się w tej strefie cząsteczki pary wodnej wpływają na powstawanie porów i pęcherzy w spoinie.

Płomień acetylenowo-tlenowy:

1)     jądro, 2) strefa odtleniająca, 3) kita

POWRÓT PŁOMIENIA I JEGO PRZYCZYNY:

Zjawisko powrotu płomienia polega na tym, że mieszanka tlenu i acetylenu spala się wewnątrz palnika. Przyczynami tego zjawiska mogą być...