При газопламенной обработке металлов в качестве источника теплоты используется газовое пламя – пламя горючего газа, сжигаемого для этой цели в специальных горелках.
В качестве горючих газов используют ацетилен, водород, природные газы, нефтяной газ, пары бензина, керосина и др. Наиболее высокую температуру по сравнению с пламенем других газов имеет ацетиленокислородное пламя, поэтому оно нашло наибольшее применение.
Газовая сварка- это сварка плавлением, при которой метал в зоне соединения нагревается до расплавления газовым пламенем (рис.8).
При нагреве газовым пламенем 4 кромки свариваемых заготовок 1 расплавляются вместе с присадочным металлом 2,который может дополнительно вводиться в пламя горелки 3. После затвердевания жидкого металла образуется сварной шов 5.
К преимуществам газовой сварки относятся: простота способа, несложность оборудования, отсутствие источника электрической энергии.
К недостаткам газовой сварки относятся: меньшая производительность, сложность механизации, большая зона нагрева и более низкие механические свойства сварных соединений, чем при дуговой сварке.
Газовую сварку используют при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали толщиной 1-3 мм, сварке чугуна, алюминия, меди, латуни, наплавке твёрдых сплавов, исправлении дефектов литья и др.
Техника сварки.
В практике применяют два способа сварки - правый и левый (см. рис.8) При правом способе сварку ведут слева на право, сварочное пламя направляют на сваренный участок шва, а присадочную проволоку перемещают вслед за горелкой. Так как при правом способе пламя направлено на сваренный шов, то обеспечивается лучшая защита сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, большая глубина плавления, замедленное охлаждение металла шва в процессе кристаллизации. Теплота пламени рассеивается меньше, чем при левом способе, поэтому угол разделки кромок делается не 90 °, а 60-70°, что уменьшает количество наплавленного металла и коробление. При правом способе производительность на 20-25 %выше, а расход газов на 15-20 % меньше, чем при левом. Правый способ целесообразно применять при сварке металла толщиной боле 5 мм и металлов с большой теплопроводностью.
При левом способе сварку ведут справа налево, сварочное пламя направляют на ещё не сваренные кромки металла, а присадочную проволоку перемещают впереди пламени. При левом способе сварщик хорошо видит свариваемый металл, поэтому внешний вид шва лучше, чем при правом способе; предварительный подогрев кромок свариваемого металла обеспечивает хорошее перемешивание сварочной ванны. Благодаря этим свойствам левый способ наиболее распространён и применяется для сварки тонколистовых материалов и легкоплавких металлов.
Мощность сварочной горелки при правом способе выбирают из расчёта 120-150 дм^3/ч ацетилена, а при левом -100-130 дм^3/ч на 1 мм толщина свариваемого металла.
Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. При правом способе сварки диаметр присадочной проволоки d=S/2 мм., но не более 6 мм, при левом d=S/2+1 мм, где S- толщина свариваемого металла, мм
Скорость нагрева регулируют изменением угла наклона мундштука к поверхности свариваемого металла (рис. 9, а).
Чем
толще металл и больше его теплопроводность,
тем больше угол наклона мундштука к
поверхности свариваемого металла.
В процессе сварки газосварщик концом мундштука горелки совершает одновременно два движения: поперечное (перпендикулярно оси шва) и продольное (вдоль оси шва) (рис. 9) Основным является продольное движение. Поперечное движение служит для равномерного прогрева кромок основного металла и получения шва необходимой ширины.
Газовой сваркой можно выполнять нижние, горизонтальные (на вертикальной плоскости), вертикальные и потолочные швы. Горизонтальные и потолочные швы обычно выполняют правым способом сварки, вертикальные снизу вверх - левым способом.
Газовая сварка относится к группе сварки плавлением. Метод газовой сварки прост, не требует сложного оборудования и источника электрической энергии. К недостаткам газовой сварки относятся меньшая скорость и большая зона нагрева, чем при .
Газовую сварку применяют при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали толщиной 1-3 мм, монтаже труб малого и среднего диаметров, соединений и узлов, изготовляемых из тонкостенных труб, сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни и свинца, сварке чугуна с применением в качестве присадки чугунных, латунных и бронзовых прутков, наплавке твердых сплавов и латуни на стальные и чугунные детали.
Газовой сваркой могут соединяться почти все металлы и сплавы, применяемые в настоящее время в промышленности. Наиболее широкое применение получила при строительно-монтажных работах, в сельском хозяйстве и при ремонтных работах.
Для выполнения сварочных работ необходимо, чтобы сварочное пламя обладало достаточной тепловой мощностью. Мощность пламени горелки определяется количеством ацетилена, проходящего за один час через горелку, и регулируется наконечниками горелки. Мощность пламени выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла и его свойств. Количество ацетилена в час, необходимое на 1 мм толщины свариваемого металла, устанавливается практикой.
Пример. При сварке низкоуглеродистой стали на 1 мм толщины свариваемого металла требуется 100-130 дм 3 ацетилена в час.
Для сварки низкоуглеродистой стали толщиной 4 мм минимальная мощность сварочной горелки составит 100х4=400 дм 3 /ч, наибольшая - 130х4=520 дм 3 /ч.
Для газовой сварки различных металлов требуется определенный вид пламени - нормальное, окислительное, науглероживающее. Газосварщик регулирует и устанавливает вид сварочного пламени на глаз. При ручной сварке сварщик держит в правой руке сварочную горелку, а в левой - присадочную проволоку. Пламя горелки сварщик направляет на свариваемый металл так, чтобы свариваемые находились в восстановительной зоне на расстоянии 2- 6 мм от конца ядра. Конец присадочной должен находиться в восстановительной зоне или в сварочной ванне.
Скорость нагрева регулируется изменением угла наклона а мундштука к поверхности свариваемого металла.
Рисунок 1 - Угол наклона (а) и способы перемещения мундштука горелки (б)
Величина угла выбирается в зависимости от толщины и рода свариваемого металла. Чем толще металл и больше его теплопроводность, тем больше угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла. В начале сварки для лучшего прогрева металла угол наклона устанавливают больше, затем по мере прогрева свариваемого металла его уменьшают до величины, соответствующей данной толщине металла, а в конце сварки постепенно уменьшают, чтобы лучше заполнить и предупредить пережог металла.
Рукоятка горелки может быть расположена вдоль оси шва или перпендикулярно ей. То или иное положение выбирается в зависимости от условий (удобств) работы газосварщика, чтобы рука сварщика не нагревалась теплотой, излучаемой нагретым металлом.
В процессе газовой сварки газосварщик концом мундштука горелки совершает одновременно два движения: поперечное - перпендикулярно оси шва и продольное - вдоль оси шва. Основным является продольное движение, поперечное служит для равномерного прогрева кромок основного и присадочного металла и получения шва необходимой ширины.
Способ 1, при котором пламя периодически отводится в сторону, применять при газовой сварке не рекомендуется, так как при этом возможно окисление расплавленного металла кислородом воздуха. Способ 2 - по спирали и способ 3 - полумесяцем рекомендуются при сварке металла средней толщины, способ 4 - при сварке тонких листов (рисунок 1).
Присадочной можно совершать такие же колебательные движения, но в направлении, обратном движениям конца мундштука горелки.
Конец присадочной проволоки не рекомендуется извлекать из сварочной ванны и особенно из восстановительной зоны пламени. Движения, совершаемые концом мундштука горелки и концом присадочной проволоки в процессе сварки, зависят от положения шва в пространстве, толщины свариваемого металла, рода металла и требуемых размеров сварочного шва. Для сварки швов в нижнем положении наиболее распространено движение полумесяцем.
И резка металлов позволяют соединять между собой детали металлических конструкций в промышленности и быту. Это такой технологический процесс, при котором горючее газовое вещество с чистым кислородом под влиянием высоких температур сцепляет кромки поверхностей. Расстояние между ними заливают расплавленным материалом, источником которого является присадочная проволока.
Преимущества и недостатки газовой сварки
Газовая сварка – довольно простая технология, имеющая много положительных аспектов:
- Возможность проводить сварочные работы в автономном режиме. Для этого не нужен мощный источник энергии.
- Наличие простого негабаритного оборудования, которое легко поддается транспортировке.
- Процесс сварки регулируемый. Газовая горелка позволяет варьировать рабочую высокую температуру, скорость нагрева и угол наклона огня.
А также большие возможности использования: обработка применяется для соединения элементов изделий из углеродистой стали, свинца, меди, чугуна, латуни, бронзы, силумина, алюминия и его сплавов.
Есть и недостатки при проведении сварочных работ:
- Большая площадь нагрева, создающая условия для деформации соседних элементов.
- Газосварочный процесс относится к работам повышенной опасности. Сжатый кислород, и горючие смеси требуют соблюдения мер предосторожности.
- Газовая сварка предназначена для металлов толщиной до 5 мм.
- Отсутствие автоматизации газовой горелки.
- Высокие требования к профессии сварщика.
Виды используемых газов
Газовая сварка и резка металлов направлены на локальное плавление участка детали. В качестве горючего материала используют разные виды. Их выбор определен многими факторами. Основные из них – температура огня и количество тепла при сгорании. При сварке применяют несколько химических веществ.
Важнейший элемент для пайки и резки. Он используется в качестве катализатора, необходимого для активизации процессов обработки металлов. Для него характерно отсутствие цвета и запаха, плохая растворимость в воде и спирте. Кислород является активным химическим соединением. Его содержат в специальных емкостях под постоянным давлением. Для кислородной сварки используют технический газ трех сортов. Каждый вид зависит от чистоты кислорода. Это свойство влияет на качество обработки деталей.
Ацетилен
Наиболее распространенный вид, так как обеспечивает высокую температуру по сравнению с другими воспламеняющимися веществами. Он образуется на основе углеродистого кальция с водой. Химическое вещество поглощает влагу из атмосферы и расщепляется под ее влиянием, поэтому соединение хранят в закрытых барабанах. Ацетилен взрывоопасный. Однако это качество исчезает, если смесь растворить в жидкости.
Водород
Не имеет запаха и цвета. При контакте с воздухом становится взрывоопасным. Химический элемент хранят в стальных баллонах под давлением.
Коксовый газ
Образуется посредством переработки каменного угля. Это бесцветная смесь горючих веществ с выраженным сероводородным запахом, которую транспортируют по трубопроводам.
Используют на основе метана, добываемый из недр Земли.
Бензин и керосин
Продукты нефтеперерабатывающей отрасли. Имеют вид бесцветных жидкостей с запахом, которые легко испаряются. Газовая горелка подает их через испарители для образования пара.
Подвергается очистке, так как состоит из углеводородов и угарного газа. Это побочный продукт предприятий по переработке нефти.
Материалы, подходящие для газовой сварки
Газовая сварка незаменима в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве. Она позволяет скреплять большое количество металлов.
Сварка чугуна необходима для устранения дефектов, трещин, распавшихся частей изделия. Газовая горелка при этом должна быть с небольшим пламенем, чтобы избежать зернистости сварочного шва.
Пайка бронзы предполагает использование восстановительного пламени. В работе используют проволоку, идентичную свариваемому материалу.
Обработка меди не предусматривает наличия зазора между краями. Это обусловлено текучестью материала, что может затруднять газосварочный процесс.
Углеродистые стали можно соединять разными методами сварки. Швы становятся крупнозернистыми благодаря использованию стальной проволоки с низким уровнем углерода.
Необходимое оборудование для газосварки
Газосварочное оборудование применяется с целью соединения или резки металлических элементов под действием высокой температуры. Оно предполагает использование разных видов приборов и аксессуаров, в зависимости от вида проводимых работ. Для обработки металла используются несколько компонентов.
Водяной, или жидкостный затвор
Защищает части устройств от обратного удара сварочного пламени. Это может случиться тогда, когда скорость подачи газа меньше скорости возгорания, или в случае засорения каналов мундштука горелки. Таким предохранительным устройством оснащены все генераторы.
Баллоны с газом
Специальные цилиндрические резервуары с вентилями для хранения и транспортировки химического вещества. Определить, какой в них содержится вид, можно по цвету.
Редуктор
Снижает давление газа или держит его на определенном уровне. Устройство бывает прямого и обратного действия. Это важный элемент газобаллонного оборудования, который определяет работоспособность всей системы. Есть разные виды устройств, среди которых – кислородный редуктор. Он приспособлен к агрессивной среде и имеет голубую маркировку.
Газовый шланг
Обеспечивает подачу горючих жидкостей. Он сделан по особой технологии. Это многослойное изделие, выдерживающее агрессивную среду, с внутренним диаметром не больше 16 мм. В зависимости от категории, шланги маркируют красным, желтым и синим цветом.
Является основной частью сварочного оборудования. Она образует пламя, необходимо для нагревания и плавления металла. По конструкции изделие бывает двух видов: инжекторного и безинжекторного. Газовая горелка работает на разных мощностях. Выбор зависит от количества газа, подаваемого в единицу времени.
Специальный стол
Повышает удобство работы сварщика, так как выполняет несколько функций:
- фиксирует рабочие заготовки;
- хранит вспомогательный инструмент;
- является контуром заземления.
В конструкции может быть поворотная или статичная столешница.
Газовые резаки
Демонтаж металлоконструкции и раскрой проката невозможен без газового резака. Модели такого устройства имеют одинаковый принцип работы, но отличаются между собой размерами, конструкцией, наличием дополнительных деталей. С помощью газового резака можно выполнять работы с заготовками большой толщины. Резка происходит за счет того, что температура горения меньше температуры плавления.
Процесс условно разделяется на периоды:
- Обрабатываемая зона разогревается до нужной температуры. Для получения факела пламени кислород смешивают с горючим веществом в определенной дозировке.
- Кислород способствует раскислению металла, продукты горения удаляются из рабочей зоны.
Конструкция газового резака бывает двух видов:
- Инжекторная – двухтрубная, когда технический кислород разделяется на два потока.
- Безинжекторная, или трехтрубная, при которой кислородный и газовый поток движется по разным трубкам, смешиваясь внутри головки.
Технологический процесс газовой резки
При изготовлении металлических конструкций используется не только газовая сварка, но и резка металлов. Она позволяет работать с такими заготовками:
- диски, кольца;
- контурные элементы, сочетающие прямые и изогнутые линии из стали толщиной до 200 мм:
- детали сложной конфигурации;
- листы толщиной более 4 мм;
- от №16;
- от №20.
Чтобы получить высококачественный рез, поверхность металла предварительно очищается от грязи, краски, масла или ржавчины. Резка металлов – это термический способ обработки, разделенный на этапы:
- Нагреватель доводит температуру до 1100 0 С.
- Газовая горелка подает в рабочую зону кислород.
- Струя, соприкасаясь с металлом, воспламеняется. Ядро пламени должно располагаться на расстоянии от 1 до 1,5 мм от обрабатываемой поверхности.
- В условиях стабильной подачи газа поток легко разрезает заготовку. Скорость струи зависит от химического состава разрезаемого материала.
Техника безопасности
Газовая сварка и резка не обходятся без соблюдения правил техники безопасности. Во время работы сварщик подвергается всевозможным потенциальным опасностям. Меры предосторожности комплексные:
От поражения электротоком нужна такая защита:
- Заземление аппарата.
- Изоляция токопроводящих частей оборудования.
- Сухая, неповрежденная одежда.
- Исключение работ в мокрую погоду.
Защита зрения требует использования специальной маски со светофильтрами.
Газовая сварка – это угроза ожогов, взрывов пожаров. Избежать аварийной ситуации помогут:
- Экипировка в спецодежду.
- Отсутствие в местах проводимых работ открытых горючих, легковоспламеняющихся веществ.
- Наличие средств пожаротушения.
- Соблюдение технологического режима.
Против отравления ядовитыми парами используют:
- Респираторы.
- Эффективную вентиляцию в помещении.
- Маски, схожие с противогазами.
Газовая сварка обладает следующими преимуществами: способ сварки сравнительно прост, не требует сложного и дорогого оборудования, а также источника электроэнергии. Изменяя тепловую мощность пламени и его положение относительно места сварки, сварщик может в широких пределах регулировать скорость нагрева и охлаждения свариваемого металла.
К недостаткам газовой сварки относятся меньшая скорость нагрева металла и большая зона теплового воздействия на металл, чем при дуговой сварке. При газовой сварке концентрация тепла меньше, а коробление свариваемых деталей больше, чем при дуговой сварке. Однако при правильно выбранной мощности пламени, умелом регулировании его состава, надлежащей марке присадочного металла и соответствующей квалификации сварщика газовая сварка обеспечивает получение высококачественных сварных соединений.
Благодаря сравнительно медленному нагреву металла пламенем и относительно невысокой концентрации тепла при нагреве производительность процесса газовой сварки существенно снижается с увеличением толщины свариваемого металла. Например, при толщине стали 1мм, скорость газовой сварки составляет около 10м/ч, а при толщине 10мм – только 2м/ч. Поэтому газовая сварка стали толщиной свыше 6мм менее производительна по сравнению с дуговой сваркой и применяется значительно реже.
Стоимость горючего газа (ацетилена) и кислорода при газовой сварке выше стоимости электроэнергии при дуговой и контактной сварке. Вследствие этого газовая сварка обходится дороже, чем электрическая.
Процесс газовой сварки труднее поддается механизации и автоматизации, чем процесс электрической сварки. Поэтому автоматическая газовая сварка многопламенными линейными горелками находит применении только при сварке обечаек и труб из тонкого металла продольными швами газовую сварку применяют при:
Изготовлении и ремонте изделий из тонко-листовой стали (сварке сосудов и резервуаров небольшой емкости, заварке трещин, варке заплат и пр.);
сварке трубопроводов малых и средних диаметров (до 100мм) и фасонных частей к ним;
ремонтной сварке литых изделий из чугуна, бронзы и силумина;
сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни, свинца;
наплавке латуни на детали из стали и чугуна;
сварке кованого и высокопрочного чугуна с применением присадочных прутков из латуни и бронзы, низкотемпературной сварке чугуна.
При помощи газовой сварки можно сваривать почти все металлы, применяемые в технике. Такие металлы, как чугун, медь, латунь, свинец легче поддаются газовой сварке, чем дуговой. Если учесть еще простоту оборудования то становится понятным широкое распространение газовой сварки в некоторых областях народного хозяйства (на некоторых заводах машиностроения, сельском хозяйстве, ремонтных, строительно-монтажных работах и др.).
Для газовой сварки необходимо:
1) газы – кислород и горючий газ (ацетилен или его заменитель);2) присадочная проволока (для сварки и наплавки);
3) соответствующее оборудование и аппаратура, в то числе:
а. кислородные баллоны для хранения запаса кислорода;
б. кислородные редукторы для понижения давления кислорода, подаваемого из баллонов в горелку или резак;
в. ацетиленовые генераторы для получения ацетилена из карбида кальция или ацетиленовые баллоны, в которых ацетилен находится под давлением и растворен в ацетилене;
г. сварочные, наплавочные, закалочные и другие горелки с набором наконечников для нагрева метла различной толщины;
д. резиновые рукава (шланги) для подачи кислорода и ацетилена в горелку;
4) принадлежности для сварки: очки с темными стеклами (светофильтрами) для защиты глаз от яркого света сварочного пламени, молоток, набора ключей для горелки, стальные щетки для очистки металла и сварочного шва;
5) Сварочный стол или приспособление для сборки и закрепления деталей при прихватке, сварки;
6) флюсы или сварочные порошки, если они требуются для сварки данного металла.
Материалы, применяемые при газовой сварке.
Кислород Кислород при атмосферном давлении и обычной температуре газ без цвета и запаха, несколько тяжелее воздуха. При атмосферном давлении и температуре 20 гр. масса 1м3 кислород равен 1.33 кг. Сгорание горючих газов и паров горючих жидкостей в чистом виде кислороде происходит очень энергично с большой скоростью, а возникновение в зоне горения возникает высокая температура.Для получения сварочного пламени с высокой температурой, необходимо для быстрого расплавления металла в месте сварки, горючий газ или пары горючей жидкости сжигают в смеси с чистым кислородом.
При возникновении сжатого газообразного кислорода с маслом или жирами последние могут самовоспламеняться, что может быть причиной пожара. Поэтому при обращении с кислородными баллонами и аппаратурой необходима тщательно следить за тем, чтобы на них не падали даже незначительные следы масла и жиров. Смесь кислорода с горючих жидкостей при определенных соотношениях кислорода и горючего вещества взрывается.
Технический кислород добывают из атмосферного воздуха который подвергают обработке в воздухоразделительных установках, где он очищается от углекислоты и осушается от влаги.
Жидкий кислород хранят и перевозят в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией. Для сварки выпускают технический кислород трех сортов: высшего, чистотой не ниже 99.5%
1-ого сорта чистотой 99.2%
2-ого сорта чистотой 98.5% по объему.
Остаток 0.5-0.1% составляет азот и аргон
Ацетилен В качестве горючего газа для газовой сварки получил распространение ацетилен соединение кислорода с водородом. При нормальной to и давлением ацетилен находится в газообразном состоянии. Ацетилен бесцветный газ. В нем присутствуют примеси сероводорода и аммиак.
Ацетилен есть взрывоопасный газ. Чистый ацетилен способен взрываться при избыточном давлении свыше 1.5 кгс/см 2 , при быстром нагревании до 450-500С. Смесь ацетилена с воздухом взрываться при атмосферном давлении, если в смеси содержится от 2.2 до 93% ацетилена по объему. Ацетилен для промышленных целей получают разложением жидких горючих действием электродугового разряда, а так же разложением карбида кальция водой.
Газы заменители ацетилена. При сварке металлов можно применять другие газы и пары жидкостей. Для эффективного нагрева и расплавления металла при сварке необходимо чтобы to пламени была примерно в два раза превышала to плавления свариваемого металла.
Для сгорания горючих различных газов требуется различное кол-во кислорода подаваемого в горелку. В таб.8 приведены основные хар-ки горючих газов для сварки.
Газы заменители ацетилена применяют во многих отраслях промышленности. Поэтому их производство и добыча в больших масштабах и они являются очень дешевыми, в этом их основное преимущество перед ацетиленом.
Вследствие более низкой t пламени этих газов применение их ограничено некоторыми процессами нагрева и плавления металлов.
При сварке же стали с пропаном или метаном приходится применять сварочную проволоку содержащею повышенное количество кремния и марганца, используемых в качестве раскислителей, а при сварке чугуна и цветных металлов использовать флюсы.
Газы – заменители с низкой теплопроводной способностью неэкономично транспортировать в баллонах. Это ограничивает их применение для газопламенной обработки.
Таблица 8 Основные газы применяемые при газовой сварке
Сварочные проволоки и флюсы
В большинстве случаев при газовой сварке применяют присадочную проволоку близкую по своему хим. составу к свариваемому металлу.Нельзя применят для сварки случайную проволоку неизвестной марки.
Поверхность проволоки должна быть гладкой и чистой без следов окалины, ржавчины, масла, краски и прочих загрязнений. Температура плавления проволоки должна быть равна или несколько ниже to плавления металла.
Проволока должна плавится спокойно и равномерно, без сильного разбрызгивания и вскипания, образуя при застывании плотный однородный металл без посторонних включений и прочих дефектов.
Для газовой сварки цветных металлов (меди, латуни, свинца), а так же нержавеющей стали в тех случаях, когда нет подходящей проволоки, применяют в виде исключения полоски нарезанный из листов той же марки, что и сваривает металл.
Флюсы Медь, алюминий, магний и их сплавы при нагревании в процессе сварки энергично вступают в реакцию с кислородом воздуха или сварочного пламени (при сварке окислительным пламенем), образуя окислы, которые имеют более высокую to плавления, чем металл. Окислы покрывают капли расплавленного металла тонкой пленкой и этим сильно затрудняют плавление частиц металла при сварке.
Для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образующихся окислов применяют сварочные порошки или пасты, называемые флюсами. Флюсы, предварительно нанесенные на присадочную проволоку или пруток и кромки свариваемого металла, при нагревании расплавляются и образуют легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность жидкого металла. Пленка шлаков прокрывает поверхность расплавленного металла, защищая его от окисления.
Состав флюсов выбирают в зависимости от вида и свойств свариваемого металла.
В качестве флюсов применяют прокаленную буру, борную кислоту. Применение флюсов необходимо при сварке чугуна и некоторых специальных легированных сталей, меди и ее сплавов. При сварке углеродистых сталей не применяют.
Аппаратура и оборудование для газовой сварки.
Водяные предохранительные затворы Водяные затворы защищают ацетиленовый генератор и трубопровод от обратного удар пламени из сварочной горелки и резака. Обратным ударом называется воспламенение ацетиленово-кислородной смеси в каналах горелки или резака. Водяной затвор обеспечивает безопасность работ при газовой сварке и резке и является главной частью газосварочного поста. Водяной затвор должен содержатся всегда в исправном состоянии, и быть наполнен водой до уровня контрольного крана. Водяной затвор всегда включает между горелкой или резаком и ацетиленовым генератором или газопроводом.
Рисунок 17
Схема устройства и работы водяного затвора среднего давления:
а - нормальная работа затвора, б - обратный удар пламени
Баллоны для сжатых газов
Баллоны для кислорода и других сжатых газов представляют собой стальные цилиндрические сосуды. В горловине баллона сделано отверстие с конусной резьбой, куда ввертывается запорный вентиль. Баллоны бесшовные для газов высоких давлений изготавливают из труб углеродистой и легированной стали. Баллоны окрашивают с наружи в словные цвета, в зависимости от рода газа. Например, кислородные баллоны в голубой цвет, ацетиленовые в белый водородные в желто-зеленый для прочих горючих газов в красный цвет.Верхнею сферическую часть баллона не окрашивают и на ней выбивают паспортные данные баллона.
Баллон на сварочном посту устанавливают вертикально и закрепляют хомутом.
Вентили для баллонов
Вентили кислородных баллонов изготавливают из латуни. Сталь для деталей вентиля применять нельзя так как она сильно коррозирует в среде сжатого влажного кислорода.Ацетиленовые вентили изготавливают из стали. Запрещается применять медь и сплавы, содержащие свыше 70% меди, так как с медью ацетилен может образовывать взрывчатое соединение – ацетиленовую медь.
Редукторы для сжатых газов
Редукторы служат для понижения давления газа, отбираемого из баллонов (или газопровода), и поддержания этого давления постоянным независимо от снижения давления газа в баллоне. Принцип действия и основные детали у всех редукторов примерно одинаковы.По конструкции бывают редукторы однокамерные и двухкамерные. Двухкамерные редукторы имеют две камеры редуцирования, работающие последовательно, дают более постоянное рабочее давление и менее склонны к замерзанию при больших расходах газа.
Кислородный и ацетиленовый редукторы показаны на рис. 18.
Рисунок 18
Редукторы: а - кислородный, б - ацетиленовый
Рукава (шланги) служат для подвода газа в горелку. Они должны обладать достаточной прочностью, выдерживать давление газа, быть гибкими и не стеснять движений сварщика. Шланги изготовляют из вулканизированной резины с прокладками из ткани. Выпускаются рукава для ацетилена и кислорода. Для бензина и керосина применяют шланги из бензостойкой резины.
Сварочные горелки
Сварочная горелка служит основным инструментом при ручной газовой сварке. В горелке смешивают в нужных количествах кислород и ацетилен. Образующаяся горючая смесь вытекает из канала мундштука горелки с заданной скоростью и, сгорая, дает устойчивое сварочное пламя, которым расплавляют основной и присадочный металл в месте сварки. Горелка служит также для регулирования тепловой мощности пламени путем изменения расхода горючего газа и кислорода.Горелки бывают инжекторные и безинжекторные. Служат для сварки, пайки, наплавки, подогрева стали, чугуна и цветных металлов. Наибольшее распространение получили горелки инжекторного типа. Горелка состоит из мундштука, соединительного ниппеля, трубки наконечника, смесительной камеры, накидной гайки, инжектора, корпуса, рукоятки, ниппеля для кислорода и ацетилена.
Горелки делятся по мощности пламени:
1.
Микромалой мощности (лабораторные) Г-1;
2.
Малой мощности Г-2. Расход ацетилена от 25 до 700 л. в час, кислорода от 35 до 900 л. в час. Комплектуются наконечниками №0 до 3;
3.
Средней мощности Г-3. Расход ацетилена от 50 до 2500 л. в час, кислорода от 65 до 3000 л. в час. Наконечники №1-7;
4.
Большой мощности Г-4.
Также есть горелки для газов заменителей ацетилена Г-3-2, Г-3-3. Комплектуются наконечниками с №1 по №7.
Технология газовой сварки.
Сварочное пламя. Внешний, вид температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл зависят от состава горючей смеси, т.е. соотношение в ней кислорода и ацетилена. Изменяя состав горючей смеси, сварщик изменяет свойства сварочного пламени. Изменяя соотношение кислорода и ацетилена в смеси, можно получать три основных вида сварочного пламени, рис. 19.
Рисунок 19
Виды ацетилено-кислородного пламени
а – науглероживающее, б-нормальное, в – окислительное; 1 – ядро, 2- восстановительная зона, 3 - факел
Для сварки большинства металлов применяют нормальное (восстановительное) пламя (рис. 19, б).
Окислительное пламя (рис. 19, в) применяют при сварке с целью повышения производительности процесса, но при этом обязательно пользоваться проволокой, содержащей повышенное количество марганца и кремния в качестве раскислителей, оно также необходимо при сварке латуни и пайке твердым припоем.
Пламя с избытком ацетилена применяют при наплавке твердыми сплавами. Пламя с незначительным избытком ацетилена используют для сварки алюминиевых и магниевых сплавов.
Качество наплавленного металла и прочности сварного шва сильно зависят от состава сварочного пламени.
Металлургические процессы при газовой сварке.
Металлургические процессы при газовой сварке характеризуются следующими особенностями: малым объемом ванны расплавленного металла; высокой температурой и концентрацией тепла в месте сварки; Большой скоростью расплавления и остывания метла; интенсивным перемешиванием металла гладкой ванны газовым потоком пламени и присадочной проволокой; химическим взаимодействием расплавленного металла с газами пламени.
Основными в сварочной ванне являются реакции окисления и восстановления. Наиболее легко окисляются магний, алюминий, обладающие большим сродством к кислороду.
Кислы этих металлов не восстанавливаются водородом и окисью углерода, поэтому при сварке металлов необходимы специальные флюсы. Окислы железа и никеля, наоборот хорошо восстанавливаются окисью углерода и водородом пламени, поэтому при газовой сварке этих металлов флюсы не нужны.
Водород способен хорошо растворятся в жидком железе. При быстром остывании сварочной ванны он может остаться в шве в виде мелких газовых пузырей. Однако газовая сварка обеспечивает более медленное охлаждение металла по сравнению, например с дуговой. Поэтому при газовой сварке углеродистой стали, весь водород успевает уйти из металла шва и последний получится плотным.
Структурные изменения в металле при газовой сварке.
Вседствии более медленного нагрева зона влияния при газовой сварке больше чем при дуговой.
Слои основного металла, непосредственно примыкающие к сварочной ванне непрерывны и приобретают крупнозернистую структуру. В непосредственной близости к границе шва находится зона неполного расплавления. Основного металла с крупной структурой, характерной для ненагретого металла. В этой зоне прочность металла ниже, чем прочночность металла шва, поэтому здесь обычно и происходит разрушение сварного соедениения.
Далее расположен участок, нерекристализации характеризуемы так же крупнозернистой структурой, для которого t плавления металла, не выше 1100-1200С. Последующие участки нагреваются до более низких температур и имеют мелкозернистую структуру, нормализованной стали.
Для улучшения структуры и свойств металла шва и околошовной зоны иногда применяют горячую проковку шва и местную термообработку нагревом сварочным пламенем или общую термообработку с нагревом в печи.
Элюстрация способов газовой сварки показана на рис. 20.
Рисунок 20
Особенности и режимы сварки различных металлов.
Сварка углеродистых сталей
Низкоуглеродистые стали можно сварить любым способом газовой сварки. Пламя горелки должно быть нормальным, мощностью 100-130дм 3/ч при правой сварке. При сварке углеродистых сталей применяют проволоку из малоуглеродистой стали св-8 св-10ГА. При сварке этой проволокой часть углерода, марганца и кремния выгорает, а металл шва получает крупнозернистую структуру и его предел прочности такового для основного металла. Для получения наплавленного металла равнопрочного основному, применяют проволоку св-12ГС, содержащую до 0.17% углерода; 0.8-1.1 марганца и 0.6-0.9% кремния.Сварка легированных сталей
Легированные стали хуже проводят тепло чем низкоуглеродистая сталь, и поэтому больше коробятся при сварке.Низколегированные стали (например XCHД) хорошо свариваются газовой сваркой. При сварке применяют нормальное пламя и проволоку СВ-0.8, СВ-08А или СВ-10Г2
Хромоникелевые нержавеющие стали сваривают нормальным пламенем мощностью 75 дм 3 ацетилена на 1 мм толщины металла. Применяют проволоку СВ-02Х10Н9, СВ-06-Х19Н9Т. При сварке жаропрочной нержавеющей стали, применяют проволоку содержащую 21% никеля 25% хрома. Для сварки коррозиностойкой стали содержащей молибден 3%, 11% никеля, 17% хрома.
Сварка чугуна
Чугун сваривают при исправлении дефектов отливок, а так же восстановлении и ремонте деталей: заварке трещин, раковин, при варке отколовшихся частей и пр.Сварочное пламя должно быть нормальным или науглероживающим, так как окислительное вызывает местное выгорание кремния, и в металле шва образуются зерна белого чугуна.
Сварка меди
Медь обладает высокой теплопроводностью, поэтому при ее сварке к месту расплавления металла приходится проводить большое количество тепла, чем при сварке стали.Одним из свойств меди затрудняющим сварку, является ее повышенная текучесть в расплавленном состоянии. Поэтому при сварке меди не оставляют зазора между кромками. В качестве присадочного металла используют проволоку из чистой меди. Для раскисления меди и удаления шлака применяют флюсы.
Сварка латуни и бронзы
Сварка латуни. Газовую сварку широко используют для сварки латуни, которая труднее поддается сварке электрической дугой. Основное затруднение при сварке состоит в значительном испарении из латуни цинка, которое начинается при 900С. Если латунь перегреть, то вследствие испарения цинка, шов получится пористым. При газовой сварке может испаряется до 25% содержащегося в латуни цинка.Для уменьшения испарения цинка сварку латуни ведут пламени с избытком кислорода до 30-40%. В качестве присадочного металла используют латунную проволоку. В качестве флюсов применяют прокаленную буру или газообразный флюс БМ-1
Сварка бронзы
Газовую сварку бронзы применяют при ремонте литых изделий из бронзы, наплавке работающих на трение поверхностей деталей слоем антифрикционных бронзовых сплавов и пр.Сварочное пламя должно иметь восстановительный характер, так как при окислительном пламени увеличиваются выгорание из бронзы олова, кремния, алюминия. В качестве присадочного материала используют прутки или проволоку, близкие по составу к свариваемому металлу. Для раскисления в присадочную проволоку вводят до 0.4% кремния.
Для защиты металла от окисления и удаления окислов в шлаки применяют флюсы тех же составов, что и при сварке меди и латуни.
Одним из видов сварочных работ плавлением является газовая сварка. Она широко применяется при изготовлении конструкций из тонкой углеродистой стали, при ремонтной сварке изделий из чугуна, при заварке дефектов в литых изделиях из черных и . Газосварка – принципиальная схема
Суть газовой сварки состоит в том, что кромки деталей нагреваются до расплавленного состояния в месте соединения высокотемпературным пламенем, образующимся при сжигании смеси горючего газа и технически чистого кислорода. Зазор между кромками заливается расплавленным металлом присадочной проволоки.
Используемые газы
В качестве горючих газов для газовой сварки применяют природный газ, ацетилен, и пары бензина. Все эти газы хорошо горят на воздухе, но при этом не развивают высокой температуры, достаточной для сваривания и поэтому сжигаются в кислородной струе. Большой популярностью пользуется и .
Наибольшей популярностью пользуется ацетилен. Он образуется при взаимодействии воды и карбида кальция. Температура пламени при его сгорании в струе кислорода достигает 3200 – 3400 °С. Ацетилен получают с помощью специальных устройств – генераторов, широко выпускаемых промышленностью.
Кислородный редуктор
Кислород подают из специального баллона, окрашенного в голубой или светло-синий цвет. Для обеспечения нормальной работы необходимо, чтобы кислород в сварочную горелку подавался равномерно под маленьким давлением в 3 – 4 атм. С этой целью на баллонах используется редуктор, регулирующий подачу газа.
Во время работы к горелке подводят рукава для газовой сварки (шланги) – ацетиленовый (от белого баллона или генератора) и кислородный. Кислород подают в центральный канал, его струя создает большое разрежение и засасывает ацетилен, попадающий в горелку под меньшим давлением. Оба газа смешиваются в смесительной камере горелки и через наконечник выходят наружу.
Технология сваривания газом
Выполняя газовую сварку своими руками, для того чтобы получить высококачественное сварное соединение, необходимо тщательно подготовить свариваемые кромки, выбрать способ соединения металла, установить горелку в соответствующее положение и определить необходимые параметры мощности горелки и диаметра присадочной проволоки.
Подготовка кромок
Кромки изделия очищают от окалины, масла и других загрязнений. Скос кромок выполняют ручным или пневматическим зубилом либо с помощью специальных станков. Эта операция может выполняться также механизированной или ручной кислородной резкой. Образующиеся при этом окалину и шлаки удаляют металлической щеткой или зубилом.
Перед свариванием следует выполнить прихватку кромок свариваемых деталей для предотвращения изменения их взаимного положения в течение выполняемых работ. При работах с тонким металлом и короткими швами длина прихваток должна составлять 5 – 7 мм, а расстояние между ними – 70 – 100 мм. При работе с толстым металлом и при швах значительной длины прихватки должны быть длиной 20 – 30 мм, а интервал между ними – 300 – 500 мм.
Техника сваривания газом
Производительность сварки и качество в значительной степени зависят от расположения горелки и направления перемещения вдоль шва. Существует два основных способа выполнения газовой сварки: левый и правый. При левом способе горелку ведут справа налево с ее перемещением над присадочным прутком, при этом пламя направляется на еще несваренные кромки и прогревает их, подготовляя к свариванию. При правом способе горелку ведут слева направо с ее перемещением перед присадочным прутком и направлением пламени на формирующийся шов.
Техника сваривания газом, левый и правый способы
Правым способом пользуются при сварке металла более 5 мм толщиной. Сварку вертикальных швов по направлению снизу вверх лучше выполнять левым способом. Потолочные швы удобнее варить правым способом. Сварочную ванну с целью предотвращения вытекания расплавленного металла рекомендуется формировать с небольшим перекосом.
Углы на клона и способы перемещения горелки при газовой сварке
Во время сварочного процесса мундштук горелки вместе с присадочной проволокой одновременно совершают два движения: первое – вдоль оси шва, а второе – колебательное движение поперек оси шва. Конец присадочного прутка при этом перемещается в направлении, противоположном движению мундштука.
Техника безопасности при газовой сварке
Запрещено выполнять газовую сварку в непосредственной близости от огнеопасных и легко воспламеняющихся веществ. Сваривание в котлах, резервуарах и закрытых тесных помещениях необходимо проводить с частыми перерывами и выходом на свежий воздух. В полузакрытых и закрытых помещениях удаление вредных должно проводиться местными отсосами. При сваривании в резервуарах необходимо присутствие второго рабочего – наблюдающего, находящегося снаружи.
Средства защиты – ваша безопасность
Газовая сварка и должна выполняться с использованием специальных защитных очков, препятствующих негативному воздействию возникающих ярких лучей на кровеносную и сетчатую оболочки глаз, а также защищающих от брызг шлака и металла.
Комплект для газосварки
Оборудование и всегда должно находится в исправном состоянии. Сварочный пост для газовой сварки должен содержать в своем составе кислородный баллон, ацетиленовый генератор либо баллон с горючим газом, редукторы для уменьшения давления выходящего из баллона газа, газовые горелки для сварки и резак, набор сменных наконечников, рукава (шланги), обеспечивающие подачу горючего газа и кислорода в горелку или резак, комплект инструментов сварщика, сварочный стол, приспособления, требующиеся для сборки изделий, защитные очки и спецодежду сварщика.
Транспортировка и хранение баллонов
Газовые баллоны нужно переносить на специальных носилках или везти на тележке. Иные способы транспортировки баллонов небезопасны. Ни в коем случае баллоны не должны стучаться друг об друга либо падать при транспортировке. При перевозке баллонов на них должен быть надет защитный колпак. На месте выполнения работ хранить кислородные баллоны запрещено. Исключение составляют монтажные и строительные работы. Перемещать на небольшие расстояния их можно кантовкой с малым наклоном.
Транспортировка баллонов
Если используется более 10 сварочных постов, то газоснабжение должно распределяться по газопроводам от ацетиленовых и кислородных станций. Ацетиленовый генератор должен быть установлен строго вертикально в хорошо вентилируемом помещении или на воздухе с температурой не ниже 5°С. Необходимо постоянно контролировать требуемый уровень воды в водном затворе. Последний во время работы должен быть исправным и включенным.
Обращение с огнем
Пламя горелки необходимо направлять в противоположную от источника питания сторону. При невозможности выполнения этого условия источник питания следует оградить с помощью металлического щита. Газопроводящие рукава во время работы должны быть расположены сбоку от сварщика. Во время перерыва пламя горелки следует потушить.