Газовая сварка

 
 

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 рисунок 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.  

Виды сварочного пламяни. 

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. 

Сварочное пламя образуется при сгорании горючего газа или паров горючей жидкости в кислороде. Пламя нагревает и расплавляет основной и присадочный металл в месте сварки. Наибольшее применение при газовой сварке нашло кислородно-ацетиленовое пламя, так как оно имеет высокую температуру (3150°С) и обеспечивает концентрированный нагрев. Однако в связи с дефицитностью ацетилена в настоящее время получили широкое распространение (особенно при резке металлов) газы—заменители ацетилена — пропан-бутан, метан, природный и городской газы. 
От состава горючей смеси, т. е. от соотношения кислорода и горючего газа, зависят внешний вид, температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл. Изменяя состав горючей смеси, сварщик тем самым изменяет основные параметры сварочного пламени.

Для получения  нормального пламени отношение  кислорода к горючему газу должно быть для ацетилена — 1,1—1,2, природного газа — 1,5—1,6, пропана — 3,5. 
Все горючие газы, содержащие углеводороды, образуют сварочное пламя, которое имеет три ярко различимые зоны: ядро, восстановительную зону и факел. Водородное пламя ярко различимых зон не имеет, что затрудняет его регулировку по внешнему виду.

При зажигании  газовой струи, вытекающей из сопла, пламя перемещается по направлению  движения струи газовой смеси. Скорость истечения для каждого газа подбирается такой, чтобы пламя не проникало внутрь сопла горелки и не отрывалось от него. Газ в струе должен прогреваться до температуры воспламенения, ацетилен воспламеняется при температуре 450—500°С, а газы-заменители — 550—650°С. Поэтому ядро пламени при сгорании газов-заменителей длиннее, чем при сгорании ацетилена.

Процесс сгорания ацетилена в кислороде можно  условно разделить на две стадии. Сначала под влиянием нагрева  происходит распад ацетилена на элементы: С₂Н₂=2С+Н₂. Затем происходит первая стадия..сгорания ацетилена за счет кислорода смеси по реакции 2С+Н₂+O₂=2СО+Н₂. Вторая стадия горения протекает за счет кислорода воздуха: 2СО+Н₂+1,5O₂=2СO₂+Н_2O. Процесс горения горючего газа в кислороде экзотермичен, т. е. идет с выделением теплоты.

Ядро имеет  резко очерченную форму (близкую  к форме цилиндра), плавно закругляющуюся в конце, с ярко светящейся оболочкой. Оболочка состоит из раскаленных  частиц углерода, которые сгорают  в наружном слое оболочки. Размеры  ядра зависят от состава горючей  смеси, ее расхода и скорости истечения. Диаметр канала мундштука горелки  определяет диаметр ядра пламени, а  скорость истечения газовой смеси  — его длину.

Площадь поперечного  сечения канала мундштука горелки  прямо пропорциональна толщине  свариваемого металла. Сварочное пламя  не должно быть слишком «мягким» или  «жестким». Мягкое пламя склонно  к обратным ударам и хлопкам, жесткое  — способно выдувать расплавленный  металл из сварочной ванны. При увеличении давления кислорода скорость истечения  горючей смеси увеличивается  и ядро сварочного пламени удлиняется, при уменьшении скорости истечения  ядро укорачивается. С увеличением  номера мундштука размеры ядра увеличиваются. Температура ядра достигает 1000°С.

 

 
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 рисунок 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 дм³ 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.