Что необходимо знать о газовой сварке. Как осуществляется газовая сварка своими руками Пользоваться газовой сваркой

Газовая сварка широко востребована на производстве и в домашнем хозяйстве. Все больше частников, предпочитающих самостоятельно выполнять различные работы, делают это с использованием сложной техники. Это позволяет им выполнять усложненные задачи и осуществлять разнообразные проекты.

По этой причине газовая сварка своими руками интересует домашних мастеров. Но прежде чем брать в руки горелку, надо узнать, чем и как это делается.

Сварочные работы на газе: назначение и специфика

Газосварка – это процесс плавления основного и присадочного металлов на кромках деталей в результате воздействия на них пламени горелки . Выбор химсостава присадочных прутков зависит от физико-химических характеристик основного металла.

Рисунок 1. Технология газовой сварки.

Пламя поддерживается за счет подачи к горелке газа вместе с технически чистым кислородом (рис.1). Добавление последнего и делает огонь пригодным для применения в сварке. Причем тем, какую долю занимает кислород, определяется свойство огня и его практическое применение.

По соотношению газов пламя газовой сварки делится на три вида:

• восстановительное;
• окислительное;
• науглероживающее.

Пламя первого вида (его еще называют нормальным) содержит равные доли ацетилена и кислорода. Окислительный огонь образуется при избытке кислорода, а науглероживающий отличается избытком ацетилена.

В отличие от электродуговой сварки, газовая обеспечивает плавный нагрев металлических кромок.

С ее помощью при разных способах пайки и наплавки обрабатываются стальные детали, имеющие толщину 0,2-5 мм, различные типы инструментальных сталей, а также цветные металлы и чугун. Все указанные металлы необходимо сваривать путем мягкого и медленного нагревания

Какие газы применяются при газосварке?

Пламя газовой горелки создается благодаря сгоранию рабочих газов под воздействием кислорода. Чистота последнего должна быть не ниже 98%.

В газовой сварке в качестве горючих газов используются несколько газообразных химических элементов. Это ацетилен, метан, водород, пропан и пропанбутановые смеси, пары осветительного керосина и бензина. Все перечисленные вещества отлично горят на открытом воздухе.

Рисунок 2. Способы сварки – правый и левый.

Особенностью всех упомянутых газов является то, что они сами по себе не генерируют очень высокую температуру, необходимую для быстрого расплавления металлических структур. Для этого им требуется дополнительный кислородный поток.

Самым популярным среди указанных газообразных веществ на сегодняшний день является газ ацетилен. Он активно образуется в результате химической реакции при соединении карбида кальция с обыкновенной водой. Взаимодействуя с кислородной струей, ацетилен в момент сгорания «выдает» температуру до 3200-3400 °С. Для его получения используют специальные генераторы, которые в настоящее время широко производятся промышленностью.

В газосварочном аппарате соединение ацетилена с кислородом происходит в специальной смесительной части горелки. В эту камеру через шланги оба газа подаются по отдельности: ацетилен из генератора, а кислород из баллона, который традиционно имеет либо голубую, либо синюю окраску. В емкости окислитель содержится под давлением в 3-4 атмосферы.

Надо отметить, что составные компоненты газовой смеси подаются под разным давлением (у кислорода оно больше). Поэтому когда кислород попадает в центральный подающий канал горелки, его продвижение создает сильное разрежение, из-за чего ацетилен, закачиваемый под более низким давлением, самотеком засасывается в канал. Здесь, в смесительном отделе, газы смешиваются, вступают в реакцию и через наконечник поступают наружу, на точку сварки.

Особенности подготовки и сваривания металлов газосваркой

Рисунок 3. Углы наклона мундштука горелки при сварке различных толщин.

Для того чтобы правильно выполнять сварочные работы, необходимо понимать принципы сварочных операций и последовательность действий газосварщика. Технология этих работ включает подготовительные операции, в том числе обработку свариваемых кромок металлических заготовок и выбор способа сварки, настройку газовой горелки в надлежащее положение, а также определение всех требуемых параметров газосварочного аппарата, в том числе мощности огненной струи и диаметра проволочной присадки.

При подготовке к сварочным работам металлические кромки заготовки следует очистить от различных загрязнений, окалины и масла. На специальном станке или, если станка нет в наличии, с помощью обыкновенного зубила (можно использовать и пневматическую разновидность данного инструмента) на кромках делается скос, необходимый для заполнения будущего шва расплавленной сварочной присадкой.

Во время работы очень важно, чтобы положение свариваемых элементов было жестко фиксированным. Для того чтобы обеспечить невозможность их перемещения относительно друг друга, перед основной сваркой осуществляют прихватку краев заготовок.

Если идет речь о тонких металлических листах и коротких швах, то прихватки делают длиной по 6-7 мм каждая, между ними должны быть неприхваченные просветы длиной примерно 70-100 мм. Если соединяются детали из толстого металла, а швы планируется делать длинными, длина каждой прихватки должна достигать 25-30 мм при интервалах между ними в 300-500 мм.

Переходя к сварке, отметим, что ее качество в большой мере зависит от правильного положения горелки по отношению к стыковочному шву и от направления проводки по шву. Здесь различают правый и левый варианты направления производства сварочных операций (рис.2).

При использовании перемещения рабочего органа газосварочного агрегата вправо проводка осуществляется слева направо. В этом случае горелка перемещается перед проволочной присадкой, а ее пламя направлено на формируемый сварочный шов.

Левый способ, напротив, предполагает перемещение горелки справа налево. При таком передвижении горелка располагается над присадкой. В результате огненная струя оказывается непосредственно направленной на неприваренные друг к другу металлические кромки. Происходит интенсивный прогрев кромок, которые таким образом подготавливаются к последующему качественному свариванию.

Стоит отметить, что с применением правого способа соединяют металлические детали толщиной более 5 мм, делают потолочные сварочные швы. В то же время левым способом формируют вертикальные швы, если сварка производится снизу вверх.

Во время выполнения газосварки наконечник горелки и присадочный прут должны двигаться по отношению друг к другу (рис.3)/ Мундштук перемещают вдоль шва и одновременно попрек шовной оси, а присадочный прут постепенно продвигают навстречу движению мундштука.

Меры безопасности при работах с газом

Сварочное оборудование должно быть в исправном состоянии. В противном случае работа запрещена.

Транспортировка газовых баллонов производится либо специальными носилками, либо на специально спроектированной тележке.

При работах в закрытых помещениях надо обязательно предусмотреть перерывы с выходами на свежий воздух.

При работах в емкостях присутствие снаружи второго работника обязательно.

Сварщик должен обязательно иметь защитные очки.

Соблюдая все указанные правила, можно своими руками выполнять газосварку на высоком уровне.

Газовая сварка – вид сварки плавлением, при котором источником нагрева служит теплота, выделяемая в процессе горения смеси горючих газов.

Метод подходит для соединения почти всех металлов, используемых в технике. Применяется в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, при выполнении ремонтных работ.

ГОСТы

Вся информация, относящаяся к газовой сварке и применяемым материалам, изложена в ГОСТах, которые необходимо выполнять.

Некоторые стандарты:

1. Термины и определения : ГОСТ Р ИСО 857-1-2009 – определение термина «газовая сварка.
2. Сварочные материалы : ГОСТ 5457-75 – технические условия на ацетилен газообразный и растворенный технический, ГОСТ 3022-80 – технический водород.
3. Газовая сварка и резка : ГОСТ 29090-91 – требования к материалам для газовой сварки.

Принцип работы

Ацетилен – соединение углерода с водородом. Бесцветный, с резким специфическим запахом горючий газ, взрывоопасный. Работа с газом требует осторожности и соблюдения мер техники безопасности.

Транспортировка баллонов

Заменители ацетилена

Сварка металлов, имеющих температуру плавления ниже стали, может осуществляться с использованием газов–заменителей. Например: пропан, метан, водород.

Пропан – технический газ без цвета, имеет резкий запах, тяжелее воздуха . Для сварки используют пропан-бутановую смесь, содержащую 5-30% бутана. Температура пропан-кислородного пламени достигает 2400 °С.

Метан-кислородная смесь почти без запаха . Пламя имеет температуру 2100-2200 °С, поэтому такой горючий газ применяют ограниченно.

Водород – легкий горючий газ без запаха, бесцветный . В определенных пропорциях с кислородом и воздухом может образовать взрывоопасную смесь. Поэтому обязательно соблюдение правил безопасности при работе с газом. Водород для сварки находится в стальных баллонах зеленого цвета. Имеет газообразное состояние. Пламя водородно-кислородное имеет синий оттенок. Нечеткие очертания его зон затрудняют регулировку.

Виды пламени и их использование

Состав горючей смеси влияет на внешний вид и температуру сварочного пламени. Оно имеет 3 зоны: ядро, восстановительную (среднюю), факел-окислительную. Ядро включает механическую смесь нагретого до высокой температуры кислорода и разложенного ацетилена.

В зависимости от пропорции ацетилена и кислорода различают 3 вида пламени:

• окислительное ;
• восстановительное ;
• с повышенным содержанием горючего газа .

Окислительное

Пламя формируется при увеличении подачи в горелку кислорода или уменьшении количества ацетилена. На 1 объемную часть ацетилена должно приходиться 1.3 и более части кислорода. Характерные черты:

1. Укороченное заостренное ядро бледной окраски с расплывчатыми очертаниями границ.
2. Сокращение длины средней зоны и факела .
3. Окраска пламени – синевато-фиолетовая.
4. Горение происходит с шумом .
5. Температура пламени превышает норму .

Этот тип пламени применяется для соединения низкоуглеродистой стали и сварки латуни.

Восстановительное (нормальное)

Соотношение ацетилена к кислороду может находиться в пределах от 1:1 до 1:1.3. В пламени происходит образование углерода и водорода, благодаря которым металл раскисляется и восстанавливается. В таких условиях формируется однородный без газовых пузырей и пор.

Ядро пламени – светлое, восстановительная зона и факел имеют более темный оттенок. При увеличении давления кислорода ядро удлиняется. Факел имеет температуру намного ниже восстановительной зоны. Нормальное пламя используют для сваривания большинства видов .

С повышенным содержимым горючего газа

Имеет название – науглероживающее или ацетиленистое пламя. Для него характерно увеличение подачи ацетилена или уменьшение кислорода. На 1 часть ацетилена берется 0.95 и менее части кислорода. Характерные признаки:

• увеличение размеров зоны сгорания ;
• расплывчатость очертаний ядра , возникновение на его конце зеленого венчика;
• посветление восстановительной зоны почти до ее соединения с ядром;
• пожелтение пламени .

Результатом избытка ацетилена является его неполное сгорание, пламя коптит из-за недостатка кислорода. Излишек ацетилена разлагается на углерод и водород. В расплавленный металл переходит углерод. Результат – науглероживается металл шва.

Пламя с небольшим избытком горючего газа используют для сварки магниевых и алюминиевых сплавов, чугуна.

Характеристика методов газовой сварки

Существует 2 способа:

• правый ;
• левый .

Правый

Это метод, при котором сварка выполняется слева направо. Направление:

• сварочного пламени – сваренный участок шва;
• присадочной проволоки – вслед за горелкой.

Мундштуком горелки совершаются небольшие поперечные колебания.

По сравнению с левым способом:

• производительность сварки на 20-25% выш е;
• качество сварного шва лучше ;
• расход газов меньше на 15-20% .

Рассеивание теплоты пламени меньше по сравнению с левым методом, в связи с чем угол раскрытия шва составляет 60-70°, что способствует уменьшению количества наплавляемого материала, расхода проволоки и снижению коробления изделия.

Способ целесообразен при соединении элементов, имеющих большую теплопроводность и деталей, толщина которых превышает 5 мм.

Левый

Способ заключается в передвижении:

• горелки справа налево ;
• присадочной проволоки – перед пламенем, которое направлено на несваренную зону шва.

Кромки основного металла перед началом сварочных работ подогревают, что способствует хорошему перемешиванию сварочной ванны.

Левый способ применяют для соединения элементов из легкоплавких и тонких (до 3 мм) металлов.

Схема способов сварки

Характеристика технологий

Различают разные техники наложения сварочных швов:

• многослойную ;
• валиком ;
• ванночками ;
• окислительным пламенем .

Многослойная

Применение – выполнение ответственных соединений. Сварочные работы проводятся проходкой коротких участков. Условие – несовпадение стыков швов в отдельных слоях.

Перед наложением очередного слоя поверхность предыдущего очищается от шлаков и окалины с помощью проволочной щетки.

Преимущества способа по сравнению с однослойной сваркой:

• меньшая зона нагрева ;
• обеспечение отжига нижерасположенных слоев ;
• проковка каждого слоя .

Недостаток: большой расход газов.

Валиком

Соединяемые элементы устанавливают вертикально с зазором в полтолщины листа. Пламенем расплавляют кромки с одновременным образованием круглого отверстия. Его нижний участок на всю толщину металла заплавляют присадочным материалом. Пламя переносят выше, оплавляют кромку отверстия вверху, а на его нижнюю часть накладывают следующий слой материала. Этапы повторяют до окончания формирования сварочного шва.

Если металл имеет толщину 6-12 мм, работы одновременно проводятся с двух сторон двумя сварщиками.

Шов имеет форму сквозного валика, который соединяет . Металл шва – плотный, не имеет дефектов.

Ванночками

Метод применяется при сварке низколегированной и низкоуглеродистой стали до 3 мм толщиной, когда требуется получение угловых соединений и встык. Используется присадочная проволока.

В момент образования на шве ванночки диаметром 4-5 мм в нее направляют конец проволоки, расплавляют ее небольшой участок, после чего перемещают в восстановительную зону . Одновременно мундштуком совершают круговое движение для перехода в рядом расположенную на шве зону новой ванночки. Она должна перекрывать на 1/3 диаметра предыдущую ванночку.

Чтобы избежать окисления, конец проволоки удерживать в восстановительной зоне. Нельзя допускать погружения ядра в ванночку с целью недопущения науглероживания металла шва.

Окислительным пламенем

Метод используется для сварки низкоуглеродистой стали. Цель – повышение производительности сварочного процесса на 10-15%.

Состав пламени β = 1.4. Избыток кислорода при сварке сталей способствует окислению металла шва , поэтому он получается хрупким и имеет поры. Поэтому при работе с целью раскисления окислов железа в сварочной ванне используют присадочные проволоки с повышенным составом кремния и марганца. Например: Св 08Г, Св 08Г2С, Св-12ГС.

Преимущества и недостатки

К положительным качествам газовой сварки относятся:

• простота ;
• недорогое оборудование ;
• возможность регулирования скорости нагрева и охлаждения свариваемого металла;
• прочные и плотные сварные швы .

Недостатки:

• снижение производительности процесса при увеличении толщины свариваемого материала;
• обширная зона нагрева ;
• высокая стоимость горючего газа по сравнению с электроэнергией;
• сложности механизации и автоматизации процесса .

Появившись на рынке, инверторные сварочные аппараты потеснили остальное оборудование, применяемое для соединения металлических деталей и узлов. Но любой опытный сварщик скажет, что автогенная сварка – это первый класс в школьной программе сварщика, без которой невозможно овладеть техникой сваривания металлов и разобраться в самом сварочном процессе. К тому же необходимо отметить, что данный вид сварки еще нередко применяется, а в некоторых случаях без него просто не обойтись.

В состав автогенной сварки входят:

• Два баллона: кислородный и ацетиленовый.
• Два редуктора по одному на каждый баллон.
• Пламегасители по одному на баллон.
• Комплект из двух шлангов: один для кислорода, второй для ацетилена.
• Горелка, снабженная насадками с отверстиями разного диаметра.

Баллон для кислорода – это металлическая емкость с толщиною стенки 6 мм, объемом 40 литров, в которую помещается 6000 литров кислорода под давлением 150-200 атмосфер. Баллон является бесшовным, поэтому и выдерживает такие высокие нагрузки давлением. В верхней его части располагается вентиль, к которому закручивается кислородный редуктор. Основное требование безопасной эксплуатации – не допустить попадание масла и жира на вентиль, особенно в место соединения его с редуктором. Кислород быстро взаимодействует с маслами, при этом происходит реакция окисления, которая приводит к взрыву.

Баллон для ацетилена имеет совершенно другую конструкцию. Все дело в том, что сжатие ацетилена обязательно приводит к взрыву. Чтобы этого не происходило, необходимо этот газ разделить на мелкие объемы. А для увеличения самого объема, нужно растворить его в ацетоне, который в больших количествах поглощает ацетилен. Пропорция поглощения – 1 к 360. То есть, один литр ацетона поглощает 360 литров ацетилена. Разбивка смеси на мелкие объемы производится за счет пористой структуры наполнителя баллона. В этом материале и размещается ацетон. Кстати, его количество равно 16 литрам, соответственно количество ацетилена при давлении 15 атмосфер будет равно 6000 литрам.

Пористый материал – это симбиоз асбеста, древесного угля, кизельгура и вяжущих наполнителей. Толщина стенки ацетиленового баллона – 4-5 мм.

Как и в случае с кислородным баллоном, у ацетиленового также есть вентиль, к которому присоединяется свой специальный редуктор. Необходимо отметить, что масла и жиры этой емкости не страшны. Единственное, что нужно учитывать, это при проведении сварки автогеном держать ацетиленовый баллон в вертикальном положении.

Что касается редукторов (ацетиленового и кислородного), то их задача – снижать давление газов до необходимых показателей. Оба приспособления имеют практически одинаковую конструкцию, в основе которой лежит подпружиненный вентиль. В них же установлены по два манометра, один из которых показывает давление внутри баллона, второй давление газа после редуктора, то есть, на горелке.

Показатели давления после редуктора должны быть такими:

• Кислород – 2,5-3,0 атм.
• Ацетилен – 0,3-0,7 атм.

Данные показатели не являются абсолютными, потому что газосварка используется для соединения разных по толщине металлов. И чем толще заготовки, тем больше давления газов должно быть на горелке. К тому же резка металла автогеном также производится при повышенных показателях давления.

Пламегасители или обратный клапан – это устройство, которое защищает от обратного удара. Их устанавливают сразу после редукторов, к нему же подключаются и сами шланги. Что значит, обратный удар.

Существуют ситуации, когда ацетилен начинает подниматься по кислородному шлангу, достигая его редуктора. Если в этом месте произойдет смешивание двух газов, то это гарантия большого взрыва. Избежать этого помогают пламегасительные клапаны. Кроме этого существуют определенные действия самого сварщика, обеспечивающие безопасность работы автогеном. Но об этом чуть ниже.

Теперь о шлангах. Какие к ним предъявляются требования.

• Это резиновые изделия с тканевым кордом внутри.
• Цвет кислородного шланга – синий, ацетиленового – красный. Менять их местами категорически запрещается.
• Соединяются они к устройствам сварочного оборудования только на штуцеры через ниппели.
• Часто используемые шланги имеют внутренний диаметр 9 или 12 мм.
• Минимальная их длина – 8 м, максимальная – 20 м.
• Комплект шлангов – это сдвоенная конструкция из ацетиленового и кислородного.

Горелка – самый важный элемент сварочного оборудования, где происходит смешивание двух газов, и где смесь выходит наружу со сверхзвуковой скоростью. Шланги к горелке подсоединяются посредству штуцеров. Выше по ручке располагаются вентили, с помощью которых регулируется подача каждого газа. При этом кислород проходит через инжектор, в котором за собой тянет ацетилен. Вот почему устанавливается давление ацетиленового редуктора, равным атмосферному давлению или чуть выше.

Техника сварки

Очень важный момент – это правильно поджигать газовую смесь и отключать ее. Подключение делается вот в такой последовательности.

• Сначала открывается на горелке кислородный вентиль.
• Затем ацетиленовый.
• Горелка отводится в сторону и поджигается.
• При этом пламя будет иметь красный оттенок, оно будет длинным, и обязательно будет коптить.
• Чуть больше открывается подача кислорода и уменьшается подача ацетилена. Визуально можно проконтролировать настройку, пламя должно стать синеватым.

Выключается горелка в обратной последовательности: сначала закрывается ацетиленовый вентиль, после 10 секунд кислородный. Именно такой порядок отключения подачи газов обеспечивает безопасность эксплуатации сварочного оборудования. То есть, предотвращается возникновения того самого обратного удара.

Что касается ведения процесса сварки, то его можно проводить слева направо или наоборот. Первый вариант – это когда горелка движется вдоль сварочного шва, а за ней перемещается присадочная проволока. Второй вариант – проволока движется впереди горелки. Первый вариант предпочтительнее, потому что сварочный стык сначала прогревается, а затем в него поступает расплавленный металл проволоки. При этом пламя оттесняет из зоны сварки кислород и азот, которые негативно сказываются на качестве конечного результата.

Качество сварного шва – это не только техника и правильно выбранные параметры давления газов. Это достаточно большой список дополнительных критериев, зависящих в основном от толщины свариваемых заготовок. А именно:

• толщина используемой проволоки;
• правильно подобранный диаметр сопла горелки;
• скорость движения горелки вдоль шва;
• скорость подачи проволоки в зону сваривания;
• процентное содержание каждого газа в подаваемой смеси.

При этом необходимо учитывать, что температура в зоне сварки при использовании ацетиленовой горелки в несколько раз меньше, чем при сварке электродами. Поэтому сварка автогенным способом должна проводиться медленнее. А соответственно сам процесс должен производиться более аккуратно. В противном случае дефектов в сварочном шве не избежать. К примеру, может образоваться не проваренный пласт, который сварщики называют холодным. Могут появиться поры, включения оксидного типа или подрезы. Нередко встречаются и зазубрину у самого корня шва.

Техника безопасности

• Перемещать баллоны можно только на специальном транспорте.
• Расстояние от баллонов до производственных и жилых зданий – минимум 10 м.
• Хранить их можно только в металлических шкафах с отверстиями, шкаф должен устанавливаться на улице и быть всегда под замком.
• Сварка проводится вдали от взрывоопасных и легковоспламеняющихся веществ.
• На месте сварки должен всегда присутствовать огнетушитель.
• В процессе эксплуатации постоянно производится проверка на предмет обнаружения протечек газа.

Автогенная технология сваривания металлов является более простой. Немного опыта, и уже можно варить, не оглядываясь на мастера. Вот почему считается, что это начальная школа для сварщика.

Газовая сварка относится к сварке плавлением. Процесс газовой сварки состоит в нагревании кромок деталей в месте их соединения до расплавленного состояния пламенем сварочной горелки. Для нагревания и расплавления металла используется высокотемпературное пламя, получаемое при сжигании горючего газа в смеси с технически чистым кислородом. Зазор между кромками заполняется расплавленным металлом присадочной проволоки.
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.

Газовое скрепление или резка металла не были возможны, пока француз Деви в 1836 году не понял, что ацетилен (этин) на основе карбида кальция может гореть. Потом его стали использовать в уличных фонарях и фарах авто и паровозов. Гораздо позже его земляки Фуше и Пикар описали «сварочную ванну» при газоплавильной сварке на основе того же ацетилена.

Но именно в Советском Союзе было впервые начато промышленное производство ацетилена и его «расфасовка» в прочные стальные баллоны белого цвета. Это позволило повысить производительность работы сварщиков на 20 процентов, на столько же не терять ацетилена. Так газовая сварка металлов – стали, чугуна и цветных – стала доступна в любой, даже отдаленной, местности.

Газосварка – универсальное решение

Трудно найти отрасль, где бы ни использовалась газосварка – способ прочного соединения металлов друг с другом в стадии расплава пламенем особых температур. Ведь ацетилен горит при 3 200-3 400 градусах.

Технология газовой сварки простая. Этот способ может заменить электродуговую, но газовую – нет. Но все же первая приоритетна на тонких металлах. Дуга же их просто расплавит, как в мартене, а не скрепит.

Чем «газовать»?

Ацетилен и сегодня широко используется, там, где необходимы небольшие объемы сварки, особенно в аварийных случаях. Широко применяются и иные горючие газы: водород и природный, пропан (отдельно и в смеси с бутаном) и нефтяной, а также пары бензина и керосина.

Но этин среди них – король по теплотворности и термичности факела (на фото газовой сварки это видно) в его смеси с О2. И он больше других газов используется для этих целей.

Плюсы и минусы технологии:

• не нужен подвод электротока;
• недорогое оборудование и аксессуары;
• ведется только вручную;
• не высокое качество изделий по механике и долговечности.

Что необходимо для газосварки/резки

Оборудование для газосварки простое и удобное для переноски и перевозки. По любому типу горючего газосварочные устройства имеют приставку кислородные. Потому что без него процесс практически невозможен.

Главное оборудование для газовой сварки: баллон или генератор (газгольдер), резак. В генераторе карбид кальция вырабатывает ацетилен (его формула – C2H2) в смеси с водой. В работе их больше используют профессиональные газосварщики, поскольку такой метод взрывоопасен. Поэтому в быту, на СТО автомобилей, в различных мастерских, на морских судах пользуются только баллонным ацетиленом.

Баллоны с газом и кислородом. Кислород не горит, но усиливает горение. При соединении с различными минеральными или синтетическими маслами, в то числе и с пищевыми, может произойти взрыв.

Поэтому для обслуживания баллонов голубого цвета необходима чуть ли не медицинская стерильность: чистые перчатки, хорошо вымытые или обезжиренные ключи, редукторы.

Для каждого вида газа есть свой вентиль и редуктор, чтобы не было дополнительной реакции с металлом. Вентили для ацетилена стальные, кислорода и пропан/бутана – латунные. К ним подсоединяются редукторы, рассчитанные на определенное давление: ацетиленовые – на 2,5 МПа (5320 литров газа в баллоне), кислородные – 15 МПа (6000).

В белые баллоны засыпается пористый материал (древесный уголь) и заливается ацетон и лишь после этого закачивается ацетилен. Внутри происходит еще одна химическая реакция и вырабатывается дополнительный ацетилен.

Как варить газовой сваркой? Смешивание кислорода с газами однотипно. В резаке усилитель пламени соединяется с этином и в паре выходят из сопла горелки после поджига огнем синего цвета.

Различия сварки

Горячее схватывание металлов производится такими методами:

Шаг горелки влево. Подходит для тонкой и быстроплавкой стали. Горелка правой рукой рабочего движется влево, а сварочная проволока находится чуть дальше пламени по линии будущего соединения;

Движение вправо. Рычаг с пламенем движется по указанному маршруту, а присадка следует за горелкой. Энергия пламени рассеивается меньше, и раскрытие шва от этого – не прямой угол, а только 60-70 градусов.

Применяется для железа от 3 мм и выше, а также с высокой термопроводимостью. В обоих случаям диаметр присадки согласуется с толщиной скрепляемого железа – наполовину меньше.

Одна практическая тонкость метода Фуше и Пикара – расплавные ванны. Если грамотно варить металл, то ванна постоянно следует позади горелки. Она – указатель качественной сварки.

На том месте, где возникла температура плавки – металл как бы становится жидким. Именно в этот момент присадочная проволока попадает в сталь, также плавится, и эта «река» течет по шву. В нем расплав присадки выполняет важную роль упрочняющего шов материала. Ванна прочно скрепляет тонкие полосы и трубы из стали с низким содержанием углерода и легированием ниже пяти процентов.

Отличия соединения различных швов:

• по горизонтали и потолкам выбирается правый способ, когда металл не льется из «ванны»;
• по вертикали и наклонам – левым методом;

Этим отличается применение газовой сварки в различных отраслях.

Фото газовой сварки металлов