Сущность газовой сварки

Технология газовой сварки для начинающих

По популярности газовая сварка находится на втором месте после электродуговой. Технология относится к виду сварки плавлением. Газосварочное оборудование обеспечивает надежное соединение цветных и черных металлов.

Что такое газовая сварка

Сущность газовой сварки заключается в том, что металл соединяемых заготовок и присадочного материала плавится теплом, выделяемым при сгорании горючих газов. Для получения высокой температуры они смешиваются с чистым кислородом в смесителе газовой горелки. Соотношение компонентов можно оперативно изменять регулировкой объемов, подаваемых в смеситель. Это позволяет настраивать оптимальный режим сварки или резки.

У газовой сварки, по сравнению с дуговой, скорость нагревания рабочей зоны меньше. Эту особенность относят к достоинствам при работе с инструментальной сталью, чугуном, цветными металлами. Сварка этих металлов должна проводиться с медленным нагревом и охлаждением. К ним также относятся некоторые марки легированной стали.

Отличительной особенностью газовой сварки является возможность сваривать почти все металлы.

Достоинства и недостатки

К плюсам газовой сварки относят:

  • низкую цену оборудования;
  • возможность сварки и резки в полевых условиях;
  • регулирование мощности пламени в широких пределах;
  • сварку большинства видов металла и сплавов ― от алюминия до легированных сталей;
  • плавный нагрев, предотвращающий деформацию деталей и образование трещин.

Недостатки:

  1. Низкий КПД из-за большого рассеивания тепла. По этой же причине технология не рентабельна при сварке заготовок толщиной больше 5 мм из-за перерасхода газа.
  2. Нагрев большой площади прилегающих к шву участков способствует образованию остаточных напряжений в металле.
  3. При соединении внахлест высока вероятность деформации деталей.
  4. Процесс газовой сварки из-за особенностей принципа работы трудно поддается механизации.
  5. Применение легковоспламеняющихся газов связано с высокой взрывопожароопасностью.

Область применения

Газовую сварку металлов применяют для выполнения:

  • сборки и ремонта изделий из стали толщиной до 5 мм;
  • монтажа трубопроводов небольшого диаметра;
  • наплавки твердых сплавов и цветных металлов на сталь и чугун;
  • монтажа конструкций из тонкостенных труб;
  • заделки дефектов на отлитых заготовках.

Широкое распространение газопламенная сварка получила в строительстве, сельском хозяйстве, ремонтных мастерских.

Применяемое оборудование

В комплект оборудования для сварки газом входят:

  1. Водяной затвор для предотвращения повреждения элементов оборудования обратным пламенем. Устанавливается между горелкой и источником ацетилена. По мере испарения воду доливают.
  2. Баллоны с кислородом и горючим газом или генератор ацетилена. По правилам техники безопасности газ не должен контактировать с краской. Поэтому верхнюю часть баллонов не окрашивают. Чтобы при контакте ацетилена с медью не произошел взрыв, на баллонах с этим газом должны устанавливаться вентили из другого металла.
  3. Газовая горелка, обычная или инжекторная.
  4. Редукторы для снижения давления газа и кислорода на выходе из баллонов.
  5. Шланги для соединения газовой горелки с баллонами. На шлангах для горючих газов нанесена желтая полоса.

Если газосварочные работы проводятся в разных местах, оборудование устанавливают на тележку с соответствующими креплениями. На предприятиях устраивают стационарные газовые посты с вентиляцией и шкафами для хранения баллонов.

Какие газы используются при сварке

Для того, чтобы газы сгорали с максимальной эффективностью нужен кислород без примесей. В зависимости от степени очистки он бывает:

  • высшего сорта (концентрация 99,5 %);
  • 2-го (99,2 %);
  • 3-го (98,5 %).

Так как варят газосваркой не в стерильных условиях, следует учитывать, что при контакте кислорода с техническими маслами может произойти самовозгорание. Баллоны должны храниться в помещении, где нет источников открытого огня в месте, куда не попадают солнечные лучи.

Чаще всего в паре с кислородом используют ацетилен, так как его температура горения доходит до 3400⁰C. Его получают из карбида кальция при растворении в воде.

При высоком давлении или температуре ацетилен взрывается. Поэтому, по правилам безопасности установка водяного затвора обязательна.

Второе место с температурой горения до 2800⁰C занимает пропан. Газовые смеси кислорода с метаном, водородом, парами керосина, блаугазом по температуре значительно уступают лидерам. Применяются для работы только с цветными металлами с низкой температурой плавления.

Расходные материалы

Расходными называют сварочные материалы, необходимые для формирования швов. Для заполнения зазоров между соединяемыми деталями используется присадочная проволока. Ее диаметр выбирают в зависимости от толщины заготовок и способа сварки. Если проволоки нужной марки нет, ее можно заменить полоской металла, из которого сделаны детали.

Для защиты расплавленного металла от окисления при контакте с воздухом используют флюс, который создает защитную среду за счет выделения газов при нагреве. Особенно это актуально при сварке меди и алюминия, а также их сплавов. Для углеродистой стали такая защита необязательна. Во все виды флюса в качестве основного компонента входит борная кислота. Составы готовят в виде пасты, порошка, раствора. Флюс наносят на детали или присадочную проволоку.

Технология и способы газовой сварки

Технология газовой сварки подразделяется на два вида:

  1. Газопламенный вид выполняется с образованием сварочной ванночки за счет плавления кромок деталей и присадочной проволоки.
  2. Газопрессовая сварка выполняется без присадочных материалов и флюсов. После расплавления кромок детали плотно сжимаются между собой и удерживаются до остывания шва.

В обоих случаях кромки предварительно очищают от грязи, ржавчины наждачной бумагой или металлической щеткой. Аналогично обрабатывают присадочные материалы.

Техника газовой сварки позволяет накладывать швы независимо от пространственного положения ― от нижних до потолочных. При наложении потолочных швов расплавленный металл удерживают давлением газовой смеси. Для соединения деталей с предварительно отбортованными кромками присадочная проволока не нужна. Чаще всего газовой сваркой заготовки соединяют встык, угловыми и торцевыми швами реже. Скорость нагревания кромок деталей регулируют углом наклона относительно поверхности деталей. Чем больше его величина, тем быстрее нагревается металл.

На практике применяются следующие способы сварки:

  1. Левый используют для работы с металлами толщиной до 3 мм с низкой температурой плавления. Пламя ведут вдоль стыка справа налево. Для лучшего прогрева кромок деталей совершают колебательные поперечные движения мундштуком. При левом способе газовой сварки присадочную проволоку перемещают перед горелкой. Ее диаметр должен быть в 2 раза меньше толщины деталей плюс 1 мм.
  2. Правый применяют для сварки заготовок толщиной более 3 мм с разделанными под углом кромками. Пламя ведут от левого края стыка к правому, присадочную проволоку, опустив конец в сварочную ванну, продвигают вслед за мундштуком. Ее диаметр не должен превышать половины толщины деталей. За счет лучшей защиты сварочной ванны пламенем при правом способе качество швов выше, чем при левом. Кроме этого на 10% сокращается расход газа и на 20% продолжительность процесса.

У сварки пропаном и альтернативными газами есть особенности, учитывать которые новичкам трудно. Поэтому на начальном этапе обучения для начинающих сварщиков лучше использовать стандартную смесь кислорода с ацетиленом. Отработку навыков проводят на разных видах металла.

Особенности газовой сварки, виды газов и оборудования

Применение газовой сварки: суть и назначение процесса, оборудование, преимущества и недостатки данного вида сварки, советы по выбору газа для различных видов металла.

Одним из широко распространенных видов соединения деталей из металлов и сплавов является газовая сварка. Она относится к группе, которая называется сваркой плавлением. По своей популярности она уступает первое место дуговой сварке. Для реализации процесса применяется так называемый сварочный газ. Его получают в готовом виде или в результате химических реакций. Особенности сварки заключаются в следующем:

  • применяют различные газовые смеси;
  • с ее помощью получают торцовые и стыковые швы.

Сущность процесса газовой сварки

Газопламенная сварка, или просто газовая, предполагает соединение двух деталей или листов металла с помощью создания расплавленных кромок с последующей диффузией основного металла с добавочным (припоем). Для этого в области шва создается высокотемпературная область благодаря горению определенного газа с заданной скоростью. Газовая сварка и резка металла производится за счет экзотермической реакции процесса горения подаваемой газовой смеси с жидким (расплавленным) металлом.

Для создания необходимой температуры горения используют смесь кислорода и одного из горючих газов. Одновременно подаются в газовый смеситель от отдельных источников. После смесителя их искусственно поджигают. Технология газовой сварки предполагает регулировку объема каждого компонента. Это создает наилучшие условия проведения сварки и резания металла. Такой принцип применяется во всех газопламенных агрегатах.

По второму способу сварка проводится в обратном направлении – от левого края к правому. Присадочную проволоку медленно перемещают за пламенем горелки, которое направляют на определенный участок. Обеспечивается лучшая глубина воздействия на края металла, улучшается схватывание за счет медленного остывания и постепенной кристаллизации расплавленного края. Данный метод позволяет получить меньшее рассеивание теплоты, что обеспечивает получение наклонных кромок в 70°. Такой угол способствует снижению объема наплавленного металла, повышению производительности, снижению расхода газовой смеси, припоя и флюса. Благодаря таким возможностям его применяют для сварки металла толще пяти миллиметров.

В обоих способах, кроме продольного движения струи пламени, делают небольшие поперечные движения. Они позволяют лучше прогревать поверхность металла, близкую к краю, и обеспечить надежное сваривание.

Назначение и область применения

  • сварку различных деталей;
  • паяние (в том числе ремонт поврежденных изделий);
  • наплавку;
  • резание листового проката и труб на отдельные заготовки.

Достоинства газовой сварки позволяют использовать ее в строительстве, промышленном производстве, коммунальном хозяйстве, ремонте автомобилей, при решении бытовых задач на дачах и в загородных домах. Сварка газом способна соединить практически любой материал. Ее применяют при соединении узлов изделий из цветных металлов, тонкостенных труб, элементов сложных конструкций. При правильном подборе условий и припоя возможно сваривание чугуна и наплавление на его поверхность латуни. Соединение и резка металлических элементов позволяет получать требуемый результат хорошего качества.

Пайка производится благодаря нагреву спаиваемых деталей и расплавлению припоя с добавлением флюса. В этом случае происходит поверхностная диффузия на стыках детали с расплавленным припоем. После остывания получается надежный и эстетичный шов, который можно подвергать обработке.

Наплавка предназначена для нанесения на поверхность основного изделия металла другого типа или структуры. В этом случае обрабатываемая поверхность прогревается до температуры так называемого запотевания. Этим методом восстанавливают изношенные детали, увеличивают размеры, наплавляют материал, обладающий более высокими характеристиками по прочности и изнашиваемости. Применение наплавки увеличивает срок службы деталей, сокращает расход дефицитного материала, снижает стоимость ремонта.

Плюсы и минусы газовой сварки

Профессионалы отмечают следующие плюсы:

  • доступность применения (сварочные работы можно производить в любом месте без привязки к сложному технологическому оборудованию и стационарным источникам энергии);
  • обеспечение широкого диапазона температур плавления;
  • возможность сварки большого количества разных по свойствам металлов: от чугуна до цветных сплавов;
  • при правильном подборе вида пламени и скорости горения совместно с соответствующим припоем и флюсом добиваются качественных и надежных швов;
  • последовательные нагрев и остывание не позволяют образовываться трещинам и пустотам, нарушающим целостность соединения;
  • транспортировать газовый аппарат достаточно просто;
  • себестоимость сварочных работ невысокая (не требуется дорогого сложного оборудования).
  • создается обширная площадь нагрева (может привести к повреждению близлежащих термонестойких элементов конструкции);
  • увеличение толщины заготовки приводит к существенному снижению производительности операции (применение данной технологии для листов или деталей, толщина которых превышает пять миллиметров, становится нерентабельным);
  • имеет ограничение по применению (проведение сварочной операции внахлест нецелесообразно в связи с высокой вероятностью создания неблагоприятных напряжений в металле, которые могут привести к деформации или разрушению места стыка);
  • реализация этой технологии плохо поддается автоматизации;
  • высокая опасность пожара и взрыва используемых компонентов при хранении и переноске к месту проведения работ.

Оборудование и материалы для газовой сварки

  • газовый генератор, являющийся источником ацетилена;
  • баллон с кислородом (для обеспечения процесса горения);
  • газовый редуктор;
  • комплект предохранительных клапанов (позволяют повысить безопасность применения газового оборудования);
  • специальный газовый шланг для подачи соответствующего газа (для каждого вида рукава имеют свою конструктивную особенность, замена одного на другой категорически запрещена);
  • газовая горелка;
  • различные виды припоев и флюсов.

Для удобства применения оборудование для газовой сварки размещают на специальной тележке. Это позволяет придать всей конструкции определенную мобильность и облегчить транспортировку от одного объекта к другому.

Горелки подразделяются на два типа: обычные и инжекторные. При использовании газовой горелки необходимо контролировать скорость выхода газа, длину пламени и создаваемую температуру. Флюс для выполнения сварки выбирают на основании известных характеристик металла и требуемых задач. В качестве припоя используется проволока. Она служит источником дополнительного металла при сварке. Применение присадочного материала позволяет качественно выполнить сварку и получить надежное соединение.

При проведении операции резания металла вместо горелки применяют газовый резак. Кроме основного оборудования, сварочный пост оснащается набором слесарного инструмента, необходимого в процессе проведения работ.

Проволока и флюс

В качестве флюса применяют специальные химические составы на основе борной или кремниевой кислоты с соответствующими добавками. Они выпускаются в форме паст, порошков, растворов. Для получения наилучшего эффекта такие растворы изготавливают самостоятельно.

Виды и назначение используемых газов

Газ выбирают в зависимости от технических условий процесса сварки и резания металла.

В качестве основных газов для создания горючей смеси применяют:

  • кислород (служит катализатором плавления и поддержания стабильности процесса горения);
  • ацетилен (это смесь водорода и кислорода с содержанием аммония, полученная в результате химической реакции диссоциации);
  • метан;
  • пропан.

Кислород бывает трех категорий: высшей, первой и второй. Категория зависит от процентного содержания кислорода. Чистота газа влияет на качество сварки, особенно на процесс резки. Смеси ацетилена и кислорода хранятся в баллонах или получаются в газогенераторе.

Как выбрать газ в зависимости от вида металла

На правильный выбор требуемого газа основное влияние оказывает толщина листа металла, с которым предстоит работать. Такой выбор легко сделать, обратившись к соответствующим таблицам. Они составлены на основе расчетов и учета опыта применения газов в различных условиях. Например, для сварки листов углеродистой стали целесообразно применять смесь аргона и диоксида углерода с последующим добавлением кислорода.

Имеете опыт работы с газовой сваркой? Обязательно поделитесь им в комментариях к данной статье!

Характеристика и принцип работы газовой сварки. Особенности газов. Технологии и способы сварки

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.

  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

Сварка газом принадлежит к термическому классу. Энергоноситель – газ. Процесс работы заключается в нагревании кромок соединяемых деталей до их расплавления. Источник нагрева – высокотемпературное пламя сварочной горелки, образованное в результате сжигания смеси горючего газа с кислородом. Заполнение зазора между кромками выполняется металлом расплавленной присадочной проволоки или за счет расплавления материала кромок основного материала.

Схема газовой сварки

Оборудование

Сварочный пост (рабочее место сварщика) включает:

  • кислородные баллоны (хранение запасов кислорода);
  • редукторы кислородные, служащие для понижения давления кислорода, поступающего из баллона в горелку;
  • ацетиленовые баллоны и редукторы или ацетиленовые генераторы для получения газа из карбида кальция;
  • сварочные горелки с набором наконечников;
  • шланги (резиновые рукава) для подачи газа и кислорода в горелку;
  • принадлежности (очки со светофильтрами, набор ключей, молоток, щетки стальные для очистки материала и сварного шва);
  • стол сварочный или приспособление для сборки, закрепления элементов;
  • присадочную проволоку;
  • при необходимости – сварочные порошки, флюсы.

Примерная стоимость газосварочных аппаратов на Яндекс.маркет

Характеристика и особенности газов

Для нагрева металла необходима смесь горючих газов. Газовая сварка предполагает использование ацетилена или его заменителей в смеси с техническим чистым кислородом.

Ацетилен

Нагрев и расплавление металла при газовой сварке требует высокой температуры пламени, превышающей в 2 раза этот показатель металла, который сваривается.

Ацетилен по сравнению с другими газами образует наивысшую температуру пламени – 3050-3150° С, поэтому является основным при газовой сварке.

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 металлический шов 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 металлов.

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

Что необходимо знать о газовой сварке

Сварка при помощи газа — соединение металлических деталей методом расплавления. Исторически это один из первых появившихся видов сварки. Технология была разработана еще в конце XIX века.

Впоследствии, с развитием технологий электрической сварки (дуговой и контактной), практическая ценность газовой несколько уменьшилась, особенно для соединения высокопрочных сталей. Но она до сих пор с успехом применяется для соединения чугунных, латунных, бронзовых деталей, для техники наплавления и во многих других случаях.

Сущность процесса

Сущность метода состоит в том, что высокотемпературное пламя сварочного газа нагревает кромки свариваемых деталей и часть присадочного материала (электродную часть).

Металл переходит в жидкое состояние, образуя так называемую сварочную ванну — область, защищенную пламенем и газовой средой, вытесняющей воздух. Расплавленный металл медленно остывает и затвердевает. Так формируется сварочный шов.

Используется смесь какого-либо горючего газа с чистым кислородом, играющим роль окислителя. Наиболее высокую температуру — от 3200 до 3400 градусов — дает газ ацетилен, получаемый непосредственно при сварке от химической реакции карбида кальция с обычной водой. На втором месте находится пропан — его температура горения может достигать 2800 °C.

  • метан;
  • водород;
  • пары керосина;
  • блаугаз.

У всех альтернативных газов и паров температура пламени существенно ниже, чем у ацетилена, поэтому сварка альтернативными газами практикуется реже, и только для цветных металлов — меди, латуни, бронзы и других, с небольшой температурой плавления.

У газовой сварки есть особенности по сравнению с электрической, которые формируют как ее недостатки, так и достоинства.

Достоинства и недостатки

Как и у любой вещи или явления, преимущества газовой сварки являются прямым отражением ее недостатков, и наоборот.

Основная характеристика газосварки — более низкая скорость нагрева оплавляемой зоны и более широкие границы этой зоны. В некоторых случаях это плюс, а в других — минус.

Это плюс, если нужно сварить детали из инструментальной стали, цветных металлов или чугуна. Для них требуется плавный нагрев и плавное охлаждение. Также существует ряд сталей специализированного назначения, для которых оптимален именно такой режим обработки.

К другим плюсам относится:

  • невысокая сложность технологического процесса газовой сварки;
  • доступность, адекватная стоимость оборудования;
  • доступность газовой смеси либо карбида кальция;
  • отсутствие необходимости в мощном источнике энергии;
  • контроль мощности пламени;
  • контроль вида пламени;
  • возможность контроля режимов.

Основных минусов у газовой сварки четыре. Первый — именно низкая скорость нагрева и большое рассеивание тепла (сравнительно низкий КПД). Из-за этого практически невозможно сваривать металл толщиной свыше 5 мм.

Второй — слишком широкая зона термического влияния, то есть зона нагрева. Третий — себестоимость. Цена расходуемого ацетилена при газосварке выше, чем цена электроэнергии, затраченной на тот же объем работы.

Ее четвертый недостаток — слабый потенциал механизации. Из-за своего принципа действия фактически может быть реализована только ручная газовая сварка.

Полуавтоматический метод невозможен, автоматический — только с применением многопламенной горелки, и только при сварке тонкостенных труб либо иных резервуаров. Такой метод сложен и рентабелен лишь при производстве полых резервуаров из алюминия, чугуна либо некоторых их сплавов.

Нормативы

ГОСТ на газосварку — особый вопрос. В связи с тем, что качество шва при газовой сварке в большей степени зависит от мастерства сварщика, оно определяется субъективно.

Характер газосварочного процесса — исключительно ручной, конкретного ГОСТа на газовую сварку нет. Но существует ГОСТ 1460-2013 — на карбид кальция, из которого производится газ для сварки.

Кроме того, различными ГОСТами определяются такие параметры, как типы присадочной проволоки, давление в редукторе и баллоне, требования к генератору ацетилена. Существуют свои требования к типам применяемых шлангов и горелок, связанные с безопасностью работы.

Стандартный комплект оборудования

Для газовой сварки или резки (технологически более простой процесс) требуется оборудование. Прежде всего, это генератор ацетилена либо источник иного горючего газа (пропана, водорода, метана).Потребуется также Баллон с окислителем — кислородом, горелка, редуктор для сжатого газа (регулятор потока) и соединительные шланги.

Могут применяться различные вспомогательные устройства, например пьезозажигательный элемент, предохранительный водяной затвор для защиты от обратного пламени (в последнее время — практически обязательный элемент), и другие.

Отличительная особенность этого вида сварки — для него не требуется электропитание, поэтому работы можно производить практически в «полевых» условиях. Во многом из-за этого преимущества газовую сварку до сих пор активно используют.

Виды пламени

Одним из достоинств газосварки является возможность использования огня с разными химическими свойствами: окислительным, восстановительным, с повышенным содержанием ацетилена.

«Нормальным» считается восстановительное пламя, при котором металл окисляется с той же скоростью, что восстанавливается. Оно применяется в большинстве случаев. Для соединения деталей из бронзы и других сплавов с содержанием олова применяется только восстановительный огонь.

Окислительное пламя образуется при увеличении количества кислорода в газовой смеси. В некоторых случаях оно предпочтительно и даже необходимо, например, при соединении латуни и пайке твердым припоем.

Особое свойство окислительного пламени состоит в возможности увеличить скорость газовой сварки. Но при этом необходимо применять специальную присадку, содержащую раскислители — марганец и кремний.

Если использовать с окислительным пламенем в качестве присадочной проволоки тот же материал, что и в свариваемых деталях (за исключением латуни) — шов выйдет хрупким, с большим количеством пор и каверн.

Пламя с увеличенным содержанием горючего газа применяется для наплавки на какую-либо деталь другой детали из более твердого сплава, а также при варке деталей из чугуна и алюминия.

Технология и способы

Техника газовой сварки сильно зависит от специфики свариваемых металлов и сплавов, формы деталей, направления шва и других факторов.

Основное предназначение газосварки — обработка чугуна и цветных металлов, которые поддаются ей лучше, чем дуговой. Хуже всего «берет» она легированную сталь — из-за низкого коэффициента теплопередачи детали из нее сильно коробятся при варке газом.

Существует «правая» и «левая» методика газовой сварки. Есть также технология сварки валиком, ванночками и многослойная сварка.

«Правый» способ — это когда сварочное сопло ведут слева направо, а присадку подают вслед за движением огненной струи. Пламя при этом направлено на конец проволоки, так, что расплавленный состав — температура плавления присадки обычно ниже, чем у основного материала — ровно ложится в шов.

При «левом» способе газовой сварки — он считается основным — поступают наоборот. Горелка движется справа налево, присадка подается ей навстречу. Этот способ проще, но подходит только для тонких листов металла. Кроме того, при нем больше, чем при «правом», идет расход присадочной проволоки и горючего газа.

Сварка валиком — более трудоемкий способ, подходящий только для листового материала. Шов образуется в форме валика, но при этом качество шва очень высокое, без образования шлака, пор и воздушных лакун.

Сварка ванночками — способ, требующий от сварщика большого мастерства. При этом присадочная проволока укладывается в шов спиральным способом, проходя через разные участки пламени. Каждый новый виток спирали слегка перекрывает предыдущий. Способ хорошо подходит для соединения листов из низкоуглеродистых сталей.

Многослойная сварка — самый технологически сложный способ. Его основы — как бы наплавка одного слоя поверх следующего. При этом достигается идеальный прогрев всех нижележащих слоев. Главное — контролировать, чтобы стыки швов разных слоев не находились один под другим.

В каждом из этих видов газовой сварки могут использоваться, в зависимости от обрабатываемого металла, различные флюсы. Их задача состоит в том, чтобы защитить поверхность шва от образования окислов, нарушающих его качество.

Сущность и способы газовой сварки

Газовая сварка – это сварка плавлением, при котором для нагрева используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки. В качестве горючих газов для сварки используются: ацетилен (C2H2), пропан-бутановые смеси (C3H8 + C4H10), природный газ, водород. В качестве окислителя используется кислород.

На практике наибольшее применение находит ацетилено-кислородная сварка , поскольку ацетилен дает наиболее высокую температуру пламени и выделяет наибольшее количество теплоты при сгорании.

Ацетилено-кислородное пламя состоит из трех зон: ядра 1, средней (восстановительной) зоны 2 и факела 3.

В зоне 1 происходит постепенный нагрев до температуры воспламенения газовой смеси, поступающей из мундштука, и разложение ацетилена на углерод и водород.

В зоне 2 происходит первая стадия горения ацетилена за счет кислорода, поступающего вместе с ацетиленом из горелки. Эта зона имеет самую высокую температуру и обладает восстановительными свойствами, поэтому зону 2 называют сварочной или рабочей.

В зоне 3 протекает вторая стадия горения ацетилена за счет атмосферного кислорода. Эту зону называют окислительной, так как углекислый газ и пары воды, образующиеся в результате горения при высоких температурах, окисляют металл.

Ацетилен–кислородное пламя в зависимости от соотношения в смеси количеств составляющих газов может быть нормальным, окислительным и науглероживающим. Характеристика видов ацетилено-кислородного пламени приведена в таблице ниже.

Газовое пламя является местным поверхностным теплообменным источником теплоты, позволяющим весьма гибко регулировать распределение ее по заданным участкам поверхности изделия, а также между основным и присадочным металлом.

Газовое пламя характеризуется наибольшими размерами пятна нагрева d, сравнительно низкими значениями удельного теплового потока q и эффективной мощности источника нагрева Qэф.

В зону пламени подается присадочный материал в виде прутка или проволоки. Под действием тепла, выделившегося в пламени горелки, происходит расплавление кромок свариваемого металла 1 и присадочного материала 5, в результате чего образуется ванна расплавленного металла 4. По мере перемещения сварочной горелки происходят кристаллизация металла сварочной ванны и образование сварного шва. Схема процесса газовой сварки приведена на рисунке ниже.

Свойства металла шва в значительной мере определяются процессами окисления и раскисления в сварочной ванне при взаимодействии газовой и шлаковой фазы с жидким металлом.

Ввиду относительно невысокого защитного и восстановительного действия пламени раскисление шва достигается введением в сварочную ванну марганца и кремния посредством использования присадочного металла соответствующего сплава. Положительное влияние этих раскислителей состоит в создании жидкотекучих Si–Mn–Fe-шлаков, способствующих самофлюсованию сварочной ванны. Образующаяся на ее поверхности шлаковая пленка защищает расплавленный металл от кислорода и водорода газовой среды пламени.

При сварке чугуна, цветных металлов и сплавов удаление образующейся на поверхности сварочной ванны окисной пленки достигается введением флюсов (техническая и прокаленная бура и др.), предохраняющих металл шва от окисления.

Структурные превращения в сварном шве и околошовной зоне характеризуются образованием типичной для литого металла крупнокристаллической структуры с равновесными зернами неправильной формы. Чем меньше перегрев металла шва при сварке и чем больше скорость охлаждения металла, тем мельче зерно в стали и тем выше механические свойства металла шва. Поэтому сварку целесообразно вести с максимально возможной скоростью.

Зона термического влияния состоит из тех же характерных участков, что и при дуговой сварке. Однако ширина участков при газовой сварке значительно больше вследствие менее концентрированного теплового потока источника нагрева (пламени) и сравнительно более медленного охлаждения металла шва. Ширина зоны термического влияния (8…28 мм) зависит от толщины свариваемого металла, способа и режима сварки.

Существуют два основных способа газовой сварки плавлением: правый и левый.

При правом способе сварки пламя направлено на уже оплавленные кромки (сварочную ванну), а проволоку перемещают вслед за пламенем по спирали, не вынимая ее из сварочной ванны.

При левом способе пламя направлено на еще не расплавленные кромки металла, а присадочная проволока перемещается впереди пламени. При этом для более равномерного прогрева и перемещения металла сварочной ванны горелку и проволоку перемещают с поперечными колебаниями.

Правый способ по сравнению с левым обеспечивает лучший КПД использования тепла пламени, благодаря чему повышается производительность сварки на 10…20 % и уменьшается расход газов на 10…15 %.

Выбор способа сварки зависит от толщины свариваемого металла и положения шва в пространстве. Правый способ используется преимущественно при сварке металла толщиной более 4 мм; левый – при сварке металла толщиной менее 4 мм. Сварка в нижнем положении возможна как правым, так и левым способом. Вертикальные швы удобнее сваривать левым способом, горизонтальные и потолочные швы – правым.

В зависимости от угла – наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла эффективность передачи тепла сварочным пламенем изменяется, достигая наибольшего значения при угле наклона 90 градусов.

Известны две разновидности газовой сварки плавлением: горячая с предварительным подогревом (общим или местным) и холодная (без предварительного подогрева). Горячая применяется преимущественно для сварки чугуна.

Достоинства газовой сварки:

— простота используемого оборудования (не требуется источник электроэнергии);

— универсальность метода, заключающаяся в возможности сварки в различных пространственных положениях всех видов соединений из разнообразных металлов и сплавов.

К числу недостатков газовой сварки следует отнести невысокую производительность (скорость сварки), бoльшую зону термического влияния, трудность автоматизации, бoльшую стоимость расходных материалов, чем при дуговой сварке.

Газовую сварку применяют при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали, монтаже труб малого диаметра, сварке соединений и узлов из тонкостенных труб, сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни, свинца и чугуна. Наибольшее применение газовая сварка получила при строительно-монтажных и ремонтных работах.

Видео газовой сварки (достаточно подробное видео описание процесса подготовки к сварке и сам процесс газовой сварки):

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: