Газовая сварка

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

Введение

 

Способ газовой сварки был разработан в конце прошлого столетия, когда начиналось промышленное производство кислорода, водорода и  ацетилена. В тот период газовая  сварка являлась основным способом сварки металлов и обеспечивала получение наиболее прочных сварных соединений. В дальнейшем с созданием и внедрением высококачественных электродов для дуговой сварки, автоматической и полуавтоматической дуговой сварки под флюсом и в среде защитных газов (аргона, гелия и углекислого газа и др.), газовая сварка была постепенно вытеснена из многих производств этими способами электрической сварки. Тем не менее, и до настоящего времени газовая сварка металлов наряду с другими способами сварки широко применяется в народном хозяйстве.

 

1. Сварка металлов. Назначение  и преимущества сварки.

 

Сварку применяют для  получения неразъемного соединения деталей при изготовлений изделий, машин и сооружений из металла. Прежде для этого преимущественно пользовались клепкой.

Сварное изделие имеет меньшей вес, чем клепальное, проще в изготовлении, дешевле, надежнее и может быть выполнено в более короткий срок, с меньшей затратой труда и материалов. Сваркой можно изготовлять изделия очень сложной формы, которые прежде удавалось получить только отливкой или кузнечной и механической обработкой. При изготовлении металлоконструкций сварка дает от 10 до 20 % экономии металла по сравнению с клепкой, до 30 % по сравнению с литьем из чугуна.

Сварные швы обеспечивают высокую надежность (плотность и прочность) резервуаров и сосудов, в том числе и работающих при высоких температурах и давлениях газов, паров и жидкостей.

 

Газовая сварка ее преимущества и недостатки

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:

1. кислородные баллоны для хранения запаса кислорода;

2. кислородные редукторы для понижения давления кислорода, подаваемого из баллонов в горелку или резак;
3. ацетиленовые генераторы для получения ацетилена из карбида кальция или ацетиленовые баллоны, в которых ацетилен находится под давлением и растворен в ацетилене;
4. сварочные, наплавочные, закалочные и другие горелки с набором наконечников для нагрева метла различной толщины;
5. 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.

2. 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 t^o 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/см2, 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 t^o пламени была примерно в два раза превышала t^o плавления свариемого металла.

Для сгорания горючих различных газов требуется различное кол-во кислорода подаваемого в горелку. В таб1 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^o 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 №1 Горючие газы для сварки и резки.

 

Горючие газы	Температура пламени  при сгорании в кислороде	Коэффициент замены ацетилена
Ацетилен	3150	1,05
Водород	2400-2600	5,2
Метан	2400-2500	1,6
Пропан	2700-2800	0,6
Пары керосина	2400-245	1-1,3

 

 

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 t^o 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 t^o 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.

 

3. 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.