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.
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
Дипломная работа сварка цветных металлов и их сплавов
... и Н.Г.Славянов первыми применили «дугу Петрова» для сварки. Интенсивная разработка новых способов сварки и их ... газовой среде. В.В. Петров рекомендовал применять электрическую дугу как источник тепла для мгновенного расплавления металла. ... лет работы по ... газов, всевозможных загрязнений. Эти пленки, как броня, защищают поверхности металлов от соприкосновений. Существующие в настоящее время способы сварки ...
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);
Оборудование для газовой сварки и резки металлов
... вида газа. Редукторы, которые используются в составе сварочного оборудования, призваны понижать давление газов для газовой сварки (ацетилена с кислородом). Обычно они оснащаются двумя видами манометров для ... левый способ эффективен при сварочных работах на легкоплавких металлах и тонколистных заготовках. Оборудование для газовой сварки с использованием правого способа двигают прямо без совершения ...
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.
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/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 to 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 to 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 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.
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.
Рис. 1. Схема устройства и работы водяного затвора среднего давления: а —
нормальная работа затвора, б — обратный удар пламени
Баллон 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 Турб 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 закрепляю 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. 2.
Рис. 2. 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 на 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.
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. 3.
Рис 3. 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. 3, б).
Окислительное пламя (рис. 3, 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 to 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.
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 75дм
3 ацетилена на 1мм 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.
Глизманенко Д.А. Газовая сварка и резка металлов.-М.: Высш. школа, 1969.-304с.
