Технология газовой сварки

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.

Техника безопасности

Газовая сварка – процесс, требующий внимательного отношения. Опасные ситуации могут возникнуть в нескольких случаях:

1. Сварку нельзя проводить рядом с огнеопасными и легковоспламеняющимися материалами (бензином, керосином, паклей, стружкой).
2. Если сварка выполняется в замкнутом пространстве, рабочим следует периодически выходить на свежий воздух.
3. Работы должны проводиться в хорошо проветриваемых помещениях.
4. Если проводится газопламенная обработка металла, помещение должно вентилироваться, чтобы удалялись вредные газы.
5. Резка и сварка проводятся на расстоянии до 10 м от перепускных рамп, ацетиленовых генераторов.
6. Секции загрузочных коробок не должны переполняться карбидом.
7. Корпус генератора постоянно должен быть наполнен нужным количеством воды.
8. Запрещено работать с баллоном кислорода, давление которого ниже нормы.
9. Пламя горелки направляется в сторону, противоположную источнику газопитания.

Сварочные работы должны производиться с максимальным соблюдением правил безопасности и с применением только качественного оборудования. Это позволит сделать процесс безопасным, а соединение металлов – надежным.

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.

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.

Техника и технология газовой сварки

Чтобы газопламенная сварка порадовала в результате качественным швом, необходимо придерживаться всех рекомендаций и четко блюсти технологию работы. Для начала необходимо подготовить кромки изделий в районе будущего шва, то есть очистить от различных примесей и загрязнений. Это можно сделать при помощи наждачной бумаги или механической железной щеткой. Технология газовой сварки и резки металла выбирается заранее, перед началом процесса.

Техника газовой сварки делится на два метода:

• правый способ сварки характеризуется движением горелки слева направо. При этом огненное пламя направляется на сваренный участок, а придаточный материал ведется следом за ним.
• левый способ сварки, соответственно, выполняется наоборот – справа налево. Проволока продвигается впереди пламени, которое направлено на еще не соединенные кромки деталей.

Правый способ сварки менее популярен, так как левый и видно лучше мастеру, и обеспечивает качественный прогрев. Хотя при правом, коэффициент полезного действия на 20% выше, а расход газа меньше.

Способы газовой сварки

Особое внимание требуется уделить выбору присадочной проволоки. Она зависит от толщины металла, который нужно сварить

 При левом способе, диаметр присадочной проволоки d=S/2+1 мм, а при правом d-S/2 мм, где S — толщина свариваемого изделия (в миллиметрах).

Техника и технология газовой сварки выбирается, отталкиваясь от нескольких факторов:

• толщина изделия;
• положение детали и ширина шва;
• предпочтения мастера;
• используемые газы.

Область применения газовой сварки

Газовую сварку широко используют при сварке тонкого металла (толщиной менее 5мм) и для сварки трубопроводов. Для сварки больших толщин применять нецелесообразно, т.к. падает производительность.

Также газовую сварку используют при сварке цветных металлов и сплавов (при сварке меди, сварке латуни, сварке алюминия и его сплавов), для наплавки цветных металлов на чёрные, при наплавках твердых сплавов, при сварке чугуна, при сварке низкоуглеродистых сталей и инструментальных сталей. Также газовую сварку применяют для исправления различных литейных дефектов и для выполнения ремонтно-восстановительных работ.

Дополнительные материалы по теме:

Техника безопасности

Газосварка — это работа, требующая повышенного внимания. Запрещено проводить вблизи легковоспламеняющихся и огнеопасных материалов (бензин, керосин, опилки, пакля, ветошь).

Если процесс происходит в помещении, то работнику необходимо периодически дышать свежим воздухом. Работа должна проходить в проветриваемом помещении.

Если проводится газопламенная обработка металла, помещение надобно вентилировать и удалять вредоносные газы. Сварка и резка проходят с дистанции до десяти метров от ацетиленовых генераторов и перепускных рамп.

Горелка, резак, шланги, редуктор, кислородный баллон ни в коем случае не должны быть испачканы в масле. Такая деталь, как наконечник или сопло, перегревается. Для снижения температуры, всегда рядом должно находиться полведра воды. В потухшем состоянии, наконечник охлаждают в воде.

Сварщик, на рабочем месте обязан быть в брезентовом костюме, перчатках, закрытой обуви. При себе иметь защитные очки, головной убор.

Карбидом не переполнять секции загрузочных коробок. В корпусе генератора контролировать наполненность водой. Запрещается работа с кислородным баллоном, если его давление ниже нормы, 10 кг. на сантиметр кубический. Огонь горелки направлять в противоположную источнику газопитания, сторону.

Газосварочные работы должны проводиться с обязательным соблюдением правил безопасности, жизнедеятельности и применением качественного оборудования. Эти требования помогут сделать процесс работы безопасным, а сварочные соединения металлов надёжными.

Состав комплекта сварной установки

В стандартный набор для сварных работ входит следующее оборудование.

• Водяной затвор. Его задача обеспечивать защиту всех элементов от обратной тяги огня.
• Газовый баллон. Емкости, окрашенные в соответствии с нормативами для содержащегося в них газа. Краска не наносится на их верхнюю часть, для исключения контакта ее компонентов с содержимым баллона.
• Редуктор. Он может быть прямого и обратного действия, и предназначен для регулировки давления газа.
• Шланги. По которым подается газ. Они маркируются цветными полосами в соответствии с параметрами давления, при которых проводится работа.
• Горелка. Она обеспечивает смешивание газов и их горение. Мощность горелок зависит от количества горючей смеси, пропускаемой в единицу времени.
• Наконечники к горелке. Это необходимый для работы набор, составляющие которого позволяют сваривать заготовки различной температуры плавления и толщины.

Газовая сварка осуществляется в специально оборудованном месте, оснащенном вытяжной вентиляцией и местом для расположения вспомогательных инструментов.

Особенности выполнения газовой сварки

Регулировка параметров пламени осуществляется при помощи редуктора, который позволяет менять состав газовой смеси. При помощи редуктора можно получать пламя трех основных типов: восстановительное (используемое для сварки практически всех металлов), окислительное и с повышенным количеством горючего газа. При сварке металлов в расплавленной ванне протекают одновременно два процесса – окисление и восстановление. При этом при сварке алюминия и магния окислительные процессы протекают активнее.

Схема газовой сварки

Чтобы улучшить качество шва и зоны, которая к нему прилегает, выполняют дополнительный нагрев или так называемую термическую ковку металла.

Технологии сварки различных металлов имеют свои нюансы.

• Газовую сварку деталей из низкоуглеродистой стали выполняют с помощью любого газа. В качестве присадочного материала при сварке таких сталей используется проволока из стали, содержащей небольшое количество углерода.
• Методы сварки легированных сталей выбираются в зависимости от их состава. Так, нержавеющие жаропрочные стали варятся с использованием проволоки, содержащей хром и никель, а отдельные марки требуют применения присадочного материала, дополнительно содержащего молибден.
• Чугун варится науглероживающим пламенем, которое предотвращает пиролиз кремния и образование зерен хрупкого белого чугуна.
• Для сварки меди необходимо использовать пламя большей мощности. Кроме того, по причине повышенной текучести меди детали из нее сваривают с минимальным зазором. В качестве присадочного материала используется проволока из меди, а также флюс, который способствует раскислению металла шва.
• При сварке латуни есть риск улетучивания цинка из ее состава, что может привести к повышенной пористости металла шва. Чтобы избежать этого, в пламя горелки подают больше кислорода, а в качестве присадки используют латунную проволоку.
• Сварка бронзы осуществляется восстановительным пламенем, которое не выжигает из этого сплава олово, алюминий и кремний. В качестве присадки применяется проволока из бронзы похожего состава, в которой дополнительно содержится кремний, способствующий раскислению металла шва.

Достоинства, недостатки газосварки

Сварка в защитных газах характеризуется плавлением материала. Сам процесс основывается на соединении отдельных элементов предварительно нагреваемого металла до расплавления. Для этого берется высокотемпературное пламя горелки, которое формируется в процессе сжигания газового состава с кислородом. Зазор между образцами заполняется предварительно расплавленной металлической проволоки.

Преимущества:

• довольно простая технология сварки;
• нет необходимости в приобретении дорогостоящего, технически сложного оборудования;
• нет необходимости в специальном источнике питания;
• сварщик имеет возможность регулировки скорости нагревания, охлаждения соединяемого сваркой материала, меняя мощность, положение пламени горелки относительно свариваемой точки.

Недостатки:

• металл нагревают с меньшей скоростью;
• участок теплового воздействия на материал достаточно большой в сопоставлении с дуговой сваркой;
• скопление тепла, когда используется сварка в углекислом газе, меньше, коробление соединяемых образцов больше, если сравнивать с дуговой сваркой.

Несмотря на некоторые недостатки, сварка в защитных газах позволяет опытному сварщику при правильно подобранной мощности пламени горелки, концентрации газовой смеси производить соединения свариваемых конструкций высокого качества.

При относительно медленном нагреве металлического образца, незначительной концентрации тепла в процессе нагревания производительность газосварки значительно уменьшается с увеличением толщины металлических изделий, которые соединяются.

Пример: если толщина свариваемого стального листа 0,1 см, скорость газосварки приблизительно 10,0 м/ч, если толщина материала 1 см, скорость – не более 2,0 м/ч.

Сварка в защитных газах стальных изделий, толщина которых превышает 0,6 см, менее эффективна, если сравнивать с дуговой сваркой. В подобных случаях используется достаточно редко.

Цена на газ вместе с кислородом больше, если сравнивать с ценой на используемую электроэнергию при использовании контактной, дуговой сварки.

Автоматическим и механическим процессам газосварка поддается труднее, чем электрическая. Поэтому автоматизированная газосварка с многопламенными горелками используется только при соединении тонких металлических труб, обечаек.

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.

Газы для сварки

Важно! Необходимо соблюдать пропорции газовых смесей при использовании любого типа газа. Сам же выбор будет зависеть от свариваемого материала

Например, для соединения образцов из стали газовый состав должен содержать 18% углекислого газа, а для соединения материалов из нержавеющей стали смесь должна состоять на 98% из аргона.

Механизированная сварка в среде защитных газов предполагает использование активных, инертных газов. Они в металлах не растворяются, не являются ядовитыми.

Разновидности газов:

• N2 – азот, бесцветный газ, не имеющий запаха. Используется для соединения медных материалов. Выделяется четыре типа азота с различным содержанием вещества.
• He – гелий, газ бесцветный, не имеющий запаха, легче воздуха. Выделяется два типа гелия: технический, высокочастотный. Из-за высокой себестоимости данный газ менее востребован на рынке. Гелий предназначен для соединения образцов из алюминия, чистых металлов, стали.
• Ar – аргон, газ бесцветный, не имеющий запаха, весит в 1,5 раза больше воздуха, не горит. Выделяют два типа данного газа: 1-го сорта (для образцов из алюминия, стали), высшего сорта (для полуавтоматической сварки в среде защитных газов образцов из редких металлических сплавов).

Активные газы выполняют защиту от воздуха участка сваривания. Они вступают в реакцию, растворяются в металлах.

Углекислый газ (СО2), отличается повышенными окислительными характеристиками, обладает специфическим запахом. Его масса в 1,5 раза больше воздуха, он растворяется в Н2О. Выделяю три типа данного газа, которые применяются для сваривания чугунных материалов, низко, среднеуглеродистых металлических сплавов, коррозийных, низколегированных стальных образцов

Важно запомнить! Сварка в защитных газах не предусматривает применения двуокиси углерода.
Кислород О2 – довольно мощный катализатор, бесцветный, без вкуса, запаха, не горит, но поддерживает горение. Используется в составе с инертными компонентами.

Наиболее популярные газовые смеси, которые повышают качество шва, улучшают сам процесс соединения:

• углекислый газ «плюс» кислород
• аргон «плюс» гелий
• углекислый газ «плюс» аргон
• углекислый газ «плюс» кислород «плюс» аргон
• кислород «плюс» аргон

Материалы для выполнения сварки с использованием газа

Технологический процесс с применением газовых материалов зависит от ряда причин и факторов. Основным и не изменяемым газом является кислород при технологически чистом виде. Предназначение состоит в активации процессов горения металлических деталей для соединения в последующем времени. Газ транспортируется, содержится под высоким давлением для продолжительной работы вне заправочной станции. Хранение, контакты с техническими маслами недопустимо, а также не рекомендуется использовать кислород под прямыми солнечными лучами.

Получение чистого кислорода происходит из обычного воздуха, для очистки используются специальные устройства. Кислород делится на категории, бывает высший, первый и второй сорта. Работа с материалами невозможна без сопутствующего кислороду газа. При большинстве случаев применяется ацетилен бесцветного типа. Ацетилен производится путем соединения воды с карбидом кальция, при определённых температурных воздействия взрывоопасен.

Ацетилен для сварки

Использование ацетилена обуславливается высокими температурными показателями при сварке соединений, более дешевые аналоги не дают возможности производить качественную работу из-за недостаточной температуры горения.

Проволока и флюс для выполнения сварки

Проволока используется для сварки газа, необходима для восполнения ячеек высвобождаемых соединений. Применение флюса и проволоки дает возможность создавать правильно сформированный шов, с необходимыми характеристиками. Чистота, отсутствие признаков коррозии на материале проволоки дает возможность выполнять качественное изделие, в отдельных случаях возможно использовать кусок того же самого материала, который подвергается сварке. Флюс обеспечивает защиту от окислов, других окружающих установленный метал воздействий.

Сварочный флюс

Пренебрегать использованием флюса для выполнения сварки возможно только при изготовлении материалов из углеродистой стали. Борная кислота, используемая в качестве флюса, наносится на детали из меди, магния или алюминия.

Оборудование для газовой сварки

Кроме используемых газов и баллонов, необходимо наличие других технологических элементов:

1. Для газовой сварки применяют оборудование, как затвор водяного типа, обеспечивающий защиту от обратной тяги огня. Расположение происходит между емкостью с ацетиленом, газовым соплом.
2. Редукторы используются для контроля уровня газа на выходе из баллона. Существуют различные модели, обратного или прямого действия. Модификации для работы со сжиженным газом подразумевают наличие рубцов внутри конструкции, что позволяет исключить вымерзание.
3. Шланги специального типа используются для подачи газа к горелке. Маркировка происходит разным цветом в зависимости от максимального давления.
4. Горелка необходима для смеси горючей смеси, последующего воспламенения газов. Различные модификации делятся на инжекторные и обычные типы. Также разделение происходит по мощности, необходимой при работе.
5. Газовая сварка производится на обустроенном столе. Оборудуется столешницей для удобной, продуктивной работы. Аппарат для газовой сварки и резки должен соответствовать параметрам безопасности. Вытяжная вентиляция помогает сварщику, позволяет производить процессы с максимальной скоростью.

Газовая горелка

Оборудование для газовой сварки включает в себя огромный спектр приборов и механизмов. В совокупности оборудование позволяет проводить работы при удаленном от энергетических источников месте. Каждый вид оборудования обустроен под тип используемого газа при грамотном соблюдении техники безопасности.