Газовая сварка и резка металлов

Газовая сварка и резка металлов

Газовая сварка широко применяется при соединении изделий из чугунных сплавов, ремонте материалов, состоящих из тонкой углеродистой стали, заварке дефектов литья в цветных или черных металлах. Процесс происходит путем розжига материала высокотемпературным пламенем, которое образуется при сжигании кислорода в чистом виде и горючей смеси. Присадочная проволока используется для выставления зазора кромок расплавленным металлом.

Область применения газосварки

Газовая сварка металлов может реализовываться несколькими способами:

• газопламенная сварка происходит с помощью присадочной проволоки, которая плавится вместе с основными деталями и заполняет зазор между ними;
• газопрессовая сварка отличается отсутствием присадочной проволоки, а скрепление происходит с помощью плотного соединения расплавленных кромок.

Газопламенная сварка используется не для всех типов металла. Преимущественное применение она нашла на следующих:

• жесть и тонколистовая сталь, толщиной не более 5 мм;
• цветные металлы;
• чугун;
• инструментальная сталь.

Все эти металлы имеют одну общую черту – они требуют мягкого и плавного нагрева, который и обеспечивается газовой сваркой.

Газовая сварка и резка металлов нашла широкое применение во многих отраслях промышленного и бытового использования. Благодаря постепенному нагреву детали, она не деформируется и такой способ считается одним из лучших для тонких металлов. Главное – правильно отрегулировать подачу газа и наладить пламя. Это делается следующим образом: открываются полностью вентили кислорода и ацетилена и поджигается горелка (спичкой/зажигалкой). Регулировка происходит вентилем ацетилена на полностью открученном кислороде.

Сущность газовой сварки можно рассмотреть на рисунке ниже:

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

Назначение и область применения

Применение газового сварочного аппарата позволяет проводить следующие операции:

• 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.

Какое оборудование?

Газосварочное оборудование для газовой сварки – это широкий выбор приборов, позволяющих проводить ряд работ. Подобный тип сварки считается простым, и само оборудование довольно лаконичное и легкое в эксплуатации. В зависимости от типа горючего газосварочные устройства бывают пропано-кислородными или ацетилено-кислородными, бензино- или керосино-кислородными. Чаще всего сварка выполняется на основе пропано-кислородной и ацетилено-кислородной сварки, поскольку пламя этих газов имеет самую высокую температуру.

Газосварочное оборудование для газовой сварки – это еще и генератор, который дополняется разными видами газа. Также при работе потребуется баллон с кислородом и редукторы. Самыми распространенными считаются ацетиленовые генераторы для газовой сварки, которые позволяют получить непосредственно ацетилен путем смешивания карбида кальция и воды. Данный тип генератора представлен в пяти типах, что позволяет подобрать оптимальный вариант для конкретного материала.

Важную роль при работе со сваркой играют предохранительные затворы, их задача – обеспечить безопасность при проведении сварки. С их помощью предотвращается прохождение обратного удара пламени, которое возникает во время сварки. Кроме того, благодаря обратным клапанам предотвращается обратный поток газа в резиновые рукава при газопламенной обработке металлов и работе со сжатыми газами.

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.

Виды сварочного пламени

Сварочное пламя образуется в результате сгорания горючих газов или паров горючих жидкостей в смеси с техническим кислородом. При этом пламя имеет сложную структуру и строение, которое показано ниже на рисунке. Качество газовой сварки во многом зависит от правильности регулировки пламени, которое сварщик выставляет «наглаз» по форме и цвету. Поэтому очень важно знать строение и структуру пламени газовой горелки, чтобы учитывать это в повседневной работе. Форму, цвет и структуру пламени горелки меняют соотношением ацетилена и кислорода,подаваемых в зону горения. В качестве примера рассмотрим строение ацетилен-кислородное пламя.

Составляющие ацетилен-кислородного пламени: 1-ядро; 2-восстановительная зона; 3-факел пламени

Ядро пламени имеет форму цилиндра с заостренным концом, вокруг которого расположена ярко светящаяся оболочка. Длина ядра пламени регулируется скоростью подачи газовой смеси и ее качественным составом. Диаметр ядра зависит от размеров мундштука и расхода горючей смеси.

Строение пламени меняется при изменении соотношения смеси и может быть: нормальным,науглероженным и окислительным.

Нормальный (восстановительный) вид сварочного пламени

Нормальное пламя получается, когда на один объем горючего газа подается один объем кислорода. Если в качестве горючего газа принят ацетилен, то процесс его нормального сгорания можно записать в следующем виде: С₂Н₂+ О₂ = 2СО+ Н₂.

При этом продукты неполного сгорания догорают за счет кислорода, присутствующего в атмосферном воздухе. Так как абсолютно чистых веществ в природе не бывает и кислород содержит в себе некоторое количество примесей, то нормальное пламя получается при некотором его повышенном значении, то есть при соотношении ацетилена и кислорода, равном 1,1 -1,2. Ядро нормального пламени светлое со слегка затемненной восстановительной зоной и факелом. По форме ядро пламени напоминает цилиндр с четкими очертаниями и закругленным концом. Диаметр ядра зависит от размера мундштука сварочной горелки, а длина — определяется скоростью выхода газовой смеси. Вокруг ядра пламени размещается светлая оболочка, в которой происходит сгорание раскаленных частиц углерода. При высокой скорости подачи газа пламя способствует сгоранию металла и выдуванию его из сварочной ванны.

Восстановительная зона газового пламени имеет более темный цвет и располагается в пространстве в пределах 20 мм от конца ядра. Температура пламени в этой зоне может достигать 3150°С (при сгорании ацетилена). Размер восстановительной зоны зависит от номера сварочного мундштука. При помощи этой зоны пламени нагревают метал, плавят его и ведут сварку. Остальная часть пламени, расположенная за восстановительной зоной, состоящая из углекислого газа, паров воды и азота, имеет значительно меньшую температуру.

Науглероживающий вид сварочного пламени

Науглероженное пламя получается, когда соотношение ацетилена и кислорода превышает указанное соотношение, то есть становится больше значения 1,1. Теоретически науглероженное пламя получается, когда в горелку подается 0,95 объема кислорода и менее. В этом случае ядро пламени увеличивается в объеме и теряет свои очертания. Недостаток кислорода в таком пламени приводит к неполному его сгоранию, и оно начинает коптить. Избыток ацетилена в науглероженном пламени приводит к его разложению на углерод и водород. Углерод из пламени переходит в металл, науглероживая его. Обычно науглероженное пламя применяют для сварки алюминия и наплавке твердых сплавов.

Восстановительная зона науглероженного пламени светлая и практически сливается с ядром.Температура такого пламени ниже, поэтому работать с ним более тяжело. Для перевода пламени в нормальное состояние увеличивают подачу кислорода или снижают подачу ацетилена.

Окислительный вид сварочного пламени

Окислительное пламя получается при недостатке ацетилена, то есть соотношение ацетилен :кислород становится меньше 1,1. Практически окислительное пламя получается при объеме кислорода, превышающем в 1,3 объем ацетилена. Ядро такого пламени укорачивается и заостряется, а его края становятся расплывчатыми, цвет бледнеет. Температура такого пламени выше температуры нормального. Избыточный кислород окисляет железо и примеси, находящиеся в стали, что в конечном итоге приводит к хрупкости сварочного шва, пористости его структуры, обедненной марганцем и кремнием. Поэтому при сварке сталей окислительным пламенем пользуются присадочной проволокой с повышенным содержанием этих элементов, являющихся раскислителями. Самая высокая температура нормального пламени достигается в восстановительной зоне.

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.

Газовая сварка труб

Монтаж трубопроводных систем не обходится без сварных работ. Использование газа широко применяется для труб до 150 мм в диаметре, изготовления треугольников, отводов и других элементов.

Технология проведения работ

В основе работ с применением газа лежит разогрев кромок труб с помощью пламени и заполнение зазора расплавленным металлом присадочного материала. Выбор горючей смеси проводят в соответствии с температурой плавления обрабатываемого материала. Толщина стыкового шва зависит от толщины стенки, а выпуклость не должна превышать 3мм.

В системе трубопроводов не допускается оплавление стенок, так как образовавшиеся наплывы создают дополнительное сопротивление передвижению газов и жидкостей.

Для повышения качества соединения труб толщиной более 3,5 мм делается скос кромок под углом 35 – 45°. Образование сварного шва осуществляется правым и левым способом. Во избежание попадания расплавленного металла внутрь, острая кромочная часть притупляется.

Соединение заготовок с толщиной менее 3 мм стык делается с зазором до ½ стенки трубы без скоса. В зависимости от назначения трубопроводной системы могут использоваться следующие варианты сваривания:

• с прокладным кольцом без формирования скошенных кромок;
• с раструбом и вставным кольцом;
• внутренней выточкой и скосом.

Сварку труб предназначенных для транспортировки газов и жидкостей запрещено проводить с использованием остающихся подкладных колец.

Соединение заготовок с толщиной более 5 мм осуществляется правым способом, тонкостенных левым. В нижнем положении проводится сварка труб, которые можно поворачивать. Неповоротный стык создается вертикальным или потолочным швом. Для этого сначала обработке подвергается нижняя половина, затем в обратном направлении верхняя часть.

Если приблизиться горелкой к обрабатываемой зоне не возможно, используют сварку с вырезанием козырька. После завершения работы над труднодоступным участком с внутренней стороны, он возвращается в первоначальное положение, и завариваются оставшиеся места соединений.

Ручную газовую сварку труб выполняют в один слой. Ширина шва не должна превышать толщину стенки трубы более чем в 2,5 раза. На обработанной поверхности не допускается наличие наплывов и грубой чешуйчатости.

Описанный способ сварки позволяет сохранить металл от прожигания, дает прочный качественный шов. Он подходит для сварки тонкостенных труб.

Технология выполнения работ

Сварка различных металлов требует определенной температуры пламени, она определяется по его внешнему виду (соотношение ядра и факела). Температура зависит от соотношения кислорода и ацетилена.

Сварной шов образуется при постепенном перемещении горелки и сварочной проволоки. При расплавлении краем материала и проволоки происходит соединение этих металлов.

На практике применяют два способа сварки:

• Правый — проволока движется за горелкой и находится в факеле пламени.
• Левый — проволока располагается перед пламенем горелки.

Принято считать, что правый метод более эффективен.

Газовая сварка может применяться практически для всех металлов, в том числе и цветных. Притом существует ограничение по толщине соединяемых деталей. Очень часто именно газовая сварка применяется при монтаже систем отопления и водопровода из стальных труб.