Комсомольск-на-Амуре
KOST
&
AKRED
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:
газы – кислород и горючий газ (ацетилен или его заменитель);
присадочная проволока (для сварки и наплавки);
соответствующее оборудование и аппаратура, в то числе:
кислородные баллоны для хранения запаса кислорода;
кислородные редукторы для понижения давления кислорода, подаваемого из
баллонов в горелку или резак;
ацетиленовые генераторы для получения ацетилена из карбида кальция или
ацетиленовые баллоны, в которых ацетилен находится под давлением и
растворен в ацетилене;
сварочные, наплавочные, закалочные и другие горелки с набором
наконечников для нагрева метла различной толщины;
резиновые рукава (шланги) для подачи кислорода и ацетилена в горелку;
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;
Сварочный стол или приспособление для сборки и закрепления деталей при
прихватке, сварки;
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 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
to 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.
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.
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.
Водяной затвор всегда включает между горелкой или резаком и ацетиленовым
генератором или газопроводом.
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. стр. 97.
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.
4. Технология газовой сварки.
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. стр.
117.
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
75дм3 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.
Список литературы
Глизманенко Д.А. Газовая сварка и резка металлов.-М.: Высш. школа,
1969.-304с.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
