В чем сущность газовой сварки?

Суть газовой сварки

Сварка – это самый надежный и популярный метод скрепления двух металлических деталей в одно целое. Он может производиться несколькими видами, одним из которых является газовая сварка. Рассмотрим подробнее преимущества и недостатки такого метода, область применения данного вида соединения и материалы, которые нужны для пайки газовой сваркой.

Определение газовой сварки

Газовая сварка металлов – это такой способ соединения их, при котором используются газы для создания высокой температуры. Чаще всего используется кислород и ацетилен, хотя возможны и другие варианты. Ведущая роль здесь отводится пламени, ведь именно от него и зависит высота температуры и возможность расплавления разных типов металлов. Пламя состоит из трех зон: ядра (где распадается ацетилен), восстановительной зоны (в которой окисляется углерод и водород) и факела (область полного сгорания газов). Их бывает три вида (в зависимости от соотношения газов – ацетилена и кислорода):

• нормальное пламя, при котором осуществляется подача газов в равных пропорциях. Оно характеризуется синим цветом всех трех зон, при чем восстановительная имеет яркий синий цвет;
• науглероживающее пламя свидетельствует о недостатке кислорода и характеризуется ярко-желтым факелом;
• окислительное – это то, которое возникает при недостатке ацетилена, при котором пламя бледное и короткое.

Для работы газовой сваркой мастер регулирует подачу рабочих газов в зависимости от пламени, показателем которого является их цвет. От типа пламени зависит температура, которая воздействует на металл. Обычно это свыше 3000 градусов, что позволяет плавить и резать различные виды изделий.

Газовая сварка и резка металлов производится обычно на нормальном пламени, при котором ацетилен и кислород подаются в равных количествах. Если же цвет огня меняется, необходимо подкорректировать настройки.

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:

Применяемые газы и их особенности

Чаще всего для газопламенной сварки применяется специфический газ ацетилен (C₂H_2). Он характеризуется резковатым запахом и добывается при реакции карбида кальция с водой (в промышленных условиях). При температуре выше 335 градусов он загорается. В сочетании с кислородом, температура воспламенения ниже – 297 градусов минимум.

Основным газом для газопрессовой сварки является кислород, который смешивают с C₂H_{2 в равных} пропорциях. Он всегда реализуется в баллонах синего цвета. С помощью шланга к горелке подключается кислород и подается на маленьком давлении, не более 4 атм. В отверстие рядом подключается C₂H_{2. в горелке есть специальный} механизм для смешивания газов и через наконечник уже выходит концентрат для процесса сварки.

Газовая сварка и резка металлов может осуществляться не только с помощью ацетилена. Вместо него допустимо применение других газов в жидком и паровом виде. Самые популярные заменители ацетилена:

• Пары керосина (коэффициент замены ацетилена – 1:1)
• Пропан (коэффициент замены ацетилена – 1:0,6)
• Метан (коэффициент замены ацетилена – 1:1,6)
• Водород (коэффициент замены ацетилена – 1:5,2)

Важно: при газопламенной сварке стальных изделий метаном или пропаном нужно использовать проволоку с повышенным концентратом марганца и кремня.

Для качественного расплавления металла рекомендуется, чтобы температура воздействия была в два раза выше температуры плавления этого металла.

Преимущества и недостатки

Варить газовой методикой не сложно, но она, как и электродуговая, полуавтоматическая или аргонная сварка имеет свои преимущества и недостатки.

Преимущества газового соединения:

• это идеальный способ сваривания меди, латуни и чугуна;
• обработке поддаются материалы с разным уровнем плавления, за счет высокой температуры, образующейся в результате горения;
• варить можно в любом месте, так как не требуется специального оборудования или электрической розетки;
• при использовании качественной придаточной проволоки и правильно подобранному пламени, получаются качественные и красивые швы (широко используются для соединения комплектующих в трубопроводах);
• рабочее изделие греется медленно, что позволяет избежать деформации или пропала, как в случае с полуавтоматической сваркой или при использовании электрода).

Кроме положительных моментов, сущность газовой сварки имеет и несколько недостатков:

• зона прогрева достаточно широка, то есть нагревается не только зона шва, но и большая площадь вокруг нее. Это может нанести вред изделию;
• невозможность работы с деталями, толщина которых превышает 5 мм;
• крайне не рекомендуется производить газопламенную сварку «внахлест», это приведет к деформации места сплавления;
• высокая опасность работы, так как газы образуют химическую смесь, которая имеет свойство воспламеняться.

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.

Рекомендации

Изучая сущность процесса газовой сварки, необходимо понимать, что работа с горючими газами требует повышенной осторожности и внимательности. Новичку рекомендуется учесть советы опытных сварщиков и применять их на деле:

• для учебы и тренировки лучше использовать кислород и ацетилен;
• для сварки пропаном лучше применять горелку ГЗУ 3-02 и проволоку Св08г2с;
• перед тем, как варить изделие, его необходимо качественно очистить;
• для газопрессовой сварки лучше применять гидравлическое оборудование (пресс), для надежного скрепления;
• левый и правый способы имеют свои преимущества и недостатки, поэтому выбор делает мастер, смотря по ситуации.

Мы рассмотрели основные понятия и материалы для пламенной и газопрессовой сварки. Для них преимущественно используется стандартная смесь кислорода и ацетилена. В некоторых случаях, для замены применяется сварка пропаном. Этот процесс не легкий и имеет множество нюансов, которые новичку будет сложно учесть. В связи с этим, начинающим сварщикам не рекомендуется выполнять сварку пропаном. На качество шва и легкость работы влияет предварительная подготовка.

Что необходимо знать о газовой сварке

Сварка при помощи газа — соединение металлических деталей методом расплавления. Исторически это один из первых появившихся видов сварки. Технология была разработана еще в конце XIX века.

Впоследствии, с развитием технологий электрической сварки (дуговой и контактной), практическая ценность газовой несколько уменьшилась, особенно для соединения высокопрочных сталей. Но она до сих пор с успехом применяется для соединения чугунных, латунных, бронзовых деталей, для техники наплавления и во многих других случаях.

Сущность процесса

Сущность метода состоит в том, что высокотемпературное пламя сварочного газа нагревает кромки свариваемых деталей и часть присадочного материала (электродную часть).

Металл переходит в жидкое состояние, образуя так называемую сварочную ванну — область, защищенную пламенем и газовой средой, вытесняющей воздух. Расплавленный металл медленно остывает и затвердевает. Так формируется сварочный шов.

Используется смесь какого-либо горючего газа с чистым кислородом, играющим роль окислителя. Наиболее высокую температуру — от 3200 до 3400 градусов — дает газ ацетилен, получаемый непосредственно при сварке от химической реакции карбида кальция с обычной водой. На втором месте находится пропан — его температура горения может достигать 2800 °C.

• метан;
• водород;
• пары керосина;
• блаугаз.

У всех альтернативных газов и паров температура пламени существенно ниже, чем у ацетилена, поэтому сварка альтернативными газами практикуется реже, и только для цветных металлов — меди, латуни, бронзы и других, с небольшой температурой плавления.

У газовой сварки есть особенности по сравнению с электрической, которые формируют как ее недостатки, так и достоинства.

Достоинства и недостатки

Как и у любой вещи или явления, преимущества газовой сварки являются прямым отражением ее недостатков, и наоборот.

Основная характеристика газосварки — более низкая скорость нагрева оплавляемой зоны и более широкие границы этой зоны. В некоторых случаях это плюс, а в других — минус.

Это плюс, если нужно сварить детали из инструментальной стали, цветных металлов или чугуна. Для них требуется плавный нагрев и плавное охлаждение. Также существует ряд сталей специализированного назначения, для которых оптимален именно такой режим обработки.

К другим плюсам относится:

• невысокая сложность технологического процесса газовой сварки;
• доступность, адекватная стоимость оборудования;
• доступность газовой смеси либо карбида кальция;
• отсутствие необходимости в мощном источнике энергии;
• контроль мощности пламени;
• контроль вида пламени;
• возможность контроля режимов.

Основных минусов у газовой сварки четыре. Первый — именно низкая скорость нагрева и большое рассеивание тепла (сравнительно низкий КПД). Из-за этого практически невозможно сваривать металл толщиной свыше 5 мм.

Второй — слишком широкая зона термического влияния, то есть зона нагрева. Третий — себестоимость. Цена расходуемого ацетилена при газосварке выше, чем цена электроэнергии, затраченной на тот же объем работы.

Ее четвертый недостаток — слабый потенциал механизации. Из-за своего принципа действия фактически может быть реализована только ручная газовая сварка.

Полуавтоматический метод невозможен, автоматический — только с применением многопламенной горелки, и только при сварке тонкостенных труб либо иных резервуаров. Такой метод сложен и рентабелен лишь при производстве полых резервуаров из алюминия, чугуна либо некоторых их сплавов.

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.

Стандартный комплект оборудования

Для газовой сварки или резки (технологически более простой процесс) требуется оборудование. Прежде всего, это генератор ацетилена либо источник иного горючего газа (пропана, водорода, метана).Потребуется также Баллон с окислителем — кислородом, горелка, редуктор для сжатого газа (регулятор потока) и соединительные шланги.

Могут применяться различные вспомогательные устройства, например пьезозажигательный элемент, предохранительный водяной затвор для защиты от обратного пламени (в последнее время — практически обязательный элемент), и другие.

Отличительная особенность этого вида сварки — для него не требуется электропитание, поэтому работы можно производить практически в «полевых» условиях. Во многом из-за этого преимущества газовую сварку до сих пор активно используют.

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.

Технология и способы

Техника газовой сварки сильно зависит от специфики свариваемых металлов и сплавов, формы деталей, направления шва и других факторов.

Основное предназначение газосварки — обработка чугуна и цветных металлов, которые поддаются ей лучше, чем дуговой. Хуже всего «берет» она легированную сталь — из-за низкого коэффициента теплопередачи детали из нее сильно коробятся при варке газом.

Существует «правая» и «левая» методика газовой сварки. Есть также технология сварки валиком, ванночками и многослойная сварка.

«Правый» способ — это когда сварочное сопло ведут слева направо, а присадку подают вслед за движением огненной струи. Пламя при этом направлено на конец проволоки, так, что расплавленный состав — температура плавления присадки обычно ниже, чем у основного материала — ровно ложится в шов.

При «левом» способе газовой сварки — он считается основным — поступают наоборот. Горелка движется справа налево, присадка подается ей навстречу. Этот способ проще, но подходит только для тонких листов металла. Кроме того, при нем больше, чем при «правом», идет расход присадочной проволоки и горючего газа.

Сварка валиком — более трудоемкий способ, подходящий только для листового материала. Шов образуется в форме валика, но при этом качество шва очень высокое, без образования шлака, пор и воздушных лакун.

Сварка ванночками — способ, требующий от сварщика большого мастерства. При этом присадочная проволока укладывается в шов спиральным способом, проходя через разные участки пламени. Каждый новый виток спирали слегка перекрывает предыдущий. Способ хорошо подходит для соединения листов из низкоуглеродистых сталей.

Многослойная сварка — самый технологически сложный способ. Его основы — как бы наплавка одного слоя поверх следующего. При этом достигается идеальный прогрев всех нижележащих слоев. Главное — контролировать, чтобы стыки швов разных слоев не находились один под другим.

В каждом из этих видов газовой сварки могут использоваться, в зависимости от обрабатываемого металла, различные флюсы. Их задача состоит в том, чтобы защитить поверхность шва от образования окислов, нарушающих его качество.

Характеристика и принцип работы газовой сварки. Особенности газов. Технологии и способы сварки

Газовая сварка – вид сварки плавлением, при котором источником нагрева служит теплота, выделяемая в процессе горения смеси горючих газов.

Метод подходит для соединения почти всех металлов, используемых в технике. Применяется в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, при выполнении ремонтных работ.

ГОСТы

Вся информация, относящаяся к газовой сварке и применяемым материалам, изложена в ГОСТах, которые необходимо выполнять.

1. Термины и определения: ГОСТ Р ИСО 857-1-2009 – определение термина «газовая сварка.
2. Сварочные материалы: ГОСТ 5457-75 – технические условия на ацетилен газообразный и растворенный технический, ГОСТ 3022-80 – технический водород.
3. Газовая сварка и резка: ГОСТ 29090-91 – требования к материалам для газовой сварки.

Принцип работы

Сварка газом принадлежит к термическому классу. Энергоноситель – газ. Процесс работы заключается в нагревании кромок соединяемых деталей до их расплавления. Источник нагрева – высокотемпературное пламя сварочной горелки, образованное в результате сжигания смеси горючего газа с кислородом. Заполнение зазора между кромками выполняется металлом расплавленной присадочной проволоки или за счет расплавления материала кромок основного материала.

Схема газовой сварки

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

Характеристика и особенности газов

Для нагрева металла необходима смесь горючих газов. Газовая сварка предполагает использование ацетилена или его заменителей в смеси с техническим чистым кислородом.

Ацетилен

Нагрев и расплавление металла при газовой сварке требует высокой температуры пламени, превышающей в 2 раза этот показатель металла, который сваривается.

Ацетилен по сравнению с другими газами образует наивысшую температуру пламени – 3050-3150° С, поэтому является основным при газовой сварке.

Ацетилен – соединение углерода с водородом. Бесцветный, с резким специфическим запахом горючий газ, взрывоопасный. Работа с газом требует осторожности и соблюдения мер техники безопасности.

Транспортировка баллонов

Заменители ацетилена

Сварка металлов, имеющих температуру плавления ниже стали, может осуществляться с использованием газов–заменителей. Например: пропан, метан, водород.

Пропан – технический газ без цвета, имеет резкий запах, тяжелее воздуха. Для сварки используют пропан-бутановую смесь, содержащую 5-30% бутана. Температура пропан-кислородного пламени достигает 2400 °С.

Метан-кислородная смесь почти без запаха. Пламя имеет температуру 2100-2200 °С, поэтому такой горючий газ применяют ограниченно.

Водород – легкий горючий газ без запаха, бесцветный. В определенных пропорциях с кислородом и воздухом может образовать взрывоопасную смесь. Поэтому обязательно соблюдение правил безопасности при работе с газом. Водород для сварки находится в стальных баллонах зеленого цвета. Имеет газообразное состояние. Пламя водородно-кислородное имеет синий оттенок. Нечеткие очертания его зон затрудняют регулировку.

Виды пламени и их использование

Состав горючей смеси влияет на внешний вид и температуру сварочного пламени. Оно имеет 3 зоны: ядро, восстановительную (среднюю), факел-окислительную. Ядро включает механическую смесь нагретого до высокой температуры кислорода и разложенного ацетилена.

В зависимости от пропорции ацетилена и кислорода различают 3 вида пламени:

• окислительное;
• восстановительное;
• с повышенным содержанием горючего газа.

Окислительное

Пламя формируется при увеличении подачи в горелку кислорода или уменьшении количества ацетилена. На 1 объемную часть ацетилена должно приходиться 1.3 и более части кислорода. Характерные черты:

1. Укороченное заостренное ядро бледной окраски с расплывчатыми очертаниями границ.
2. Сокращение длины средней зоны и факела.
3. Окраска пламени – синевато-фиолетовая.
4. Горение происходит с шумом.
5. Температура пламени превышает норму.

Этот тип пламени применяется для соединения низкоуглеродистой стали и сварки латуни.

Восстановительное (нормальное)

Соотношение ацетилена к кислороду может находиться в пределах от 1:1 до 1:1.3. В пламени происходит образование углерода и водорода, благодаря которым металл раскисляется и восстанавливается. В таких условиях формируется однородный металлический шов без газовых пузырей и пор.

Ядро пламени – светлое, восстановительная зона и факел имеют более темный оттенок. При увеличении давления кислорода ядро удлиняется. Факел имеет температуру намного ниже восстановительной зоны. Нормальное пламя используют для сваривания большинства видов металлов.

С повышенным содержимым горючего газа

Имеет название – науглероживающее или ацетиленистое пламя. Для него характерно увеличение подачи ацетилена или уменьшение кислорода. На 1 часть ацетилена берется 0.95 и менее части кислорода. Характерные признаки:

• увеличение размеров зоны сгорания;
• расплывчатость очертаний ядра, возникновение на его конце зеленого венчика;
• посветление восстановительной зоны почти до ее соединения с ядром;
• пожелтение пламени.

Результатом избытка ацетилена является его неполное сгорание, пламя коптит из-за недостатка кислорода. Излишек ацетилена разлагается на углерод и водород. В расплавленный металл переходит углерод. Результат – науглероживается металл шва.

Пламя с небольшим избытком горючего газа используют для сварки магниевых и алюминиевых сплавов, чугуна.

Характеристика методов газовой сварки

Существует 2 способа:

• правый;
• левый.

Правый

Это метод, при котором сварка выполняется слева направо. Направление:

• сварочного пламени – сваренный участок шва;
• присадочной проволоки – вслед за горелкой.

Мундштуком горелки совершаются небольшие поперечные колебания.

По сравнению с левым способом:

• производительность сварки на 20-25% выше;
• качество сварного шва лучше;
• расход газов меньше на 15-20%.

Рассеивание теплоты пламени меньше по сравнению с левым методом, в связи с чем угол раскрытия шва составляет 60-70°, что способствует уменьшению количества наплавляемого материала, расхода проволоки и снижению коробления изделия.

Способ целесообразен при соединении элементов, имеющих большую теплопроводность и деталей, толщина которых превышает 5 мм.

Левый

Способ заключается в передвижении:

• горелки справа налево;
• присадочной проволоки – перед пламенем, которое направлено на несваренную зону шва.

Кромки основного металла перед началом сварочных работ подогревают, что способствует хорошему перемешиванию сварочной ванны.

Левый способ применяют для соединения элементов из легкоплавких и тонких (до 3 мм) металлов.

Схема способов сварки

Характеристика технологий

Различают разные техники наложения сварочных швов:

• многослойную;
• валиком;
• ванночками;
• окислительным пламенем.

Многослойная

Применение – выполнение ответственных соединений. Сварочные работы проводятся проходкой коротких участков. Условие – несовпадение стыков швов в отдельных слоях.

Перед наложением очередного слоя поверхность предыдущего очищается от шлаков и окалины с помощью проволочной щетки.

Преимущества способа по сравнению с однослойной сваркой:

• меньшая зона нагрева;
• обеспечение отжига нижерасположенных слоев;
• проковка каждого слоя.

Недостаток: большой расход газов.

Валиком

Соединяемые элементы устанавливают вертикально с зазором в полтолщины листа. Пламенем расплавляют кромки с одновременным образованием круглого отверстия. Его нижний участок на всю толщину металла заплавляют присадочным материалом. Пламя переносят выше, оплавляют кромку отверстия вверху, а на его нижнюю часть накладывают следующий слой материала. Этапы повторяют до окончания формирования сварочного шва.

Если металл имеет толщину 6-12 мм, работы одновременно проводятся с двух сторон двумя сварщиками.

Шов имеет форму сквозного валика, который соединяет детали. Металл шва – плотный, не имеет дефектов.

Ванночками

Метод применяется при сварке низколегированной и низкоуглеродистой стали до 3 мм толщиной, когда требуется получение угловых соединений и встык. Используется присадочная проволока.

В момент образования на шве ванночки диаметром 4-5 мм в нее направляют конец проволоки, расплавляют ее небольшой участок, после чего перемещают в восстановительную зону пламени. Одновременно мундштуком совершают круговое движение для перехода в рядом расположенную на шве зону новой ванночки. Она должна перекрывать на 1/3 диаметра предыдущую ванночку.

Чтобы избежать окисления, конец проволоки удерживать в восстановительной зоне. Нельзя допускать погружения ядра в ванночку с целью недопущения науглероживания металла шва.

Окислительным пламенем

Метод используется для сварки низкоуглеродистой стали. Цель – повышение производительности сварочного процесса на 10-15%.

Состав пламени β = 1.4. Избыток кислорода при сварке сталей способствует окислению металла шва, поэтому он получается хрупким и имеет поры. Поэтому при работе с целью раскисления окислов железа в сварочной ванне используют присадочные проволоки с повышенным составом кремния и марганца. Например: Св 08Г, Св 08Г2С, Св-12ГС.

Преимущества и недостатки

К положительным качествам газовой сварки относятся:

• простота;
• недорогое оборудование;
• возможность регулирования скорости нагрева и охлаждения свариваемого металла;
• прочные и плотные сварные швы.

• снижение производительности процесса при увеличении толщины свариваемого материала;
• обширная зона нагрева;
• высокая стоимость горючего газа по сравнению с электроэнергией;
• сложности механизации и автоматизации процесса.

Технология газовой сварки для начинающих

По популярности газовая сварка находится на втором месте после электродуговой. Технология относится к виду сварки плавлением. Газосварочное оборудование обеспечивает надежное соединение цветных и черных металлов.

Что такое газовая сварка

Сущность газовой сварки заключается в том, что металл соединяемых заготовок и присадочного материала плавится теплом, выделяемым при сгорании горючих газов. Для получения высокой температуры они смешиваются с чистым кислородом в смесителе газовой горелки. Соотношение компонентов можно оперативно изменять регулировкой объемов, подаваемых в смеситель. Это позволяет настраивать оптимальный режим сварки или резки.

У газовой сварки, по сравнению с дуговой, скорость нагревания рабочей зоны меньше. Эту особенность относят к достоинствам при работе с инструментальной сталью, чугуном, цветными металлами. Сварка этих металлов должна проводиться с медленным нагревом и охлаждением. К ним также относятся некоторые марки легированной стали.

Отличительной особенностью газовой сварки является возможность сваривать почти все металлы.

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.

Область применения

Газовую сварку металлов применяют для выполнения:

• сборки и ремонта изделий из стали толщиной до 5 мм;
• монтажа трубопроводов небольшого диаметра;
• наплавки твердых сплавов и цветных металлов на сталь и чугун;
• монтажа конструкций из тонкостенных труб;
• заделки дефектов на отлитых заготовках.

Широкое распространение газопламенная сварка получила в строительстве, сельском хозяйстве, ремонтных мастерских.

Применяемое оборудование

В комплект оборудования для сварки газом входят:

1. Водяной затвор для предотвращения повреждения элементов оборудования обратным пламенем. Устанавливается между горелкой и источником ацетилена. По мере испарения воду доливают.
2. Баллоны с кислородом и горючим газом или генератор ацетилена. По правилам техники безопасности газ не должен контактировать с краской. Поэтому верхнюю часть баллонов не окрашивают. Чтобы при контакте ацетилена с медью не произошел взрыв, на баллонах с этим газом должны устанавливаться вентили из другого металла.
3. Газовая горелка, обычная или инжекторная.
4. Редукторы для снижения давления газа и кислорода на выходе из баллонов.
5. Шланги для соединения газовой горелки с баллонами. На шлангах для горючих газов нанесена желтая полоса.

Если газосварочные работы проводятся в разных местах, оборудование устанавливают на тележку с соответствующими креплениями. На предприятиях устраивают стационарные газовые посты с вентиляцией и шкафами для хранения баллонов.

Какие газы используются при сварке

Для того, чтобы газы сгорали с максимальной эффективностью нужен кислород без примесей. В зависимости от степени очистки он бывает:

• высшего сорта (концентрация 99,5 %);
• 2-го (99,2 %);
• 3-го (98,5 %).

Так как варят газосваркой не в стерильных условиях, следует учитывать, что при контакте кислорода с техническими маслами может произойти самовозгорание. Баллоны должны храниться в помещении, где нет источников открытого огня в месте, куда не попадают солнечные лучи.

Чаще всего в паре с кислородом используют ацетилен, так как его температура горения доходит до 3400⁰C. Его получают из карбида кальция при растворении в воде.

При высоком давлении или температуре ацетилен взрывается. Поэтому, по правилам безопасности установка водяного затвора обязательна.

Второе место с температурой горения до 2800⁰C занимает пропан. Газовые смеси кислорода с метаном, водородом, парами керосина, блаугазом по температуре значительно уступают лидерам. Применяются для работы только с цветными металлами с низкой температурой плавления.

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.

Технология и способы газовой сварки

Технология газовой сварки подразделяется на два вида:

1. Газопламенный вид выполняется с образованием сварочной ванночки за счет плавления кромок деталей и присадочной проволоки.
2. Газопрессовая сварка выполняется без присадочных материалов и флюсов. После расплавления кромок детали плотно сжимаются между собой и удерживаются до остывания шва.

В обоих случаях кромки предварительно очищают от грязи, ржавчины наждачной бумагой или металлической щеткой. Аналогично обрабатывают присадочные материалы.

Техника газовой сварки позволяет накладывать швы независимо от пространственного положения ― от нижних до потолочных. При наложении потолочных швов расплавленный металл удерживают давлением газовой смеси. Для соединения деталей с предварительно отбортованными кромками присадочная проволока не нужна. Чаще всего газовой сваркой заготовки соединяют встык, угловыми и торцевыми швами реже. Скорость нагревания кромок деталей регулируют углом наклона относительно поверхности деталей. Чем больше его величина, тем быстрее нагревается металл.

На практике применяются следующие способы сварки:

1. Левый используют для работы с металлами толщиной до 3 мм с низкой температурой плавления. Пламя ведут вдоль стыка справа налево. Для лучшего прогрева кромок деталей совершают колебательные поперечные движения мундштуком. При левом способе газовой сварки присадочную проволоку перемещают перед горелкой. Ее диаметр должен быть в 2 раза меньше толщины деталей плюс 1 мм.
2. Правый применяют для сварки заготовок толщиной более 3 мм с разделанными под углом кромками. Пламя ведут от левого края стыка к правому, присадочную проволоку, опустив конец в сварочную ванну, продвигают вслед за мундштуком. Ее диаметр не должен превышать половины толщины деталей. За счет лучшей защиты сварочной ванны пламенем при правом способе качество швов выше, чем при левом. Кроме этого на 10% сокращается расход газа и на 20% продолжительность процесса.

У сварки пропаном и альтернативными газами есть особенности, учитывать которые новичкам трудно. Поэтому на начальном этапе обучения для начинающих сварщиков лучше использовать стандартную смесь кислорода с ацетиленом. Отработку навыков проводят на разных видах металла.

Газопламенная сварка и резка металлов

Сущность процесса газовой сварки и резки

Газовая сварка это — сварка плавлением, при которой для нагрева используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки.

Газовая резка — представляет собой процесс основанный на сгорании (быстром окислении) металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся окислов.

При газопламенной сварке и резке металлов для нагрева используют газовое пламя получаемое при сгорании горючего газа в смеси с кислородом, в специальных горелках.

В качестве горючих газов применяют ацетилен, водород, природные газы, нефтяной газ, пары бензина, керосина и др. Наибольшее распространение получил ацетиле так как имеет самую высокую температуру по сравнению с пламенем других газов.

При газовой сварке кроме кромок свариваемых деталей расплавляются присадочный материал, который вводится в пламя горелки. После затвердевания жидкого металла образуется сварной шов.

К преимуществам газовой сварки относятся:

• простота способа;
• несложность оборудования;
• отсутствие источника электрической энергии.

К недостаткам газовой сварки относятся:

• меньшая производительность;
• сложность механизации,
• большая зона нагрева и более низкие механические свойства сварных соединений, чем при дуговой сварке.

Газовую сварку используют при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали толщиной 1-3 мм, сварке чугуна, алюминия, меди, латуни, наплавке твёрдых сплавов, исправлении дефектов. литья и др.

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.

Состав сварочного пламени

Примерный химический состав нормального ацетилен-кислородного пламени приведен ниже в таблице.

Нужно отметить, что ацетилен-кислородная смесь дает самую высокую температуру пламени. Изменение горючих газов несколько снижает температуру пламени и распределение ее по объему.

Химический состав нормального ацетилен-кислородного пламени