Газовая сварка

Газовой сваркой называют сварку плавлением, при которой соединяемые части нагревают пламенем газов, сжигаемых при выходе из горелки (рис. 10.7). Газовое пламя образуется при сгорании горючего газа в атмосфере технически чистого кислорода. Могут использоваться следующие горючие газы: ацетилен, водород, природные газы, пары бензина и керосина, пропан. Ацетилен взрывоопасен при р > 0,175 МПа, хранится и транспортируется в

стальных баллонах белого цвета с красной надписью “Ацетилен”. Баллоны заполнены активированным углем, пропитанным ацетоном р = 1,5... 1,6 МПа. Ацетилен в баллонах находится растворённым в ацетоне и потому не является взрывоопасным. Основным источником получения ацетилена является карбид кальция, который получают в электропечах спеканием кокса с негашеной известью при 1900… 2300 °С.

СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са (ОН)2 + Q. Окислителем является кислород, который хранится в баллонах голубого цвета с черной надписью «Кислород». Начальное давление кислорода р = 15 МПа. Наиболее часто как для кислорода, так и для ацетилена применяются баллоны

объёмом 40 дм3.

Для заполнения шва используется присадочная проволока диаметром 1... 6 мм. Выбирают диаметр присадочной проволоки с учётом толщины δ свариваемого металла: d = 0,5 δ + 1 мм для левой сварки, d = 0,5 δ + 2 мм для правой. Для сварки чугуна используют литые чугунные стержни, для износостойких покрытий – литые стержни из твердых сплавов.

Для углеродистых сталей флюсы для защиты металла от окисления не при-

меняют, т. к. та зона газового пламени, в которой производится сварка, хорошо защищает металл от окисления. Для сварки цветных сплавов и легированных сталей используют флюсы для защиты и легирования, растворения оксидов и образования легко всплывающих шлаков. Строение сварочного ацетилено-кислородного пламени показано на рис. 10.8:

• зона 1 длиной 5... 20 мм – ядро пламени, в ней происходит нагрев газовой смеси;

• зона 2 длиной ∼ 20 мм – восстановительная, в ней происходит частичное окисление ацетилена и имеющийся в этой зоне угарный газ CO может восстанавливать оксиды;

• зона 3 – окислительная, в ней присутствует кислород воздуха и происходит догорание CO и водорода. 1 стадия горения идет за счет кислорода из баллона, 2 стадия – за счет кислоро-

да воздуха. При зажигании пламени горелки сначала подается кислород, затем ацетилен.

С2Н2 + О2 → 2СО + Н2 + (3/2) О2 = 2СО2 + Н2О. Схема газосварочной горелки приведена на рис.10.9. Мощность пламени горелки подсчитывают по формуле W = А × δ, л/час, где δ – толщина стенки, мм. Коэффициент А: для стали 100 … 150, для чугуна 80 … 100, для меди 200 … 250, для алюминия 75 … 100. В зависимости от мощности пламени W подбирают наконечник сварочной горелки.

Соотношение кислорода и ацетилена регулируется сварщиком по цвету пламени. Нормальное пламя имеет светлое ядро и несколько более тёмные восстановительную зону и факел. Оно имеет преимущественно восстановительные свойства и используется для сварки сталей, при этом соотношение О2/С2Н2 ≈ 1,1. Окислительное пламя имеет укороченное заострённое ядро с менее резкими очертаниями и бледным цветом. Используется только для латуни, соотношение О2/С2Н2 > 1,2...1,3. Науглероживающее пламя используется для сварки чугуна и цветных металлов, соотношение О2/С2Н2 < 0,9…1,0. Оно компенсирует выгорание углерода и восстанавливает оксиды цветных металлов. На конце ядра появляется зелёный венчик. Для сварки с помощью газовых генераторов, на выходе из которых ацетилен

имеет низкое давление, применяют инжекторные горелки. Принцип инжекции позволяет смешивать в горелке кислород с давлением 0,3…0,4 МПа и ацетилен с давление 0,001…0,02 МПа. Применяются инжекторные сварочные горелки ГС-2, ГС-3, ГС-4. Чем больше номер, тем больше мощность сварочного пламени. При использовании ацетилена в баллонах используются безынжекторные газовые горелки ГЗУ и ГЗМ.

Газовая сварка применяется для металлов малой толщины (0,2... 3мм); легкоплавких сплавов; для сплавов, требующих плавного нагрева и охлаждения. Такими сплавами являются чугун, латунь, инструментальные стали. Кроме того эта сварка используется для пайки и наплавки, для заварки дефектов чугунных и бронзовых отливок. Газовая резка основана на свойстве металлов сгорать в струе кислорода. При кислородной резке чёрных металлов происходит их окисление по реакции: 3Fe + 2O2 = Fe3O4 + Q. Чтобы начался процесс окисления, металл необходимо предварительно нагреть газовым пламенем до температуры воспламенения. После этого подаётся струя кислорода. Для осуществления резки используются газовые резаки. Основное отличие резака от горелки заключается в наличии у первого дополнительного канала для подачи режущего кислорода. На рис. 10.10 показан мундштук резака. Видно, что струя подогревающей смеси газов направляется по кольцевому зазору мундштука, а режущий кислород – по отверстию, расположенному в середине.

Металлы поддаются резке при следующих условиях:

• Температура воспламенения в кислороде больше температуры плавления.

• Температура плавления оксидов меньше температуры плавления металлов.

• Разрезаемый сплав имеет достаточно низкую теплопроводность, что позволяет нагреть небольшой участок массивной заготовки до температуры воспламенения.

• Консистенция оксидов жидкая, в противном случае они препятствуют проникновению режущего кислорода.

• Тепла от сгорания металла достаточно для поддержания процесса. Хорошо режутся стали с содержанием углерода С ≤ 0,7 %. Они легко режутся газовой резкой при толщине 5 … 300 мм и более (до 1500 мм при использовании спецрезаков). Чугун плавится при температуре меньшей, чем температура воспламенения, поэтому режется плохо. Это же относится и к цветным металам, которые к тому же имеют высокую теплопроводность. Их режут кислородно-флюсовой и плазменной резкой. Резка плазменной струей обеспечивает ширину реза b = 1... 2 мм. Плазменной струей режут керамику, высоколегированные стали, медные и алюминиевые сплавы. Для токопроводящих материалов используют плазменную дугу (δ до 120 мм). Резка бывает ручная и механическая (в т. ч. автоматическая с программным

управлением).