Тема 5.4. Газовая сварка и резка металла

При газовой сварке кромки металла и присадочный матери­ал нагреваются пламенем, получаемым при сгорании горючих газов в кислороде.

В качестве горючих можно использовать ацетилен, природ­ные газы, пары бензина и керосина и др. Сварочное пламя долж­но иметь максимально высокую температуру, быть экономичным и нейтральным по отношению к жидкому металлу. Наиболее часто используют ацетилен С₂Н₂, поскольку он имеет наиболь­шую теплоту сгорания, температура пламени при горении в чис­том кислороде 3150 °С.

Кислород, необходимый для проведения газосварочных ра­бот, получают обычно из воздуха методом его сжижения при очень глубоком охлаждении. Хранят и транспортируют кислород в спе­циальных баллонах емкостью 40 л под давлением 15 МПа. В од­ном баллоне содержится около 6 м³ кислорода. Кислородные баллоны окрашивают в голубой цвет. Баллоны подлежат испы­танию каждые 5 лет.

Обычно ацетилен получают непосредственно на месте произ­водства сварочных работ из карбида кальция при взаимодейст­вии его с водой по реакции

СаС₂ + 2Н_аО = С₂Н₂Т + Са(ОН)₂

Из 1 кг карбида кальция можно получить около 320 л ацети­лена. Для получения ацетилена используются специальные аце­тиленовые генераторы.

Для сварки можно использовать и ацетилен из баллонов, где он находится в растворенном виде. Баллоны для ацетилена за­полняют специальным активированным древесным углем, про­питанным ацетоном. Ацетилен хорошо растворяется в ацетоне и перестает быть взрывоопасным. В баллонах ацетилен нахо­дится под давлением 1,5... 1,6 МПа. При избыточном давлении выше 1,75 МПа ацетилен взрывоопасен. Ацетиленовые баллоны окрашивают в белый цвет.

Сварку проводят при непосредственном питании от генератора или от ацетиленового баллона. Для понижения давления сжатого газа, забираемого из баллонов, применяют специальные редук­торы. Они поддерживают давление на выходе из баллона посто­янным независимо от давления газа в баллоне. Кислородные редукторы могут устанавливать давление от 0,3 до 1,5 МПа, ацетиленовые — от 0,02 до 0,05 МПа. Редукторы, применяемые при газовой сварке, обычно имеют два манометра, один показы­вает давление газа в баллоне, а другой — давление газа на выхо­де из редуктора, т.е. рабочее давление газа.

Посты газовой сварки бывают стационарными и передвиж­ными. Питание стационарных постов осуществляется обычно от ацетиленового генератора и баллонов с кислородом, а пере­движных — от баллонов с кислородом и ацетиленом.

Схема оборудования для передвижного газосварочного поста показана на рис. 75, а. Ацетилен и кислород по специальным шлангам 1 и 3 от баллонов, снабженных регуляторами давления газа (редукторами и манометрами) 2, подводятся к газовой го­релке.

Рис. 75. Оборудование для передвижного газосварочного поста (а) и схема инжекторной горелки (б): 1,3 — шланги подачи соответственно ацетилена и кислорода; 2 — регуля­торы давления газа; 4 — сварочная горелка; 5 — вентили; 6 — инжектор; 7 — смесительная камера; 8 — наконечник горелки; 9 — мундштук

Дозировка и смешивание кислорода и ацетилена происходит в сварочной горелке. Наибольшее распространение в промыш­ленности получили инжекторные горелки, работающие на прин­ципе засасывания ацетилена (рис. 75, б).

Кислород под давлением 0,3...0,4 МПа поступает в горелку и через регулируемый вентиль 5 попадает к инжектору 6. Выхо­дя с большой скоростью из сопла инжектора, кислород создает значительное разрежение в смеситеной камере 7 за инжектором и засасывает ацетилен в каналы горелки. Образовавшаяся в сме­сительной камере горючая смесь по трубке наконечника 8 по­ступает к выходному отверстию мундштука 9.

Основным технологическим параметром газовой сварки яв­ляется мощность сварочного пламени, которая подбирается по толщине свариваемых деталей, измеряется расходом газа и ре­гулируется сменными наконечниками газовой горелки, имею­щими различные диаметры выходных отверстий инжектора и мундштука, что дает возможность регулировать мощность сварочного пламени. Присадочный металл в виде прутков или проволоки вводят в пламя горелки.

Сгорание смеси происходит на выходе из мундштука. Ацети- ленокислородное сварочное пламя (рис. 76) состоит из трех зон: ядра пламени 1, сварочной (восстановительной) зоны 2 и факела (окислительной зоны) 3.

В зависимости от соотношения (по объему) ацетилена и ки­слорода в горючей смеси пламя может быть нормальным, окис­лительным и науглероживающим. Регулируют характер пламени визуально по его цвету. Газовое пламя считается нормальным, когда соотношение газов 0₂: С₂Н₂ = 1 или несколько больше. Нормальным пламенем сваривают большинство сталей. При увеличении содержания кислорода в смеси пламя приобретает голубоватый оттенок и имеет четко очерченное ядро. Такое пламя является окислительным и его используют при сварке латуней. При недостатке 0₂ (избытке ацетилена) пламя становится коп­тящим, удлиняется и приобретает красноватый оттенок. Такое пламя называется науглероживающим, его используют для сварки чугуна.

, см

Рис. 76. Схема ацетиленокислородного сварочного пламени и график изменения температуры пламени: 1 — ядро пламени; 2 — сварочная (восстановительная) зона; 3 — факел (окислительная зона); d — расстояние от мундштука горелки до зоны

пламени

Газовой резкой называется процесс сгорания металла в струе кислорода. Резка может быть ручной и машинной. Для ручной резки применяют резак (рис. 77), имеющий сменные мундштуки.

Конструкция резака отличается от конструкции сварочной го­релки наличием дополнительного канала 2 для подачи режущего кислорода. Мундштук резака 1 имеет центральное отверстие для режущего кислорода.

При кислородной резке металл в месте разреза нагревают га­зовым пламенем до температуры его воспламенения в кислоро­де, затем на нагретую поверхность направляют струю режущего кислорода. Воспламенившийся металл выделяет при горении большое количество теплоты, которое вместе с подогревающим пламенем разогревает следующие слои. Вследствие этого горе­ние распространяется на всю толщину металла. Образующиеся при сгорании металла оксиды сдуваются струей кислорода.

Газокислородной резке хорошо поддаются конструкционные стали с содержанием углерода до 0,7 %. Кислородная резка чу­гуна затруднена, так как чугун начинает плавиться раньше, чем успевает нагреться до температуры воспламенения в кисло­роде. По этой же причине не поддаются обычной резке медные и алюминиевые сплавы. Медные сплавы, кроме того, имеют вы­сокую теплопроводность.

Газокислородная резка позволяет резать листы металла тол­щиной до 300 мм простейшей аппаратурой, проводить резку на монтаже и в полевых условиях, широко используется почти во всех областях металлургической и металлообрабатывающей про­мышленности, применяется также при раскрое листовой стали, вырезке косынок, кругов, фланцев и других фасонных заготовок.

Не поддающиеся обычной газовой резке высоколегированные стали, чугуны, некоторые цветные металлы и сплавы разрезают, используя способ кислородно-флюсовой резки.