Основным источником теплоты при газопламенной обработке материалов служит газокислородное (реже газовоздушное) пламя. Перечень наиболее часто используемых для этих целей горючих газов, их основные свойства и области применения приведены в таблице.

Наиболее эффективным горючим газом является ацетилен. Благодаря своим неоспоримым технологическим и термохимическим преимуществам он обеспечивает наилучшее качество и наибольшую производительность обработки.

Ацетилен - легче воздуха. Его плотность по отношений к воpдуху 0,9. При нормальном атмосферном давлении и температуре -84 °С ацетилен переходит в жидкое состояние, а при температуре -85 °С - затвердевает.

Ацетилен - единственный широко применяемый в промышленности газ, горение и взрыв которого возможны в отсутствии кислорода или других окислителей.

Давление, образующееся при взрыве ацетилена, зависит от начальных параметров и характера взрыва. Оно может увеличиться примерно в 10-12 раз по сравнению с начальным при взрыве в небольших сосудах и возрасти при детонации чистого ацетилена в 22 раза, а при детонации ацетилено-кислородной смеси в 50 раз.

При газопламенной обработке металлов ацетилен используют либо в газообразном состоянии, получая его в передвижных или стационарных ацетиленовых генераторах, либо растворенным в ацетиленовых баллонах. Растворенный ацетилент по ГОСТ 5457-75 представляет собой раствор газообразного ацетилена в ацетоне, распределенный в пористом наполнителе под давлением 15 МПа (150 кгс/см"). Городской газ по своему составу непостоянен. Московский городской газ содержит от 70 до 95 % метана, а ставропольский газ до 98 % метана. К заводскому потребителю городской газ обычно поступает под давлением от 0,005 МПа до 0,3 МПа (0,05 до Зкгс/см2). Давление городского газа, подаваемого по трубопроводу, при максимальном потреблении должно быть не менее 0,01 МПа (0,1 кгс/см2).

Кислород поступает к потребителю по газопроводу от кислородной станции или газификатора, а также от перепускных разрядных рамп и индивидуальных баллонов. При контакте кислорода с жиром и маслом образуется взрывчатая смесь, поэтому вся кислородная аппаратура должна подвергаться тщательному обезжириванию. В процессе работы необходимо следить, чтобы масло и жир не могли попадать на детали аппаратуры.

Кислород газообразный технический согласно ГОСТ 5583-78 выпускается трех сортов (I, II и III)-чистотой соответственно 99,7, 99,5 и 99,2 %.

Для некоторых процессов газопламенной обработки металлов (правка, нагрев, поверхностная очистка и т. д.), может быть использован кислород чистотой 92,0-98,0 %. Для чистовой рез-ки применяют кислород чистотой не менее 99,5 %.

Сжатый кислород хранят и транспортируют в баллонах по ГОСТ 949-73.

Жидкое горючее (керосин, бензин) поступает к потребителю только из специальных бачков (передвижных и стационарных) под давлением до 0,3 МПа (3 кгс/см2). Тракторный керосин применять не следует, так как при температуре нагрева его до 300- 600 °С образуется большое количество смолистых веществ, которые забивают асбестовую оплетку и внутренние каналы огневой аппаратуры.

Сваркой называется процесс получения неразъемных со­единений за счет сил взаимодействия атомов.

Многочисленные способы сварки разделяются на две группы:

1) сварка плавлением (сварка в жидкой фазе);

2) сварка давлением (сварка в твердой фазе).

При сварке плавлением жидкий металл сое­диняемых частей самопроизвольно сливается в одно целое, образуя после охлаждения и затвердевания свар­ное соединение.

Сварка давлением производится без нагрева или с нагревом металла до пластичного состояния с последующим сжатием соединяемых частей.

Сварка в настоящее время является одним из основ­ных технологических процессов во всех отраслях про­мышленности. Без сварки невозможно производство со­временных машин. В практике ремонтного дела сварке принадлежит ведущее место. Самое широкое примене­ние в промышленности и практике ремонта машин имеет сварка плавлением: газовая и электродуговая.

При газовой сварке для нагрева металла до плавления или до пластичного состояния используется тепло, кото­рое получают в результате сгорания горючего газа в сме­си с кислородом.

Для производства газовой сварки и резки необходимо иметь горючий газ, кислород, присадочный материал, флюсы.

В качестве горючих газов при газовой сварке и резке используются ацетилен, водород, природный газ, пары бензина и керосина и т. п. Широкое применение в га­зовой сварке получил газ ацетилен. Он имеет температуру сварочного пламени 3000-3150°С и применяется для сварки стали, чугуна и цветных металлов.

Технический ацетилен - это бесцветный газ с рез­ким характерным запахом. Длительное вдыхание ацети­лена вызывает головокружение, тошноту, а иногда и сильное отравление. Ацетилен легче воздуха. Смесь ацетилена с воздухом (от 2,3 до 80,7% ацетилена по объе­му) и с кислородом (от 2,3 до 93%) -взрывоопасна. По­этому при использовании этого газа необходимо строго выполнять правила техники безопасности.

Обычно ацетилен получают непосредственно на мес­те сварочных работ из карбида кальция в ацетиленовых генераторах.

Карбид кальция представляет собой твердое вещест­во темно-серого или коричневого цвета. Он получает­ся в электрических печах путем отекания кокса с нега­шеной известью при температуре 1900-2300°С. Полу­ченный карбид кальция дробят и сортируют на куски определенных размеров, после чего упаковывают в жес­тяные герметически закрытые барабаны емкостью 100- 130 кг.

Водород, природный газ, пары бензина и керосина не пригодны для обычной сварка стали вследствие недо­статочной температуры сварочного пламени (1900- 2300°С), Поэтому их применяют при сварке металлов, имеющих температуру плавления ниже, чем у стали, я для резки металлов (в том числе и стали). Газ пропан можно применять для сварки стали толщиной 5-6 мм.

Кислород при нормальной температуре представляет собой газ, не имеющий цвета и запаха. Он несколько тяжелее воздуха. Сгорание горючих газов в чистом кис­лороде происходит очень интенсивно. Технический кислород получают путем электролиза воды или из атмо­сферного воздуха.

Присадочный материал необходим для заполнения металлом образовавшейся жидкой ванны при сварке. Обычно в качестве присадочного материала использует­ся проволока диаметром от 1 до 6 мм с химическим составом, близким к составу свариваемого металла. По­верхность проволоки должна быть чистой, без окалины, ржавчины, масла и прочих загрязнений. Если нет подхо­дящей проволоки, то для сварки цветных металлов мож­но применять полоски, нарезанные из листовою металла той же марки, что и свариваемый металл.

Флюсами пользуются для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образовавшихся в сва­рочном шве окислов. Состав флюса выбирают в зависи­мости от состава и свойств свариваемого металла. Флюс должен плавиться раньше металла, хорошо растекаться по шву и не оказывать вредного действия на металл шва.

Глава IX. Материалы и аппаратура для газовой сварки и резки

§ 40. Газы, присадочная проволока и флюсы для газовой сварки

Кислород. Высокая температура газового пламени достигается сжиганием горючего газа или паров жидкости в кислороде.

Кислород в чистом виде при температуре 20°С и атмосферном давлении представляет собой прозрачный газ без цвета, запаха и вкуса, несколько тяжелее воздуха. Масса 1 м 3 кислорода при 20°С и атмосферном давлении равна 1,33 кг. Кислород сжижается при нормальном давлении и температуре - 182,9°С. Жидкий кислород прозрачен и имеет голубоватый цвет. Масса 1 л жидкого кислорода равна 1,14 кг; при испарении 1 л кислорода образуется 860 л газа.

Кислород получают разложением воды электрическим током или глубоким охлаждением атмосферного воздуха.

Технический кислород выпускается по ГОСТ 5583 - 68 трех сортов: 1-го сорта, содержащего не менее 99,7% чистого кислорода, 2-го сорта - не менее 99,5% и 3-го сорта не менее 99,2% (по объему). Остаток составляют азот и аргон.

Чистота кислорода имеет большое значение, особенно для кислородной резки. Снижение чистоты кислорода ухудшает качество обработки металлов и повышает его расход.

Сжатый кислород, соприкасаясь с маслами или жирами, окисляет их с большими скоростями, в результате чего они самовоспламеняются или взрываются. Поэтому баллоны с кислородом необходимо предохранять от загрязнения маслами.

Горючие газы. К горючим газам относятся прежде всего ацетилен, пропан, природный газ и другие (табл. 14); используются также пары керосина.

* (Для керосина и бензина приведена масса 1 м 3 жидкости. )

Ацетилен чаще других горючих применяется для сварки и резки; он дает наиболее высокую температуру пламени при сгорании в кислороде (3050 - 3150°С). Без ущерба качества и производительности резки ацетилен заменяется другими горючими - пропаном, метаном, парами керосина и др. Технический ацетилен (C 2 H 2) бесцветен, за счет содержащихся в нем примесей обладает резким неприятным запахом, в 1,1 раза легче воздуха, растворяется в жидкостях.

Ацетилен взрывоопасен; находясь под давлением 1,5 - 2 ат, взрывается от электрической искры или огня, а также при быстром нагреве выше 200°С. При температуре выше 530°С происходит взрывчатое разложение ацетилена.

Смеси ацетилена с кислородом или воздухом при очень малом содержании ацетилена способны при атмосферном давлении взрываться. Поэтому сварщикам необходимо соблюдать обязательные правила эксплуатации газовой аппаратуры. Самовоспламенение смеси чистого ацетилена с кислородом, выходящей из сопла газовой горелки, происходит при температуре 428°С.

В промышленности ацетилен получают тремя способами: разложением карбида кальция (CaC 2) водой, термоокислительным пиролизом (разложением) нагретого природного газа в смеси с кислородом, разложением жидких углеводородов (нефти, керосина) электрической дугой. Для сварки и резки ацетилен получают из карбида кальция. Технический карбид загрязнен вредными примесями, которые переходят в ацетилен в виде сероводорода, аммиака, фосфористого и кремнистого водорода. Они ухудшают качество сварки и должны удаляться из ацетилена промывкой водой и химической очисткой.

Газы-заменители ацетилена. Пропанбута новая смесь представляет собой смесь пропана с 5 - 30% бутана и иногда называется техническим пропаном. Ее получают при добыче природных газов и при переработке нефти. Температура пропан-кислородного пламени низка и достигает 2400°С; поэтому использовать его можно лишь для сварки стали толщиной не более 3 мм; при большей толщине невозможно хорошо прогреть металл соединения, чтобы получить надежный провар.

Низкотемпературное пламя целесообразно применять при резке, нагреве деталей для правки, для огневой очистки поверхности металла, а также для сварки легкоплавких металлов. Пропан-кислородная сварка стальных листов толщиной до 3 мм по качеству не уступает ацетилено-кислородной сварке. Во всех этих случаях пропан можно заменить ацетиленом.

Для сварочных работ пропан-бутановая смесь доставляется потребителю в сжиженном состоянии. Переход смеси из жидкого состояния в газообразное происходит самопроизвольно в верхней части баллона из-за меньшего удельного веса газа по сравнению с сжиженной смесью.

Технический пропан тяжелее воздуха и имеет неприятный специфический запах.

Природный газ. Природный газ состоит в основном из метана (77 - 98%) и небольших количеств бутана, пропана и др. Газ почти не имеет запаха, поэтому для обнаружения его утечки в него добавляют специальные резко пахнущие вещества.

Метан-кислородное пламя имеет температуру 2100 - 2200°С. Она ниже пропан-кислородного пламени, поэтому природный газ можно применять в ограниченных случаях, главным образом для термической резки.

Прочие газы и горючие жидкости. Для образования газового пламени в качестве горючего можно использовать и другие газы (водород, коксовый, нефтяной газы), горючие жидкости (керосин, бензин).

Жидкие горючие менее дефицитны, но требуют специальной тары по сравнению с газообразными. Для сварочных работ и резки горючая жидкость преобразуется в пары нагревом наконечника горелки или резака. Температура керосино-кислородного пламени 2400 - 2450°С, бензино-кислородного - 2500 - 2600°С. Пары жидких горючих можно употреблять в основном для резки и поверхностной обработки металлов 1 .

1 (Запрещается употреблять для сварки и резки этилированный бензин из-за его токсичности. )

Характеристика горючих газов, применяемых для сварки и резки, приведена в табл. 14.

Карбид кальция (CaC 2) представляет собой твердое вещество темно-серого или коричневого цвета, удельная плотность его 2,26 - 2,4 г/см 3 . Карбид кальция получают в электрических печах сплавлением извести и кокса по реакции

CaO+3С→CaC 2 +CO-Q.

В техническом карбиде кальция содержится до 90% чистого карбида, остальное - примесь извести. После остывания, дробления и сортировки карбид кальция упаковывают по 100 - 130 кг в герметические барабаны из кровельной стали или оборотную тару - бидоны вместимостью 80 и 120 кг, которые после использования карбида возвращают на карбидный завод.

Получение ацетилена из карбида кальция происходит по реакции:

CaC 2 +2H 2 O→C 2 H 2 +Ca(ОН)2+Q.

Теоретически для разложения 1 кг CaC 2 надо затратить 0,562 кг воды, при этом получается 0,406 кг (372,5 л) ацетилена и 1,156 кг гашеной извести Ca(OH) 2 . Реакция происходит с выделением тепла (около 475 ккал/кг карбида кальция). Чтобы предотвратить нагревание ацетилена, которое может вызвать взрывчатый его распад, практически расходуется воды от 5 до 15 л в зависимости от конструкции ацетиленовых генераторов, в которых получают ацетилен.

Карбид кальция жадно поглощает пары воды из воздуха с выделением ацетилена.

По ГОСТ 1460 - 76 карбид кальция выпускается в кусках следующих размеров (грануляции): 2×8; 8×15; 15×25; 25×80 мм. Чем крупнее куски карбида кальция, тем больше выход ацетилена.

С учетом примесей, содержащихся в карбиде кальция, и различной грануляции практически выход ацетилена из карбида кальция в среднем составляет от 250 до 280 л на 1 кг CaC 2 .

Иногда в карбидном барабане скапливается много пылевидного карбида кальция 1 . Карбидной пылью можно пользоваться лишь в генераторах особой конструкции. Применять пылевидный карбид кальция в генераторах, предназначенных для работы с карбидом кальция крупной грануляции, нельзя во избежание взрыва.

1 (Куски карбида кальция размерами менее 2 мм считаются карбидной пылью. )

Сварочная проволока для газовой сварки по химическому составу должна быть такой же, как и металл свариваемого изделия. Марки сварочной проволоки применяют те же и по тому же ГОСТ 2246 - 70, что и для дуговой сварки. Диаметр проволоки (d пр) устанавливают в зависимости от толщины свариваемой стали и вида сварки. Обычно принимают d np =δ/2, где δ - толщина свариваемого металла в мм. При толщине металла более 16 мм применяют прутки диаметром 8 мм. Для сварки алюминия, меди и их сплавов берут проволоку того же состава, что и свариваемый металл. Однако лучшие результаты дает при сварке меди применение проволоки, содержащей раскислители - фосфор, марганец и кремний - до 0,2% каждого. Для сварки алюминия и его сплавов также целесообразно применять проволоку с кремнием и марганцем.

Флюсы применяют для удаления из металла шва неметаллических включений, попадающих в сварочную ванну, для защиты от окисления кромок свариваемого металла и сварочной проволоки. Флюс растворяет неметаллические включения и окислы, образуя относительно легкоплавкую с малой удельной плотностью механическую смесь, которая легко поднимается в сварочный шлак. Флюсы вводятся в сварочную ванну в виде порошков или паст.

При сварке низкоуглеродистых сталей флюсы не употребляются, так как образующиеся в этом случае легкоплавкие окислы железа свободно выходят на поверхность шва.

С флюсами выполняется сварка цветных металлов, чугунов и некоторых высоколегированных сталей. Составы этих флюсов приведены при описании технологии сварки соответствующих металлов.

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: 1) газы – кислород и горючий газ (ацетилен или его заменитель); 2) присадочная проволока (для сварки и наплавки); 3) соответствующее оборудование и аппаратура, в то числе: а. кислородные баллоны для хранения запаса кислорода; б. кислородные редукторы для понижения давления кислорода, подаваемого из баллонов в горелку или резак; в. ацетиленовые генераторы для получения ацетилена из карбида кальция или ацетиленовые баллоны, в которых ацетилен находится под давлением и растворен в ацетилене; г. сварочные, наплавочные, закалочные и другие горелки с набором наконечников для нагрева метла различной толщины; д. резиновые рукава (шланги) для подачи кислорода и ацетилена в горелку; 4) 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; 5) Сварочный стол или приспособление для сборки и закрепления деталей при прихватке, сварки; 6) 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 1м 3 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 t o 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 t o пламени была примерно в два раза превышала t o 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 t o 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. Таблица №1 Горючие газы для сварки и резки.

Горючие газы	Температура пламени при сгорании в кислороде	Коэффициент замены ацетилена
Ацетилен	3150	1,05
Водород	2400-2600	5,2
Метан	2400-2500	1,6
Пропан	2700-2800	0,6
Пары керосина	2400-245	1-1,3

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 t o 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 t o 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. Рис. 1. Схема устройства и работы водяного затвора среднего давления: а - нормальная работа затвора, б - обратный удар пламени 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. Рис. 2. Редукторы: а - кислородный, б - ацетиленовый 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. Рис 3. Виды ацетилено-кислородного пламени а – науглероживающее, б-нормальное, в – окислительное; 1 – ядро, 2- восстановительная зона, 3 - факел 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 t o 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 75дм 3 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.