Сварка
Комсомольск-на-Амуре
KOST
&
AKRED
COST@AMURNET.RU
Введение
Способ газовой сварки был разработан в конце прошлого столетия, когда
начиналось промышленное производство кислорода, водорода и ацетилена. В тот
период газовая сварка являлась основным способом сварки металлов и
обеспечивала получение наиболее прочных сварных соединений. В дальнейшем с
созданием и внедрением высококачественных электродов для дуговой сварки,
автоматической и полуавтоматической дуговой сварки под флюсом и в среде
защитных газов (аргона, гелия и углекислого газа и др.), газовая сварка
была постепенно вытеснена из многих производств этими способами
электрической сварки. Тем не менее, и до настоящего времени газовая сварка
металлов наряду с другими способами сварки широко применяется в народном
хозяйстве.
1. Сварка металлов. Назначение и преимущества сварки.
Сварку применяют для получения неразъемного соединения деталей при
изготовлений изделий, машин и сооружений из металла. Прежде для этого
преимущественно пользовались клепкой.
Сварное изделие имеет меньшей вес, чем клепальное, проще в
изготовлении, дешевле, надежнее и может быть выполнено в более короткий
срок, с меньшей затратой труда и материалов. Сваркой можно изготовлять
изделия очень сложной формы, которые прежде удавалось получить только
отливкой или кузнечной и механической обработкой. При изготовлении
металлоконструкций сварка дает от 10 до 20 % экономии металла по сравнению
с клепкой, до 30 % по сравнению с литьем из чугуна.
Сварные швы обеспечивают высокую надежность (плотность и прочность)
резервуаров и сосудов, в том числе и работающих при высоких температурах и
давлениях газов, паров и жидкостей.
Газовая сварка ее преимущества и недостатки
Газовая сварка относится к сварке плавлением. Процесс газовой сварки
состоит в нагревании кромок деталей в месте их соединения до расплавленного
состояния пламенем сварочной горелки. Для нагревания и расплавления металла
используется высокотемпературное пламя, получаемое при сжигании горючего
газа в смеси с технически чистым кислородом. Зазор между кромками
заполняется расплавленным металлом присадочной проволоки.
Газовая сварка обладает следующими преимуществами: способ сварки
сравнительно прост, не требует сложного и дорогого оборудования, а также
источника электроэнергии. Изменяя тепловую мощность пламени и его положение
относительно места сварки, сварщик может в широких пределах регулировать
скорость нагрева и охлаждения свариваемого металла.
К недостаткам газовой сварки относятся меньшая скорость нагрева
металла и большая зона теплового воздействия на металл, чем при дуговой
сварке. При газовой сварке концентрация тепла меньше, а коробление
свариваемых деталей больше, чем при дуговой сварке. Однако при правильно
выбранной мощности пламени, умелом регулировании его состава, надлежащей
марке присадочного металла и соответствующей квалификации сварщика газовая
сварка обеспечивает получение высококачественных сварных соединений.
Благодаря сравнительно медленному нагреву металла пламенем и
относительно невысокой концентрации тепла при нагреве производительность
процесса газовой сварки существенно снижается с увеличением толщины
свариваемого металла. Например, при толщине стали 1мм, скорость газовой
сварки составляет около 10м/ч, а при толщине 10мм – только 2м/ч. Поэтому
газовая сварка стали толщиной свыше 6мм менее производительна по сравнению
с дуговой сваркой и применяется значительно реже.
Стоимость горючего газа (ацетилена) и кислорода при газовой сварке
выше стоимости электроэнергии при дуговой и контактной сварке. Вследствие
этого газовая сварка обходится дороже, чем электрическая.
Процесс газовой сварки труднее поддается механизации и автоматизации,
чем процесс электрической сварки. Поэтому автоматическая газовая сварка
многопламенными линейными горелками находит применении только при сварке
обечаек и труб из тонкого металла продольными швами газовую сварку
применяют при:
. изготовлении и ремонте изделий из тонко-листовой стали (сварке
сосудов и резервуаров небольшой емкости, заварке трещин, варке
заплат и пр.);
. сварке трубопроводов малых и средних диаметров (до 100мм) и
фасонных частей к ним;
. ремонтной сварке литых изделий из чугуна, бронзы и силумина;
. сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни, свинца;
. наплавке латуни на детали из стали и чугуна;
. сварке кованого и высокопрочного чугуна с применением
присадочных прутков из латуни и бронзы, низкотемпературной
сварке чугуна.
При помощи газовой сварки можно сваривать почти все металлы,
применяемые в технике. Такие металлы, как чугун, медь, латунь, свинец легче
поддаются газовой сварке, чем дуговой. Если учесть еще простоту
оборудования то становится понятным широкое распространение газовой сварки
в некоторых областях народного хозяйства (на некоторых заводах
машиностроения, сельском хозяйстве, ремонтных, строительно-монтажных
работах и др.).
Для газовой сварки необходимо:
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:
1) кислородные баллоны для хранения запаса кислорода;
2) кислородные редукторы для понижения давления кислорода,
подаваемого из баллонов в горелку или резак;
3) ацетиленовые генераторы для получения ацетилена из карбида
кальция или ацетиленовые баллоны, в которых ацетилен находится
под давлением и растворен в ацетилене;
4) сварочные, наплавочные, закалочные и другие горелки с набором
наконечников для нагрева метла различной толщины;
5) 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 1м3 кислород равен 1.33 кг. Сгорание горючих газов и паров
горючих жидкостей в чистом виде кислороде происходит очень энергично с
большой скоростью, а возникновение в зоне горения возникает высокая
температура.
Для получения сварочного пламени с высокой температурой, необходимо
для быстрого расплавления металла в месте сварки, горючий газ или пары
горючей жидкости сжигают в смеси с чистым кислородом.
При возникновении сжатого газообразного кислорода с маслом или жирами
последние могут самовоспламеняться, что может быть причиной пожара. Поэтому
при обращении с кислородными баллонами и аппаратурой необходима тщательно
следить за тем, чтобы на них не падали даже незначительные следы масла и
жиров. Смесь кислорода с горючих жидкостей при определенных соотношениях
кислорода и горючего вещества взрывается.
Технический кислород добывают из атмосферного воздуха который
подвергают обработке в воздухоразделительных установках, где он очищается
от углекислоты и осушается от влаги.
Жидкий кислород хранят и перевозят в специальных сосудах с хорошей
теплоизоляцией. Для сварки выпускают технический кислород трех сортов:
высшего, чистотой не ниже 99.5%
1-ого сорта чистотой 99.2%
2-ого сорта чистотой 98.5% по объему.
Остаток 0.5-0.1% составляет азот и аргон
Ацетилен
В качестве горючего газа для газовой сварки получил распространение
ацетилен соединение кислорода с водородом. При нормальной to и давлением
ацетилен находится в газообразном состоянии.
Ацетилен бесцветный газ. В нем присутствуют примеси сероводорода и
аммиак.
Ацетилен есть взрывоопасный газ. Чистый ацетилен способен взрываться
при избыточном давлении свыше 1.5 кгс/см2, при быстром нагревании до 450-
500С. Смесь ацетилена с воздухом взрываться при атмосферном давлении, если
в смеси содержится от 2.2 до 93% ацетилена по объему. Ацетилен для
промышленных целей получают разложением жидких горючих действием
электродугового разряда, а так же разложением карбида кальция водой.
Газы заменители ацетилена.
При сварке металлов можно применять другие газы и пары жидкостей. Для
эффективного нагрева и расплавления металла при сварке необходимо чтобы to
пламени была примерно в два раза превышала to плавления свариемого металла.
Для сгорания горючих различных газов требуется различное кол-во
кислорода подаваемого в горелку. В таб1 приведены основные хар-ки горючих
газов для сварки.
Газы заменители ацетилена применяют во многих отраслях
промышленности. Поэтому их производство и добыча в больших масштабах и они
являются очень дешевыми, в этом их основное преимущество перед ацетиленом.
Вследствие более низкой to пламени этих газов применение их
ограничено некоторыми процессами нагрева и плавления металлов.
При сварке же стали с пропаном или метаном приходится применять
сварочную проволоку содержащею повышенное количество кремния и марганца,
используемых в качестве раскислителей, а при сварке чугуна и цветных
металлов использовать флюсы.
Газы – заменители с низкой теплопроводной способностью
неэкономично транспортировать в баллонах. Это ограничивает их применение
для газопламенной обработки.
Сварочные проволоки и флюсы
В большинстве случаев при газовой сварке применяют присадочную
проволоку близкую по своему хим. составу к свариваемому металлу.
Нельзя применят для сварки случайную проволоку неизвестной марки.
Поверхность проволоки должна быть гладкой и чистой без следов
окалины, ржавчины, масла, краски и прочих загрязнений. Температура
плавления проволоки должна быть равна или несколько ниже to плавления
металла.
Проволока должна плавится спокойно и равномерно, без сильного
разбрызгивания и вскипания, образуя при застывании плотный однородный
металл без посторонних включений и прочих дефектов.
Для газовой сварки цветных металлов (меди, латуни, свинца), а так же
нержавеющей стали в тех случаях, когда нет подходящей проволоки, применяют
в виде исключения полоски нарезанный из листов той же марки, что и
сваривает металл.
Флюсы
Медь, алюминий, магний и их сплавы при нагревании в процессе сварки
энергично вступают в реакцию с кислородом воздуха или сварочного пламени
(при сварке окислительным пламенем), образуя окислы, которые имеют более
высокую to плавления, чем металл. Окислы покрывают капли расплавленного
металла тонкой пленкой и этим сильно затрудняют плавление частиц металла
при сварке.
Для защиты расплавленного металла от окисления и удаления
образующихся окислов применяют сварочные порошки или пасты, называемые
флюсами. Флюсы, предварительно нанесенные на присадочную проволоку или
пруток и кромки свариваемого металла, при нагревании расплавляются и
образуют легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность жидкого металла.
Пленка шлаков прокрывает поверхность расплавленного металла, защищая его от
окисления.
Состав флюсов выбирают в зависимости от вида и свойств свариваемого
металла.
В качестве флюсов применяют прокаленную буру, борную кислоту.
Применение флюсов необходимо при сварке чугуна и некоторых специальных
легированных сталей, меди и ее сплавов. При сварке углеродистых сталей не
применяют.
3. Аппаратура и оборудование для газовой сварки.
Водяные предохранительные затворы
Водяные затворы защищают ацетиленовый генератор и трубопровод от
обратного удар пламени из сварочной горелки и резака. Обратным ударом
называется воспламенение ацетиленово-кислородной смеси в каналах горелки
или резака.
Водяной затвор обеспечивает безопасность работ при газовой сварке и
резке и является главной частью газосварочного поста. Водяной затвор должен
содержатся всегда в исправном состоянии, и быть наполнен водой до уровня
контрольного крана.
Водяной затвор всегда включает между горелкой или резаком и
ацетиленовым генератором или газопроводом.
Баллон для сжатых газов
Баллоны для кислорода и других сжатых газов представляют собой
стальные цилиндрические сосуды. В горловине баллона сделано отверстие с
конусной резьбой, куда ввертывается запорный вентиль. Баллоны бесшовные
для газов высоких давлений изготавливают из Турб углеродистой и
легированной стали. Баллоны окрашивают с наружи в словные цвета, в
зависимости от рода газа. Например, кислородные баллоны в голубой цвет,
ацетиленовые в белый водородные в желто-зеленый для прочих горючих газов в
красный цвет.
Верхнею сферическую часть баллона не окрашивают и на ней выбивают
паспортные данные баллона.
Баллон на сварочном посту устанавливают вертикально и закрепляю
хомутом.
Вентили для баллонов
Вентили кислородных баллонов изготавливают из латуни. Сталь для
деталей вентиля применять нельзя так как она сильно коррозирует в среде
сжатого влажного кислорода.
Ацетиленовые вентили изготавливают из стали. Запрещается применять
медь и сплавы, содержащие свыше 70% меди, так как с медью ацетилен может
образовывать взрывчатое соединение – ацетиленовую медь.
Редукторы для сжатых газов
Редукторы служат для понижения давления газа, отбираемого из баллонов
(или газопровода), и поддержания этого давления постоянным независимо от
снижения давления газа в баллоне. Принцип действия и основные детали у всех
редукторов примерно одинаковы.
По конструкции бывают редукторы однокамерные и двухкамерные.
Двухкамерные редукторы имеют две камеры редуцирования, работающие
последовательно, дают более постоянное рабочее давление и менее склонны к
замерзанию при больших расходах газа.
Кислородный и ацетиленовый редукторы показаны на рис. 2. стр. 97.
Рукава (шланги) служат для подвода газа в горелку. Они должны
обладать достаточной прочностью, выдерживать давление газа, быть гибкими и
не стеснять движений сварщика. Шланги изготовляют из вулканизированной
резины с прокладками из ткани. Выпускаются рукава для ацетилена и
кислорода. Для бензина и керосина применяют шланги из бензостойкой резины.
Сварочные горелки
Сварочная горелка служит основным инструментом при ручной газовой
сварке. В горелке смешивают в нужных количествах кислород и ацетилен.
Образующаяся горючая смесь вытекает из канала мундштука горелки с заданной
скоростью и, сгорая, дает устойчивое сварочное пламя, которым расплавляют
основной и присадочный металл в месте сварки. Горелка служит также для
регулирования тепловой мощности пламени путем изменения расхода горючего
газа и кислорода.
Горелки бывают инжекторные и безинжекторные. Служат для сварки,
пайки, наплавки, подогрева стали, чугуна и цветных металлов. Наибольшее
распространение получили горелки инжекторного типа. Горелка состоит из
мундштука, соединительного ниппеля, трубки наконечника, смесительной
камеры, накидной гайки, инжектора, корпуса, рукоятки, ниппеля для кислорода
и ацетилена.
Горелки делятся на мощности пламени:
1. Микромалой мощности (лабораторные) Г-1;
2. Малой мощности Г-2. Расход ацетилена от 25 до 700 л. в час,
кислорода от 35 до 900 л. в час. Комплектуются наконечниками №0 до 3;
3. Средней мощности Г-3. Расход ацетилена от 50 до 2500 л. в час,
кислорода от 65 до 3000 л. в час. Наконечники №1-7;
4. Большой мощности Г-4.
Также есть горелки для газов заменителей ацетилена Г-3-2, Г-3-3.
Комплектуются наконечниками с №1 по №7.
4. Технология газовой сварки.
Сварочное пламя.
Внешний, вид температура и влияние сварочного пламени на
расплавленный металл зависят от состава горючей смеси, т.е. соотношение в
ней кислорода и ацетилена. Изменяя состав горючей смеси, сварщик изменяет
свойства сварочного пламени. Изменяя соотношение кислорода и ацетилена в
смеси, можно получать три основных вида сварочного пламени, рис. 3. стр.
117.
Для сварки большинства металлов применяют нормальное
(восстановительное) пламя (рис. 3, б).
Окислительное пламя (рис. 3, в) применяют при сварке с целью
повышения производительности процесса, но при этом обязательно пользоваться
проволокой, содержащей повышенное количество марганца и кремния в качестве
раскислителей, оно также необходимо при сварке латуни и пайке твердым
припоем.
Пламя с избытком ацетилена применяют при наплавке твердыми сплавами.
Пламя с незначительным избытком ацетилена используют для сварки алюминиевых
и магниевых сплавов.
Качество наплавленного металла и прочности сварного шва сильно
зависят от состава сварочного пламени.
Металлургические процессы при газовой сварке.
Металлургические процессы при газовой сварке характеризуются
следующими особенностями: малым объемом ванны расплавленного металла;
высокой температурой и концентрацией тепла в месте сварки; Большой
скоростью расплавления и остывания метла; интенсивным перемешиванием
металла гладкой ванны газовым потоком пламени и присадочной проволокой;
химическим взаимодействием расплавленного металла с газами пламени.
Основными в сварочной ванне являются реакции окисления и
восстановления. Наиболее легко окисляются магний, алюминий, обладающие
большим сродством к кислороду.
Кислы этих металлов не восстанавливаются водородом и окисью углерода,
поэтому при сварке металлов необходимы специальные флюсы. Окислы железа и
никеля, наоборот хорошо восстанавливаются окисью углерода и водородом
пламени, поэтому при газовой сварке этих металлов флюсы не нужны.
Водород способен хорошо растворятся в жидком железе. При быстром
остывании сварочной ванны он может остаться в шве в виде мелких газовых
пузырей. Однако газовая сварка обеспечивает более медленное охлаждение
металла по сравнению, например с дуговой. Поэтому при газовой сварке
углеродистой стали, весь водород успевает уйти из металла шва и последний
получится плотным.
Структурные изменения в металле при газовой сварке.
Вседствии более медленного нагрева зона влияния при газовой сварке
больше чем при дуговой.
Слои основного металла, непосредственно примыкающие к сварочной ванне
непрерывны и приобретают крупнозернистую структуру. В непосредственной
близости к границе шва находится зона неполного расплавления. Основного
металла с крупной структурой, характерной для ненагретого металла. В этой
зоне прочность металла ниже, чем прочночность металла шва, поэтому здесь
обычно и происходит разрушение сварного соедениения.
Далее расположен участок, нерекристализации характеризуемы так же
крупнозернистой структурой, для которого to плавления металла, не выше 1100-
1200С. Последующие участки нагреваются до более низких температур и имеют
мелкозернистую структуру, нормализованной стали.
Для улучшения структуры и свойств металла шва и околошовной зоны
иногда применяют горячую проковку шва и местную термообработку нагревом
сварочным пламенем или общую термообработку с нагревом в печи.
Особенности и режимы сварки различных металлов.
Сварка углеродистых сталей
Низкоуглеродистые стали можно сварить любым способом газовой сварки.
Пламя горелки должно быть нормальным, мощностью 100-130дм 3/ч
при правой сварке.
При сварке углеродистых сталей применяют проволоку из
малоуглеродистой стали св-8 св-10га. При сварке этой проволокой часть
углерода, марганца и кремния выгорает, а металл шва получает
крупнозернистую структуру и его предел прочности такового для основного
металла. Для получения наплавленного металла равнопрочного основному,
применяют проволоку св-12гс, содержащую до 0.17% углерода; 0.8-1.1 марганца
и 0.6-0.9% кремния.
Сварка легированных сталей
Легированные стали хуже проводят тепло чем низкоуглеродистая сталь, и
поэтому больше коробятся при сварке.
Низколегированные стали (например XCHД) хорошо свариваются газовой
сваркой. При сварке применяют нормальное пламя и проволоку СВ-0.8, СВ-08А
или СВ-10Г2
Хромоникелевые нержавеющие стали сваривают нормальным пламенем
мощностью 75дм3 ацетилена на 1мм толщины металла. Применяют проволоку СВ-
02Х10Н9, СВ-06-Х19Н9Т. При сварке жаропрочной нержавеющей стали, применяют
проволоку содержащую 21% никеля 25% хрома. Для сварки коррозиностойкой
стали содержащей молибден 3%, 11% никеля, 17% хрома.
Сварка чугуна
Чугун сваривают при исправлении дефектов отливок, а так же
восстановлении и ремонте деталей: заварке трещин, раковин, при варке
отколовшихся частей и пр.
Сварочное пламя должно быть нормальным или науглероживающим, так как
окислительное вызывает местное выгорание кремния, и в металле шва
образуются зерна белого чугуна.
Сварка меди
Медь обладает высокой теплопроводностью, поэтому при ее сварке к
месту расплавления металла приходится проводить большое количество тепла,
чем при сварке стали.
Одним из свойств меди затрудняющим сварку, является ее повышенная
текучесть в расплавленном состоянии. Поэтому при сварке меди не оставляют
зазора между кромками. В качестве присадочного металла используют проволоку
из чистой меди. Для раскисления меди и удаления шлака применяют флюсы.
Сварка латуни и бронзы
Сварка латуни. Газовую сварку широко используют для сварки латуни,
которая труднее поддается сварке электрической дугой. Основное затруднение
при сварке состоит в значительном испарении из латуни цинка, которое
начинается при 900С. Если латунь перегреть, то вследствие испарения цинка,
шов получится пористым. При газовой сварке может испаряется до 25%
содержащегося в латуни цинка.
Для уменьшения испарения цинка сварку латуни ведут пламени с избытком
кислорода до 30-40%. В качестве присадочного металла используют латунную
проволоку. В качестве флюсов применяют прокаленную буру или газообразный
флюс БМ-1
Сварка бронзы
Газовую сварку бронзы применяют при ремонте литых изделий из бронзы,
наплавке работающих на трение поверхностей деталей слоем антифрикционных
бронзовых сплавов и пр.
Сварочное пламя должно иметь восстановительный характер, так как при
окислительном пламени увеличиваются выгорание из бронзы олова, кремния,
алюминия. В качестве присадочного материала используют прутки или
проволоку, близкие по составу к свариваемому металлу. Для раскисления в
присадочную проволоку вводят до 0.4% кремния.
Для защиты металла от окисления и удаления окислов в шлаки применяют
флюсы тех же составов, что и при сварке меди и латуни.
Список литературы
Глизманенко Д.А. Газовая сварка и резка металлов.-М.: Высш. школа,
1969.-304с.