Газовая сварка металлов

При работе с различными видами металлов в строительстве используют не только инструменты электромеханические и механические  но также используется  и газовая сварка металлов.

 

Газовая сварка металлов называется сварка металлов методом плавления при котором  металл  в зоне соединения расплавляется газовым пламенем. Для газовой сварки металлов используют следующие горючие газы:

водород, ацетилен, нефтяной газ, пары керосина и бензина а также различные природные газы. Газовая сварка имеет свои недостати и преимущества. К преимуществам можно относить:

несложность газового оборудования, простота способа сварки, независимость от источника электроэнергии. К недостаткам такого способа относят:

сложность механизации, необходимость в большой  зоне  нагрева для сварки, сварные соединения металла получаются с более низкими механическими свойствами чем при дуговой сварки и другие. Метод газовой сварки металлов используют широко при ремонте и изготовлении листовой стали толщиной 1-3 мм, сварке алюминия,чугуна, латуни, меди, наплавке твердых сплавов и для других видов работ.

Газовые смеси для сварки металлов

Для газовой сварки металлов используют следующие материалы:

Кислород

Кислород при обычной температуре и атмосферном давлении является газом без запаха и цвета и тяжелее воздуха, при обычном атмосферном давлении и температуре в 20 °С, масса 1 м³ кислорода равна 1,33 кг. Смешение горючих газов а также паров горючих жидкостей с кислородом в правильных соотношениях происходит в горелке при этом горение протекает очень энергично и с большой скоростью. В зоне горения возникает пламя имеющая большую температуру используемая для плавления  металлов в зоне сварки.

Для сварочных работ используют технический кислород, которого добывают из атмосферного воздуха и подвергают обработки в специальных воздухоразделительных установках. Технический кислород используемый для сварки металлов хранят в специальных баллонах окрашенные в голубой цвет с надписью » КИСЛОРОД » производимой черной краской.

При работе с баллонами кислорода следует быть предельно аккуратным, так как давление в баллонах очень высокое и кислород становиться активным при взаимодействии с органическими веществами. При возникновении контакта между сжатым газообразным кислородом и маслами или жирами, последние как правило воспламеняются и могут стать причиной пожара. Для сварочных работ используют технический кислород трех сортов:

1.Высшего сорта с чистотой  99,5 % и больше.

2. 1 сорта — не менее 99,2 %.

3. 2 сорта с чистотой 98,5 % по объему.

при этом остаток от 0,5 до 1 % составляет азот и аргон.

Масса кислородного баллона без предохранительного колпака и без башмака равна примерно 60 кг. на верхнюю часть баллона навинчивается предохранительный колпак предохраняющий вентиль от механических повреждений во время транспортировки. давление кислорода в баллонах для сварки составляет 15000 кПа. газовый объем  баллонов зависит от давления наполнения и водяного объема. Например, если температура окружающей среды составляет 20 °С, а баллон имеет  давление на манометре в 15000 кПа и водяной объем составляет 40 дм³,тогда в него вмещается 6 м³ кислорода.

Ацетилен

Ацетилен используется для газовой сварке не в чистом виде. В свободном состоянии ацетилен особо взрывоопасен и поэтому его разбивают на мельчайшие частицы путем растворения в ацетоне. Такой метод позволяет заправить в баллон значительное количество ацетилена, так как растворенный в ацетоне ацетилен не взрывоопасен даже при давлении в 1900 кПа. при расходе газа не более 1700 дм³/ час рекомендуют сохранять вертикальное положение баллона и при этом оставлять остаточное давление в баллоне. это позволит уменьшить потери ацетона при расходе ацетилена. Баллоны используемые для газовой сварки окрашивают в белый цвет а надпись » АЦЕТИЛЕН»  наносят красной краской.

 Газы и пары жидкостей используемых при сварке металлов.
Для сварки металлов используют и другие газы а также пары жидкостей. Для того чтобы нагреть металл и расплавить его в зоне сварки необходима такая температура пламени которая бы превышала в два раза температуру плавления свариваемых частей  металла. По этому в качестве газа для сварки подходят и другие различные газы (заменители ацетилена) которые используются и в других отраслях промышленности.

Таблица-1.  Газы используемые для сварки металлов

Такие газы как правило производят в больших масштабах и являются сравнительно более дешевыми чем ацетилен. Но по сравнению с ацетиленом эти газы имеют более низкую температуру плавления и поэтому их использование ограничено.

Для сварки металлов можно использовать газ пропан или метан, но для этого необходимо использовать дополнительно   специальную проволоку которая содержит  кремний и марганец.

Кремний и марганец используют в качестве раскислителя а при сварке цветных металлов и чугуна используют флюсы. Кроме низкой температурой плавления газы заменители ацетилена имеют низкую теплопроводную способность и не являются экономичными для транспортирования в баллонах. эти свойства ограничивают использование таких газов для газовой сварки металла.

 

 

Используемые при сварки металлов сварочные проволоки

При сварке металлов как правило используют сварочные проволоки с близким или с таким же химическим составом как и свариваемый металл. Поверхность сварочной проволоки используемой при сварке металлов  должна быть гладкой и без пятен ржавчины, масла, краски, без следов окалины, и других видов загрязнений. Температура плавления используемой сварной проволоки должна быть равной температуре свариваемого металла или немного ниже.

Для сварки нержавеющей стали, меди, свинца и латуни можно использовать в виде исключения в качестве сварной проволоки ( в случае отсутствия необходимой сварной проволоки) нарезанные полоски из листов той же марки, что и свариваемый металл.

 

Флюсы

При нагревании во время сварки алюминий, медь, магний и их сплавы вступают энергично в реакцию с кислородом воздуха или с кислородом сварочного пламени ( при использовании сварки окислительным пламенем). При этом они образуют окислы с более высокой температурой плавления,чем свариваемый металл. Окислы способны покрыть тонкой пленкой капли расплавленного метала ,тем самым сильно затрудняя плавление металла  при сварке.

Для предотвращения этого явления, то есть в целях защиты от окисления свариваемого металла и удаления уже образовавшихся окислов используют специальные пасты или порошки которых называют флюсами. Флюсы предварительно наносятся на присадочную проволоку и на кромки свариваемого металла. При нагревании металла они расплавляются  образуя  всплывающие на поверхность жидкого металла легкоплавкие шлаки. Таким образом образующаяся шлаковая пленка покрывает поверхность расплавленного метала и не позволяет процессам окисления развиваться.

В зависимости от вида и свойств используемого при  сварки металла выбирают состав флюсов. В качестве флюсов используют борную кислоту,прокаленную буру и другие. Флюсы используют при сварке специальных легированных сталей,чугуна а также меди и ее сплавов. Флюсы не используются при сварке углеродистых сталей.

Технология газовой сварки металлов

 

Во время протекания процессов сварки происходит расплавление металлов (основного металла и присадочного). Регулировать степень расплавления металлов можно с помощью горелки при этом учитывают мощность горелки толщину свариваемого металла и его теплофизические свойства. С помощью газовой сварки можно выполнить сварные соединения металлов различного типа.

Металл имеющий толщину до 2 мм можно соединить в стык без разделки кромок и без зазора или проводят отбортовку кромок без присадочного металла. Металл имеющий толщину от 2 до 5 мм обычно сваривают с присадочным металлом встык, без разделки кромок но с зазором между кромками. При сварки металла имеющий толщину выше 5 мм используют V- или Х-образную разделку кромок.

Нахлесточные и тавровые соединения проводимые с помощью газовой сварки  допустимы только для металла толщиной до 3 мм. При большей толщине металла получается неравномерный разогрев приводящий как правило к образованию трещин,  существенным деформациям и образованию остаточных напряжений.

Рисунок-1.Способы газовой сварки металлов

Перед сваркой необходимо зачистить кромки свариваемых деталей от загрязнений на 30…50 мм, газовым пламенем или механическим способом. При этом детали сварного соединения нужно закрепить с помощью коротких швов прихваток или в сборочно-сварочном приспособлении. Наклон горелки к поверхности свариваемого металла  а также направление движения горелки оказывают существенное влияние на эффективность нагрева свариваемого металла, на качество шва и производительность сварки.

Различают два способа газовой сварки -правый и левый способ (смотри рисунок 1). Считается что при левом способе получаются сварные швы с лучшим внешним видом так как сварщик видит процесс образования сварного шва и может повлиять на его качество. При сварки металла с толщиной до 3 мм более производительным является левый способ так как лучше и быстрее проводится предварительный подогрев кромок.

Рисунок -2 . Сварка ванночками

При сварки металла с толщиной более 3 мм, с разделкой кромок получается угол скоса кромок при использовании правого способа сварки на 10-15 градусов меньше чем при левом способе сварки. А это существенно влияет на производительность сварки металла, так как угол наклона мундштука горелки тоже может быть меньше  на 10-15 градусов по отношению к свариваемых деталей. Таким образом  от угла наклона оси пламени к поверхности свариваемого металла зависит тепловое воздействие пламени на металл.

Во время сварки газовой горелке сообщаются колебательные движения правой рукой (если сварщик держит горелку в правой руке) а конец мундштука горелки при этом описывает зигзагообразный путь. При этом присадочный материал держат в другой руке (если используют присадочный материал) и располагают под углом в 45 градусов к поверхности свариваемого металла. Присадочному материалу (оплавляемому концу) также придают зигзагообразные колебания в противоположном направлении движению мундштука горелки.

Газовая сварка металлов может производиться в вертикальном и нижнем а также в потолочном положениях (смотри рисунок-2). При сварке металла методом вертикальных швов » на подъем » наиболее удобно вести сварку левым способом, а потолочных и горизонтальных удобнее правым способом.

Сварка ваночками используют при необходимости сварке тонких металлов (листовой металл) а также низкоуглеродистых и низколегированных сталей облегченными швами,сварке стыковых и угловых соединений при толщине металла до 3 мм.

Сварка ванночками

Сварка ванночками (смотри рисунок-2) заключается в следующем:

1. С помощью горелки на поверхность свариваемого металла расплавляют ванночку диаметром 4-5 мм. в которую вводят присадочную проволоку и расплавляют небольшое количество.

2.Затем конец проволоки перемещают в восстановительную зону пламени. Мундштуком горелки совершаются круговые движения и потом перемещают горелку с мундштуком  для образования новой ваночки.

3. Новая ваночка при этом должна перекрыть предыдущую ванночку на 1/3 диаметра. При этом конец проволоки должен остаться в восстановительной зоне пламени до формирования  новой ваночки. Этот прием позволит избежать окисления металла.

Оборудование для сварки металла, подготовка к работе 

Газовая сварка  состоит из газовых баллонов заполненных пропаном, ацетиленом или кислородом. Баллоны снабжаются редукторами с рукавами и горелкой. В свою очередь редуктора бывают ацетиленовые или кислородные, рукава то есть шланги бывают кислородные и ацетиленовые. Горелка снабжается различными наконечниками и набором мундштуков которые позволяют резать метал или наоборот произвести сварку. При подготовке к работе сварочной установки необходимо произвести следующие действия:

1.Продувка вентилей. В этом случае с баллона предохранительный клапан снимают, затем откручивают вентиль на четверть оборота, примерно на 1-2 секунды, потом закрывают.Такие действия делаются как с кислородными баллонами, так и с ацетиленовыми.

2. Установка редуктора на баллоны. Редуктор имеет регулировочный винт которого заворачивают до упора против движения часовой стрелки.Это касается газовых баллонов с ацетиленом.Затем присоединительный патрубок редуктора устанавливается на выходное отверстие баллона.После этого необходимо контргайку редуктора завинчивать до упора.На кислородный баллон установка редуктора отличается только тем, что контргайку на редукторе завинчивают по часовой стрелке.

3.Крепление к редукторам шлангов и их продувка осуществляют для того чтобы исключить присутствие  талька, находящегося  внутри шлангов. Делают это всегда когда используют новые шланги.Чтобы произвести продувку открывают вентиль баллона медленно, затем регулировочный винт редуктора поворачивают доводя давление до 0.6 бара. Вентиль баллона закрывают после двух секунд,затем регулировочный винт редуктора.

Шланги которые подсоединяют к редукторам могут быть разных цветов,но обычно шланги для ацетилена имеют красный цвет а для кислорода синий.Шланги баллонов надевают на фитинги. Фитинг баллона с ацетиленом заворачивают против движения часовой стрелки,а кислородного баллона по часовой стрелке.

4. Подсоединение мундштука и крепление шлангов к горелке.При выборе мундштука необходимо обратить внимание на его загрязнения внутри и снаружи.В случае когда отверстие выходное у мундштука сильно загрязнено, его прочищают с помощью металлического стержня-штифта.Стержень имеет меньший диаметр чем выходное отверстие,после используют стержень с таким же диаметром что и выходное отверстие.

С помощью металлической щетки очищают мундштук снаружи.Из рукоятки газовой горелки выходят два ниппеля.Верхний ниппель это для кислорода он расположен перпендикулярно торцу рукоятки горелки.Нижний ниппель предназначен для ацетилена и расположен под углом.Синий шланг присоединяют к прямому ниппелю.У ацетиленового фитинга резьба левая,кислородный фитинг имеет правую резьбу.Контргайку для ацетилена вращают против часовой стрелки а для кислородного шланга по часовой.

5.Установку рабочего давления производят с помощью регулировочного винта редуктора.Первым делом открывают у обоих баллонов вентили а потом регулировочным винтом устанавливают требуемое рабочее давление. На горелке необходимо открыть вентиль для ацетилена и зажечь ацетилен.Вентиль при этом открывают только на половину.В случае появления копоти увеличивают подачу газа до исчезновения копоти. После этого медленно открывают вентиль кислородный на горелке и регулируют подачу кислорода и нужное горение.

6. После окончания работы выключают сварочное оборудование.Начинают с выключения подачи ацетилена ( на горелке), после этого перекрывают подачу кислорода( на горелке).Это все производят с помощью вентилей на горелке. После этого перекрывают вентили обоих баллонов. Далее осуществляют продувку шлангов от оставшегося газа.Открывают сначала один вентиль на горелке ,потом другой.Когда манометры покажут что давление уже не существует в шлангах можно все вентили на горелке закрывать.После продувки обоих шлангов отвинчивают регулировочные винты редукторов обоих баллонов.

Причины возникновения неполадок в работе газосварочного оборудования и их устранение

Во время работы с газосварочным оборудованием могут произойти различные неполадки в работе которые можно устранить своими силами. Например, может перегреваться наконечник горелки. Это происходит в результате воздействия высокой температуры исходящая от свариваемого металла. В трубке наконечника горелки происходит повышение давления горючей смеси,что является дополнительным фактором сопротивления не поступлению газа.

Получается что в результате  в большей степени действует это на горючий газ который подается со слабым давлением. Обратные удары и хлопки происходят от того, что меняется состав горючей смеси и от смены  скорости  ее подачи. Для устранения этой причины следует охладить наконечник в воде. Но при этом необходимо помнить, что при охлаждении наконечника следует открыть кислородный вентиль для предотвращения попадания воды в горелку.

Обратный удар с проникновением пламени в шланги горелки происходит в следствии слишком сильного приближения мундштука горелки к свариваемым деталям. А также это происходит от засорения мундштука газовой горелки расплавленными частицами металла. Все описанные немного выше причины создают сопротивление выходу газов горючей смеси. Как правило пламя исчезает с сопровождением хлопков. Иногда это может случиться в результате неправильного выбора рабочего давления.

Для устранения этих причин рекомендуется подачу газа из баллонов перекрыть и приступить к проверке манометра на редукторе и  мундштука горелки. Необходимо также проверить сварочную установку на наличие повреждений способствующие утечке газа. Осуществить это возможно с помощью манометров и мыльного водного раствора.

Для этого следует закрыть вентили баллонов и установить стрелку манометра кислородного баллона на 1,3 бара. Далее следует открыть вентиль кислородного баллона наполовину а показания манометра установить с помощью регулировочного винта. Далее следует установить рабочее давление ацетиленового баллона на манометре 0,3 бара. Выполнить это возможно  с помощью поворота вентиля баллона на четверть оборота а рабочее давление выставляют  поворотом регулировочного винта редуктора. После этого вентили баллонов закрывают и следят за показаниями давления на манометрах. Падение давления в манометрах свидетельствует об утечке газов. для устранения утечки следует протягивать все резьбовые соединения сварочной установки.

После протяжки резьбовых соединений приступают к проверке шлангов, штуцерных соединений шлангов и соединительных патрубков. При этом тоже используют мыльный раствор которого наносят на все перечисленные соединения. При образовании пузырьков на поверхность мыльного раствора  это будет означать место утечки газа. Для проверки шлангов следует их поместить в бочку с водой или в любой другой резервуар.

Редуктор газового баллона

Редуктор газового баллона является устройством которое поддерживает автоматически давление независимо от расхода газа. они окрашиваются теми же цветами что и газовые баллоны для которых они предназначаются. Например, кислородный редуктор окрашивают в синий цвет,пропановый редуктор в красный, ацетиленовый редуктор в белый цвет.

Редукторы газовых баллонов имеют свои характеристики,основные их них перечислим ниже:

1. Перепад давления

2. Рабочее давление

3. Предел редуцирования

4. Пропускная способность

5.Чувствительность регулировки.

Редукторы подбирают в зависимости от выполняемых работ  по пропускной способности и по величине рабочего давления. Пропускная способность редуктора  неразрывно связана с величиной рабочего давления,с размерами выходного штуцера и сечением отверстия в седле штуцера. Когда расход газа резко прекращается тогда в камере редуктора происходит перепад давления в следствии изменения рабочего давления.

При больших перепадах давления возможны разрывы шланга горелки или разрывы мембраны редуктора. Поэтому для редукторов газовых баллонов есть предельно допустимые температурные интервалы, при которых они должны нормально работать:

1.  Кислородные редукторы от — 30 до + 50 °С.

2. Ацетиленовые редукторы от -25 до + 50 °С.

3. Пропан-бутановые -от -15 до + 45 °С.

Редукторы присоединяют к баллонам с помощью накидного хомута или шайбы.

Редукторы газовых баллонов используемые для газовой сварки металлов  бывают одноступенчатые и двухступенчатые.

Одноступенчатый редуктор (обратного действия.

Принцип работы одноступенчатого редуктора следующий:

Когда открывают вентиль газового баллона, газ поступает через штуцер поступает в камеру высокого давления редуктора.После открытия регулировочного винта редуктора газ поступает в камеру низкого давления и потом по шлангам подается в горелку.

 

 

 

 

Двухступенчатый редуктор

Схема  работы редуктора разделена на два положения. Регулировочная пружина в первом положении не имеет своего расположения и в результате получается что в промежуточной камере редуктора установленное давление меньше чем давление в баллоне с газом. А во втором положении регулируют рабочее давление как на одноступенчатых редукторах.

Двухступенчатый редуктор поддерживает более точное давление чем  одноступенчатый редуктор.

Редукторы газовых баллонов классифицируют:

1. По назначению

2. По роду газа

3. По схеме регулирования.

По роду газа разделяют на :

1. Кислородные

2. Ацетиленовые

3. Пропан-бутановые

По назначению разделяют на :

С-сетевые

Р-рамповые

Б-баллонные

По схеме регулирования :

О-одноступенчатые (имеют механическую установку давления)

Д-двухступенчатые ( имеют механическую установку давления)

У-Одноступенчатые ( имеют  пневматическую установку давления).

 

 

***** РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!

*****