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.
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/см 2 , 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 свариваемого металла.
Для сгорания горючих различных газов требуется различное кол-во кислорода подаваемого в горелку. В таб.8 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 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 8 Основные газы применяемые при газовой сварке
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.
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.
Рисунок 17
Схема устройства и работы водяного затвора среднего давления:
а - нормальная работа затвора, б - обратный удар пламени
Баллоны 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 труб 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 закрепляют 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. 18.
Рисунок 18
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 по 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.
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. 19.
Рисунок 19
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. 19, б).
Окислительное пламя (рис. 19, 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 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.
Элюстрация способов газовой сварки показана на рис. 20.
Рисунок 20
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 75 дм 3 ацетилена на 1 мм 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.
Включает в себя хорошую подготовку деталей под сварку, выбор нужного способа газовой сварки, выбор режимов газовой сварки (необходимую мощность сварочной горелки), диаметра присадочной проволоки и правильное выполнение техники газовой сварки. Необходимо учесть все эти моменты, чтобы получить хорошее качество сварки.
Диаметр сварочной проволоки выбирают, исходя из толщины свариваемого металла и от выбранного способа сварки. Подробнее о выборе присадочных материалов изложено на странице: "Присадочные материалы для газовой сварки. Выбор сварочной проволоки".
Подготовка сварных кромок для газовой сварки
Подготовка сварных кромок включает в себя их очистку от масляных плёнок, лакокрасочных покрытий, от окалины, от грязи и пыли, ржавчины, а также разделку под сварку и их прихватку короткими швами.
Очистка сварных кромок под газовую сварку
Под газовую сварку выполняют не только очистку самих сварных кромок, но и участков в непосредственной близости от них. Ширина очищаемой зоны составляет 20-30мм с каждой стороны соединения.
Для очистки хорошо подходит пламя сварочной горелки. При нагревании горелкой, окалина отходит от металла, а лакокрасочные покрытия и масло сгорают. После этого поверхность сварных кромок и близлежащих участков тщательно зачищают при помощи металлических щёток или наждачной бумаги. Зачистку производят до появления металлического блеска на свариваемых поверхностях. Часто, для очистки, свариваемые детали подвергают дробеструйной или пескоструйной обработке.
В случае, когда невозможно удалить загрязнения при помощи щёток (например, удаление оксидных плёнок затруднено), сварные кромки и участки возле них очищают при помощи специальных паст на кислотной основе или протравливают в кислоте. После протравки необходимо промыть и высушить кромки.
Разделка кромок под газовую сварку
Сварные кромки разделывают, в зависимости от вида сварного соединения. Вид сварного соединения определяется взаимным расположением соединяемых деталей. Для газовой сварки наиболее характерны стыковые сварные соединения.
Металлы малой толщины (до 2мм) сваривают в стык с отбортовкой кромок и без применения присадочного материала (схема а) на рисунке) или без отбортовки кромок и без зазора (схема б) на рисунке), в таком случае применяют присадочный материал.
Металл, толщиной от 2мм до 5мм сваривают в стык, не разделывая кромки, но оставляя зазор между ними (схема в) на рисунке). При толщине сварного металла более 5мм, применяют V-образную, или X-образную разделку (схема г) на рисунке). Суммарный угол раскрытия кромок должен составлять 70-90° для обеспечения хорошего провара корня сварного шва.
Разделку кромок в свариваемых деталях можно выполнять вручную, пневматическим зубилом, на фрезерных станках, или же на специальных кромкострогальных станках. Но экономически целесообразным способом является кислородная резка (ручная или механизированная). При этом окалину и шлак после резки необходимо зачистить до металлического блеска.
Прихватка кромок свариваемых деталей перед газовой сваркой
Технология газовой сварки предусматривает прихватку деталей перед сваркой для того, чтобы в процессе сварки металла не допустить изменении положения деталей или появления зазоров между ними.
Длина прихваток и расстояние между ними определяются толщиной металла, формой и протяжённостью сварного шва. При сваривании деталей небольшой толщины и при небольшой длине сварного шва, прихватки выполняют длиной 5-7мм на расстоянии 70-100мм друг от друга.
В случае сваривания металла большой толщины и при больших длинах сварных швов, длина прихваток составляет 20-30мм, а рекомендуемое расстояние между прихватками составляет 300-500мм.
Выбор режимов газовой сварки
При выборе режимов газовой сварки руководствуются маркой свариваемого металла или сплава и его толщиной. А также типом и назначением свариваемого изделия. К основным характеристикам режима газовой сварки относятся: мощность сварочной горелки, вид газового пламени, марка и диаметр присадочного прутка или проволоки, способ газовой сварки и техника сварки.
Выбор мощности сварочной горелки
Тепловая мощность сварочной горелки определяется расходом ацетилена, проходящего через неё. Требуемый расход ацетилена можно определить по формуле:
Q=AS, где Q - расход ацетилена, л/ч; S - толщина свариваемого металла, мм; А - коэффициент, который вычисляют опытным путём. При сварке углеродистых сталей коэффициент А=100-130л/(ч*мм); при сварке меди А=150 л/(ч*мм), при сварке алюминия А=75 л/(ч*мм).
Рекомендуемая мощность пламени при правом способе газовой сварки определяется расходом ацетилена 120-150л/ч, а при левом способе сварки расход ацетилена определяют из расчёта 100-130л/ч на миллиметр толщины свариваемого металла.
Необходимо иметь ввиду, что увеличение расхода ацетилена приводит к повышению мощности сварочной горелки. Но при излишней её мощности возникает риск прожога металла. Мощность должна быть оптимальной и это нужно учитывать.
Мощность газового пламени регулируется сменными наконечниками, которые идут в комплекте со сварочными горелками.
Техника газовой сварки. Как варить газовой сваркой?
От правильной техники газовой сварки зависит и , и её производительность. Техника сварки включает в себя и положение сварочной горелки и направление её движения. Далее разберём оба этих момента чтобы понять, как правильно варить газовой сваркой.
Положение сварочной горелки при газовой сварке
Положение определяется её углом наклона по отношению к поверхности свариваемых деталей. На угол наклона мундштука горелки влияет толщина свариваемых деталей и теплопроводность свариваемого металла. При большой толщине металла и при большой его теплопроводности угол наклона горелки рекомендуется увеличивать.
.jpg)
Большой
угол наклона горелки позволяет сконцентрировать нагрев металла в одном месте
вследствие подачи большого количества теплоты на небольшой участок. Изменение
угла наклона горелки позволяет изменять скорость нагрева металла.
На рисунке справа показаны рекомендуемые углы наклона мундштука горелки, в зависимости от свариваемой толщины металла. Рекомендуемые в графике углы даны для . При , особенно при сварке меди и при сварке алюминия рекомендуемый угол следует немного увеличить (примерно, на 15°), т.к. эти металлы обладают высокой теплопроводностью.
В самом начале процесса сварки горелку устанавливают под максимальным углом для того, чтобы обеспечить хороший прогрев металла затем, угол уменьшают до рекомендуемого значения. В конце процесса сварки угол наклона рекомендуется постепенно уменьшать, чтобы более качественно выполнить наплавление кратера и исключить возможные пережоги металла.
Движение газовой горелки при сварке
.jpg)
При
, мундштук сварочной горелки
в двух направлениях: поперечном (это направление перпендикулярно оси шва) и
в продольном (вдоль оси шва). Основным движением сварки является продольное
движение. Поперечное движения является вспомогательным, но оно необходимо для
того, чтобы равномерно прогреть свариваемые кромки и обеспечить нужную ширину
сварного шва.
Способы поперечного перемещения показаны на рисунке слева:
а) движение с отрывом горелки;
б) спиралеобразное перемещение;
в) движение полумесяцем;
г) волнистый способ перемещения.
Наплавление металла с помощью потока газового пламени не получило широкого распространения из-за появления больших . Наплавка газовым пламенем получила применение при наплавке литыми твёрдыми сплавами.
Типы сварных соединений и подготовка металла под сварку
В процессе сварки плавлением происходит расплавление основного, а в большинстве случаев и присадочного металлов. Регулирование степени расплавления присадочного металла при газовой сварке может быть осуществлено в весьма широких пределах. Степень расплавления основного металла определяется мощностью пламени, геометрическими размерами и теплофизическими свойствами металла.
Обычными сварочными горелками возможно в один проход проварить металл ограниченной толщины (для стали эта толщина около 15 мм). Однако без ущерба для производительности сварки проплавление основного металла лучше осуществлять на меньшую глубину (например, для стали до 4-5 мм). В то же время сварка тонкого металла (менее 0,8-1 мм) является затруднительной в связи с сильным его расплавлением. Поэтому при сварке применяется специальная подготовка кромок.
Основным типом сварного соединения является стыковое. При газовой сварке помимо стыковых часто применяются торцовые и угловые соединения (рис. 44). Стыковые соединения с отбортовкой кромок и торцовые соединения обычно свариваются без присадочного металла. Угловое соединение с наружным швом выполняется как с присадочным металлом, так и без него.
Соединения тавровые и внахлестку применяются при газовой сварке только для небольших толщин, так как при увеличении толщины резко ухудшается выполнение самой сварки, в связи с неравномерностью прогрева кромок и значительными короблениями при сварке. Сварка подобных соединений производится угловыми швами (рис. 45). При этом используются в основном вогнутые (облегченные) швы, широко применяемые в авиационной промышленности как более стойкие при знакопеременных нагрузках и дающие меньшие коробления.
В целях получения доброкачественных сварных соединений металл на кромках и вблизи от них (до 30-50 мм) должен быть перед сваркой зачищен от различных загрязнений (толстого слоя окислов, жировых пятен и пр.). Эта очистка производится либо механическими способами (пескоструйной очисткой, ручными или механизированными стальными щетками), либо химической очисткой. Иногда перед очисткой деталей щеткой производится прогрев газовым пламенем, отделяющий окислы от металла и сжигающий ряд других загрязнений.
Обычно перед сваркой осуществляется совместно со сборкой и закрепление элементов, подлежащих сварке, различными приспособлениями, а чаще всего прихватками (короткими швами). Общий принцип расположения прихваток показан на рис. 46.
При сварке длинных швов незакрепленных листов во избежание недопустимых деформаций сборка иногда выполняется с расширяющимся зазором (с разведением концов). Подготовка кромок, сборка и выполнение прихваток во многом определяют качественное выполнение сварки.
Режим и техника выполнения газовой сварки
Эффективность выполнения процесса газовой сварки определяется режимом сварки (мощностью пламени, скоростью сварки, диаметром присадочного металла) и техникой сварки (включающей расположение горелки и присадочного металла по отношению к свариваемому металлу, а также движение горелки и присадочного металла).
Мощность пламени определяется количеством сжигаемого в единицу времени горючего и обычно измеряется в л/ч.
Из практики установлено, что необходимая для сварки мощность пламени V a примерно пропорциональна толщине свариваемого металла:
где δ - толщина металла в мм;
R - коэффициент пропорциональности (л/ч·мм), равный для низкоуглеродистой стали 100-130, для чугуна и нержавеющей стали 75-100, для алюминия 100-150, для меди 150-225.
Средняя скорость перемещения пламени (υ в м/ч) по отношению к свариваемому металлу при ручной сварке на установившемся режиме прогрева и расплавления свариваемого металла также зависит от толщины:
где А - коэффициент, зависящий от свойств свариваемого металла и в некоторой степени от толщины (для стали средних толщин А = 12-15; для никеля А = 9 - 11).
Диаметр присадочного металла (обычно в виде прутков проволоки или литых стержней) выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла и его теплофизических свойств. В большинстве случаев диаметр присадки d берется от δ/2 до δ.
Большое значение для получения швов хорошего качества имеет техника сварки, позволяющая при сварке правильно вводить и распределять тепло в свариваемом изделии, проплавлять свариваемые кромки и присадочный металл, управлять жидким металлом сварочной ванны.
Распределение тепла, вводимого в свариваемое изделие, и влияние механического действия пламени зависят от угла наклона оси пламени к поверхности свариваемого металла (φ). Проплавление основного металла и скорость сварки также зависят от этого угла. При малом значении угла φ пламя как бы скользит по поверхности металла, мало его проплавляя, но, подогревая находящийся впереди металл, способствует его тепловой подготовки для последующего расплавления. При значении φ близком к 90° глубина проплавления увеличивается, а степень тепловой подготовки еще нерасплавленного металла уменьшается. В связи с этим сварка металлов малых толщин производится при малом значении угла φ. При сварке больших толщин расположение горелки изменяют, направляя пламя более вертикально. Ниже приводятся ориентировочные углы наклона пламени при сварке сталей:
При сварке легких металлов (алюминия, магния) угол наклона φ должен быть небольшим, чтобы избежать выдувания металла из ванны механическим действием пламени.
В процессе выполнения шва угол наклона пламени может меняться. В начале сварки, когда основной металл еще не подогрет, требуется держать угол φ большим, уменьшая его до нормальной величины в процессе сварки по мере разогрева свариваемого металла.
Важным фактором, влияющим на эффективность газовой сварки, является выбор способа, определяемого взаимным расположением пламени и присадочного металла по отношению к направлению сварки.
Существует два способа сварки: левый и правый.
При левом способе сварки (рис. 47, а) пламя направляется вперед на еще не сваренные кромки основного металла и располагается между сваренным участком шва и присадочным металлом. В этом случае кромки, подлежащие сварке, предварительно подогреваются как непосредственно пламенем, так и теплом, распространяющимся в результате теплопроводности металла. Этот способ эффективен при малой толщине (для стали при δ<4 мм) и позволяет получить большую скорость сварки.
При правом способе (рис. 47, б) пламя направлено в сторону уже сваренного участка шва, а присадочный металл расположен между пламенем и сваренным участком шва. В этом случае впереди лежащие кромки пламенем не подогреваются, но ввод тепла в сварочную ванну оказывается более эффективным, особенно при наличии разделки кромок, так как ядро пламени можно ближе подвести к поверхности расплавляемого металла. Этот способ эффективнее при больших толщинах металла (для стали при δ > 5 мм).
При правой сварке металл шва в процессе охлаждения омывается пламенем и остывает несколько медленнее. Это позволяет в ряде случаев получать швы с лучшими свойствами металла, чем при левой сварке.
Выполнение швов при правом способе сложнее и требует соответствующих навыков сварщиков.
Для достижения наибольшей производительности труда при минимальной затрате материалов, в частности горючего, необходимо стремиться к максимальному сокращению тепловых потерь. Практика ручной газовой сварки показывает, что производительность труда сварщиков в зависимости от технических приемов может меняться на 30-50%.
Технические приемы сварки (включающие перемещения горелки и присадки) зависят от расположения шва в пространстве, формы подготовки кромок, толщины и свойств свариваемого металла.
Наиболее просто выполняются нижние швы, т. е. швы, расположенные на верхней горизонтальной плоскости свариваемого изделия. При выполнении нижнего шва с отбортовкой кромок (или торцового) применяется левая сварка, причем траектория перемещения горелки должна быть прямолинейной, без поперечных колебаний. При загрязненном металле для улучшения сплавления иногда приходится применять продольно-колебательные движения горелкой в вертикальной плоскости. При левой сварке стыковых швов при δ = 2-З мм, выполняемой без присадочного металла, применяются поперечные колебания горелки (рис. 48, а).
При увеличении толщины металла стыковые швы выполняются левой сваркой с применением присадочного металла, как указано на рис. 48, б (для δ=4-5 мм) и рис. 48, в (для δ > 5-6 мм).
Правая сварка при толщинах около 5-6 мм характеризуется в основном поперечными колебаниями присадки, а при больших толщинах - и горелки, и присадки (рис. 48, г). В последнем случае как пламя, так и присадка подводятся к кромкам синхронно, в отличие от левой сварки, когда пламя и присадка, как правило, располагаются на противоположных кромках (рис. 48, б и в).
Вертикальные швы (т. е. швы, расположенные отвесно на вертикальной плоскости), выполняются либо сверху вниз (при малых б), либо снизу вверх. Сварка сверху вниз выполняется правым способом; сварка снизу вверх выполняется как левым, так и правым способами.
При сварке толщин 2-8 мм весьма эффективной является сварка двойным валиком. При этом способе в нижней части стыка проплавляется сквозное отверстие. Пламя, располагаясь в этом отверстии и постепенно поднимаясь снизу вверх, расплавляет верхнюю часть отверстия. Этим расплавленным и присадочным металлом заполняется ванна, образующаяся на нижней поверхности этого отверстия (рис. 49).
При сварке горизонтальных швов (швов, расположенных горизонтально на вертикальной плоскости) металл ванны стремится стечь на нижнюю кромку. Поэтому сварку обычно выполняют правым способом (используя механическое поддерживание пламенем). При этом ванну держат несимметрично (с перекосом) по отношению к свариваемым кромкам (рис. 50).
Потолочные швы (швы, выполняемые на горизонтальной плоскости снизу, над головой сварщика) лучше формируются при правой сварке.
Во всех случаях весьма важным является использование присадочного металла:
1) для регулирования температуры ванны, которое осуществляется погружением и извлечением из нее присадки;
2) для защиты от расплавления кромок уже сваренного участка шва при правой сварке;
3) для поддержания ванны присадкой (при сварке горизонтальных и потолочных швов).
Пороки сварки, связанные с техникой ее выполнения
Большинство пороков сварных швов связано с техникой выполнения сварки. Рассмотрим основные из них.
Непровар - недостаточное сплавление или отсутствие сплавления кромок основного металла с металлом шва. Причинами непровара являются: неправильный выбор мощности пламени и скорости сварки; неправильное распределение тепла между кромками, а также неправильная разделка кромок (малый угол скоса, большое притупление); малый зазор или значительная загрязненность кромок окислами. Виды непроваров представлены на рис. 51.
Подрез (рис. 52, а) является следствием избыточного расплавления кромок основного металла при недостаточном количестве наплавляемого присадочного металла.
Наплыв (рис. 52, б) вызывается недостаточным прогревом и расплавлением верхней части кромок; наплывы в ряде случаев сопровождаются скрытым непроваром кромок.
В ряде случаев недостаточное расплавление присадочного металла приводит и к ослаблению сечения шва (рис. 52, в), что для большинства стыковых швов является недопустимым.
Сквозной прожог - порок, который может получаться при значительном нагреве основного (главным образом тонкого) металла у недостаточно квалифицированного сварщика.
Незаделанные кратеры в концах швов - порок, вызываемый невнимательностью сварщика.
Наплывы, подрезы, недостаточное сечение швов, незаделанные кратеры (и некоторые виды непроваров и прожогов) могут быть обнаружены при внешнем осмотре и замерах. Для обнаружения непроваров в большинстве случаев необходим, кроме того, осмотр швов с обратной стороны.
Пороки, обнаруживаемые при внешнем осмотре, называются наружными. В сварных швах, кроме наружных пороков, могут быть и внутренние, не обнаруживаемые при внешнем осмотре.
К внутренним порокам, помимо некоторых видов непроваров, относятся шлаковые включения и пористость.
Шлаковые включения появляются: при применении пламени с избытком кислорода; при недостаточном перемешивании ванны присадочным металлом; при слишком быстром застывании ванны вследствие недостаточного прогрева металла и т. д. Кроме того, причиной таких включений могут являться значительные загрязнения основного и присадочного металла и неправильное использование флюсов.
Пористость шва получается в результате выделения газов при охлаждении, когда они не успевают удаляться из металла. Причиной пористости при газовой сварке является неправильная регулировка пламени и чрезмерно быстрое остывание ванны в результате неправильной техники сварки.
Совершенно недопустимым пороком являются трещины, вызываемые низкими сварочными свойствами свариваемого металла, качеством присадочного металла, в частности его загрязнением различными примесями, а также неправильной технологической последовательностью сборочных и сварочных операций.
Кроме пороков макроструктуры, в сварных швах, выполненных газовой сваркой, иногда имеются и пороки микроструктуры, из которых наиболее характерными являются перегрев и пережог.
Перегрев связан с длительным воздействием нагрева и, как правило, приводит к весьма крупнозернистой структуре как металла шва, так и околошовной зоны основного металла. Такой крупнозернистый металл обладает худшими механическими свойствами.
Структура перегретого металла может быть исправлена общей или местной термической обработкой.
Пережог связан также с длительным нагревом и, кроме того, с окислительным действием пламени, приводящим к расположению окисных включений по границам зерен. Пережог резко ухудшает свойства металла и не может быть устранен последующей термической обработкой. При его обнаружении швы должны быть удалены и переварены вновь.
Пути повышения производительности газовой сварки
В ряде случаев применения сварки принципиально важным направлением является автоматизация и механизация процесса. Для газовой сварки в ее современном применении этот путь хотя и возможен, но не находит широкого применения в связи с заменой газовой сварки другими процессами в массовом производстве, в которых оправдывается применение специализированных автоматов.
При индивидуальных и мелкосерийных работах применение специализированных автоматов нерационально, поэтому следует рассмотреть пути возможного повышения производительности ручной газовой сварки, используемые сварщиками-передовиками.
При ручной сварке возможно применение больших мощностей пламени, чем используются обычно. Однако это требует высокой квалификации сварщиков и приводит к повышению производительности труда примерно на 20% при увеличении мощности пламени около 50%. Вопрос о рациональности применения этого метода должен решаться в каждом частном случае.
Применение жесткого пламени (т. е. пламени с повышенными скоростями истечения горючей смеси из горелок) приводит к большей концентрации нагрева и тем самым к увеличению производительности сварки. При этом скорость истечения при универсальных горелках может быть предельно увеличена на 20-30% от нормальных скоростей истечения. Сварка жестким пламенем еще более затруднительна, чем сварка пламенем повышенной мощности, в связи с усиленным выдуванием металла из сварочной ванны.
Более эффективным является применение «активированного» пламени, т. е. пламени с несколько повышенным количеством кислорода. При этом одновременно с повышением эффективности прогрева и расплавления будет происходить и окисление расплавленного металла. Для раскисления жидкого металла необходимо в ванну вводить достаточное количество раскислителей (при сварке углеродистых сталей обычно Si и Мn), которые, как правило, вводятся с присадочным металлом (например, для стали применяется присадочная проволока с содержанием Si 0,5-0,8% и Мn 0,8-1%). Добиваясь повышения производительности сварки, следует учитывать увеличение стоимости присадочного металла.
Распространенными формами повышения производительности газовой сварки являются также использование местного или общего предварительного подогрева перед сваркой с применением дешевого топлива (печи на коксовом газе, горны и пр.). Эти методы особенно эффективны при массовом производстве или заварке брака литых деталей.
Некоторые сварщики при сварке мелких деталей, умело располагая их на сварочном (обычно поворотном) столе, используют для предварительного подогрева тепло отходящих газов пламени, подогревающих следующую деталь при сварке предыдущей. Это приводит к повышению производительности сварки на 20- 40% без какого-либо увеличения расхода материалов.
Рациональные методы повышения экономичности газовой сварки должны изыскиваться в каждом отдельном случае ее применения.
Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2012.06.02
Газопламенная обработка металлов - это ряд технологических процессов, связанных с обработкой металлов высокотемпературным газовым пламенем. Наиболее широкое применение имеет газовая сварка и резка, которые, несмотря на более низкую производительность и качество сварных соединений по сравнению с электрическими способами сварки плавлением, продолжают сохранять свое значение при сварке тонколистовой стали, меди, латуни, чугуна. Преимущества газовой сварки и резки особенно проявляются при ремонтных и монтажных работах ввиду простоты процессов и мобильности оборудования. Кроме сварки и резки газовое пламя используется для наплавки, пайки, металлизации, поверхностной закалки, нагрева для последующей сварки другими способами или термической правки и т.д.
Газовая сварка.
Газовое пламя чаще всего образуется в результате сгорания (окисления) горючих газов в технически чистом кислороде (чистота не ниже 98,5 %). При горении горючих газов с использованием воздуха температура газового пламени низкая (не выше 2000 °С), так как много теплоты расходуется на нагрев азота, содержащегося в воздухе. В качестве горючих газов используют ацетилен, водород, метан, пропан, пропанобутановую смесь, бензин, осветительный керосин.
Рис. 1. Распределение температуры по оси нормального газового пламени: 1 - ядро; 2 - восстановительная зона; 3 - факел
Газовое сварочное ацетиленокислородное "нормальное" пламя имеет форму, схематически показанную на рис. 1 . Во внутренней части ядра (зона 1) пламени происходит подогрев газовой смеси, поступающей из сопла до температуры воспламенения. В наружной оболочке ядра происходит частичный распад ацетилена. Выделяющиеся частицы углерода раскалены, ярко светятся, четко выделяя очертания оболочки ядра (температура газов в ядре невелика и не превышает 1500 °С).
Зона 2 (восстановительная зона) является наиболее важной частью сварочного пламени (сварочной зоной). В ней происходит первая стадия сгорания ацетилена за счет кислорода, поступающего в сопло из баллона, в результате чего здесь развивается максимальная температура.
Содержащиеся в сварочной зоне газы обладают восстановительными свойствами по отношению к оксидам многих металлов, в том числе и к оксидам железа. Поэтому ее можно назвать восстановительной. Содержание углерода в металле шва изменяется незначительно. В зоне 3 или факеле пламени протекает догорание газов за счет кислорода воздуха, что отражает состав газов в факеле. Содержащиеся в факеле газы и продукты их диссоциации окисляют металлы, т.е. эта зона является окислительной. Вид ацетиленокислородного пламени зависит от соотношения кислорода и ацетилена (β) в газовой смеси, подаваемой в горелку.
Рис. 2 Строение ацетиленокислородного пламени: а - нормальное; б - окислительное; в - науглероживающее
При β = 1,1 ... 1,2 пламя нормальное (рис. 2, а). Ядро пламени резко очерченное, цилиндрической формы с плавным закруглением, ярко светящейся оболочкой, четко выражены все три зоны.
При увеличении этого соотношения (например β = 1,5), т.е.- относительном увеличении содержания кислорода (окислительное пламя), форма и строение пламени изменяются (рис. 2, б). При этом реакции окисления ускоряются, а ядро пламени бледнеет, укорачивается и приобретает коническую заостренную форму. В этом случае сварочная зона утрачивает восстановительные свойства и приобретает окислительный характер (содержание углерода в металле шва уменьшается, выжигается).
С уменьшением β (например, β = 0,5), т.е. при увеличении содержания ацетилена в газовой смеси реакции окисления замедляются. Ядро удлиняется и его очертания становятся размытыми (рис. 2, в). Количество свободного углерода увеличивается, частицы его появляются в сварочной зоне. При большом избытке ацетилена частицы углерода появляются и в факеле пламени. В этом случае сварочная зона становится науглероживающей, т.е. содержание углерода в металле шва повышается.
Пламя заменителей ацетилена принципиально подобно ацетиленокислородному и имеет три зоны. В отличие от углеводородных газов водородно-кислородное пламя светящегося ядра не имеет (нет светящихся частиц углерода).
Одним из важнейших параметров, определяющих тепловые, а значит и технологические свойства пламени, является его температура. Она различна в различных его участках как по длине вдоль его оси (рис. 1), так и в поперечном сечении. Она зависит от состава газовой смеси и степени чистоты применяемых газов (рис. 3) . Наивысшая температура наблюдается по оси пламени, достигая максимума в сварочной зоне на расстоянии 2 ... 3 мм от конца ядра. Эта сварочная зона является основной для расплавления металла. С увеличением β максимальная температура возрастает и смещается к мундштуку горелки. Это объясняется увеличением скорости горения смеси при избытке кислорода. При избытке ацетилена (β менее 1) наоборот, максимум температуры удаляется от мундштука и уменьшается по величине.
Рис. 3. Изменение температуры пламени различных видов
Горючие газы-заменители ацетилена, дешевле и недефицитны. Однако их теплотворная способность ниже, чем у ацетилена. Максимальные температуры пламени также значительно ниже. Поэтому их используют в ограниченных объемах в технологических процессах, не требующих высокотемпературного пламени (сварка алюминия, магния и их сплавов, свинца, пайка, сварка тонколистовой стали, газовая резка и т.д.). Например, при использовании пропана и пропанобутановых смесей максимальная температура в пламени 2400 ... 2500 °С. Их используют при сварке стали, толщиной до 6 мм, сварке чугуна, некоторых цветных металлов и сплавов, наплавке, газовой резке и т.д.
При использовании водорода максимальная температура в пламени 2100 °С.
Нагрев металла пламенем обусловлен лучистым, и в основном конвективным теплообменом между потоком горячих газов и соприкасающейся с ним поверхностью металла. При вертикальном положении от пламени ее растекающийся поток образует на поверхности металла симметричное относительно центра пятно нагрева. При наклоне пламени пятно нагрева вытягивается по направлению оси и сужается с боков. Интенсивность нагрева впереди ядра выше, чем позади его.
Ввод тепла в изделие при газовой сварке происходит по большей площади пятна нагрева. Источник тепла менее сконцентрирован, чем при других способах сварки плавлением. В результате обширной площади разогрева основного металла околошовная зона (зона термического влияния) имеет большие размеры, что приводит к образованию повышенных деформаций сварных соединений (коробление).
При газовой сварке на металл сварочной ванны активно воздействует газовая фаза всего пламени и особенно сварочной зоны, содержащей, в основном, СО + Н 2 и частично пары воды, а также СО 2 , Н 2 , О 2 и N 2 и некоторое количество свободного углерода. Состав газовой фазы определяется соотношением кислорода и горючего газа в газовой смеси, температурой пламени и различен в ее различных зонах. От этого зависят металлургические взаимодействия газовой фазы с металлом сварочной ванны. Основные реакции при сварке - это окисление и восстановление.
Направление реакции зависит от концентрации кислорода в газовой фазе (окислительное и науглероживающее пламя), температуры взаимодействия и свойств оксида. При сварке сталей основное взаимодействие газовой фазы происходит с железом, т.е. образование его оксидов или восстановление. Элементы, имеющие большее сродство к кислороду, чем железо (Al, Si, Mn, Cr и т.д.) могут интенсивно окисляться тогда, когда реакций окисления железа не проходит. Они легко окисляются не только в чистом виде, но и находясь в виде легирующих добавок, причем чем их содержание выше, тем окисление интенсивнее. Окисление таких элементов, как Al, Ti, Mg, Si и некоторых других вообще исключить не удается и для уменьшения их угара следует помимо регулирования состава газовой смеси использовать флюсы.
Ввиду относительно невысокого защитного и восстановительного действия пламени раскисление металла в сварочной ванне при сварке сталей достигается введением в нее марганца, кремния и других раскислителей через присадочную проволоку. Их действие основано на образовании жидкотекучих шлаков, способствующих самофлюсованию сварочной ванны. Образующиеся на поверхности сварочной ванны шлаки защищают расплавленный металл от кислорода, водорода и азота, газовой среды пламени и подсасываемого воздуха.
Содержащийся в пламени водород может растворяться в расплавленном металле сварочной ванны. При кристаллизации металла часть не успевшего выделиться водорода может образовать поры. Азот, попадающий в расплавленный металл из воздуха образует в нем нитриды. Структурные превращения в металле шва и околошовной зоне при газовой сварке имеют такой же характер, как и при других способах сварки плавлением. Однако вследствие медленного нагрева и охлаждения металл шва имеет более крупнокристаллическую структуру с равновесными неправильной формы зернами. В нем при сварке сталей с содержанием 0,15 ... 0,3 углерода при быстром охлаждении может образовываться видманштеттовая структура. Чем выше скорость охлаждения металла, тем мельче в нем зерно и тем выше механические свойства металла шва. Поэтому сварку следует производить с максимально возможной скоростью.
Зона термического влияния состоит из тех же характерных участков, как и при дуговой сварке. Однако ее ширина значительно больше (до 30 мм при сварке стали больших толщин) и зависит от режима газовой сварки.
В процессе сварки происходит расплавление основного и присадочного металлов. Регулирование степени их расплавления определяется мощностью горелки, толщиной металла и его теплофизическими свойствами.
Газовой сваркой выполняют сварные соединения различного типа. Металл толщиной до 2 мм соединяют встык без разделки кромок и без зазора или, что лучше, с отбортовкой кромок без присадочного металла.
Металл толщиной 2 ... 5 мм с присадочным металлом сваривают встык без разделки кромок с зазором между кромками. При сварке металла свыше 5 мм используется V- или Х-образная разделка кромок.
Тавровые и нахлесточные соединения допустимы только для металла толщиной до 3 мм. При большой толщине неравномерный разогрев приводит к существенным деформациям, остаточным напряжениям и возможности образования трещин. Свариваемые кромки зачищают от загрязнений на 30 ... 50 мм механическими способами или газовым пламенем. Перед сваркой детали сварного соединения закрепляются в сборочно-сварочном приспособлении или собираются с помощью коротких швов - прихваток.
Направление движения горелки и наклон ее к поверхности металла оказывает большое влияние на эффективность нагрева металла, производительность сварки и качество шва.
Различают два способа сварки: правый и левый (рис. 4). Внешний вид шва лучше при левом способе сварки, так как сварщик видит процесс образования шва. При толщине металла до 3 мм более производительным является левый способ сварки ввиду предварительного подогрева кромок. Однако при большой толщине металла при сварке с разделкой кромок угол скоса кромок при правом способе сварки на 10 ... 15° меньше, чем при левом. Угол наклона мундштука также может быть на 10 ... 15° меньше. В результате повышается производительность сварки. Тепловое воздействие пламени на металл зависит от угла наклона оси пламени к поверхности металла (рис. 4).
Рис. 4. Правый и левый способы газовой сварки
Рис. 5. Применяемые углы наклона горелки в зависимости от толщины металла
В процессе сварки горелке сообщаются колебательные движения и конец мундштука описывает зигзагообразный путь. Горелку сварщик держит в правой руке. При использовании присадочного металла присадочный пруток держится в левой руке. Присадочный пруток располагается под углом 45° к поверхности металла.
Оплавляемому концу присадочного прутка сообщают зигзагообразные колебания в направлении, противоположном движению мундштука (рис. 6). Газовая сварка может производиться в нижнем, вертикальном и потолочном положениях. При сварке вертикальных швов "на подъем" процесс удобнее вести левым способом, горизонтальных и потолочных -правым способом. ≥α
Рис. 5 Движения горелки и проволоки: а - при сварке стали толщиной более 3 мм в нижнем положении; б - при сварке угловых валиковых швов; 1 - движение проволоки; 2 - движение горелки; 3 - места задержек движения
При необходимости использования флюса он наносится на свариваемые кромки или вносится в сварочную ванну оплавляемым концом присадочного прутка (налипающим на него при погружении во флюс). Флюсы могут использоваться и в газообразном виде при подаче их в зону сварки с горючим газом.
Список литературы
1. Лосев В.А., Юхин Н.А. Иллюстрированное пособие сварщика. М.: Изд-во «Соуэло», 2000. 60 с.
Режим сварки - совокупность параметров процесса, обусловливающих возможность сварки данного соединения из металла заданной марки и толщины в пространственных положениях, определяемых конструкцией изделия.
Основными параметрами газовой сварки являются вид и мощность пламени, диаметр присадочной проволоки и скорость сварки.
Вид пламени зависит от свариваемого материала: нормальным пламенем сваривают углеродистые и легированные стали, науглероживающим - чугун и окислительным - латуни. Выбор нужного вида пламени осуществляется по характеру его свечения.
Мощность пламени горелки, выбираемая в соответствии с толщиной свариваемого металла и его теплофизическими свойствами, определяется расходом ацетилена, необходимым для его расплавления. Чем толще свариваемый металл и выше его теплопроводность (как, например, у меди и ее сплавов), тем больше должна быть мощность пламени. Ее регулируют ступенчато - подбором наконечника горелки (см. подразд. 6.6.2) и плавно - вентилями на горелке.
Выбор диаметра присадочной проволоки осуществляется в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. При сварке низко- и среднеуглеродистых сталей диаметр присадочной проволоки, мм, для левого способа сварки определяется по формуле
d п = s / 2 + 1,
а для правого -
где s - толщина свариваемого металла, мм.
Скорость сварки устанавливается сварщиком в соответствии со скоростью плавления кромок детали.
Техника сварки - совокупность способов, приемов и манипуляций, осуществляемых сварщиком для формирования высококачественного шва.
При газовой сварке составными элементами техники сварки являются:
- угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемых кромок;
- способ сварки;
- манипуляции мундштуком горелки и присадочной проволокой при движении пламени вдоль шва.
Угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемых кромок выбирает сварщик в зависимости от толщины металла и его теплофизических свойств. Для низкоуглеродистых сталей такая взаимосвязь может быть представлена в следующем виде:
Чем больше толщина металла и выше его теплопроводность (как, например, у меди и ее сплавов), тем больше угол наклона мундштука горелки. Таким образом, сварщик, изменяя угол наклона мундштука и тем самым количество теплоты, подводимой к металлу, управляет процессом формирования шва.
Способы сварки приведены на рис. 9.4.
Рис. 9.4. Способы сварки:
а - левый; б - правый; - движение горелки; ---- движение присадочной проволоки; стрелками показаны направления сварки
Горелка в руке сварщика может перемещаться только в двух направлениях:
- справа налево, когда пламя направлено на холодные, еще не сваренные кромки металла, а присадочная проволока подается впереди пламени. Такой способ получил название левого;
- слева направо, когда пламя направлено на сваренный участок шва, а присадочная проволока подается вслед за пламенем. Такой способ называется правым.
Левый способ применяют при сварке тонкостенных (толщиной до 3 мм) конструкций и легкоплавких металлов и сплавов.
Правый способ используют для сварки конструкций с толщиной стенки свыше 3 мм и металлов с большой теплопроводностью.
Качество шва при правом способе сварки выше, чем при левом, так как металл лучше защищен пламенем горелки от воздействия воздуха.
Манипуляции мундштуком горелки (рис. 9.5), осуществляемые сварщиком, способствуют формированию высококачественного шва. Если используется присадочная проволока, то ее движения улучшают процессы плавления, перемешивания сварочной ванны и удаления оксидов.
Рис. 9.5. Манипуляции мундштуком горелки при сварке:
а - с задержкой в корне шва; б - по спирали; в - «полумесяцем»; г - зигзагом
Конец мундштука горелки совершает одновременно два вида движений: продольное - вдоль оси шва и поперечное - в перпендикулярном направлении. Мундштук горелки следует перемещать таким образом, чтобы металл сварочной ванны был всегда защищен от воздействия воздуха восстановительной зоной пламени.
Присадочной проволокой совершают такие же колебательные движения, как и мундштуком, но в направлении, обратном колебаниям горелки, причем конец присадочной проволоки должен постоянно находиться в сварочной ванне или восстановительной зоне пламени. При сварке в нижнем положении чаще всего используется движение присадочной проволоки «полумесяцем» (см. рис. 9.5, в).