Газовая сварка сравнительно проста, не требует сложного, дорогого оборудования и источника электроэнергии.

Недостатком газовой сварки является меньшая по сравнению с дуговой скорость нагрева металла и большая зона теплового воздействия на металл. При газовой сварке концентрация тепла меньше, а коробление свариваемых деталей больше.

Вследствие сравнительно медленного нагрева металла пламенем и невысокой концентрации тепла производительность газовой сварки снижается с увеличением толщины свариваемого металла. Например, при толщине стали 1 мм скорость газовой сварки составляет около 10 м/ч, при толщине 10 мм - только 2 м/ч. Поэтому газовая сварка стали толщиной свыше 6 мм менее производительна, чем дуговая сварка.

Стоимость ацетилена и кислорода выше стоимости электроэнергии, поэтому газовая сварка обходится дороже электрической. К недостаткам газовой сварки относится также взрывоопасность и пожароопасность при нарушении правил обращения с карбидом кальция, горючими газами и жидкостями, кислородом, баллонами со сжатыми газами и ацетиленовыми генераторами. Газовую сварку применяют при следующих работах: изготовлении и ремонте изделий из стали толщиной 1-3 мм; сварке сосудов и резервуаров небольшой емкости, заварке трещин, вварке заплат и пр.; ремонте литых изделий из чугуна, бронзы, силумина; сварке стыков труб малых и средних диаметров; изготовлении изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни и свинца; изготовлении узлов конструкций из тонкостенных труб; наплавке латуни на детали из стали и чугуна; соединении ковкого и высокопрочного чугуна с применением присадочных прутков из латуни и бронзы, низкотемпературной сварке чугуна.

Газовой сваркой можно соединять почти все металлы, применяемые в технике. Чугун, медь, латунь, свинец легче поддаются газовой сварке, чем дуговой.

ТЕХНИКА ГАЗОВОЙ СВАРКИ

Газовой сваркой можно выполнять нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные швы. Наиболее трудно выполнять потолочные швы, так как в этом случае сварщик должен поддерживать и распределять по шву жидкий металл, используя давление газов пламени. Наиболее часто газовой сваркой выполняют стыковые соединения, реже угловые и торцовые соединения. Газовой сваркой не рекомендуется выполнять соединения внахлестку и тавровые, так как они требуют интенсивного нагрева металла и сопровождаются повышенным короблением изделия.

Отбортованные соединения тонкого металла сваривают без присадочной проволоки. Применяют прерывистые и непрерывные швы, а также швы однослойные и многослойные. Перед сваркой кромки тщательно очищают от следов масла, краски, ржавчины, окалины, влаги и прочих загрязнений.

В табл. 10 показана подготовка кромок при газовой сварке углеродистых сталей стыковыми швами.

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ГОРЕЛКИ ПРИ СВАРКЕ

Пламя горелки направляют на свариваемый металл так, чтобы кромки металла находились в восстановительной зоне, на расстоянии 2—6 мм от конца ядра. Касаться расплавленного металла концом ядра нельзя, так как это вызовет науглероживание металла ванны. Конец присадочной проволоки также должен находиться в восстановительной зоне или быть погруженным в ванну расплавленного металла. В том месте, куда направлен конец ядра пламени, жидкий металл давлением газов слегка раздувается в стороны, образуя углубление в сварочной ванне.

Скорость нагрева металла при газовой сварке можно регулировать, изменяя угол наклона мундштука к поверхности металла. Чем больше этот угол, тем больше тепла передается от пламени металлу и тем быстрее он будет нагреваться. При сварке толстого или хорошо проводящего тепло металла (например, красной меди) угол наклона мундштука а берут больше, чем при сварке тонкого или с низкой теплопроводностью. На рис. 86, а показаны углы наклона мундштука, рекомендуемые при левой (см. § 4 этой главы) сварке стали различной толщины.

На рис. 86, б показаны способы перемещения мундштука по шву. Основным является перемещение мундштука вдоль шва. Поперечные и круговые движения являются вспомогательными и служат для регулирования скорости прогрева и расплавления кромок, а также способствуют образованию нужной формы сварного шва.

Способ 4 (см. рис. 86, б) применяют при сварке тонкого металла, способы 2 и 3 - при сварке металла средней толщины. Во время сварки нужно стремиться к тому, чтобы металл ванны всегда был защищен от окружающего воздуха газами восстановительной зоны пламени. Поэтому способ 1, при котором пламя периодически отводится в сторону, применять не рекомендуется, так как при нем возможно окисление металла кислородом воздуха.

ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ГАЗОВОЙ СВАРКИ

Левая сварка (рис. 87, а). Этот способ наиболее распространен. Его применяют при сварке тонких и легкоплавких металлов. Горелку перемещают справа налево, а присадочную проволоку ведут впереди пламени, которое направляют на несваренный участок шва. На рис. 87, а внизу показана схема движения мундштука и проволоки при левом способе сварки. Мощность пламени при левой сварке берут от 100 до 130 дм 3 ацетилена в час на 1 мм толщины металла (стали).

Правая сварка (рис. 87, б). Горелку ведут слева направо, присадочную проволоку перемещают вслед за горелкой. Пламя направляют на конец проволоки и сваренный участок шва. Поперечные колебательные движения производят не так часто, как при левой сварке. Мундштуком делают незначительные поперечные колебания; при сварке металла толщиной менее 8 мм мундштук передвигают вдоль оси шва без поперечных движений. Конец проволоки держат погруженным в сварочную ванну и перемешивают им жидкий металл, чем облегчается удаление окислов и шлаков. Тепло пламени рассеивается в меньшей степени и используется лучше, чем при левой сварке. Поэтому при правой сварке угол раскрытия шва делают не 90°, а 60-70°, что уменьшает количество наплавляемого металла, расход проволоки и коробление изделия от усадки металла шва.

Правой сваркой целесообразно соединять металл толщиной свыше 3 мм, а также металл высокой теплопроводности с разделкой кромок, как, например, красную медь. Качество шва при правой сварке выше, чем при левой, потому что расплавленный металл лучше защищен пламенем, которое одновременно отжигает наплавленный металл и замедляет его охлаждение. Вследствие лучшего использования тепла правая сварка металла больших толщин экономичнее и производительнее левой — скорость правой сварки на 10—20% выше, а экономия газов составляет 10-15%.

Правой сваркой соединяют сталь толщиной до 6 мм без скоса кромок, с полным проваром, без подварки с обратной стороны. Мощность пламени при правой сварке берут от 120 до 150 дм 3 ацетилена в час на 1 мм толщины металла (стали). Мундштук должен быть наклонен к свариваемому металлу под углом не менее 40°.

При правой сварке рекомендуется применять присадочную проволоку диаметром, равным половине толщины свариваемого металла. При левой сварке пользуются проволокой диаметром на 1 мм больше, чем при правой сварке. Проволока диаметром более 6—8 мм при газовой сварке не применяется.

Сварка сквозным валиком (рис. 88). Листы устанавливают вертикально с зазором, равным половине толщины листа. Пламенем горелки расплавляют кромки, образуя круглое отверстие, нижнюю часть которого заплавляют присадочным металлом на всю толщину свариваемого металла. Затем перемещают пламя выше, оплавляя верхнюю кромку отверстия и накладывая следующий слой металла на нижнюю сторону отверстия, и так до тех пор, пока не будет сварен весь шов. Шов получается в виде сквозного валика, соединяющего свариваемые листы. Металл шва получается плотным, без пор, раковин и шлаковых включений.

Сварка ванночками. Этим способом сваривают стыковые и угловые соединения металла небольшой толщины (менее 3 мм) с присадочной проволокой. Когда на шве образуется ванночка диаметром 4-5 мм, сварщик вводит в нее конец проволоки и, расплавив небольшое количество ее, перемещает конец проволоки в темную, восстановительную часть пламени. При этом он делает мундштуком круговое движение, перемещая его на следующий участок шва. Новая ванночка должна перекрывать предыдущую на 1/3 диаметра. Конец проволоки во избежание окисления нужно держать в восстановительной зоне пламени, а ядро пламени не должно погружаться в ванночку во избежание науглероживания металла шва. Сваренные этим способом (облегченными швами) тонкие листы и трубы из малоуглеродистой и низколегированной стали дают соединения отличного качества.

Многослойная газовая сварка. Этот способ сварки имеет ряд преимуществ по сравнению с однослойной: обеспечивается меньшая зона нагрева металла; достигается отжиг нижележащих слоев при наплавке последующих; обеспечивается возможность проковки каждого слоя шва перед наложением следующего. Все это улучшает качество металла шва. Однако многослойная сварка менее производительна и требует большего расхода газов, чем однослойная, поэтому ее применяют только при изготовлении ответственных изделий. Сварку ведут короткими участками. При наложении слоев нужно следить за тем, чтобы стыки швов в различных слоях не совпадали. Перед наложением нового слоя нужно проволочной щеткой тщательно очистить поверхность предыдущего от окалины и шлаков.

Сварка окислительным пламенем. Этим способом сваривают малоуглеродистые стали. Сварку ведут окислительным пламенем, имеющим состав

Для раскисления образующихся при этом в сварочной ванне окислов железа применяют проволоки марок Св-12ГС, Св-08Г и Св-08Г2С по ГОСТ 2246— 60, содержащие повышенные количества марганца и кремния, которые являются раскислителями. Данный способ повышает производительность на 10—15%.

Сварка пропан - бутан-кислородным пламенем . Сварка ведется при повышенном содержании кислорода в смеси

с целью повышения температуры пламени и увеличения провара и жидкотекучести ванны. Для раскисления металла шва применяют проволоки Св-12ГС, Св-08Г, Св-08Г2С, а также проволоку Св-15ГЮ (0,5—0,8% алюминия и 1 - 1,4% марганца) по ГОСТ.

Исследованиями А. И. Шашкова, Ю. И. Некрасова и С. С.Ваксман установлена возможность использования в данном случае обычной малоуглеродистой присадочной проволоки Св-08 с раскисляющим покрытием, содержащим 50% ферромарганца и 50% ферросилиция, разведенного на жидком стекле. Вес покрытия (без учета веса жидкого стекла) составляет 2,8—3,5% к весу проволоки. Толщина покрытия: 0,4-0,6 мм при использовании проволоки диаметром 3 мм и 0,5—0,8 мм при диаметре 4 мм. Расход пропана 60-80 л/ч на 1 мм толщины стали, в = 3,5, угол наклона прутка к плоскости металла составляет 30-45°, угол разделки кромок 90°, расстояние от ядра до прутка 1,5—2 мм, до металла 6-8 мм. Этим способом можно сваривать сталь толщиной до 12 мм. Лучшие результаты получены при сварке стали толщиной 3-4 мм. Проволока Св-08 с указанным покрытием является полноценным заменителем более дефицитных марок проволоки с марганцем и кремнием при сварке пропан-бутаном.

Особенности сварки различных швов. Горизонтальные швы сваривают правым способом (рис. 89, а). Иногда сварку ведут справа налево, держа конец проволоки сверху, а мундштук снизу ванны. Сварочную ванну располагают под некоторым углом к оси шва. При этом облегчается формирование шва, а металл ванны удерживается от стекания.

Вертикальные и наклонные швы сваривают снизу вверх левым способом (рис. 89, б). При толщине металла более 5 мм шов сваривают двойным валиком.

При сварке потолочных швов (рис. 89, в) кромки нагревают до начала оплавления (запотевания) и в этот момент вводят в ванну присадочную проволоку, конец которой быстро оплавляют. Металл ванны удерживается от стекания вниз прутком и давлением газов пламени, которое достигает 100-120 гс/см 2 . Пруток держат под небольшим углом к свариваемому металлу. Сварку ведут правым способом. Рекомендуется применять многослойные швы, свариваемые в несколько проходов.

Сварку металла толщиной менее 3 мм с отбортованными кромками без присадочного металла производят спиралеобразными (рис. 89, г) или зигзагообразными (рис. 89, д) движениями мундштука.

Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2011.05.31

Поговорим немного о сварке, а точнее о ее режимах и параметрах. Под самим режимом сварки понимают создание всех условий, которые требуются для протекания процессов сварки.

Определение режимов сварки.

Параметры режима сварки могут быть:

• Основные.
• Дополнительные.

Основные параметры - это полярность и рост тока, напряжение и скорость самой сварки, величина тока, диаметр электрода, а также максимальная величина его колебания.

Дополнительные же параметры - это температура металла до работы, толщина покрытия электрода и его состав, положение электрода в пространстве, которое может быть, как вертикальное так и наклонное, а также величина вылета электрода и положение изделия во время сварки.

Основные параметры дуговой сварки.

Эти параметры, прежде всего, связанны с условиями горения дуги, а также с условиями ведения самого процесса. Погонная энергия может быть совершенно одинаковой, но при этом, у вас есть возможность менять род тока и его полярность, диаметр электрода, непрерывные и импульсные режимы горения. Иногда применяется колебание электрода, сжатие дуги. Все особенности прямым образом сказываются на размерах швов и формировании ванны.

• Диаметр электрода

Если сила тока постоянна, то диаметр электрода является определяющим фактором, который определяет плотность энергии, подвижность дуги. Если диаметр электрода увеличивается, то при одной и той же силе сварочного тока уменьшается глубина проплавления и при этом увеличивается его ширина.

• Полярность и род тока

Род тока и его полярностью во многом определяют количество теплоты, которое выделится на изделие во время сварки. Теплоту, можно оценить по эффективному падению напряжения. Зависимость составляется для катода и анода, что обозначены w a и w k в данном уравнении:

Заметим, что далеко не вся энергия, что обозначена u k , переходит в тепло. Согласно уравнению, разница выделения теплоты на катоде и аноде определяется лишь способом, которым ведется сварка. На практике оказывается, что величина проплавления при использовании прямой полярности меньше, чем при обратной. Катодное пятно занимает меньшую площадь, чем анодное, так что вырастает ширина сварного шва.

• Наклон электрода

Изменяя угол наклона электрода, вы можете влиять на ширину и глубину шва. Если сварка ведется под углом меньше 90 градусов, то такой вид сварки выполняют исключительно углом вперед, а расплавленный в процессе металл просто вытесняется в головную часть ванны. Таким образом, заметно снижается глубина проплавления металла.

Сварка под углом больше 90 градусов выполняется только углом назад, но при этом расплавленный металл вытесняется в противоположном направлении, то есть в хвостовую часть. Такой режим сварки может значительно увеличить глубину проплавления.

Итак, основные параметры режима сварки мы уже назвали, далее рассмотрим дополнительные факторы определяющие режим сварки и будущее качество сварного соединения.

Выбор диаметра электрода.

При выборе диаметра электрода, в первую очередь, нужно руководствоваться точной толщиной материала, формой подготовленных кромок, характером соединения, положением электрода в процессе сварки.

На практике была установлена вот такая зависимость:

Если сварка будет проводиться в нижнем положении, то выбирать диаметр электрода вы можете по представленной зависимости. Если же сварка должна выполняться в потолочном или вертикальном положении, то рекомендуется применять электроды по 3-4 мм. При разделке кромок, нужно применять электроды на 2-3 мм для корневого слоя.

Выбор силы тока.

Выбор силы тока тоже является важным фактором, и чаще всего выбирать его нужно в соответствии с формулой, выглядит она как I=К∙d.

Если сварка проводится в положении вертикально, то в эту формулу вводится еще дополнительное число 0,9, то есть, результат, который бы у вас получился по обычной формуле, вам нужно умножить еще на 0,9, это и будет необходимая сила сварочного тока.

В потолочной сварке существует большая сложность формирования шва, поэтому нужно ввести в формулу значение 0,8. Таким образом, снижается сила тока, что способствует значительному снижению количества расплавленного металла. Снижение количества расплавленного металла способствует ускорению кристаллизации, а значит и процесс формирования шва становится намного проще. Коэффициент К подбирается от диаметра электрода по формуле:

Таким образом, определяя режим сварки предварительно нужно подобрать электрод, соответствующий соединяемому металлу, учесть пространственное положение сварного соединения и пр.

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.

Разделы сайта по сварочному оборудованию:

Список литературы

1. Лосев В.А., Юхин Н.А. Иллюстрированное пособие сварщика. М.: Изд-во «Соуэло», 2000. 60 с.

Газовая сварка используется для нагрева металла высокотемпературным пламенем, образующимся в результате сгорания газа ацетилена в смеси с кислородом. В некоторых случаях вместо ацетилена могут использоваться его заменители: пропан-бутан, метан, пары бензина или керосина, МАФ (метилацетилен-алленовая фракция). В последнее время увеличивается объем использования в качестве горючего газа водорода, получаемого электролизом воды.

Рисунок. Газовая сварка, схема процесса

Горючий газ из баллона или специального газового генератора поступает в сварочную горелку. Из баллона в горелку поступает кислород. В горелке они смешиваются в определенном соотношении и на выходе из сопла поджигаются. Пламя расплавляет кромки свариваемого изделия, присадочный приток, а также выполняет функции защиты расплавленного металла от атмосферы. Регулировка расхода кислорода и горючего газа осуществляется соответствующими вентилями.

В своем сечении пламя состоит из трех зон (см. рисунок ниже):

• ядро пламени (А),
• восстановительная зона (Б),
• факел пламени (В).

Рисунок. Строение газового пламени и распределение температур по его сечению

Максимальное значение температуры пламя имеет после ядра, в восстановительной зоне. В связи с этим именно в этой зоне должны находиться присадочный пруток и расплавляемые кромки металла. При использовании вместо ацетилена других горючих газов температура пламени снижается. Температура пламени зависит также от пропорции, в которой смешиваются кислород и горючий газ.

Технология газовой сварки

Основными параметрами режима газовой сварки являются мощность пламени, угол наклона горелки и диаметр присадочного прутка. Мощность пламени зависит от толщины металла и его теплофизических свойств. Чем больше толщина металла и выше температура плавления и теплопроводность, тем больше должна быть мощность пламени. Мощность пламени устанавливается расходом горючего газа и кислорода. При сварке стали и чугуна расход ацетилена V a связан с толщиной δ следующим соотношением:

V a = (100-150)δ л/ч

При сварке меди, вследствие ее более высокой теплопроводности:

V a = (150-200)δ л/ч

Угол наклона мундштука горелки по отношению к плоскости изделия также зависит от толщины и теплофизических свойств металла. С изменением толщины стали от 1 до 15 мм угол наклона мундштука изменяется в пределах 10-80°.

Таблица. Изменение угла наклона мундштука при газовой сварке в зависимости от толщины стали

В начальный момент сварки для лучшего прогрева металла и быстрого образования сварочной ванны угол наклона устанавливают наибольшим (80-90°). Затем он уменьшается.

Диаметр присадочного прутка выбирают в зависимости от толщины металла, пользуясь соотношением:

d = δ/2 ÷ δ/2 + 1 мм

В зависимости от техники выполнения сварки различают правый и левый способы.

Рисунок. Правый (А) и левый (Б) способы газовой сварки

При правом способе газовой сварки пламя сварочной горелки направлено на шов, и процесс сварки ведется слева направо. Горелка перемещается впереди присадочного прутка.

При левом способе газовой сварки пламя направлено от шва и процесс сварки ведется справа налево. Горелка перемещается за присадочным прутком.

При правом способе газовой сварки обеспечивается лучшая защита сварочной ванны, ниже расход газов, меньшая скорость охлаждения шва. При левом способе лучше формирование шва, так как сварщик хорошо видит процесс сварки. При толщине металла до 3 мм более производителен левый способ, при больших толщинах - правый.

Преимущества газовой сварки

Основным преимуществом газовой сварки является ее независимость от электрических источников питания. Это делает удобным ее применение в строительных и монтажных условиях, где не всегда имеется силовая электрическая сеть. При газовой сварке легко изменяется тепловложение в металл за счет изменения угла наклона горелки и ее расстояния до изделия, что позволяет избегать прожогов даже при сварке тонкого металла. Типичным примером является сварка водопроводных труб малого диаметра, когда отсутствует доступ к обратной стороне шва для размещения подкладок или подварки корня. Оборудование для газовой сварки достаточно мобильно и транспортабельно.

Недостатки газовой сварки

Недостатками газовой сварки являются ее низкая производительность, большая зона термического влияния, высокие требования к квалификации сварщика. В связи с этим на машиностроительных предприятиях при стабильной программе выпуска продукции газовая сварка не может конкурировать с дуговой и практически не применяется.

При газовой сварке происходят разнообразные процессы: физические, связанные с нагревом и расплавлением металла, формированием шва, а также химические, обусловленные горением, взаимодействием флюса и присадочного материала с расплавленным металлом.

Основным инструментом газосварщика является сварочное пламя. Оно образуется при сгорании горючего газа в кислороде. От соотношения объемов кислорода и горючего газа в их смеси зависят внешний вид, температура и характер влияния сварочного пламени на расплавленный металл.

Рассмотрим строение пламени (рис. 7.1). Сварочное пламя имеет три четко различимые области: ядро 7, восстановительную зону 2 и факел 3.

Рис. 7.1. Строение ацетиленового сварочного пламени и распределение температуры по длине факела: 1 - ядро; 2 - восстановительная зона; 3 - факел

Ядро пламени представляет собой ярко светящуюся зону, в наружном слое которой сгорают раскаленные частицы углерода, образующиеся при разложении ацетилена.

Восстановительная зона , более темная, состоит из оксида углерода и водорода, которые раскисляют расплавленный металл, отбирая кислород от его оксидов.

Факел - периферийная часть пламени - представляет собой зону полного сгорания углеводородов в кислороде окружающей среды.

В зависимости от соотношения объемов кислорода и ацетилена получают три основных вида сварочного пламени: нормальное, окислительное и науглероживающее (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Виды сварочного пламени: а - нормальное; б - окислительное; в - науглероживающее; 1 - ядро; 2 - восстановительная зона; 3 - факел

Нормальное сварочное пламя образуется тогда, когда в горелке на один объем кислорода приходится один объем ацетилена. В нормальном пламени ярко выражены все три зоны.

Ядро имеет резко очерченную форму, близкую к цилиндру с ярко светящейся оболочкой. Температура ядра достигает 1000 °С.

В восстановительной зоне, содержащей продукты неполного сгорания ацетилена, проводят сварку. Температура этой зоны в точке, отстоящей на 3...6 мм от ядра, составляет 3150°С. Факел имеет температуру 1200... 2500 °С.

Нормальным сварочным пламенем осуществляют сварку сталей всех марок, меди, бронзы и алюминия.

Окислительное сварочное пламя получают при избытке кислорода, когда в горелку подают на один объем ацетилена более 1,3 объема кислорода. Ядро такого пламени имеет укороченную, конусообразную форму. Оно приобретает менее резкие очертания и более бледную окраску, чем у нормального пламени. Протяженность восстановительной зоны уменьшается по сравнению с нормальным пламенем. Факел имеет синевато-фиолетовую окраску. Горение сопровождается шумом, уровень которого зависит от давления кислорода. Температура окислительного пламени выше, чем у нормального, однако при сварке таким пламенем из-за избытка кислорода образуются пористые и хрупкие швы.

Окислительное пламя применяют при сварке латуни и пайке твердыми припоями.

Науглероживающее сварочное пламя получают при избытке ацетилена, когда в горелке на один объем ацетилена приходится не более 0,95 объема кислорода. Ядро такого пламени теряет резкость очертаний, на его конце появляется зеленый венчик, по наличию которого судят об избытке ацетилена. Восстановительная зона существенно светлее, чем у нормального пламени, и почти сливается с ядром. Факел приобретает желтую окраску. При значительном избытке ацетилена пламя коптит. Температура науглероживающего пламени ниже, чем у нормального и окислительного.

Слегка науглероживающим пламенем сваривают чугун и осуществляют наплавку твердых сплавов.

Газосварщик регулирует и устанавливает вид сварочного пламени «на глаз».

При выполнении сварочных работ необходимо, чтобы сварочное пламя обладало тепловой мощностью, достаточной для расплавления свариваемого металла.

Мощность пламени при газовой сварке зависит от расхода ацетилена - объема газа, проходящего за один час через горелку. Мощность регулируют подбором наконечника горелки и изменением положения ацетиленового вентиля. Мощность пламени выбирают в соответствии с толщиной свариваемого металла и его теплофизическими свойствами.

Расход ацетилена, дм 3 /ч, необходимый для расплавления слоя свариваемого металла толщиной 1 мм, устанавливают на практике. Так, слой низкоуглеродистой стали толщиной 1 мм расплавляется при расходе ацетилена 100... 130 дм 3 /ч. Чтобы определить расход ацетилена при сварке конкретной детали, нужно умножить расход, соответствующий единичной толщине, на действительную толщину свариваемого металла, мм.

Пример . При сварке низкоуглеродистой стали толщиной 3 мм минимальный расход ацетилена, дм 3 /ч, составит 100х3 = 300, а максимальный - 130х3 = 390.