Сварка

Сварка

Комсомольск-на-Амуре

KOST

&

AKRED

COST@AMURNET.RU

Введение

Способ газовой сварки был разработан в конце прошлого столетия, когда

начиналось промышленное производство кислорода, водорода и ацетилена. В тот

период газовая сварка являлась основным способом сварки металлов и

обеспечивала получение наиболее прочных сварных соединений. В дальнейшем с

созданием и внедрением высококачественных электродов для дуговой сварки,

автоматической и полуавтоматической дуговой сварки под флюсом и в среде

защитных газов (аргона, гелия и углекислого газа и др.), газовая сварка

была постепенно вытеснена из многих производств этими способами

электрической сварки. Тем не менее, и до настоящего времени газовая сварка

металлов наряду с другими способами сварки широко применяется в народном

хозяйстве.

1. Сварка металлов. Назначение и преимущества сварки.

Сварку применяют для получения неразъемного соединения деталей при

изготовлений изделий, машин и сооружений из металла. Прежде для этого

преимущественно пользовались клепкой.

Сварное изделие имеет меньшей вес, чем клепальное, проще в

изготовлении, дешевле, надежнее и может быть выполнено в более короткий

срок, с меньшей затратой труда и материалов. Сваркой можно изготовлять

изделия очень сложной формы, которые прежде удавалось получить только

отливкой или кузнечной и механической обработкой. При изготовлении

металлоконструкций сварка дает от 10 до 20 % экономии металла по сравнению

с клепкой, до 30 % по сравнению с литьем из чугуна.

Сварные швы обеспечивают высокую надежность (плотность и прочность)

резервуаров и сосудов, в том числе и работающих при высоких температурах и

давлениях газов, паров и жидкостей.

Газовая сварка ее преимущества и недостатки

Газовая сварка относится к сварке плавлением. Процесс газовой сварки

состоит в нагревании кромок деталей в месте их соединения до расплавленного

состояния пламенем сварочной горелки. Для нагревания и расплавления металла

используется высокотемпературное пламя, получаемое при сжигании горючего

газа в смеси с технически чистым кислородом. Зазор между кромками

заполняется расплавленным металлом присадочной проволоки.

Газовая сварка обладает следующими преимуществами: способ сварки

сравнительно прост, не требует сложного и дорогого оборудования, а также

источника электроэнергии. Изменяя тепловую мощность пламени и его положение

относительно места сварки, сварщик может в широких пределах регулировать

скорость нагрева и охлаждения свариваемого металла.

К недостаткам газовой сварки относятся меньшая скорость нагрева

металла и большая зона теплового воздействия на металл, чем при дуговой

сварке. При газовой сварке концентрация тепла меньше, а коробление

свариваемых деталей больше, чем при дуговой сварке. Однако при правильно

выбранной мощности пламени, умелом регулировании его состава, надлежащей

марке присадочного металла и соответствующей квалификации сварщика газовая

сварка обеспечивает получение высококачественных сварных соединений.

Благодаря сравнительно медленному нагреву металла пламенем и

относительно невысокой концентрации тепла при нагреве производительность

процесса газовой сварки существенно снижается с увеличением толщины

свариваемого металла. Например, при толщине стали 1мм, скорость газовой

сварки составляет около 10м/ч, а при толщине 10мм – только 2м/ч. Поэтому

газовая сварка стали толщиной свыше 6мм менее производительна по сравнению

с дуговой сваркой и применяется значительно реже.

Стоимость горючего газа (ацетилена) и кислорода при газовой сварке

выше стоимости электроэнергии при дуговой и контактной сварке. Вследствие

этого газовая сварка обходится дороже, чем электрическая.

Процесс газовой сварки труднее поддается механизации и автоматизации,

чем процесс электрической сварки. Поэтому автоматическая газовая сварка

многопламенными линейными горелками находит применении только при сварке

обечаек и труб из тонкого металла продольными швами газовую сварку

применяют при:

. изготовлении и ремонте изделий из тонко-листовой стали (сварке

сосудов и резервуаров небольшой емкости, заварке трещин, варке

заплат и пр.);

. сварке трубопроводов малых и средних диаметров (до 100мм) и

фасонных частей к ним;

. ремонтной сварке литых изделий из чугуна, бронзы и силумина;

. сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни, свинца;

. наплавке латуни на детали из стали и чугуна;

. сварке кованого и высокопрочного чугуна с применением

присадочных прутков из латуни и бронзы, низкотемпературной

сварке чугуна.

При помощи газовой сварки можно сваривать почти все металлы,

применяемые в технике. Такие металлы, как чугун, медь, латунь, свинец легче

поддаются газовой сварке, чем дуговой. Если учесть еще простоту

оборудования то становится понятным широкое распространение газовой сварки

в некоторых областях народного хозяйства (на некоторых заводах

машиностроения, сельском хозяйстве, ремонтных, строительно-монтажных

работах и др.).

Для газовой сварки необходимо:

1) газы – кислород и горючий газ (ацетилен или его заменитель);

2) присадочная проволока (для сварки и наплавки);

3) соответствующее оборудование и аппаратура, в то числе:

1) кислородные баллоны для хранения запаса кислорода;

2) кислородные редукторы для понижения давления кислорода,

подаваемого из баллонов в горелку или резак;

3) ацетиленовые генераторы для получения ацетилена из карбида

кальция или ацетиленовые баллоны, в которых ацетилен находится

под давлением и растворен в ацетилене;

4) сварочные, наплавочные, закалочные и другие горелки с набором

наконечников для нагрева метла различной толщины;

5) резиновые рукава (шланги) для подачи кислорода и ацетилена в

горелку;

4) принадлежности для сварки: очки с темными стеклами

(светофильтрами) для защиты глаз от яркого света сварочного

пламени, молоток, набора ключей для горелки, стальные щетки для

очистки металла и сварочного шва;

5) Сварочный стол или приспособление для сборки и закрепления деталей

при прихватке, сварки;

6) флюсы или сварочные порошки, если они требуются для сварки данного

металла.

2. Материалы, применяемые при газовой сварке.

Кислород

Кислород при атмосферном давлении и обычной температуре газ без цвета

и запаха, несколько тяжелее воздуха. При атмосферном давлении и температуре

20 гр. масса 1м3 кислород равен 1.33 кг. Сгорание горючих газов и паров

горючих жидкостей в чистом виде кислороде происходит очень энергично с

большой скоростью, а возникновение в зоне горения возникает высокая

температура.

Для получения сварочного пламени с высокой температурой, необходимо

для быстрого расплавления металла в месте сварки, горючий газ или пары

горючей жидкости сжигают в смеси с чистым кислородом.

При возникновении сжатого газообразного кислорода с маслом или жирами

последние могут самовоспламеняться, что может быть причиной пожара. Поэтому

при обращении с кислородными баллонами и аппаратурой необходима тщательно

следить за тем, чтобы на них не падали даже незначительные следы масла и

жиров. Смесь кислорода с горючих жидкостей при определенных соотношениях

кислорода и горючего вещества взрывается.

Технический кислород добывают из атмосферного воздуха который

подвергают обработке в воздухоразделительных установках, где он очищается

от углекислоты и осушается от влаги.

Жидкий кислород хранят и перевозят в специальных сосудах с хорошей

теплоизоляцией. Для сварки выпускают технический кислород трех сортов:

высшего, чистотой не ниже 99.5%

1-ого сорта чистотой 99.2%

2-ого сорта чистотой 98.5% по объему.

Остаток 0.5-0.1% составляет азот и аргон

Ацетилен

В качестве горючего газа для газовой сварки получил распространение

ацетилен соединение кислорода с водородом. При нормальной to и давлением

ацетилен находится в газообразном состоянии.

Ацетилен бесцветный газ. В нем присутствуют примеси сероводорода и

аммиак.

Ацетилен есть взрывоопасный газ. Чистый ацетилен способен взрываться

при избыточном давлении свыше 1.5 кгс/см2, при быстром нагревании до 450-

500С. Смесь ацетилена с воздухом взрываться при атмосферном давлении, если

в смеси содержится от 2.2 до 93% ацетилена по объему. Ацетилен для

промышленных целей получают разложением жидких горючих действием

электродугового разряда, а так же разложением карбида кальция водой.

Газы заменители ацетилена.

При сварке металлов можно применять другие газы и пары жидкостей. Для

эффективного нагрева и расплавления металла при сварке необходимо чтобы to

пламени была примерно в два раза превышала to плавления свариемого металла.

Для сгорания горючих различных газов требуется различное кол-во

кислорода подаваемого в горелку. В таб1 приведены основные хар-ки горючих

газов для сварки.

Газы заменители ацетилена применяют во многих отраслях

промышленности. Поэтому их производство и добыча в больших масштабах и они

являются очень дешевыми, в этом их основное преимущество перед ацетиленом.

Вследствие более низкой to пламени этих газов применение их

ограничено некоторыми процессами нагрева и плавления металлов.

При сварке же стали с пропаном или метаном приходится применять

сварочную проволоку содержащею повышенное количество кремния и марганца,

используемых в качестве раскислителей, а при сварке чугуна и цветных

металлов использовать флюсы.

Газы – заменители с низкой теплопроводной способностью

неэкономично транспортировать в баллонах. Это ограничивает их применение

для газопламенной обработки.

Сварочные проволоки и флюсы

В большинстве случаев при газовой сварке применяют присадочную

проволоку близкую по своему хим. составу к свариваемому металлу.

Нельзя применят для сварки случайную проволоку неизвестной марки.

Поверхность проволоки должна быть гладкой и чистой без следов

окалины, ржавчины, масла, краски и прочих загрязнений. Температура

плавления проволоки должна быть равна или несколько ниже to плавления

металла.

Проволока должна плавится спокойно и равномерно, без сильного

разбрызгивания и вскипания, образуя при застывании плотный однородный

металл без посторонних включений и прочих дефектов.

Для газовой сварки цветных металлов (меди, латуни, свинца), а так же

нержавеющей стали в тех случаях, когда нет подходящей проволоки, применяют

в виде исключения полоски нарезанный из листов той же марки, что и

сваривает металл.

Флюсы

Медь, алюминий, магний и их сплавы при нагревании в процессе сварки

энергично вступают в реакцию с кислородом воздуха или сварочного пламени

(при сварке окислительным пламенем), образуя окислы, которые имеют более

высокую to плавления, чем металл. Окислы покрывают капли расплавленного

металла тонкой пленкой и этим сильно затрудняют плавление частиц металла

при сварке.

Для защиты расплавленного металла от окисления и удаления

образующихся окислов применяют сварочные порошки или пасты, называемые

флюсами. Флюсы, предварительно нанесенные на присадочную проволоку или

пруток и кромки свариваемого металла, при нагревании расплавляются и

образуют легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность жидкого металла.

Пленка шлаков прокрывает поверхность расплавленного металла, защищая его от

окисления.

Состав флюсов выбирают в зависимости от вида и свойств свариваемого

металла.

В качестве флюсов применяют прокаленную буру, борную кислоту.

Применение флюсов необходимо при сварке чугуна и некоторых специальных

легированных сталей, меди и ее сплавов. При сварке углеродистых сталей не

применяют.

3. Аппаратура и оборудование для газовой сварки.

Водяные предохранительные затворы

Водяные затворы защищают ацетиленовый генератор и трубопровод от

обратного удар пламени из сварочной горелки и резака. Обратным ударом

называется воспламенение ацетиленово-кислородной смеси в каналах горелки

или резака.

Водяной затвор обеспечивает безопасность работ при газовой сварке и

резке и является главной частью газосварочного поста. Водяной затвор должен

содержатся всегда в исправном состоянии, и быть наполнен водой до уровня

контрольного крана.

Водяной затвор всегда включает между горелкой или резаком и

ацетиленовым генератором или газопроводом.

Баллон для сжатых газов

Баллоны для кислорода и других сжатых газов представляют собой

стальные цилиндрические сосуды. В горловине баллона сделано отверстие с

конусной резьбой, куда ввертывается запорный вентиль. Баллоны бесшовные

для газов высоких давлений изготавливают из Турб углеродистой и

легированной стали. Баллоны окрашивают с наружи в словные цвета, в

зависимости от рода газа. Например, кислородные баллоны в голубой цвет,

ацетиленовые в белый водородные в желто-зеленый для прочих горючих газов в

красный цвет.

Верхнею сферическую часть баллона не окрашивают и на ней выбивают

паспортные данные баллона.

Баллон на сварочном посту устанавливают вертикально и закрепляю

хомутом.

Вентили для баллонов

Вентили кислородных баллонов изготавливают из латуни. Сталь для

деталей вентиля применять нельзя так как она сильно коррозирует в среде

сжатого влажного кислорода.

Ацетиленовые вентили изготавливают из стали. Запрещается применять

медь и сплавы, содержащие свыше 70% меди, так как с медью ацетилен может

образовывать взрывчатое соединение – ацетиленовую медь.

Редукторы для сжатых газов

Редукторы служат для понижения давления газа, отбираемого из баллонов

(или газопровода), и поддержания этого давления постоянным независимо от

снижения давления газа в баллоне. Принцип действия и основные детали у всех

редукторов примерно одинаковы.

По конструкции бывают редукторы однокамерные и двухкамерные.

Двухкамерные редукторы имеют две камеры редуцирования, работающие

последовательно, дают более постоянное рабочее давление и менее склонны к

замерзанию при больших расходах газа.

Кислородный и ацетиленовый редукторы показаны на рис. 2. стр. 97.

Рукава (шланги) служат для подвода газа в горелку. Они должны

обладать достаточной прочностью, выдерживать давление газа, быть гибкими и

не стеснять движений сварщика. Шланги изготовляют из вулканизированной

резины с прокладками из ткани. Выпускаются рукава для ацетилена и

кислорода. Для бензина и керосина применяют шланги из бензостойкой резины.

Сварочные горелки

Сварочная горелка служит основным инструментом при ручной газовой

сварке. В горелке смешивают в нужных количествах кислород и ацетилен.

Образующаяся горючая смесь вытекает из канала мундштука горелки с заданной

скоростью и, сгорая, дает устойчивое сварочное пламя, которым расплавляют

основной и присадочный металл в месте сварки. Горелка служит также для

регулирования тепловой мощности пламени путем изменения расхода горючего

газа и кислорода.

Горелки бывают инжекторные и безинжекторные. Служат для сварки,

пайки, наплавки, подогрева стали, чугуна и цветных металлов. Наибольшее

распространение получили горелки инжекторного типа. Горелка состоит из

мундштука, соединительного ниппеля, трубки наконечника, смесительной

камеры, накидной гайки, инжектора, корпуса, рукоятки, ниппеля для кислорода

и ацетилена.

Горелки делятся на мощности пламени:

1. Микромалой мощности (лабораторные) Г-1;

2. Малой мощности Г-2. Расход ацетилена от 25 до 700 л. в час,

кислорода от 35 до 900 л. в час. Комплектуются наконечниками №0 до 3;

3. Средней мощности Г-3. Расход ацетилена от 50 до 2500 л. в час,

кислорода от 65 до 3000 л. в час. Наконечники №1-7;

4. Большой мощности Г-4.

Также есть горелки для газов заменителей ацетилена Г-3-2, Г-3-3.

Комплектуются наконечниками с №1 по №7.

4. Технология газовой сварки.

Сварочное пламя.

Внешний, вид температура и влияние сварочного пламени на

расплавленный металл зависят от состава горючей смеси, т.е. соотношение в

ней кислорода и ацетилена. Изменяя состав горючей смеси, сварщик изменяет

свойства сварочного пламени. Изменяя соотношение кислорода и ацетилена в

смеси, можно получать три основных вида сварочного пламени, рис. 3. стр.

117.

Для сварки большинства металлов применяют нормальное

(восстановительное) пламя (рис. 3, б).

Окислительное пламя (рис. 3, в) применяют при сварке с целью

повышения производительности процесса, но при этом обязательно пользоваться

проволокой, содержащей повышенное количество марганца и кремния в качестве

раскислителей, оно также необходимо при сварке латуни и пайке твердым

припоем.

Пламя с избытком ацетилена применяют при наплавке твердыми сплавами.

Пламя с незначительным избытком ацетилена используют для сварки алюминиевых

и магниевых сплавов.

Качество наплавленного металла и прочности сварного шва сильно

зависят от состава сварочного пламени.

Металлургические процессы при газовой сварке.

Металлургические процессы при газовой сварке характеризуются

следующими особенностями: малым объемом ванны расплавленного металла;

высокой температурой и концентрацией тепла в месте сварки; Большой

скоростью расплавления и остывания метла; интенсивным перемешиванием

металла гладкой ванны газовым потоком пламени и присадочной проволокой;

химическим взаимодействием расплавленного металла с газами пламени.

Основными в сварочной ванне являются реакции окисления и

восстановления. Наиболее легко окисляются магний, алюминий, обладающие

большим сродством к кислороду.

Кислы этих металлов не восстанавливаются водородом и окисью углерода,

поэтому при сварке металлов необходимы специальные флюсы. Окислы железа и

никеля, наоборот хорошо восстанавливаются окисью углерода и водородом

пламени, поэтому при газовой сварке этих металлов флюсы не нужны.

Водород способен хорошо растворятся в жидком железе. При быстром

остывании сварочной ванны он может остаться в шве в виде мелких газовых

пузырей. Однако газовая сварка обеспечивает более медленное охлаждение

металла по сравнению, например с дуговой. Поэтому при газовой сварке

углеродистой стали, весь водород успевает уйти из металла шва и последний

получится плотным.

Структурные изменения в металле при газовой сварке.

Вседствии более медленного нагрева зона влияния при газовой сварке

больше чем при дуговой.

Слои основного металла, непосредственно примыкающие к сварочной ванне

непрерывны и приобретают крупнозернистую структуру. В непосредственной

близости к границе шва находится зона неполного расплавления. Основного

металла с крупной структурой, характерной для ненагретого металла. В этой

зоне прочность металла ниже, чем прочночность металла шва, поэтому здесь

обычно и происходит разрушение сварного соедениения.

Далее расположен участок, нерекристализации характеризуемы так же

крупнозернистой структурой, для которого to плавления металла, не выше 1100-

1200С. Последующие участки нагреваются до более низких температур и имеют

мелкозернистую структуру, нормализованной стали.

Для улучшения структуры и свойств металла шва и околошовной зоны

иногда применяют горячую проковку шва и местную термообработку нагревом

сварочным пламенем или общую термообработку с нагревом в печи.

Особенности и режимы сварки различных металлов.

Сварка углеродистых сталей

Низкоуглеродистые стали можно сварить любым способом газовой сварки.

Пламя горелки должно быть нормальным, мощностью 100-130дм 3/ч

при правой сварке.

При сварке углеродистых сталей применяют проволоку из

малоуглеродистой стали св-8 св-10га. При сварке этой проволокой часть

углерода, марганца и кремния выгорает, а металл шва получает

крупнозернистую структуру и его предел прочности такового для основного

металла. Для получения наплавленного металла равнопрочного основному,

применяют проволоку св-12гс, содержащую до 0.17% углерода; 0.8-1.1 марганца

и 0.6-0.9% кремния.

Сварка легированных сталей

Легированные стали хуже проводят тепло чем низкоуглеродистая сталь, и

поэтому больше коробятся при сварке.

Низколегированные стали (например XCHД) хорошо свариваются газовой

сваркой. При сварке применяют нормальное пламя и проволоку СВ-0.8, СВ-08А

или СВ-10Г2

Хромоникелевые нержавеющие стали сваривают нормальным пламенем

мощностью 75дм3 ацетилена на 1мм толщины металла. Применяют проволоку СВ-

02Х10Н9, СВ-06-Х19Н9Т. При сварке жаропрочной нержавеющей стали, применяют

проволоку содержащую 21% никеля 25% хрома. Для сварки коррозиностойкой

стали содержащей молибден 3%, 11% никеля, 17% хрома.

Сварка чугуна

Чугун сваривают при исправлении дефектов отливок, а так же

восстановлении и ремонте деталей: заварке трещин, раковин, при варке

отколовшихся частей и пр.

Сварочное пламя должно быть нормальным или науглероживающим, так как

окислительное вызывает местное выгорание кремния, и в металле шва

образуются зерна белого чугуна.

Сварка меди

Медь обладает высокой теплопроводностью, поэтому при ее сварке к

месту расплавления металла приходится проводить большое количество тепла,

чем при сварке стали.

Одним из свойств меди затрудняющим сварку, является ее повышенная

текучесть в расплавленном состоянии. Поэтому при сварке меди не оставляют

зазора между кромками. В качестве присадочного металла используют проволоку

из чистой меди. Для раскисления меди и удаления шлака применяют флюсы.

Сварка латуни и бронзы

Сварка латуни. Газовую сварку широко используют для сварки латуни,

которая труднее поддается сварке электрической дугой. Основное затруднение

при сварке состоит в значительном испарении из латуни цинка, которое

начинается при 900С. Если латунь перегреть, то вследствие испарения цинка,

шов получится пористым. При газовой сварке может испаряется до 25%

содержащегося в латуни цинка.

Для уменьшения испарения цинка сварку латуни ведут пламени с избытком

кислорода до 30-40%. В качестве присадочного металла используют латунную

проволоку. В качестве флюсов применяют прокаленную буру или газообразный

флюс БМ-1

Сварка бронзы

Газовую сварку бронзы применяют при ремонте литых изделий из бронзы,

наплавке работающих на трение поверхностей деталей слоем антифрикционных

бронзовых сплавов и пр.

Сварочное пламя должно иметь восстановительный характер, так как при

окислительном пламени увеличиваются выгорание из бронзы олова, кремния,

алюминия. В качестве присадочного материала используют прутки или

проволоку, близкие по составу к свариваемому металлу. Для раскисления в

присадочную проволоку вводят до 0.4% кремния.

Для защиты металла от окисления и удаления окислов в шлаки применяют

флюсы тех же составов, что и при сварке меди и латуни.

Список литературы

Глизманенко Д.А. Газовая сварка и резка металлов.-М.: Высш. школа,

1969.-304с.