2.13. Газовая сварка и наплавка.

Источником тепла при газовой сварке является пламя, получаемое при сгорании горючих газов в технически чистом кислороде. В качестве горючих газов применяются ацетилен, природный газ, пропан-бутан, пары бензина и керосина и др. Из-за простоты выполнения сварки и получения высокой температуры пламени чаще всего используется ацетилено-кислородная сварка.
Газовая сварка и наплавка уступает электродуговой по следующим позициям.
1. Большая зона теплового влияния приводит к большим деформациям детали при сварке.
2. Расходы на газ выше, чем расходы на электроэнергию.
3. Трудность механизации и автоматизации.
4. Ниже по производительности, т.к. максимальная температура в зоне горения газа (ацетилена) - 3150 °С, а в зоне горения электрической дуги-6000 °С .
5. Взрывоопасность горючих газов и кислорода.
Несмотря на эти недостатки газовая сварка широко используется при ремонте машин, т.к. эффективна при сварке тонколистового материала кабин, кузовов, баков и радиаторов, чугунных и алюминиевых деталей, при ремонте и монтаже трубопроводов. Достоинствами газовой сварки являются простота и высокая транспортабельность оборудования, возможность выполнения работ при отсутствии электросети, удобство регулирования процессом во время сварки. Немаловажной является возможность использования газового пламени для пайки и резки металлов.
Ацетилено-кислородная сварка выполняется (рис. 2.46) при сгорании ацетилена в кислороде , подаваемом из кислородного баллона , и в кислороде , имеющемся в воздухе.

В 1-ой зоне, в так называемом ядре, смесь подогревается до воспламенения и происходит частичный распад молекул ацетилена :
С2Н2 ® С2 + Н2.
Во 2-ой зоне , называемой сварочной частью, происходит сгорание ацетилена в чистом кислороде, подаваемом из баллона:
С2 + Н2 + О2 ® СО + Н2.
В 3-ей зоне , называемой факелом, догорает ацетилен в кислороде воздуха:
СО + Н2 + О2 ® СО2 + Н2О.
В зависимости от подачи кислорода можно получить нормальное, окислительное и науглераживающее пламя. При нормальном пламени горючее сгорает полностью; для этого требуется соотношение кислорода с ацетиленом 2,5 :1, причем из баллона поступает 1,1…1,15 его часть, а остальной кислород -из воздуха. Окислительное пламя ( избыток кислорода) используется для резки металлов и для сварки латунных деталей. Науглераживающее пламя (при избытке ацетилена в газовой смеси) применяется при сварке чугуна, алюминия и малоуглеродистых сталей.
Кислород получают ( рис. 2.47) методом глубокого охлаждения воздуха до температуры -194,5 °С . При этой температуре кислород уже будет в жидком состоянии ( температура сжижения его –183 °С), а азот будет еще в газообразном состоянии, т. к. температура сжижения у него еще ниже ( -196 ° С).

Кислород хранится в баллонах (голубой или синий цвет окраски ) при начальном давлении 15 МПа . Чаще всего  используются 40 литровые, а при небольших объемах работ - 5-и и 10-и литровые баллоны. Перед работой на баллон ставят кислородный редуктор, с помощью которого устанавливается и автоматически во время работы поддерживается давление кислорода , подаваемого в газовую горелку ( 0.2….0,4 МПа) или кислородный резак (1,2…1,4 МПа).
Масла и жиры в атмосфере кислорода могут самовзгораться,  поэтому при работе нужно соблюдать особую предосторожность: не допускать на рабочем месте грязных тряпок и замасленной ветоши , работать в не замасленных рукавицах.
Ацетилен C2H2 получают взаимодействием карбида кальция CaC2 с водой:
CaC2+ H2O ® C2H2 +Ca (OH)2.
Из 1 кг технически чистого карбида кальция получается 230…300 литров ацетилена.
Ацетиленовые генераторы выполняются по различным схемам:
1.“Карбид в воду”-карбид кальция из бункера в зависимости от давления ацетилена периодически поступает через питатель в воду. Эти генераторы наиболее производительны и наименее взрывоопасны.
2. «Вода на карбид» -в реторту с карбидом кальция подается вода в зависимости от давления ацетилена. Эти генераторы небольшой производительности, переносные, низкого давления.
3. «Погружением» и «вытеснением»- в зависимости от давления ацетилена в первом случае при превышении давления из воды поднимается корзина с карбидом кальция, а во втором –вода вытесняется от карбида кальция в соответствующий сосуд. Это тоже небольшой производительности и переносные генераторы.
4. Комбинированные схемы.
Для предохранения  ацетиленовых генераторов от взрыва при обратном ударе пламени используются предохранительные водяные затворы.
По давлению ацетиленовые генераторы делятся на:
-низкого давления    (0,001…0,01 МПа);
-среднего давления  (0,01…0,15 МПа);
-высокого давления    ( > 0,15 МПа).
Ацетилен в сжатом состоянии (3,5 МПа ) может храниться в 40, 10 и 5-и литровых баллонах (белый цвет окраски ). Так как ацетилен взрыво- и пожароопасен, то необходимы специальные меры хранения его. Ацетилен очень хорошо растворяется в ацетоне( 23:1) и в растворимом состоянии не взрывается при давлении до 1,6 МПа, а при наличии в баллоне пористой массы ( активированный уголь, пемза,…) не взрываются при очень высоких давлениях (свыше 16 МПа). Очень эффективным является использование в баллонах литой пористой массы (ЛПМ). Кроме повышенной взрывоопасности 40-литровые баллоны с массой ЛПМ вбирают до 7,4 кг ацетилена, а с активированным углем –только 5 кг.
По принципу смешивания газов сварочные горелки могут быть: инжекторные и безынжекторные. В инжекторных горелках кислород под давлением 0,2…0,4 МПа через регулировочный вентиль подается в инжектор, через продольные пазы которого подсасывается ацетилен, расход которого также регулируется вентилем. У горелок имеется до 9 сменных наконечников, позволяющих сваривать металлические детали различной толщины. Чем больше номер наконечника, тем больше диаметр проходного сечения горелки и, следовательно, будет больше расход газа, поэтому можно сваривать детали большей толщины. В зависимости от толщины детали выбирается диапазон расхода газа (номер горелки), а в процессе сварки вращением ацетиленового вентиля горелки более точно подбирается оптимальная мощность горения, а вентилем подачи кислорода -необходимый вид пламени ( нейтральное, окислительное или восстановительное). В безынжекторных горелках горючий газ и кислород подаются под одинаковым давлением (0,05…0,1 МПа) в смесительную камеру, выходят из мундштука и сгорают. Эти горелки менее универсальны, сложны в регулировании процесса и используются для сварки очень тонкого материала.
Технология газовой сварки.
Диаметр присадочной проволоки d выбирается в соответствии с толщиной свариваемого металла h :
d = h/2 +1, мм.
Мощность горелки подбирается в зависимости от толщины h свариваемых деталей и теплопроводности k материала. Часовой расход ацетилена А находится по формуле:
А=k h,  л/ч,
где - h толщина детали в мм;
k- коэффициент удельного расхода ацетилена в литрах за времени сварки (час) на единицу толщины детали, л/ ч х мм (k=100…120 л/ ч х мм -стальные детали; k= 110…140 л/ ч х мм -чугунные детали ; k=60…100 л/ ч х мм -алюминиевые детали).
При увеличении толщины свариваемого металла надо обеспечить большую концентрацию тепловой энергии и, следовательно, больший угол наклона горелки (рис. 2. 48 ) к поверхности свариваемой детали.
По часовому расходу газа подбирается (табл 2.1) номер наконечника газовой горелки.
Табл 2.1).
Выбор наконечников газовой горелки.
Номер
горелки
Часовой расход
топлива, л/ч
Номер
горелки
Часовой расход
топлива, л/ч
0
1
2
3
4
20…65
50…125
120…240
230…400
400…700
5
6
7
8
9
660…1100
1700…2800
1700…2800
3100…5000
5000…8000

При h<3 мм используется левая (рис. 2.49) сварка (горелка движется справа налево Ü ). Этот способ используется для тонколистового материала; обеспечивается хороший внешний вид сварного шва, т. к. пламя не препятствует наблюдать за зоной сварки.

При h>5 мм используется правая (рис. 2.49) сварка ( горелка движется слева направо Þ впереди присадочной проволоки). При этой сварке обеспечивается глубокое проплавление и высокая производительность, качественный шов из-за лучшей защиты расплавленного металла пламенем горючего газа и медленного остывания сварного шва, малая величина зоны термического влияния и меньшие деформации изделия  .
Газопрессовая сварка – разновидность газовой сварки. Металл детали нагревают пламенем многосопловой горелки до перехода его в пластическое состояние (1200…1300 °С) и сваривают путем приложения удельной нагрузки 15…25 МПа . Таким образом, можно соединять трубы, рельсы и др.