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.