Газовая сварка

Сущность процесса газовой сварки заключается  в том, что свариваемый и присадочный материалы  расплавляются в пламени, получающемся при сгорании какого-либо горючего газа в смеси с кислородом, обычно применяют ацетилен. По сравнению  с электродуговой сваркой  газовая сварка процесс малопроизводительный.  Газовую сварку применяют при изготовлении  тонких стальных  изделий толщиной до 5 мм, сварке цветных металлов  и их сплавов , исправлении дефектов в чугунных и бронзовых  отливках, а также различных ремонтных работах.

  Газы

Кислород  применяют трех сортов: газообразный технический первого сорта с чистотой 99,7%; второго сорта с чистотой 99,5%; третьего сорта с чистотой 99,2 %. Примеси аргона и азота в техническом  кислороде составляют 0,3-0,8%. Кислород при нормальной температуре представляет собой  газ без цвета и запаха.  Температура сжижения кислорода  при нормальном атмосферном давлении -182,96ᴼС, при-218,4ᴼС жидкий кислород переходит  в твердое состояние. При сгорании горючих газов в смеси  с кислородом температура  пламени значительно  повышается по сравнению с температурой  пламени, получающейся  при сгорании этих газов в смеси с воздухом. При нормальном атмосферном давлении и температуре 20ᴼС масса 1 м3  газообразного кислорода 1,33 кг. Из 1 л жидкого кислорода при испарении получается 790 л газообразного.  Жидкий кислород транспортируют в специальных теплоизолированных сосудах – танках, газообразный в стальных баллонах под давлением  15Мпа.  При соприкосновении с маслами кислород взрывается.

 Ацетилен представляет собой химическое соединение химическое соединение  углерода с  водородом (химическая формула С2Н2). Температура пламени  при сгорании в смеси с кислородом до 3200ᴼС.  При нормальном  атмосферном давлении и температуре 20ᴼС масса 1м3  ацетилена  1,091 кг. При температуре от -82,4ᴼС до -83,6ᴼС ацетилен превращается в жидкость, при понижении температуры до -85ᴼС переходит в твердое состояние. В жидком и твердом состояниях  ацетилен очень взрывоопасен  и взрывается от трения или удара. При нагревании до 200-300ᴼС ацетилен превращается в бензол. В газообразном состоянии ацетилен взрывоопасен  при одновременном повышении давления до 0,2 Мпа и температуры до 450-500ᴼС, а также в смеси с кислородом  или воздухом.  Ацетилено-кислородная смесь  взрывоопасна при наличии в ней  2,8-93% ацетилена по объему. Транспортируют ацетилен в стальных баллонах  под давлением 1,9 Мпа.

Получают ацетилен из карбида кальция путем воздействия на него водой. При реакции с водой 1 кг  карбида кальция дает 230-280 л газообразного ацетилена. В результате реакции  получают газообразный ацетилен С2Н2 и гашеную известь  Са (ОН)2.

СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са(ОН)2 .

Карбид кальция получают сплавлением извести  и кокса в  электрических печах при температуре 1900-2300  ᴼС. Карбид кальция  транспортируют в специальных стальных  герметически закрытых  барабанах. Масса барабанов с карбидом кальция  может быть  50 – 130 кг.  Кроме ацетилена, применяют и другие  горючие газы, свойства которых приведены в таблице.

ГазТемпература нормального пламени при сгорании в смеси с кислородом , ᴼСПрименение
Ацетилен3200Сварка всех металлов, резка, пайка и поверхностная закалка
Водород2100Сварка сталей толщиной до 2 мм, чугуна, алюминия и его сплавов, резка
Коксовый2200Пайка и сварка легкоплавких цветных металлов, резка
Нефтяной2300Сварка деталей толщиной до 2 мм, чугуна, цветных металлов и их сплавов, пайка, резка
Пиролизный2200-2300Пайка, резка, поверхностная закалка
Природный (метан)1850Сварка легкоплавких металлов, пайка, резка
Пары керосина2500Пайка, резка, поверхностная закалка
Пропан-бутановая смесь2050Сварка и пайка чугуна и цветных металлов, резка и поверхностная закалка

 

Оборудование для газовой сварки

Ацетиленовые генераторы представляют собой аппараты, предназначенные для получения ацетилена  из карбида кальция. Ацетиленовые генераторы различают по производительности, способу устройства и системе регулирования взаимодействия  карбида кальция  с водой.

По производительности генераторы бывают на0,5;0,75;1,25;2,5;3,5;5;10;20;40;80;160; и 320 м3 /ч ацетилена. Генераторы делятся на передвижные и стационарные. Передвижные генераторы изготавливают  производительностью до3 м3/ч, а с большей производительностью – стационарные. По системе регулирования взаимодействия карбида кальция с водой  различают генераторы системы «карбид в воду»,  «вода на карбид»,  «вытеснения», комбинированные –«вода на карбид и вытеснения», «сухие».  В генераторах «карбид в воду» в постоянный объем  воды подают  карбид кальция. Количество образующегося газа регулируют количеством карбида кальция, подаваемого в воду.  У генераторов «вода  на карбид» в специальное загрузочное устройство , куда засыпая карбид, периодически подают воду.  Количество образующегося газа  регулируют количеством подаваемой воды.  В генераторах  «вытеснения» вода и карбид кальция периодически  соприкасаются.  Эти  генераторы также называют  «контактными». Количество  образующегося газа  регулируют изменением количества карбида, соприкасающегося с водой, или изменением количества воды, соприкасающейся  с карбидом кальция.   Комбинированные генераторы представляют собой  совмещение двух систем, например «вода на карбид» и  «вытеснения». В «сухих» генераторах при получении  ацетилена дозируются и вода и карбид, при этом получается сухая гашеная известь.

Генераторы бывают низкого (0,01 Мпа),  среднего (0,01 – 0,15 Мпа) и высокого (более 0,15 МПА) давления.

Основные технические сведения об ацетиленовых генераторах,  применяемых в промышленности, приведены в таблице.

МаркаПринцып действияПроизводительность, м3Рабочее давление ацетилена, МПаЕдиновременная загрузка карбида кальция, кгМасса генератора без воды и карбида кальция, кг
ГВД-0,8

 

МГВ-0,8

АСМ-1-66

 

Контактный, вытеснением

 

0,8

 

 

0,007-0,03

 

0,008-0,03

219,5

 

19

ГНВ-1,25;

АНВ-1-66

АНД-1-61

ГВР-1,25М;

МЧ

ГВР-3

Комбинированный «вода на карбид и вытеснение»1,25

2,0

2,0

1,25

 

3

0,0025-0,003

 

0,0028-0,005

0,008-0,015

 

0,015-0,03

4

 

7

4

 

8

42

 

62

54

 

110

МГ-65«вода на карбид»20,0011565
ГПР-65

ГРК-10

«карбид на воду»35

10

0,09-0,12

0,07

150

25

750

520

 

Схема действия и работы передвижного генератора  низкого давления марки ГНВ-1,25 показана на рисунке.

ацетиленовый генератор низкого давления

Корпус 1 генератора разделен на две части перегородкой 2.  В корпусе генератора помещают реторту 6, которая сообщается с нижней частью корпуса посредством крана 4 и резинового рукава 5. На корпусе генератора крепят водяной затвор 9,  который соединяют посредством  крана 11, резинового рукава 12 и трубки 13 с газовой полостью  генератора. Перед началом работы в генератор заливают воду при закрытом кране 4 и открытом кране 11.  Водяной затвор через воронку 10 заполняют водой до уровня  контрольного крана  8. Корзинку 7 загружают карбидом кальция  и вставляют в реторту 6, плотно закрывающуюся крышкой.  После этого генератор готов  к действию.  При открывании крана 4 вода по рукаву 5 поступает  в реторту.  Образующийся при реакции карбида кальция с водой  ацетилен поступает  из реторты 6 по трубке 3 в  нижнюю часть  генератора.   При этом ацетилен вытесняет воду  из нижней части  корпуса генератора в верхнюю. Вода поступает в реторту, пока уровень воды в генераторе не понизится до уровня  крана 4. При дальнейшем поступлении ацетилена из реторты в газосборник  давление в генераторе и реторте будет повышаться , но более медленно, так как вода из из реторты вытесняется в конусообразный сосуд 14, открытый сверху. Это несколько замедляет  дальнейшее разложение карбида кальция и уменьшает выделение ацетилена. Поступает ацетилен из генератора к горелке или резаку через трубку 13, рукав 12 и водяной затвор 9 . По мере отбора газа  давление в генераторе падает. При этом вода из конусообразного сосуда вновь поступает в реторту интенсивность разложения карбида увеличивается  и, следовательно, увеличивается образование ацетилена. Генератор работает автоматически в зависимости от расхода  газа.

 Водяные затворы

Для предохранения от взрывов ацетиленовых генераторов, а также газопроводов при централизованном  снабжении горючим газом газосварочных постов в случае  возникновения  обратных ударов  применяют специальные предохранительные устройства  — водяные затворы.  Обратным ударом называют внезапное загорание горючей смеси  внутри  газосварочной горелки или резака, распространяющееся затем по шлангам к  ацетиленовому генератору. Водяные затворы ставят только  перед генераторами  или перед  газопроводами. Перед ацетиленовыми баллонами  водяные затворы не ставят.

Схема устройства водяного затвора  и его работы при обратном ударе  показана на рисунке.

схема работы водяного затвора ацетиленового генератора

 В цилиндрический корпус 1  водяного затвора вварены газоподводящая трубка 2 и предохранительная трубка 3 .  верхняя часть предохранительной трубки  заканчивается воронкой 4, снабженной отбойником 5.  Газоподводящая  трубка  опускается  в корпус водяного затвора ниже, чем предохранительная.  В верхней части водяного затвора  имеется газоотводящая трубка 6 , по которой ацетилен из  водяного затвора поступает в рукав  и подводится к газосварочной горелке или резаку.  Ниже газоотводящей трубки расположен  контрольный кран 7 .  Перед началом работы в затвор заливают воду  до уровня контрольного  крана рис а.

При работе ацетилен проходит  из генератора  по  газоподводящей  трубке, попадает в воду, находящуюся  в водяном затворе, и изводы поступает в верхнюю часть затвора рис б. Скапливаясь в верхней части затвора, ацетилен подается  по газоотводящей трубе к горелке или резаку.

В случае возникновения обратного удара  пламя по шлангу доходит до  газоотводящей трубки, а затем  проникает внутрь  водяного затвора. При попадании пламени в водяной затвор  ацетилен в верхней части воспламеняется.  Воспламенившийся ацетилен давит на воду, которая уходит в газоподводящую трубку и  закрывает тем самым  доступ пламени к генератору  рис в.  Ввиду того, что уровень воды  становится ниже нижнего конца  предохранительной трубки, продукты горения из затвора выбрасываются  наружу через  предохранительную трубку и воронку.  При этом отбойник  предотвращает выплескивание воды  из затвора.  После ликвидации обратного удара  давление в затворе понижается и вода из газоподводящей трубки  опускается в корпус затвора.  При понижении давления в водяной затвор  через предохранительную трубку  засасывается воздух рис г

Выше описан принцип действия водяного затвора низкого давления.  Принцип действия водяного затвора  среднего давления  несколько иной.В этих затворах при воспламенении ацетилена вода  давит на специальный клапан, который закрывает газоподводящую  трубку,  по которой ацетилен из генератора  поступает в затвор.

  Баллоны  предназначены для хранения  и транспортирования кислорода, ацетилена и других газов. Они представляют собой  стальные сосуды, имеющие в нижней части башмак, в верхней горловину со специальными вентилями. Конструкция вентилей кислородных и ацетиленовых баллонов различна , что исключает  ошибочную установку кислородного редуктора на ацетиленовый баллон  и наоборот. На верхней сферической части баллонов выбивают их паспортные  данные.  К паспортным данным  относят: тип баллона,  заводской номер баллона, марку завода – изготовителя, массу,  емкость, рабочее и испытательное давление, дату изготовления, дату следующего испытания , клеймо ОТК и клеймо инспекции Госгортехнадзора.

Редукторы предназначены для понижения давления газа, отбираемого из баллона,  до рабочего давления, подаваемого в 8горелку или резак. Редукторы могут быть однокамерные  или двухкамерные,  постовые, рамповые и сетевые. Из постовых редукторов большое распространение получили  кислородные редукторы  РК-53, РК-53БМ, КБО -60, КБД-60 и  ацетиленовые редукторы  РА-55, РД-2АМ, АБО-5,АБД-5.  Для пропан – бутана применяют редукторы  РД-1БМ, ДПП-1-65, ПБО-5.   Принцип действия и устройство редуктора показан на рис .

редуктор ацетиленового генератора

 Газ из баллона поступает в камеру высокого  давления 1, затем проходит через зазор между клапаном 2 и седлом клапана  в камеру низкого давления 5. При этом в камеру низкого давления подается небольшой объем газа, который расширяется  в ней, и давление газа понижается.  Необходимое давление газа в камере  низкого давления регулируют изменением зазора между  клапаном 2 и седлом клапана. Этот зазор может изменяться  с помощью  регулировочного винта 7. При вывертывании винта сжимаются пружины 6 и 4, клапан 2 поднимается и количество газа, попадающего в камеру низкого давления 5, увеличивается; при вывертывании винта количество газа  уменьшается.  По мере отбора газа из баллона давление в баллоне падает,  однако несмотря на это, редуктор поддерживает  рабочее давление постоянным. Например, если отбор газа из редуктора  уменьшается, то  в камере 5 давление  повышается, при этом газ сильнее давит  на мембрану 8, которая давит на пружину 6, а пружина 4 прижимает клапан 2 к седлу. Следовательно, из камеры 1 в камеру 5 будет  поступать меньшее количество газа. Если же отбор газа из редуктора  увеличивается,  то давление в камере 5 падает. При этом пружина 6 через мембрану 8 и толкатель 3 сильнее давит на клапан 2 и больше приоткрывает его, в результате чего подача газа из камеры высокого давления  1 в камеру  низкого давления  5  увеличивается.  Таким образом, редуктор автоматически поддерживает  постоянным  установленное рабочее давление независимо от уменьшения давления  в баллоне и уменьшения или увеличения отбора  газа из редуктора.

Рукава (шланги). Для подвода газа к горелкам  или резакам применяют  специальные рукава, изготовленные из вулканизированной резины с одной или двумя тканевыми прокладками.  Шланги рассчитаны для работы  при температуре окружающего воздуха  от + 50 до — 33ᴼС. Для работы при более низких температурах применяют специальные шланги из морозоустойчивой резины, выдерживающей  температуру до — 65 ᴼС.

В зависимости от назначения и условий  работы шланги бывают трех видов:

L-  Для подачи ацетилена, городского газа и других горючих газов при рабочем давлении  не более 06 Мпа;

Ll – для подачи жидких горючих –керосина и бензина при рабочем давлении не более 0,6 Мпа;

lll – для подачи кислорода при рабочем давлении не более 1,5 Мпа.

 

 

Испытательное давление для шлангов  типов l и ll – 0,75 Мпа, а для типа lll – 1,875 МПА. У шлангов типов l и ll запас прочности должен быть не менее, чем трехкратный по отношению  к рабочему давлению.

Шланги выпускают с внутренними  диаметрами 8,9,13  и 16 мм.

Шланги с внутренним диаметром 6 мм  применяют для горелок  малой мощности типа  ГСМ-55 и «Звездочка».  Для горелок и резаков нормальной и большой мощности применяют шланги с внутренним диаметром 9, 12 и 16 мм.

По всей длине на шланги несмываемой краской наносится сплошная полоса. На шлангах для горючих газов  полоса красного цвета, для жидких горючих – желтого цвета, на щлангах для кислоllрода – голубого цвета.

Длина шлангов для газосварочных постов  должна быть 8-20 м а в крайних случаях до 50 м, так как при  длине более 20 м  возрастает потеря давления в шлангах.  При эксплуатации  поверхность шлангов  должна  предохраняться от проколов  и повреждений.  Проколы в шлангах могут вызвать  не только утечку газа, но и взрыв.  В случае разрыва шланга  или  его загорания  необходимо немедленно погасить пламя  горелки или резака, а затем закрыть  вентили баллонов.

Крепят шланги к горелкам,  резакам и редукторам  с помощью специальных хомутиков .

Горелки являются основным рабочим инструментом  при ведении сварочных работ.  Горелки производят безинжекторные и инжекторные, больше распространены горелки инжекторного типа см. рис .

горелка

 Горелка состоит из ацетиленового ниппеля1,  кислородного ниппеля 2, рукоятки 3, вентиля для ацетилена 4, вентиля для кислорода 5, корпуса 6,  гайки 7,  смесительной камеры 8, наконечника 9, мундштуком 10.  Кислород и ацетилен подводят к горелкам  по шлангам, которые надевают на кислородный и ацетиленовый ниппели.  Подачу газов регулируют кислородным или ацетиленовым вентилями. Внутри корпуса горелки находится инжектор ll, через центральное отверстие которого в смесительную  камеру  поступает кислород с  под избыточным  давлением  0,1-0,4 Мпа.  Ацетилен в смесительную камеру  поступает с наружной части  инжектора за счет подсоса, который создает быстро истекающий  из инжектора кислород.  В смесительной камере кислород и ацетилен перемешиваются, и из мундштука  истекает горючая смесь,  которую на выходе поджигают.

 

Технология газовой сварки

Для получения хорошего качества шва при газовой сварке необходимо  правильно выбрать  присадочный металл, мощность горелки, номер наконечника и отрегулировать  сварочное пламя. Присадочный металл выбирают в зависимости  от  химического состава свариваемого металла. Мощность горелки номер наконечника выбирают  по толщине свариваемого металла. Обычно на наконечниках указывают  толщину свариваемого металла,  для которой предназначен данный наконечник.  Большое влияние на качество сварного шва оказывает газосварочное пламя.  В зависимости от соотношения кислорода и ацетилена в горючей смеси сварочное пламя может быть  нормальным,  окислительным  и науглероживающим.

Нормальное и восстановительное пламя получается при  соотношении ацетилена к кислороду  от  1:1  до  1:1,3 . В большинстве случаев при сварке применяют нормальное пламя,  которое способствует  раскислению  металла сварочной ванны  и получению  качественного сварного шва.  Окислительным называют пламя, в котором имеется избыток кислорода.  Такое пламя сильно окисляет металл сварочной ванны,  способствует получению пористости и низкого качества  сварочного шва.  Пламя с избытком ацетилена  имеет желтый цвет и удлиненный  коптящий факел. Оно науглероживает металл сварочной ванны. Нормальное  ацетилено-кислородное  сварочное пламя см. рис

схема пламени ацетиленовой горелки

делится на три резко выраженные зоны 6 ядро, восстановительную  зону и факел. Ядро имеет форму  закругленного ярко светящегося  конуса.  Оно состоит из раскаленных частиц  углерода,  которые сгорают, выходя на наружную часть ядра . Расстояние от конца мундштука  до конца ядра     (длина ядра) зависит от скорости  истечения горючей смеси из горелки.

Восстановительная зона  состоит в основном  из окиси углерода  ми водорода, получающегося  в результате сгорания ацетилена:

С2Н2 + О2 = 2СО + Н2.

Эта зона по сравнению с ядром  имеет более темный цвет. Максимальная температура пламени находится в восстановительной зоне  на расстоянии  2-3 мм от ядра, поэтому этой частью пламени  и производят расплавление свариваемого металла.

Факел располагается за восстановительной зоной и имеет удлиненную конусообразную форму.  Состоит факел из углекислого газа  и паров воды, которые получаются в результате сгорания окиси углерода и водорода, поступающих из восстановительной зоны.  Горение окиси углерода и водорода  происходит за счет окружающего  атмосферного воздуха.

2СО + Н2 + 1.5О2 = 2СО2 + Н2О.

В объеме факела имеется азот, попадающий  из окружающего воздуха.  Для различной толщины свариваемого металла  применяют различную мощность  сварочного пламени, которая характеризуется часовым расходом ацетилена в литрах, приходящимся на 1 мм  толщины свариваемого металла.

В процессе сварки пламя не только  расплавляет  металл, но и защищает расплавленную ванну от вредного  влияния кислорода и азота атмосферного воздуха.  Поэтому при сварке необходимо,  чтобы расплавленный основной металл и конец присадочного  металла находились  все время в восстановительной зоне пламени.  Изменением угла наклона мундштука горелки  к поверхности свариваемого металла  можно изменить интенсивность расплавления  свариваемого металла.  Наиболее интенсивно металл расплавляется  при перпендикулярном расположении  мундштука к поверхности  металла.  При сварке очень тонких  и особенно  легкоплавких металлов  мундштук располагается почти параллельно  поверхности свариваемого  металла.

При необходимости горелка может передвигаться  по направлению  сварки, прямолинейно или с поперечными и круговыми движениями. При сварке тонколистового металла и соединений  с отбортовкой  кромок горелку  передвигают прямолинейно  без поперечных колебаний.

При выполнении сварного шва горелку  можно передвигать  справа налево  и слева направо.  При сварке справа налево  впереди передвигают  присадочный металл, а мундштук  горелки  и сварочное пламя сзади.

При сварке слева направо  мундштук  горелки  и сварочное пламя  перемещают впереди, за ними – присадочный  металл.  Применение того или иного способа  сварки  в большей степени зависит  от  практического навыка газосварщика.

Газовую сварку можно производить  в различных пространственных  положениях: нижнем, вертикальном, горизонтальном и потолочном.