Газокислородная сварка и родственные процессы
Газокислородная сварка
Реакция окисления органических веществ в кислороде носят экзотермический характер и протекают с выделением значительной тепловой энергии. Ускорение реакции окисления имеет место при повышении давления и температуры кислорода.
До настоящего времени газовая сварка довольно широко применяется при сварке металла малых толщин, при сварке проката из цветных металлов, ремонтной сварки литых изделий из чугуна, бронзы, алюминиевых и магниевых сплавов, пайке твердыми и мягкими припоями, при сварке пластмасс.
Среди горючих газов (углеродводородосодержащие) наиболее применим ацетилен, имеющий температуру горения в кислороде, достигающей 3150°С. Несмотря на то, что ацетилен является универсальным газом, в ряде случаев обработки металлов газовым пламенем он может быть заменен другими более дешевыми горючими. Это в первую очередь относится к тем процессам, где газокислородное пламя используется для подогрева металла до температуры ниже температуры плавления стали (кислородная резка, поверхностная закалка, нагрев для правки, гибки и др.), а также при сварке легкоплавких металлов и пайке.
Строение пламени всех углеводородных смесей с кислородом одинаково и определяется в основном составом, т.е. соотношением горючей смеси (О2 / СхНу). Сварочное пламя состоит из трех зон: ядра, средней зоны (восстановительной зоны) и факела (окислительной зоны). Светящееся ядро имеют горючие газы, состоящие из углеводородов. Водородно-кислородное пламя ядра не образует и имеет светло-желтый оттенок.
Распределение температуры в пламени. Во внутреннем ядре пламени происходит повышение температуры смеси до температуры воспламенения. Перед фронтом пламени (поверхность воспламенения) существует незначительной толщины (≈1 мм) слой смеси, на границе которого наблюдается заметное повышение температуры, обуславливаемое теплопроводностью от фронта пламени. Именно в этом слое температура смеси повышается от начальной до температуры воспламенения. В средней зоне пламени температура резко возрастает до максимальной температуры пламени. В факеле происходит понижение температуры.
Оборудование
Горелки для сварки. Основным назначением горелки является смешение горючего газа с кислородом и образование сварочного пламени требуемой тепловой мощности, размеров и формы.
Газовые сварочные горелки можно классифицировать по ряду общих признаков, например:
Ацетиленовые генераторы. Это аппараты, предназначенные для получения газообразного ацетилена в ходе реакции взаимодействия карбида кальция с водой.
Предохранительные (огнепреградительные) затворы.
Устойчивость горения газокислородной смеси является основой его безопасного применения. Эта устойчивость зависит от граничных условий сгорания смеси при её истечении в атмосферу из отверстия мундштука, которые определяются соотношением между скоростью воспламенения смеси и скоростью её истечения. С уменьшением скорости истечения смеси длина ядра пламени будет уменьшаться, и при равенстве этих дух скоростей длина ядра пламени станет равной нулю. В этом случае поверхность пламени превращается в плоскость, и пламя проскакивает внутрь канала горелки. Данное явление соответствует начальному моменту обратного удара пламени.
Обратным ударом пламени называется проникновение фронта пламени внутрь каналов сопла горелки и распространения его навстречу потоку горючей смеси.
Баллоны для растворённого ацетилена. Безопасное повышение давления ацетилена в баллоне свыше 0,15 Мпа возможно только, когда газ будет располагаться в капиллярах пористого вещества. При этом взрывчатый распад ацетилена не может распространяться на всю массу газа. По этой причине баллоны для хранения и транспортировки ацетилена заполняют пористой массой (например, из березового активированного угля БАУ).
В верхней сферической части баллона должны быть нанесены клеймением следующие данные:
На баллонах для растворенного ацетилена указывают массу тары, т.е. массу баллона без колпака, но с пористой массой и растворителем, башмаком, кольцом и вентилем.
Каждые 5 лет баллоны подвергаются контрольной проверке. Причем, для баллонов для коррозионно-активных газов этот срок сокращен до 2 года.
Баллонные вентили. Кислородные баллонные вентили рассчитываются на максимальное рабочее давление до 20 МПа. Открытие и закрытие кислородного вентиля осуществляется маховиком. Ацетиленовый баллонный вентиль рассчитывается на рабочее давление до 3 МПа. Вентиль пропанового баллона принадлежит к вентилям мембранного типа, рассчитан на рабочее давление до 20 МПа.
Перепускные рампы. Предназначены для централизованной подачи кислорода и горючего газа к постам для газовой сварки и резки от батарей баллонов (в которых может насчитываться до 10 и более баллонов).
Газовые редукторы. Служат для понижения давления газа, поступающего от источника питания (баллона или распределительного трубопровода) и для поддержания постоянного его расхода и давления независимо от изменения этих параметров до редуктора. Редукторы для газопламенной обработки классифицируются:
Обращение с газами и их хранение. Основным условием безопасности газовых систем, находящихся под давлением, является достаточная их прочность и герметичность, которые гарантируется соблюдением режимов эксплуатации и хранения, а также надежностью работы контрольно-измерительной аппаратуры и предохранительных устройств.
Склады для баллонов с взрыво- и пожароопасными газами, а также ацетиленовые станции должны находится в зоне молниезащиты. Складское помещение должно быть разделено несгораемыми стенами на отсеки, в каждом из которых может храниться не более 500 баллонов с горючими газами или до 1000 баллонов с негорючими газами. Хранение баллонов с кислородом и горючими газами в одном помещении не допускается. Склады для хранения баллонов должны быть одноэтажными с покрытиями легкого типа и не иметь чердачных помещений. Стены, перегородки, покрытия должны быть из несгораемых материалов; окна и двери должны открываться наружу. Высота помещений должна быть не менее 3,25 м от пола до нижних выступающих частей кровельного покрытия.
Склады должны иметь соответствующие освещение и вентиляцию. Наполненные баллоны с башмаками хранятся в вертикальном положении. Для предохранения от падения баллоны устанавливаются в специально оборудованные гнезда, клетки или ограждаться барьерами. При хранении баллонов на открытых площадках их укладывают в штабеля с прокладками (веревки, деревянные брусья или резину) между горизонтальными рядами. Высота штабелей до 1,5 м. Вентили баллонов должны быть обращены в одну сторону. Хранить баллоны следует с навернутыми колпаками. Наполненные баллоны следует хранить отдельно от порожних.
На сварочном участке при наличии не более 10 постов допускается для каждого поста иметь по одному запасному баллону с кислородом и ацетиленом. Запасные баллоны должны быть либо ограждены стальными щитами, либо хранится в отдельных пристройках. При наличии на участке более 10 сварочных постов должно быть устроено централизованное снабжение газа.
Перевозка наполненных газом баллонов должна производиться на рессорном транспорте или на автокарах в горизонтальном положении обязательно с прокладками. В летнее время баллоны следует защищать от солнечных лучей. Разрешается перевозка баллонов в специальных контейнерах, а также без контейнеров в вертикальном положении обязательно с прокладками между ними и ограждением от возможного падения.
Цеховые газопроводы, как правило, прокладывают по стенам или колоннам здания. Возможна прокладка в непроходных каналах, засыпаемых песком и перекрываемых съемными несгораемыми плитами. Допускается совместная прокладка кислородопровода и трубопровода с горючими газами, в том числе ацетилена, в одном канале при условии наличия разделительной стенки и засыпки обоих отделений канала песком.
Газопроводы изготовляют из стальных бесшовных труб. Исключение составляют кислородопроводы высокого давления, изготавливаемые из медных или латунных труб.
Трубопроводы подлежат гидравлическому испытанию на прочность и пневматическому испытанию на герметичность. Все цеховые трубопроводы должны иметь опознавательную окраску.
Типы сварных соединений и подготовка кромок под сварку. Наиболее распространенным соединением является стыковое. При толщине листов до 1,5 мм его выполняют с отбортовкой кромок.
Режимы и техника сварки. Режим сварки зависит от теплофизических свойств металла, габаритных размеров и формы изделия и включает в себя: выбор способа сварки, мощности и состава пламени, угла наклона горелки, диаметра присадочного прутка, порядка наложения швов, положения шва в пространстве. Различают левый и правый способ сварки
При левом способе пламя направляют на еще не сваренные кромки металла, а присадочный пруток перемещают перед пламенем, при этом для более полного и равномерного прогрева и перемешивания сварочной ванны горелку и пруток перемещают зигзагообразно. При правом способе сварки пламя направляют на уже сваренную часть шва, а пруток перемещают вслед за ним по спирали. Горелку при этом перемещают прямолинейно.
Правый способ сварки повышает производительность процесса при одновременном снижении удельного расхода газов за счет лучшего использования теплоты пламени, а также снижает коробление металла вследствие большой сосредоточенности нагрева.
Во избежание деформации свариваемых деталей их собирают и прихватывают короткими швами для обеспечения правильного взаимного расположения при сварке.
В процессе формирования сварного шва горелке придают два вида движения: поперечное по отношению к оси шва и поступательное вдоль оси шва. Поперечное движение необходимо для равномерного прогрева кромок свариваемого металла, одновременного их расплавления и равномерного распределения присадочного металла.
Специальные газокислородные процессы
Кислородное копье. Резка кислородным копьем заключается в прожигании в материале отверстия под действием химико-термомеханического воздействия. Воздействие на материал осуществляется стальной трубкой, конец которой нагрет до воспламенения, и через которую под давлением подается кислород.
Газопламенный нагрев применяют для предварительного и сопутствующего подогрева при сварке высокоуглеродистых или высоколегированных сталей и чугунов, медных сплавов.
Предварительный подогрев необходим для уменьшения влияния возникающих термических напряжений в результате локального сварочного нагрева на прочность сталей и чугунов при их сварке, а также для компенсации влияния теплопроводности меди и её сплавов при их сварке.
Как правило, газопламенный нагрев для правки, предварительного и сопутствующего подогрева изделий осуществляют многопламенными горелками. Необходимый горючий газ подбирают в зависимости от необходимой температуры и скорости нагрева.
Горелка для нагрева изделий из черных и цветных металлов
Газопрессовая сварка. При газопрессовой сварке место соединения нагревается пламенем многосопловой горелки до пластического состояния или оплавления, и свариваемые детали сжимаются путем приложения внешнего осевого усилия.
Здоровье и безопасность
При использовании газокислородных процессов выполняются все требования по безопасности, которые предусмотрены правилами обращения с газами, работы в условиях повышенных температур и загазованности производственных помещений.
Для защиты от тепловых, механических и других воздействий применяются индивидуальные средства (теплозащитные одежда, обувь, нарукавники, нагрудники из огнестойкого мягкого материала). Защита органов дыхания осуществляется при помощи приточно-вытяжной вентиляции общего назначения, а также респираторов и противогазов. Для защиты глаз от действия лучистой энергии, а также искр и брызг расплавленного металла применяют специальные очки со светофильтрами или защитными очками с бесцветными стеклами.
Виды газовой сварки
Вопросы, рассмотренные в материале:
Газовая сварка – метод соединения деталей, работающий там, где дуговая сварка пасует. Соединение цветных металлов, тонкостенных труб, получение аккуратных швов – все это об этом методе соединения материалов. Все виды газовой сварки применяются практически везде: от строительства до ремонта автомобилей и в быту.
Однако такой метод обработки металлов требует высокого профессионализма и досконального знания материальной составляющей. Какие газы использовать для сварки того или иного металла, какую горелку выбрать, каким способом варить – обо всем этом вы узнаете из нашей статьи.
Что нужно знать о газовой сварке
Газоплазменная сварка, называемая также газовой, объединяет две металлические детали или листа, расплавляя их края и объединяя основной материал с припоем или добавочным металлом. Расплав достигается созданием области высокой температуры в зоне сварки с помощью сгорания некоторого газа с определенной скоростью. Как газовая резка, так и сварка происходят путем экзотермической реакции расплавленного металла с горящей газовой смесью, подающейся к месту реза (сварки).
Требуемая для соединения температура горения достигается смешиванием кислорода с каким-либо горючим газом. Процесс соединения газов происходит внутри газового смесителя, куда они поступают из разных источников. На выходе из смесителя происходит искусственный поджог газа. В соответствии с технологией сварки газом, объем подачи каждого из компонентов смеси регулируется отдельно. Благодаря этому создаются наилучшие условия для резки и соединения металлов. Данный принцип характерен для любого газопламенного аппарата.
Посредством аппарата газовой сварки можно:
Благодаря множеству преимуществ, сварка газом применяется в различных отраслях хозяйства: промышленном производстве, строительстве, ЖКХ, ремонте автотранспорта, для бытовых целей в городских квартирах, на дачах и в домах. Газосварка может соединить практически все виды металлов. Сфера ее применения обширна: слияние частей сложных конструкций, деталей из цветного металла, тонкостенных труб и пр. А если правильно выбрать припой и подобрать условия, то можно сварить чугун и напаять на него латунь. Газовая резка и сварка позволяют получать изделия высокого качества.
VT-metall предлагает услуги:
Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы
Процесс пайки происходит методом нагрева заготовок с одновременным расплавлением припоя с флюсом. На расплавленных стыках заготовок идет процесс взаимного проникновения (диффузии) металлов и припоя. Шов при этом получается ровный и красивый, в дальнейшем он может быть дополнительно обработан.
Рекомендовано к прочтению
Метод наплавки используется для покрытия одной металлической заготовки иным по типу или структуре металлом. Поверхность основной заготовки нагревается до температуры запотевания. Данный метод позволяет ремонтировать и восстанавливать детали, наплавлять другой материал с лучшими прочностными характеристиками, увеличивать размеры изделия. Использование наплавки понижает стоимость ремонта, уменьшает количество используемого дорогого материала и продлевает срок службы.
Основные виды газовой сварки
Особенности соединяемых металлов и их сплавов, форма заготовок, направление сварки газом и прочие факторы оказывают значительное влияние на ее технику.
Газовая сварка разработана для соединения чугуна, а также цветных металлов, поскольку, в отличие от дуговой, она выполняется быстрее и качественнее. Единственным исключением является легированная сталь. Причина – низкий коэффициент теплопередачи этого сплава, из-за которого заготовки значительно деформируются.
К настоящему времени разработаны разнообразные виды газовой сварки. Это «левая» и «правая», а также ванночками, многослойная и газовая сварка валиком.
При «правом» виде сопло сварочного аппарата ведется слева направо. Подача присадки осуществляется после прохождения соплом свариваемого участка. Пламя из сопла плавит присадку. Температура, при которой она расплавляется, как правило, меньше температуры плавления заготовки. Потому растопленная присадка ровно покрывает шов сверху.
«Левый» вид газовой сварки называют основным. При его использовании идет обратный процесс – справа налево, при этом подача присадки происходит спереди. Данный вид считается более простым, однако используется исключительно для листового тонкого металла. Помимо всего, он еще и менее экономичный, поскольку расход газовой смеси и присадки выше.
Вид соединения валиком применяют для листов металла и считают более трудоемким. Формой шов напоминает валик, откуда и пошло название. Имеет высокое качество – без шлаков, воздушных лакун и пор.
Ванная сварка – значительно более сложный вид газового соединения, требующий особого умения и навыков. Заключается он в спиральной укладке присадки в сварной шов, когда на проволоку воздействует пламя разной температуры, проходя через нее. Витки спирали немного перекрывают друг друга. Применяется для газовой сварки низкоуглеродистой листовой стали.
Многослойный вид газовой сварки считается сложнейшим из известных. Принцип его действия заключается в наплавке верхнего слоя на нижний с полным прогревом всех нижних слоев. Для получения качественного шва необходимо постоянно отслеживать положение стыков швов, они не должны находиться друг под другом.
Для каждого из описанных выше типов газовой сварки характерны свои виды швов.
Все указанные виды газовой сварки металла могут проходить с использованием флюса, который зависит от соединяемого металла. Флюс необходим для создания защиты сварного шва от снижающих его качество окислов.
Какие виды газов используются для газовой сварки
При газовой сварке используют различные виды газов: кислород, ацетилен, бензол, пропан, МАФ, бутан, керосин, углекислота, коксовый газ и пр. Чаще всего применяется ацетилен, поскольку температура его горения вместе с кислородом составляет +3 000 °С.
1. Ацетилен.
С2Н2 – такова формула чистого ацетилена. Этот вид газа не имеет цвета, пахнет чесноком, после вдыхания во рту появляется сладковатый вкус. Ацетилен чуть легче воздуха и считается опасным для человека.
Процесс приготовления данного вида газа прост: надо только смешать воду с карбидом кальция в нужных пропорциях. Поэтому его можно сделать на месте сварки, а можно привезти уже готовый, в баллонах. Карбид кальций является кристаллическим веществом, достаточно твердым, изготавливаемым посредством плавки при +1 900… +2300 °С кокса и извести.
Баллонный ацетилен выгодно использовать при небольших объемах работ. Для серийного производства эффективнее применять ацетиленовые генераторы. Основными достоинствами данного вида газа является чрезвычайно высокая температура горения, легкость его получения и удобство регулировки. Недостатками считается высокая стоимость и взрывоопасность.
2. Заменители ацетилена.
Заменителями С2Н2 для газовой сварки являются водород, пропан, коксовый газ, керосин, смесь пропана с бутаном и бензин. Эти виды, как и ацетилен, способны поддерживать высокую температуру в месте газовой сварки. Но, несмотря на повышенный расход кислорода, температура пламени все равно не достигает таких же параметров, как при горении ацетилена. Именно поэтому они применяются в основном для газовой сварки металлических конструкций из легкоплавких и цветных металлов. Для соединения стали они не подходят.
3. Кислород.
О2 выступает неким ускорителем горения, применяемым в процессе работы вместе с избранным газом. Максимальная температура горения достигается использованием чистого кислорода, что значительно повышает качество шва. При газовой сварки можно использовать все три сорта чистоты кислорода: 99,2 %, 99,5 %, 99,7 %. При этом отмечается прямая зависимость скорости работы и нормы расхода кислорода от его чистоты.
Кислород в виде газа не имеет вкуса и запаха, прозрачен и бесцветен, а также он тяжелее, чем воздух. Его получают: из воды – электролизом, из воздуха – путем глубокого охлаждения. После изготовления в газообразном состоянии кислород хранится в баллонах, в жидком – в танках. В процессе сварки необходимо внимательно контролировать количество поступающего кислорода, поскольку его переизбыток ведет к окислению шва.
4. Углекислый газ.
СО2 обладает сильной окислительной способностью и специфическим запахом. Воздух в 1,5 раза легче углекислоты, но она прекрасно растворима в водной среде. Для работ с чугуном, коррозийными сталями, углеродистыми сплавами и металлами, а также с низколегированными соединениями применяют три типа углекислоты.
5. Защитные элементы.
Для защиты сварной ванны от воздействия воздуха применяют инертные газы. Их преимуществами являются отсутствие цвета, запаха, влияния на металл и нерастворимость в нем.
Для улучшения процесса соединения металлов, а также качества шва применяются различные сварочные газовые смеси. Например, аргон и кислород, аргон и углекислота, а возможны смеси аргона, кислорода и углекислоты, а также гелия и аргона.
Какие виды газовых горелок применяются для сварки
Газовая горелка – важный и достаточно сложный элемент сварочного оборудования, хотя на первый взгляд таковым не является. Она необходима для получения факела, которое воздействует на металл, и помогает регулировать объем и мощность пламени в определенных границах.
Конструкции газовых горелок делятся на:
По виду используемого газа они подразделяются на:
По способу обработки делятся на:
1. Инжекторный и безынжекторный виды горелок для сварки с помощью газа.
Необходимость поддержания требуемого уровня давления подаваемого газа привела к снабжению горелки струйным насосом. Высокое давление газа не требует включения насоса, поскольку горючее подается с уже необходимым уровнем. Но если газ находится в баллонах под низким давлением, то его расход увеличивается. В таком случае давление искусственно увеличивают. Именно тогда применяется подача при помощи инжектора – принудительно. Затем в сварочной камере горелки происходит смешивание кислорода с иными газами до получения требуемой смеси, которая и создает факел.
Более простыми являются горелки, в которых нет инжектора. Газы (кислород и горючее) для факела поступают в смеситель посредством системы подачи. В нее входят: шланги, вентили и ниппели. Однородной смесь для качественного пламени становится уже в смесителе.
Она проходит по трубке наконечника и подается на мундштук, затем ее поджигают, образуя необходимое для работы пламя. Следует тщательно следить за параметрами давления подачи смеси из мундштука – таким образом можно регулировать процесс горения. Скорость, с которой смесь ацетилена и кислородом вырывается из мундштука, может равняться 70–160 м/сек. Если она будет недостаточной, то смесь, попадая внутрь горелки, взрывается в ней. Если слишком высокой – факел отрывается от горелки и тухнет.
2. Работа горелки низкого давления.
Система подачи (ниппель и регулировочный кран) поставляет кислород высокого давления (4 атм) в горелку. Газ проходит на высокой скорости через инжектор. В камере струйного насоса кислород своей струей создает пониженное давление (ниже атмосферного), благодаря чему в нее поступает горючий газ. Он проходит через ниппель и вентиль, а потом и инжектор, смешивается с кислородом в смесительной камере. Затем с необходимой для работы скоростью подается на мундштук.
В процессе работы расход кислорода неизменен, поскольку не подвержен внешним факторам. Чего не скажешь об ацетилене, на который влияют колебание давление, нагрев мундштука, возрастание сопротивления. Что приводит к повышенному его расходу.
3. Другие виды горелок.
Газовые горелки, функционирующие на жидком топливе, например, керосине, бензине, применяются в ряде отраслей промышленного производства. Принцип работы данного вида горелок заключается в распылении смеси кислорода и керосина и последующего испарения мелких капелек горючего нагревом мундштука.
Для эксплуатации этого вида горелок в безаварийном режиме необходимо соблюдать следующие требования безопасности:
Чаще всего для проведения газовой и плазменной сварок применяется ацетилено-кислородная смесь. В качестве ее замены может быть использован пропан. Однако такой вид работ достаточно сложен и не под силу новичку, так как требует вдумчивой предварительной подготовки, что, несомненно, скажется на качестве шва и облегчит работу.
Почему следует обращаться именно к нам
Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.
Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:
При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.
Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.
Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.
Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.
Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.
