Процес газового зварювання

Газова, або газоплавільная зварювання відноситься до групи способів зварювання плавленням і займає найважливіше місце в цій групі, поступаючись по практичному значенню лише дугового електрозварювання. Для здійснення процесу зварювання можливе застосування різних горючих, відповідно до чого можна розрізняти зварювання воднево-кисневу, бензино-кисневу і т. Д. Переважне значення має ацетилено-киснева зварювання; інші види горючих мають обмежене застосування. Істотне технологічна відмінність газового зварювання від дугового зварювання - більш плавний і повільний нагрів металу.

Це основна відмінність зварювального газового полум'я від зварювальної дуги є в одних випадках недоліком, в інших - перевагою газового полум'я та визначає наступні основні області його застосування для зварювання:

1) сталей малої товщини, 02-5 мм;

2) кольорових металів;

3) металів, які потребують при зварюванні поступового м'якого нагрівання й уповільненого охолодження, наприклад багатьох інструментальних сталей;

4) металів, які потребують підігріву при зварюванні, наприклад чавуну і деяких сортів спеціальних сталей;

5) для твердої пайки;

6) для деяких видів наплавочних робіт.

Завдяки універсальності, порівняльної простоті і портативності необхідного обладнання газове зварювання вельми доцільна для багатьох видів ремонтних робіт. Порівняно повільне нагрівання металу газовим полум'ям швидко знижує продуктивність газового зварювання зі збільшенням товщини металу, і при товщині стали вище 8-10 мм газове зварювання зазвичай економічно невигідна, хоча технічно ще можливе зварювання сталі товщиною 30-40 мм. При уповільненому нагріванні розігрівається великий обсяг основного металу, прилеглого до зварювальної ванні, що, в свою чергу, викликає значні деформації (викривлення) виробів, що зварюються. Це важлива обставина робить газове зварювання технічно недоцільною, не кажучи вже про економічну невигідність для таких, наприклад, об'єктів, як будівельні металоконструкції, мости, вагони, корпуси суден, станини великих машин і т. П. Уповільнений нагрів також викликає тривале перебування металу в зоні високих температур, що тягне за собою перегрів, укрупнення зерна і деяке зниження механічних властивостей металів.

Значні деформації металу, що виникають при газовому зварюванні, обмежують можливості вибору раціональних форм зварних з'єднань. З різноманітних форм зварних з'єднань, виконуваних дуговим зварюванням, при газовому зварюванні користуються, як правило, лише найпростішим стикових з'єднанням. Кутові шви і з'єднання нахлесточного і таврові при газовому зварюванні використовуються лише у випадках необхідності через труднощів, створюваних значними деформаціями металу, властивими газовому зварюванні. Застосовуються стикові з'єднання як без скосу кромок, без відбортовки і з відбортовкою кромок (особливо зручне сполучення для газового зварювання), так і з одно- і двостороннім скосом кромок.

Кваліфіковані зварники можуть користуватися і більш потужними пальниками, збільшуючи швидкість просування полум'я вздовж шва і підвищуючи продуктивність зварювання.

Пальник зазвичай регулюють для роботи на нормальному полум'я. Тепловий вплив полум'я на метал залежить не тільки від потужності полум'я, але і від кута нахилу осі полум'я до поверхні металу. Найбільш інтенсивно діє полум'я, коли його вісь нормальна до поверхні металу. Зі зменшенням кута нахилу теплову дію полум'я слабшає і розподіляється по більшій площі. Таким чином, крім підбору відповідного розміру пальника, зварювальник може плавно регулювати теплову дію полум'я метал, робити полум'я більш м'яким або жорстким, змінюючи кут нахилу полум'я до поверхні виробу. Зі збільшенням товщини металу прийнято збільшувати кут нахилу полум'я і зменшувати його зі зменшенням товщини металу. У процесі зварювання пальнику повідомляють коливальні рухи, і кінець мундштука описує зигзагоподібний шлях, аналогічний шляху, яку проходить кінцем металевого електрода при дугового зварювання. Пальник зварювальник тримає в правій руці, якщо ж потрібно додавання присадочного металу, то зварник тримає присадний пруток в лівій руці. Присадний пруток розташовується під кутом 45 ° до поверхні металу, причому кінець його повинен бути занурений у ванну розплавленого металу. Кінця прутка повідомляють зиґзаґоподібні коливальні рухи в напрямку, протилежному рухам пальника, таким чином, що пруток і мундштук пальника рухаються завжди назустріч один одному.



Мал. 1. Форма з'єднань, що застосовуються при газовому зварюванні



Мал. 2. Застосовувані кути нахилу пальника в залежності від товщини металу

Газове зварювання може проводитися в нижньому, вертикальному і стельовому положеннях. Існує два способи виконання газового зварювання, так звані лівий і правий способи.

При зазвичай застосовується лівому способі зварювання попереду переміщається присадний пруток, за ним слід пальник. Зварений шов залишається позаду пальника, полум'я направлено вперед, на основний метал. Найбільш зручно для зварника в цьому випадку переміщати пальник уздовж шва справа наліво.

При правому способі зварювання попереду переміщається пальник, за нею йде присадний пруток, розташований між швом і пальником. Шов розташований попереду пальника, вважаючи за направленням полум'я, полум'я направлено назад, на зварений шов. При правому способі пальник зазвичай переміщається зліва направо.

Правий спосіб дає кращий к. П. Д. Використання тепла полум'я, а тому підвищує продуктивність зварювання і відповідно знижує на 15-20% питома витрата газів. Незважаючи на зазначене перевагу, правий спосіб застосовується досить рідко; це пояснюється тим, що перевага даного способу помітно проявляється лише при зварюванні металу товщиною понад 5 мм, що рідко зустрічається при газовому зварюванні. При зварюванні металів малої товщини правий спосіб, аби дати помітних вигод, збільшує небезпеку прожога металу, чому і не застосовується. З метою підвищення продуктивності газового зварювання доцільно розділити полум'я на кілька окремих самостійних пламен, розташованих по осі шва. Незважаючи на безсумнівну підвищення продуктивності зварювання, що дається многопламенная пальниками, вони поки не отримали помітного поширення в нашій промисловості через складність конструкції і обслуговування, громіздкість і незручності в роботі в порівнянні з нормальною однополум'яні пальником.



Мал. 3. Схема поперечних коливальних рухів мундштука пальника

 

Мал. 4. Способи виконання газового зварювання:
а - лівий; б - правий

Присадний дріт для газового зварювання сталей застосовується та ж, що і для електродів при дугового зварювання, і виготовляється за ГОСТ у 2246-60. Для газового зварювання низьковуглецевої сталі застосовується дріт марок Св-08 Св-08А і Св-15Г. Для зварювання чавуну випускають спеціальні литі чавунні стержні з підвищеним вмістом вуглецю і кремнію. Для наплавлення твердих зносостійких покриттів випускаються стерженьки литих твердих сплавів, наприклад твердий сплав сормайт, розроблений Сормовський заводом.

Натомість електродних обмазок, що застосовуються при дугового зварювання, в газовому зварюванні досить широко користуються флюсами, застосування яких є необхідним для газового зварювання чавуну, кольорових металів і деяких спеціальних сталей. Флюси додають в ванну для розчинення оксидів і освіти легкоплавких шлаків, добре спливаючих на поверхню ванни. У флюси можуть вводитися відновники і присадки, легуючі наплавлений метал. Флюси застосовуються в формі порошків і паст, що наносяться на основний метал або на присадний пруток. Дія флюсів на оксиди може бути хімічним і фізичним, однак часто між ними важко провести чітку межу.

Хімічна дія флюсів полягає в освіті з оксидами металів легкоплавких з'єднань, стійких при високих температурах. Для хімічного флюсування окислів металів основного характеру, наприклад закису заліза FeO, у флюси вводять оксиди кислотного характеру, наприклад двоокис кремнію Si02 (кварцовий пісок, товчене віконне скло) і борний ангідрид В203 (буру, борну кислоту). Для флюсування окислів кислотного характеру, наприклад двоокису кремнію Si02 застосовуються сполуки, що дають основні оксиди. З цією метою зазвичай застосовуються сода Na2C03 і поташ К2С03 що дають відповідно в зоні зварювання основні оксиди Na20 і К20.

Для флюсів-розчинників застосовують головним чином галоїдні солі лужних і лужноземельних металів NaCl, КС1 LiCl, СаС12 NaF, KF, CaF2 та ін., А також вуглекислі і фосфорнокислиє солі натрію. Для посилення дії флюсів-розчинників в них часто додають БІСУЛЬФАТІВ натрію або калію NaHS04 і KHS04.

Утвориться вільна кислота переводить окисли металу в галоїдні солі, посилюючи їх розчинність у флюсі і знижуючи температуру плавлення утворюється шлаку.

Застосування газового зварювання широко і різноманітно. Газове зварювання застосовують в літакобудуванні, де переважає зварювання металів малої товщини (1-3 мм), у виробництві хімічної апаратури. Важливе значення має газове зварювання в прокладці та монтажі трубопроводів найрізноманітніших призначень, особливо малих діаметрів, до 100 мм. Газове зварювання є незамінним потужним засобом при ремонті і з цією метою широко використовується в ремонтних майстернях для всіх видів транспорту, в сільському господарстві і т. Д..

Якість зварних з'єднань, виконуваних газовим зварюванням, вище, ніж при дугового електродами з тонкої іонізуючої обмазкой, але дещо поступається дугового зварювання, виконаної якісними електродами. Основна причина деякого зниження міцності зварних з'єднань полягає в тому, що при газовій зварці не проводиться легування наплавленого металу, в той час як при дугового зварювання якісні електроди, що містять в обмазці феросплави, виробляють досить значне легування. Таким чином, газовий захист, що забезпечується відновної зоною зварювального полум'я, для отримання якісного зварного з'єднання менш ефективна, ніж дія якісних електродних обмазок при дугового зварювання.

Продуктивність газового зварювання й значна при малих товщинах основного металу, швидко знижується зі збільшенням його товщини. При малих товщинах (05-15 мм) газове зварювання по продуктивності може перевершувати дугову. Зі збільшенням товщини металу до 2-3 мм швидкості газової і дугового зварювання зрівнюються, а потім різниця в швидкостях швидко, зростає зі збільшенням товщини металу на користь дугового зварювання. При малих товщинах абсолютний витрата газів на 1 м зварного шва невеликий; загальна вартість 1 м зварного шва може бути менше, ніж при інших способах зварювання. Зі збільшенням товщини основного металу швидко зростає вартість газів і витрата часу на зварювання 1 м шва і газове зварювання стає дорожче дугового; різниця у вартості швидко збільшується зі зростанням товщини основного металу. Таким чином, економічно газове зварювання найбільш прийнятна для зварювання малої товщини металу.

До особливостей газового зварювання слід також віднести майже виняткове виконання зварних швів за один прохід. Виконання швів за.несколько проходів, тобто в кілька шарів, широко практикується в дугового зварювання, майже не знаходить застосування при газовому зварюванні, де досить часто застосовується проковка шва в гарячому стані, що дає в ряді випадків хороші результати - підвищення щільності наплавленого металу і міцності шва.

Газове полум'я менш яскраво, ніж зварювальний дуга, випромінювання полум'я не обпалює шкіри обличчя, тому достатня захист очей зварника очками з кольоровими скельцями.