5.1.7. Газове зварювання й термічне різання металів

5.1.7.1. Газове зварювання

Газове зварювання — спосіб виконання нерознімного з'єд­нання з використанням газокисневого полум'я, яке розплавляє краї заготовок і присадний матеріал, внаслідок чого утворюєть­ся зварний шов. Газокисневе полум'я виникає під час горіння пального газу (найчастіше ацетилену) в кисні. Цим способом зварюють головно тонкі листові та трубчасті заготовки завтов­шки 3...5 мм з низьковуглецевих і низьколегованих сталей, спла­вів кольорових металів, а також заварюють дефекти у чавун­них і бронзових виливках.

Кисень у промислових умовах добувають з повітря, зріджу­ючи останнє методом глибокого охолодження до температури -200 °С. Повітря складається з 21 % кисню, 78 % азоту, решта (1 %) становлять інертні гази та двооксид вуглецю С0₂. Під час підвищення температури зрідженого повітря до -196 °С випа­ровується азот і залишається кисень.

Газоподібний кисень перевозять до споживачів у сталевих балонах, а рідкий — у великих теплоізольованих місткостях. На місці споживання рідкий кисень перетворюють у газоподіб­ний і подають його шлангами до робочих постів.

Кисневий балон — це сталевий циліндр 2 (рис. 5.1.20) з випуклим дном і горловиною. На горловину міцно насаджено кільце 3, а на нижню частину — башмак 1, який дає змогу ставити балон вертикально. У горловину вкручений латун­ний вентиль 4, що служить для випускання газу і наповнен­ня балона. Кільце має зовнішню різь для запобіжного ковпа­ка 5. У 40-літровому балоні під тиском 15 МПа поміщається 6000 л кисню.

Кисневі балони фарбують у блакитний колір і чорними літера­ми наносять слово „Кисень". Особливо небезпечне забруднення балона або кисневого шланга органічними речовинами, зокрема оливою, здатними самозайматись у кисні, що може спричини­ти пожежу і навіть вибух.

Кисневий редуктор знижує тиск газу, що надходить з бало­на, й автоматично підтримує задану величину робочого тиску. Редуктор складається з камери високого тиску 7 (рис. 5.1.21) і камери низького тиску 12, відокремлених між собою клапаном 9, що щільно притискається до сідла пружиною 8. Щоб привес­ти редуктор в дію, гвинтом 1 стискають нижню пружину 2, зусилля від якої передається на мембрану З, а від мембрани — на штифт 4. Штифт піднімає клапан, і газ з камери високого тиску переходить у камеру низького тиску, де він розширюєть­ся і звідти надходить до пальника. Якщо в камеру низького тиску газу надходить більше, ніж споживається, то тиск у цій камері поступово зростає, внаслідок чого мембрана прогинаєть­ся вниз і клапан закривається. В міру споживання газу тиск в камері 12 поступово знижується і клапан знову відкривається. Тиск кисню в камері 7 контролює манометр б, а в камері 12 — манометр 10.

Ацетилен С₂Н₂ — безколірний легкозаймистий газ, порів­няно дорогий і вибухонебезпечний. Горіння ацетилену в кисні характеризується сильно концентрованим полум'ям з темпера­турою до 3200 °С. Ацетилен добувають з карбіду кальцію СаС₂ і води в ацетиленових генераторах:

Споживають ацетилен з генераторів або з ацетиленових балонів.

Ацетиленовий балон конструктивно подібний до кисневого балона. Балон місткістю до 40 л спочатку наповнюють порис­тою масою (наприклад, активованим деревним вугіллям), про­сякнутою ацетоном, який добре розчиняє ацетилен. Зі зростан­ням тиску розчинність ацетилену в ацетоні збільшується. По­риста маса істотно знижує ризик розпаду і вибуху ацетилену. Тиск у балоні не перевищує 1,6 МПа. Якщо відкрити вентиль балона, то ацетилен виділяється з ацетону аналогічно як вугле­кислий газ з мінеральної води. Робочий тиск ацетилену підтри­мується газовим редуктором.

Ацетиленовий генератор служить для отримання газоподі­бного ацетилену з карбіду кальцію і води за реакцією (5.1.3). Залежно від принципу взаємодії карбіду кальцію з водою розрі­зняють такі системи генераторів:

• „карбід у воду";

• „вода на карбід";

• „контактні".

a 6 в

Рис. 5.1.22. Схема ацетиленового генератора „карбід у воду" (а),

„вода на карбід" (б) і „контактного" (в):

1 — зливна трубка: 2 — вода; З — резервуар; 4, 15, 24 — трубка для виходу

ацетилену; 5 — вентиль; 6, 20, 23 — покритка; 7 — бункер;

8, 26 — карбід кальцію; 9 — клапан; 10, 27 — Грати;

11, 13 — нижня і верхня частини резервуара; 12, 16 — трубка;

14 — резервуар; 17 — перегородка; 18 — патрубок; 19 — кошик;

21 — реторта; 22, 25 — відкрита і закрита посудини

Генератор системи „карбід у воду" (рис. 5.1.22, а) подає порціями карбід кальцію 8 у резервуар 3 з водою 2. Карбід кальцію перебуває у бункері 7, щільно закритому покришкою 6. Механізм закривання і відкривання клапана 9 приводиться в дію тиском ацетилену, який нагромаджується в резервуарі над поверхнею води. Ацетилен надходить до зварювального па­льника трубкою 4, а далі шлангом. Як тільки тиск ацетилену знизиться до нижньої межі, клапан знову відкриється і чергова порція карбіду потрапить у воду.

Генератор системи „вода на карбід" (рис. 5.1.22, б) склада­ється з резервуара 14, розділеного перегородкою 17 на нижню 11 та верхню 13 частини, сполучені трубкою 12. У нижній час­тині є реторта 21, куди вставляють кошик 19 з карбідом каль­цію і щільно закривають покришкою 20. Реторта з'єднана з нижньою частиною резервуара патрубком 18, який у разі по­треби перекривається вентилем. Якщо вентиль відкритий, то вода стікає у реторту, де реагує з карбідом. Утворений ацети­лен через трубку 16 потрапляє у воду нижньої частини реторти, там охолоджується й очищається від домішок, після чого на­громаджується під перегородкою. Збільшення об'єму ацетиле­ну сприяє витісненню води з нижньої у верхню частину через

трубку 12. Після зниження рівня води нижче горловини патруб­ка 18 її перетікання в реторту припиняється. Із генератора аце­тилен надходить до зварювального поста через трубку 15, за­вдяки чому рівень води в нижній частині резервуара підій­мається і вода знову потрапляє в реторту.

Генератор контактної системи (рис. 5.1.22, в) працює за принципом сполучених посудин. Він складається із відкритої 22 і закритої 25 посудин. У закритій посудині міститься кар­бід кальцію 26. Утворений ацетилен створює додатковий тиск, внаслідок чого вода витісняється у відкриту посудину доти, поки не припиниться контакт карбіду з водою. В міру спожи­вання ацетилену його тиск поступово знижується і вода знову починає контактувати з карбідом. Генератори цієї системи прості за конструкцією й не вимагають спеціальних засобів автоматизації.

Контактні генератори нерідко поєднують з системою „вода на карбід".

Зварювальний пальник призначений для змішування кисню з пальним газом у заданій пропорції й підведення утвореної суміші до місця зварювання. За принципом дії пальники поді­ляють на інжекторні та безінжекторні. Найпоширеніші інжек­торні пальники.

Інжекторний пальник (рис. 5.1.23) має корпус 5, кисневий ніпель 7, ніпель пального газу 8, вентилі 6, 9 для незалежного регулювання подачі газів, інжектор 4, камеру змішування З, трубку наконечника 2 і мундштук 1. Між корпусом та інжекто­ром є кільцевий канал 10 для пального газу. На вході у пальник тиск кисню перевищує тиск ацетилену. Кисень під тиском 0,1...0,4 МПа з великою швидкістю виходить з каналу інжектора й по­трапляє у змішувальну камеру, куди через кільцевий канал за­смоктується пальний газ. Отримана в змішувальній камері паль­на суміш виштовхується назовні й на виході з мундштука зго­ряє, утворюючи високотемпературне концентроване полум'я.

Ацетиленокисневе полум'я складається з трьох зон, які легко розрізнити візуально:

• ядра 11 яскравого кольору із суміші кисню й ацетилену;

• зварювальної зони 12 блакитного кольору;

• факела 13.

У зварювальній зоні відбувається неповне згорання ацетилену в кисні за реакцією:

Температура зварювальної зони найвища, тут з основного й непокритого присадного металу утворюється зварювальна ван­на, добре захищена оксидом вуглецю CO і воднем.

У факелі догоряють оксид вуглецю та водень у кисні повітря:

Залежно від співвідношення об'ємів кисню й ацетилену в суміші ацетиленокисневе полум'я може бути:

• нормальне (0₂ : С₂Н₂ - 1);

• оксидаційне (0₂ : С₂Н₂ > 1);

• навуглецьовувальне (0₂ : С₂Н₂ < 1).

Найчастіше використовують нормальне полум'я під час зварювання вуглецевих сталей і більшості сплавів кольоро­вих металів.

Оксидаційне полум'я застосовують під час зварювання латуней. Тут надлишковий кисень утворює з цинком латуні оксид­ну плівку, яка запобігає випаровуванню цинку.

Навуглецьовувальне полум'я під час зварювання чавуну ком­пенсує втрати вуглецю від вигорання.

Хімічний склад і діаметр присадного дроту вибирають залеж­но від складу й товщини зварювального матеріалу. Зварник у правій руці тримає пальник, у лівій — присадний матеріал, відповідно їх переміщуючи.

Газове зварювання порівняно з дуговим характеризується плавнішим нагріванням й повільнішим охолодженням місця з'єднання, більшою зоною термічного впливу й нижчою продук­тивністю праці.