17.5. Газовая сварка.

Газовая сварка является наиболее распространенным видом химической свар­ки. Нагрев свариваемых заготовок производят пламенем газа, чаше всего ацетилена, сжигаемого в специальных горелках, куда подается технический кислород. При газо­вой сварке свариваемый металл доводится до плавления, при этом, за исключением газопрессовой сварки, не применяют давления. Газовое пламя широко используется для сварки различных сталей, в особенности малых толщин (отО,5 до 5мм), сварки чугунов, цветных металлов, наплавки литых твердых сплавов, для поверхностной термообработки, газовой металлизации, покрытия пластмассами, газокислородной резки и т.д.

Ацетилен получают из кускового карбида кальция в ацетиленовых генерато­рах по реакции:

СаС₂ + Н₂О -> С₂Н₂ + Са(ОН) ₂

Средний выход ацетилена 270 литров на 1кг СаСг. Ацетилен имеет высокую тепло­творную способность 48 МДж/м3 и при сжигании в технически чистом кислороде да­ет наиболее высокую температуру пламени 3150°С. Ацетилен при температуре 300°С или давлении выше 1,74 ат. взрывается. Ацетилен для сварки поступает из генерато­ров, в которых его получают (конструкции различны), или из металлических баллонов. В баллонах ацетилен, находится в смеси с ацетоном под давлением 1,5-1,6 МПа.

Для безопасности баллон с ацетиленом заполняют древесным углем, создающим сис­тему капиллярных сосудов.

Технически чистый кислород (98,5-99,5%) поступает к сварочным постам по трубопроводам под давлением 0,5-1,6 МПа, или в баллонах под давлением до 15 МПа.

Сварочное ацетиленокислородное пламя. Строение, температура и влияние сва­рочного пламени на расплавленный металл зависит от соотношения кислорода и ацетилена в горючей смеси. В зависимости от этого различают три вида пламени:

• нейтральные, или нормальное восстановительное, пламя, при соотношении О₂:С₂Н₂=1:1,1 (таким пламенем сваривают большинство металлов и сплавов);

• науглероживающее пламя при соотношении О₂:С₂Н₂<1, т.е. при избытке ацетиле­ на; ядро пламени при этом удлиняется, и пламя теряет резкие очертания (такое пламя применяют при сварке чугуна и наплавке быстрорежущих сталей и твердый сплавов);

• окислительное пламя при соотношении О₂:С₂Н₂>1,2, т.е. при избытке кислорода. Пламя при этом приобретает голубоватый оттенок, размеры ядра пламени уменьшаются (применяют при сварке латуней).

На рис. 17.9. показана схема строения нормального сварочного пламени, обра­зующегося при горении ацетилена. Пламя состоит из трех зон: ядра - 1, восстанови­тельной зоны - 2 и окислительной зоны - 3. Ядро пламени имеет вид усеченного ко­нуса с округленным концом. Эта часть пламени состоит из смеси кислорода и раска­ленных продуктов разложения ацетилена и кислорода (самая яркая часть пламени). В восстановительной зоне происходит выделение тепла в основном за счет окисления раскисленных частиц углерода и окиси углерода. Наивысшая температура в зоне (до 3150°С) создается на расстоянии 3-5мм от конца ядра пламени: эта зона имеет харак­терное синеватое сечение. Находящиеся в восстановительной зоне продукты горения ацетилена СО и Н₂ нагревают и расплавляют металл: они также могут восстанавли­вать оксиды, в том числе образующиеся при сварке оксиды железа. В окислительной зоне при избытке кислорода воздуха СО догорает в СО₂ и Н₂ в Н₂О_пар. Эта часть пламени имеет желтоватую окраску с красным оттенком. Газообразные продукты этой зоны обладают окислительной способностью. Однако они препятствуют кон­такту расплавленного металла с воздухом.

На рис. 17.9. представлен также график распределения температуры по его длине и по указанным зонам. Как видно самая высокая температура пламени наблю­дается в конце восстановительной зоны.

Особенности технологии газовой сварки. Качественный шов обеспечивается правильным подбором мощности горелки, видом сварочного пламени, способом сварки, углом наклона горелки, применением соответствующего присадочного мате­риала и флюса. Мощность сварочного пламени оценивают по расходу ацетилена, ко­торый зависит от толщины свариваемых кромок и физико-химических свойств сва­риваемых металлов. Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины основного металла. Мощность горелки выбирают в зависимости от толщи­ны и теплопроводности свариваемого металла.

Газопрессовая сварка является разновидностью газовой сварки. При этом спо­собе соединяемые кромки деталей нагревают пламенем многосопловой горелки до перехода в пластическое состояние или до оплавления (1200-1300°С) и сваривают приложением давления 15-25 МПа. Газопрессовую сварку широко применяют для соединения магистральных трубопроводов, рельсов и т.д.

Фтороводородная сварка основана на использовании теплоты сгорания фтора в водороде по реакции

F₂ + H₂ = 2HF

В горелку подают фтор и водород. Температура получаемого пламени значительно выше температуры ацетиленокислородного пламени, что обеспечивает более высокую производительность сварки.