9.1 Газовая сварка

Газопламенная обработка металлов - это ряд технологических процессов, связанных с обработкой металлов высокотемпературным газовым пламенем.

Газовая сварка сварка плавлением, при которой нагрев кромок соединяемых частей деталей производится пламенем газов, сжигаемых на выходе из горелки для газовой сварки.

Газовое пламя чаще всего образуется в результате сгорания (окисления) горючих газов технически чистым кислородом (чистота не ниже 98,5%). В качестве горючих газов используют ацетилен, водород, метан, пропан, пропанобутановую смесь, бензин, осветительный керосин.

Рисунок 1. Распределение температуры по оси нормального газового пламени

Газовое сварочное ацетиленокислородное "нормальное" пламя имеет форму, схематически показанную на рисунке 1.

Во внутренней части ядра пламени 1 происходит подогрев газовой смеси, поступающей из сопла до температуры воспламенения. В наружной оболочке ядра происходит частичный распад ацетилена. Выделяющиеся частицы углерода раскалены, ярко светятся, четко выделяя очертания оболочки ядра (температура газов в ядре невелика и не превышает 1500 ⁰С).

Зона 2 является наиболее важной частью сварочного пламени (сварочной зоной). В ней происходит первая стадия сгорания ацетилена за счет кислорода, поступающего в сопло из баллона, в результате чего здесь развивается максимальная температура. Содержащиеся в сварочной зоне газы обладают восстановительными свойствами по отношению к оксидам многих металлов, в том числе и к оксидам железа. Поэтому ее можно назвать восстановительной. Содержание углерода в металле шва изменяется незначительно.

В зоне 3 или факеле пламени протекает догорание газов за счет кислорода воздуха что отражает состав газов в факеле. Содержащиеся в факеле газы и продукты их диссоциации окисляют металлы, т.е. эта зона является окислительной. Вид ацетиленокислородного пламени зависит от соотношения в газовой смеси подаваемой в горелку кислорода и ацетилена называется коэффициентом β.

При необходимости использования флюса он наносится на свариваемые кромки или вносится в сварочную ванну оплавляемым концом присадочного прутка (налипающим на него при погружении во флюс). Флюсы могут использоваться и в газообразном виде при подаче их в зону сварки с горючим газом.

Режимы пропан-бутанкислородной сварки стыковых соединений из низкоуглеродистых сталей

Толщина материала, мм	Зазор в стыке, мм	Угол скоса кромок, °	Диаметр сварочной проволоки, мм	Номер наконечника горелок ГЗУ-2-62, ГЗМ-2-62	Расход, л/ч		Скорость
					пропан-бутана	кислорода		м/ч
0,5...1	1,0	Без скоса	1...1,5	1...2	30...90	105...315		10...7
1...2	1,5...2,0		1,5...2,0	2...3	60...180	210...680		7...5
2...3	2,0...3,0		2,0...2,5	3...4	120...270	420...945		5...4
3...6	3,0...4,0	60...90	2,5...4,0	4...5	180...540	630...1890		4...1,6

Любое газовое пламя и особенно с низкой температурой обладает малой концентрацией тепла по сравнению с концентрацией тепла в сварочной дуге. Поэтому газовая сварка по сравнению с дуговой выполняется при низких скоростях нагрева и охлаждения металла, что приводит к укрупнению зерен околошовного металла, низкой прочности сварного соединения, большим деформациям сварного изделия. Кроме того, стоимость газовой сварки стальных листов толщиной 2 мм и более выше стоимости дуговой сварки.

Производительность газовой сварки изделий из стали толщиной до 1,5 мм в 1,5 раза выше по сравнению с дуговой сваркой покрытыми электродами; при толщинах выше 2 мм уступает ей. Поэтому газовая сварка во многих областях вытесняется электрической (контактной, дуговой и др.).

Газовая сварка применяется при ремонте литых изделий из чугуна и цветных металлов, исправлении дефектного литья, при монтаже сантехнических узлов, наплавке, сварке легкоплавких металлов и т. п. Газовое пламя удобно применять при горячей пайке.

По прочности, пластичности и вязкости металла шва и сварного соединения газовая сварка уступает дуговой независимо от толщины свариваемого металла.

Резка

Машины и аппаратура для резки.

Резкой металлов называют отделение частей (заготовок) от сортового, листового или литого металла. Различают механическую (ножницами, пилами, резцами), ударную (рубка) и термическую резку.

Термической резкой называют обработку металла (вырезку заготовок, строжку, создание отверстий) посредством нагрева. Паз, образующийся между частями металла в результате резки, называют резом. По форме и характеру реза может быть разделительная и поверхностная резка, по шероховатости поверхности реза - заготовительная и чистовая. Термическая резка отличается от других видов высокой производительностью при относительно малых затратах энергии и возможностью получения заготовок любого, сколь угодно сложного, контура при большой толщине металла.

Можно выделить три группы процессов термической резки: окислением, плавлением и плавлением-окислением. При резке окислением металл в зоне резки нагревают до температуры его воспламенения в кислороде, затем сжигают его в струе кислорода, используя образующуюся теплоту для подогрева следующих участков металла. Продукты сгорания выдувают из реза струей кислорода и газов, образующихся при горении металла. К резке окислением относятся газопламенная (кислородная) и кислородно-флюсовая резка. При резке плавлением металл в месте резки нагревают мощным концентрированным источником тепла выше температуры его плавления и выдувают расплавленный металл из реза с помощью силы давления дуговой плазмы, реакции паров металла, электродинамических и других сил, возникающих при действии источника тепла, либо специальной струей газа. К способам этой группы относятся дуговая, воздушно-дуговая, сжатой дугой (плазменная), лазерная и термогазоструйная резка.

При резке плавлением-окислением применяют одновременно оба процесса, на которых основаны две предыдущие группы способов резки. К способам этой группы относятся кислородно-дуговая, кислородно-плазменная, кислородно-лазерная резка.