10. Газовая сварка металлов (схема, сущность, особенности).

Газовая сварка находит большое применение на заводах, в ремонтном производстве, при монтажных и демонтажных работах, исправлении дефектов чугунного и стального литья. Газовую сварку используют для изготовления и ремонта деталей из стали, чугуна, латуней, бронз, алюминиевых и магниевых сплавов. Газокислородную резку применяют только для сталей. Газовая сварка и резка металла дороже электрической сварки в виду дороговизны применяемых газов.

Существенный недостаток газовой сварки и резки – взрывоопасность. Для предупреждения взрывов необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Газовая сварка и резка металла основана на использовании теплоты, получаемой от сгорания, горючего газа в смеси с кислородом. Однако между этими двумя операциями есть существенные различия, состоящие в том, что при сварке непрерывно используется пламя горючих газов, расплавляющее кромки заготовок и присадочный материал, а при резке металла это пламя используется для разогрева металла, а затем в место реза подается кислородная струя, в которой сгорает металл. Конструктивно отличается и резак от газовой горелки. В качестве горючих газов, совместно с кислородом для разных случаев сварки и резки применяют ацетилен, природный газ, пропан, пары керосина. Оборудование для газосварки и резки характеризуется сравнительной простотой.

Газовая сварка металла

Газовая сварка – сварка плавлением. Сущность процесса газовой сварки заключается в том, что свариваемый и присадочный металлы расплавляются в пламени, получаемом при сгорании горючего газа в смеси с кислородом, развивая температуру в два раза выше температуры плавления металла. При нагревании газосварочным пламенем кромки свариваемых заготовок расплавляются, а зазор между ними заполняется присадочным металлом.

Рис. 1. Схема газовой сварки

1 – заготовка; 2 – присадочный металл; 3 – газовая горелка; 4 – газосварочное пламя.

В качестве горючих газов могут быть использованы ацетилен С2Н2, водород Н2, природный газ (содержащий примерно 94% СН4), нефтяные газы, пары бензина и керосина.

Перечисленные горючие газы главным образом используют для кислородной резки, не требующей высокой температуры плавления.

В сварочном производстве обычно применяют ацетилен. При горении в технически чистом кислороде он дает наиболее высокую температуру пламени (31500С) и выделяет наибольшее количество тепла – 13000 ккал/м3. Ацетилен легче воздуха и кислорода. При содержании в воздухе 2,8-80% ацетилена С2Н2, образуется взрывчатая смесь. Воспламеняется ацетилен при 4200С, становится взрывоопасным при сжатии свыше 0,175 МПа, а также при длительном соприкосновении с медью и серебром.

Ацетиленполучают из карбида кальция при взаимодействии последнего с водой. Реакция протекает с выделением значительного количества тепла.

СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са (ОН)2

Теоретически для разложения 1 кг карбида кальция требуется 0,562 дм3, а практически во избежание перегрева ацетилена расходуют 5-20 дм3 воды. Средний выход ацетилена составляет 0,25-0,30 м3/кг.

Ацетилен взрывоопасен при избыточном давлении свыше 0,175 МПа, хорошо растворяется в ацетоне – в одном объеме ацетона при давлении 0,15 МПа растворяется 23 объема ацетона. Это свойство ацетилена используется для безопасного хранения в баллонах.

По сравнению с электродуговой сваркой газовая сварка процесс малопроизводительный. Ее применяют, в основном, при изготовлении тонколистовых стальных изделий, конструкций из проката, труб при толщине металла менее 3 мм, при сварке цветных металлов и их сплавов, при исправлении дефектов в чугунных и бронзовых отливках, а также в ремонтных работах.

Так при газовой сварке сталей толщиной менее 3 мм температура нагрева = 31200 С, а при электросварке для этого процесса необходима температура 60000 С. Т.е. применение газовой сварки более экономично. И еще, сваривая в ручную электрической сваркой, при такой температуре есть опасность прожога.

Температура пламени (средней зоны) в 2 раза больше температуры плавления металла.

Например, температура плавления меди tпл.=10800 С, а температура пламени 2400-26000 С

Сущность метода состоит в том, что высокотемпературное пламя сварочного газа нагревает кромки свариваемых деталей и часть присадочного материала (электродную часть).

Металл переходит в жидкое состояние, образуя так называемую сварочную ванну — область, защищенную пламенем и газовой средой, вытесняющей воздух. Расплавленный металл медленно остывает и затвердевает. Так формируется сварочный шов.

Используется смесь какого-либо горючего газа с чистым кислородом, играющим роль окислителя. Наиболее высокую температуру — от 3200 до 3400 градусов — дает газ ацетилен, получаемый непосредственно при сварке от химической реакции карбида кальция с обычной водой. На втором месте находится пропан — его температура горения может достигать 2800 °C.

Реже применяются:

метан;

водород;

пары керосина;

блаугаз.

У всех альтернативных газов и паров температура пламени существенно ниже, чем у ацетилена, поэтому сварка альтернативными газами практикуется реже, и только для цветных металлов — меди, латуни, бронзы и других, с небольшой температурой плавления.

У газовой сварки есть особенности по сравнению с электрической, которые формируют как ее недостатки, так и достоинства.

Достоинства и недостатки

Как и у любой вещи или явления, преимущества газовой сварки являются прямым отражением ее недостатков, и наоборот.

Основная характеристика газосварки — более низкая скорость нагрева оплавляемой зоны и более широкие границы этой зоны. В некоторых случаях это плюс, а в других — минус.

Это плюс, если нужно сварить детали из инструментальной стали, цветных металлов или чугуна. Для них требуется плавный нагрев и плавное охлаждение. Также существует ряд сталей специализированного назначения, для которых оптимален именно такой режим обработки.

К другим плюсам относится:

невысокая сложность технологического процесса газовой сварки;

доступность, адекватная стоимость оборудования;

доступность газовой смеси либо карбида кальция;

отсутствие необходимости в мощном источнике энергии;

контроль мощности пламени;

контроль вида пламени;

возможность контроля режимов.

Основных минусов у газовой сварки четыре. Первый — именно низкая скорость нагрева и большое рассеивание тепла (сравнительно низкий КПД). Из-за этого практически невозможно сваривать металл толщиной свыше 5 мм.

Второй — слишком широкая зона термического влияния, то есть зона нагрева. Третий — себестоимость. Цена расходуемого ацетилена при газосварке выше, чем цена электроэнергии, затраченной на тот же объем работы.

Ее четвертый недостаток — слабый потенциал механизации. Из-за своего принципа действия фактически может быть реализована только ручная газовая сварка.

Полуавтоматический метод невозможен, автоматический — только с применением многопламенной горелки, и только при сварке тонкостенных труб либо иных резервуаров. Такой метод сложен и рентабелен лишь при производстве полых резервуаров из алюминия, чугуна либо некоторых их сплавов.