5.7. Газовая сварка

Газовая сварка(иногда называемаяавтогенной сваркой) – это сварка плавлением, при которой свариваемые материалы нагреваются пламенем смеси газов, сжигаемых с помощью специальной горелки. Для получения высокотемпературного пламени обычно используют смесь технически чистого кислорода О₂с ацетиленом С₂Н₂. По сравнению с другими горючими газами ацетилен даёт при сгорании наибольшую теплоту (превышающую в 4 раза теплоту, выделяемую при сгорании чистого водорода) и наиболее высокую температуру пламени, достигающую 3200С.

3 5 6 7 9 10 11 4 8 О2 1 2 С2Н2 Рис. 5.14. Газовая сварка: 1 – основной материал; 2 – присадочный материал; 3 – вентиль, регулирующий подачу кислорода; 4 – вентиль, регулирующий подачу ацетилена; 5 – кислородная трубка; 6 – инжектор; 7 – выходная зона; 8 – канал подачи ацетилена; 9 – камера смешения; 10 – наконечник; 11 – мундштук
1 3 2 t, С 3200 1000 300 l а) б) в) Рис. 5.15. Газосварочное пламя: а – нормальное; б – окислительное; в – науглероживающее: 1 – ядро; 2 – сварочная (рабочая) зона; 3 – факел; t – температура; l – длина пламени

При газовой сварке материалы заготовок 1и присадочных прутков или проволоки2(рис. 5.14) расплавляют высокотемпературным пламенем, для создания которого наиболее часто используется инжекторная сварочная горелка, работающая следующим образом. Находящиеся под давлением в двух отдельных баллонах кислород и ацетилен поступают внутрь горелки через регулировочные вентили3и4. Кислород по трубке5подаётся к инжектору6и, выходя с большой скоростью из его узкого конического канала, создаёт в общей выходной зоне7значительное разрежение, способствующее засасыванию ацетилена, поступающего по каналу8. В результате в камере смешения9образуется горючая смесь, которая поступает по наконечнику10к мундштуку11, на выходе из которого после зажигания образуется сварочное пламя, структура, цвет и химический состав которого в значительной степени зависят от соотношения подаваемых кислорода и ацетилена.

Нормальное сварочное пламяобразуется при соотношении подачи кислорода и ацетилена О₂/С₂Н₂1,1 и состоит из трёх зон (рис. 5.15-а). Зона1, называемая ядром пламени, окружена тонкой ослепительно светящейся оболочкой и имеет длину, колеблющуюся в пределах 5…20 мм. Внутри этой зоны происходит воспламенение газовой смеси и начало высокотемпературного разложения ацетилена в атмосфере кислорода, в результате которого в зоне2образуются продукты неполного сгорания – угарный газ СО и водород Н₂. Зона2называется сварочной или рабочей зоной, поскольку она имеет самую высокую температуру (3200С на расстоянии 2…3 мм от конца ядра1) и обладает восстановительными свойствами, в связи с чем сварку производят именно этой зоной, называемой также восстановительной. В удалённом от ядра примерно на 25 мм конце зоны2температура падает до 2500С. Зона3представляет собой факел жёлто-красного цвета, в котором протекает вторая стадия горения продуктов неполного сгорания за счёт кислорода окружающего воздуха, в результате чего выделяются углекислый газ СО₂и вода Н₂О, которые при высоких температурах окисляют металл, в связи с чем данную зону называют окислительной. Нормальным пламенем сваривают большинство сталей.

Окислительное сварочное пламяобразуется при соотношении подачи кислорода и ацетилена О₂/С₂Н₂>1,1. В результате увеличения подачи кислорода пламя приобретает голубоватый оттенок, его ядро становится заострённым и уменьшается в размерах одновременно с факелом (рис. 5.15-б). Из-за окислительных свойств такое пламя может быть использовано только при сварке латуни, поскольку образует с содержащимся в ней цинком тугоплавкие окисные плёнки, препятствующие дальнейшему испарению цинка.

Науглероживающее сварочное пламяобразуется при соотношении подачи кислорода и ацетилена О₂/С₂Н₂<1,1. В результате увеличения подачи ацетилена пламя становится коптящим и приобретает красноватый оттенок. Ядро1и факел3сильно удлиняются (рис. 5.15-в), а восстановительная зона2исчезает, и вместо неё появляется дополнительная зона, насыщенная раскалёнными частицами сажи. Из-за науглероживающих свойств такое пламя применяют при сварке чугуна, компенсируя выгорание его углерода, и цветных металлов, восстанавливая их окислы.

Сварочные горелки имеют сменные наконечники с различными диаметрами выходных отверстий присоединённых к ним мундштука и инжектора, что позволяет регулировать мощность ацетилено-кислородного пламени в зависимости от вида и толщины свариваемого материала.

При газовой сварке цветных металлов и некоторых сплавов используют флюсы, которые наносят в виде порошков или паст. Роль флюса состоит в растворении окислов и образовании шлаков, легко всплывающих на поверхность сварочной ванны, а также легировании наплавленного металла.

При газовой сварке материал нагревается более плавно, чем при дуговой. Поэтому газовая сварка применяется для соединения металлов малой толщины (0,2…3 мм), легкоплавких цветных металлов и сплавов, материалов, требующих постепенного нагрева и охлаждения (например, инструментальных сталей, чугуна, латуней), для заварки дефектов в чугунных и бронзовых отливках, для пайки и наплавочных работ. При увеличении толщины металла производительность газовой сварки резко снижается, а свариваемые изделия значительно деформируются. Это ограничивает применение газовой сварки.

В порядке сравнения различных способов сварки плавлением можно указать, что лазерный луч обладает наибольшей удельной мощностью, на порядок превышающей мощность электронного луча, после которой в порядке убывания следуют удельные мощности электрической дуги, газового пламени и электрошлакового нагрева.