Газова зварювання металллов і труб: апарати, технологія

Газова зварювання використовується більше 100 років і технологія газового зварювання досі актуальна у справі зварювання металів.

Після з’явилися нові види — дугове, з електродом, портативна — напівавтоматом і в захисних середовищах (наприклад, зварювання у вуглекислому газі), тому технологія газового зварювання відійшла на другий план, особливо в промисловості.

Зміст:

• Переваги і недоліки газового зварювання
• Компоненти зварювання
  • Кисень
  • Ацетилен
  • Замінники ацетилену
  • Дріт і флюс
• Обладнання для зварювання
• Технологія зварювання
• Зварювання напівавтоматом

Переваги і недоліки газового зварювання

Газова зварювання йде допомогою плавлення матеріалів, що утворюють гомогенну структуру: матеріали плавляться і після з’єднуються.

Газ для зварювання горить, як суміш у присутності очищеного кисню.

Має наступні переваги:

• Простий тип зварювання/різання, дорогий зварювальний апарат не потрібно (якщо тільки не зварювання напівавтоматом або електродом);
• Газ/суміш для зварювання/різання можна придбати без проблем;
• Газова зварювання не потребує потужному джерелі енергії та захисних середовищах (по ситуації);
• Полум’я/суміш можна контролювати, змінювати його потужність, види, регулювати нагрівання деталей при зварюванні і для різання.

Не позбавлена недоліків:

• Мала швидкість нагріву металів пальником (напівавтоматом вигідніше).
• Газова зварювання видає широку зону тепла;
• Тепло сильно розсіюється, погано концентрується, ніж при дугового;
• Помітний мінус криється в ціні палива/електрики. Звичайно, апарат дугового зварювання або зварювання електродом витрачає електрику нещадно, але при підрахунку виявиться все одно дешевше того ж ацетилену і кисню;
• Погана теплова концентрація знижує результативність газового зварювання/різання із зростанням товщини: при товщині 1 мм темп складе приблизно 10 метрів на годину, а при 1 см товщини — всього 2 метри на годину. Тому для деталей від 5 мм використовується метод дугового або зварювання напівавтоматом/електродом;
• Погано механизируется. Автоматична відбувається при зварюванні труб з тонкою стінкою в поздовжньому шві при роботі многопламенной пальника, і то лише в деяких операціях (виробництво порожнистих тонкостінних резервуарів, газове зварювання труб невеликого діаметра, газова зварка алюмінію, газове зварювання чавуну, різних їх сплавів).

Компоненти зварювання

В даний час використовують різні гази, який з них вибрати і як застосовувати, опишемо нижче.

Кисень

Газ для зварювання і різання, не має кольору і запаху. Сприяє швидкому спалахування парів горючих матеріалів.

Зварювальний кисень виступає як каталізатор плавлення/різання металів в присутності основного пального газу.

Кисень зберігається в балоні під тиском, внаслідок контакту з маслом самозаймається.

Краща запобіжний захід – прибрати газові балони для зварювання в закрите від сонця і контакту місце, ретельно очистити від пилу, бруду та не торкатися до нього просоченими чим би то ні було рукавичками.

Зварювальний кисень виходить із звичайного повітря, який був відокремлений від СО2 і Н2О в повітророздільної установки. Існує 3 сорту кисню, використовуваного в зварюванні: вищий (99.5%), 1 і 2 сорти (99.2 і 98.5 відсотків відповідно).

На залишок припадає суміш Ar і N.

Ацетилен

Ацетилен – суміш H O, безбарвний газ для зварювання з невеликим присутністю NH4 і H2S.

Якщо тиск перевищує 1.5 кг/см2 і температура перевищує 4000С, то він може вибухнути.

Відео:

Виходить через дисоціацію рідких вуглеводнів під дією електрики.

Найчастіше у балоні при дисоціації карбіду кальцію водою.

Замінники ацетилену

Правило говорить: щоб зварювальний процес здійснився, температура на виході повинна бути в 2 рази вище, ніж поріг плавки металу.

Як заміна використовуються водень, метан, пропан, гасові пари, але температура їх горіння знаходиться в межах 2400-2800 градусів, що менше 3150 градусів при горінні ацетилену.

Основна перевага вищевказаних газів полягає в дешевизні виробництва.

Однак застосування заступників диктовано характером нагріву і плавким металом.

Наприклад, сталь вимагає види дроту з марганцем і кремнієм, яка роскисляє її, а плавким кольоровим металам потрібен флюс.

Ще один мінус – не всі види газів мають високу теплопровідність.

Дріт і флюс

Зварювальний дріт і флюс – невід’ємні компоненти, які вносять плавким матеріалами потрібні компоненти для надійного шва.

Дріт може бути тільки без фарби і масла, корозії, при цьому поріг її плавлення дорівнює або нижче порога плавлення металів.

В її відсутність виручить тонка смужка тих же металів, що зварюються.

Відео:

Сплави Cu, Mg, Al та метали взагалі під час зварювання виробляють оксиди, що плавляться при більшій температурі, ніж сам метал.

Вони накривають метал тонким важко плавляться покриттям, ускладнюючи зварювання.

Плавким металів потрібна присутність захисних флюсів.

Флюс наноситься безпосередньо на метал або дріт до зварювання плавиться і видає плавкий шлак, який покриває плавлений метал поверхнево.

Борна кислота і бура виступають у ролі захисних флюсів.

Вуглецева сталь вариться без добавок, а газове зварювання чавуну, міді і сталі вимагає якраз захисних флюсів.

Обладнання для зварювання

Газозварювальне обладнання для металів складається з декількох категорій (див. відео).

Водяний затвор. Потрібен для захисту генератора ацетилену і труби від зворотної тяги вогню з пальника. Затвор – головний компонент посту, він повинен бути справним та наповнюватися водою врівень з краном. Затвор стоїть між пальником/різаком і газопроводом/генератором ацетилену;

Газовий балон. Балон має конусну різьблення на отворі, на яку ставиться закриває вентиль. Зовні балон має умовний колір за родом газу: блакитний – кисень, білий – ацетилен, зелено-жовтий — водень, червоний — інші гази. Верхня частина балона ніколи не фарбується (не можна допускати контакту газу з маслом у фарбі). Для ацетилену можна використовувати вентиль, який зроблений з будь-якого металу, крім міді – ацетилен з міддю утворює вибухонебезпечну ацетиленовую мідь;

Редуктор. Редуктор знижує тиск вихідного газу. Редуктор буває одно – або двокамерний, причому останній тримає більш стабільний тиск. Буває редуктор прямої дії і редуктор зворотної дії. До речі, для кисню і ацетилену є свій окремий редуктор. Будь редуктор одночасно є клапаном скидання тиску. Редуктор в зварюванні скрапленим газом має ребра щоб уникнути вимерзання газу при виході;

Шланги. Шланги для пального газу мають суцільну лінію з червоного кольору, як позначення. Такі шланги працюють при тиску до 6 атм. Це шланги 1 класу, шланги 2 класу потрібні для передачі горючої рідини (бензин, гас). Вони мають жовту смугу по всій довжині. Шланги 3 класу – синього кольору, вони працюють при тиску до 20 атм;

Пальник. Цей апарат змішує гази, випускає з мундштука під потрібним тиском суміш, яка плавить метали. Бувають безінжекторний і інжекторний види, причому останній більш поширений. В апарат входять: мундштук, ніпель, наконечник, камера-змішувач, гайки, інжектор, корпус з рукояттю і ніпель для газів. Пальник буває микромалой, малої, середньої та великої потужності (в залежності від максимально пропускається і спалюваного об’єму газів в одиницю часу). У разі роботи напівавтоматом полум’я немає як такого;

Пост. Пост для зварювання – належно облаштоване місце для роботи. Пост представлений у вигляді столу з тумбами і місцями для зберігання інструменту. Пост буває з поворотною або неповоротної стільницею. Пост поворотний потрібен для дрібної роботи. Але для роботи у великому цеху використовується пересувний пост або стаціонарний, встановлений пост. ГОСТ вимагає забезпечити пост витяжкою або постійним доступом повітря, так як газозварювальне обладнання виділяє небезпечні пари при плавці. Пост покращує якість праці – посада не дозволяє постійно нагинатися і стояти в незвичній позиції (на відео представлений зразковий пост для роботи).

Технологія зварювання

Редуктор змінює склад суміші кисню і газу (не тільки ацетилену) — так зварювальник змінює характер полум’я.

Так виходять 3 типу полум’я: відновне (для майже всіх металів + для роботи в захисних середовищах), окисне (обов’язкова дріт з кремнієм і марганцем), з надлишком газу (для міцних сплавів).

Метал плавиться з невеликим об’ємом ванни і помітною локалізацією тепла, метал плавиться досить швидко і також швидко остигає.

При плавці у ванні проходить відновлення та окислення, причому алюміній і магній окислюються легше всього.

Так як оксиди цих металів не відновлюють H і CO2, потрібно користуватися флюсом.

Никельные і залізні оксиди навпаки – легко відновлюються, тому флюси для них не потрібні.

Вздовж шва розташована зона часткової плавки, в ній міцність менше, ніж у шві, тому в даній точці з’єднання найчастіше руйнується.

Далі слід ділянка без кристалізації з великими зернами, у якої температура плавлення вже менше 1200 градусів.

Кожну ділянку після цього порога при нагріванні має понад нормальну структуру з дрібними зернами.

Відео:

Для підвищення якості шва і всієї облямівки навколо нього застосовується термічна кування шва або нагрівання тієї ж самої пальником.

• Зварювання вуглецевої сталі. Низьковуглецева Сталь вариться будь-яким газом, не тільки ацетиленом. Вуглецева вимагає вносити в плавку сталевий дріт з малої вуглецевої концентрацією: частина Mn, Si і C вигорить, шов вийде з великими зернами і міцність його зрівняється з загальною даної деталі;
• Зварювання легованої сталі. Теплопровідність такого типу стали нижчими, ніж у низьковуглецевої, бо вона жолобиться. Низьколегована сталь вариться досить легко: треба лише оптимальне полум’я і добавка дроту. Нержавіюча сталь з хромом і нікелем вариться полум’ям потужністю 75 дм3 у присутності дроту СВ-02Х10Н9, СВ-06-Х19Н9Т. Нержавіюча жаростійка сталь вимагає використовувати дріт з нікелем і хромом (21 і 25 відсотків відповідно), корозійно-стійка сталь вимагає дріт з 3% молібдену, 11% нікелю і 17% хрому;
• Зварювання чавуну. Варіння йде науглероживающим полум’ям, інакше окислення викличе появу в шві зерен крихкого білого чавуну за піролізу кремнію;
• Зварювання міді. Мідь вимагає більше полум’я по потужності і температурі в силу своєї видатної теплопровідності. До того ж вона досить плинна в плавленому вигляді, тому не можна залишати проміжок між кромок. В якості присадки підходить дріт тієї ж міді без домішок, а для розкислення використовується флюс;
• Зварювання латуні. Латунь простіше і швидше вариться саме газовим методом. Правда цинк в її складі швидко випаровується при 900 градусах, з-за перегріву шов виходить з порами. Тому при нагріванні і зварюванні потрібна сверхподача кисню (більше на 30-40%) і латунний дріт як присадка;
• Зварювання бронзи. Застосовується відновне полум’я, яке не вигорає олово, алюміній і кремній з металу. Як присадка використовується дріт зі складом, подібним з бронзою, причому іноді використовується до 0.4% кремнію для розкислення.

Зварювання напівавтоматом

Зварювання напівавтоматом здійснюється дротом, що робить даний метод варіацією на тему звичної електродугового зварювання/зварювання електродом і частково газової, в якій між деталлю, що зварюється і електродом виникає дуга.

Опір електрода нижче опору дуги, тому дуга отримує більше теплової енергії (плазми), що змушує оплавлятися деталь і електрод, що разом дає зварну ванну.

Відео:

Рідкий метал остигає, кристалізується і виходить шов. Весь процес зварювання напівавтоматом можна побачити на відео.

Основні компоненти апарату-напівавтомата – захисний газ і електрод.

Зварювання напівавтоматом починається завжди з налаштування:

• Включити апарат, дочекатися запуску;
• Протягнути дріт через рукав – шланг, що веде до пальника;
• Поставити на редукторі необхідний тиск, відкривши вентиль на балоні;
• Вибрати потрібну швидкість подачі газу по маховику;
• Вибрати робоче напруга дуги, силу струму;
• Поставити пальник під кутом і почати варити.

При зварюванні напівавтоматом важливо враховувати цілий ряд параметрів: кут роботи дроту з плавким матеріалом, її виліт, витрата СО2, напруга дуги, її полярність, сила струму.

На кожен показник є свій ГОСТ. ГОСТ мається на газозварювальне обладнання та апарат, так і кожен його елемент:

• ГОСТ 13861-89 — редуктор, тиск і загальні технічні умови;
• ГОСТ 30829-2002 — ацетиленовий генератор;
• ГОСТ 9356-75 — шланги для зварювального апарату;
• ГОСТ 949-73 — балони для газів;
• ГОСТ 1077-79 і ГОСТ 29091-91 — універсальні та інжекторні типи пальників;
• ГОСТ 21449-75 — дріт для присадки.