Процесс газовой сварки - сварка металлов. Какой газ применяется при сварке и резке металлов и сплавов

15.08.2023

Процесс газовой сварки

К атегория:

Сварка металлов

Процесс газовой сварки

Газовая, или газоплавильная сварка относится к группе способов сварки плавлением и занимает важнейшее место в этой группе, уступая по практическому значению лишь дуговой электросварке. Для осуществления процесса сварки возможно применение разных горючих, соответственно чему можно различать сварку водородно-кислородную, бензино-кислородную и т. д. Преобладающее значение имеет ацетилено-кислородная сварка; другие виды горючих имеют ограниченное применение. Существенное технологическое отличие газовой сварки от дуговой сварки - более плавный и медленный нагрев металла.

Это основное отличие сварочного газового пламени от сварочной дуги является в одних случаях недостатком, в других - преимуществом газового пламени и определяет следующие основные области его применения для сварки:
1) сталей малых толщин, 0,2-5 мм;
2) цветных металлов;
3) металлов, требующих при сварке постепенного мягкого нагрева и замедленного охлаждения, например многих инструментальных сталей;
4) металлов, требующих подогрева при сварке, например чугуна и некоторых сортов специальных сталей;
5) для твердой пайки;
6) для некоторых видов наплавочных работ.

Благодаря универсальности, сравнительной простоте и портативности необходимого оборудования газовая сварка весьма целесообразна для многих видов ремонтных работ. Сравнительно медленный нагрев металла газовым пламенем быстро снижает производительность газовой сварки с увеличением толщины металла, и при толщине стали выше 8-10 мм газовая сварка обычно экономически невыгодна, хотя технически еще возможна сварка стали толщиной 30-40 мм. При замедленном нагреве разогревается большой объем основного металла, прилегающего к сварочной ванне, что, в свою очередь, вызывает значительные деформации (коробление) свариваемых изделий. Это важное обстоятельство делает газовую сварку технически нецелесообразной, не говоря уже об экономической невыгодности для таких, например, объектов, как строительные металлоконструкции, мосты, вагоны, корпусы судов, станины крупных машин и т. п. Замедленный нагрев также вызывает длительное пребывание металла в зоне высоких температур, что влечет за собой перегрев, укрупнение зерна и некоторое снижение механических свойств металлов.

Значительные деформации металла, возникающие при газовой сварке, ограничивают возможности выбора рациональных форм сварных соединений. Из многообразных форм сварных соединений, выполняемых дуговой сваркой, при газовой сварке пользуются, как правило, лишь простейшим стыковым соединением. Угловые швы и соединения нахлесточные и тавровые при газовой сварке используются лишь в случаях необходимости из-за затруднений, создаваемых значительными деформациями металла, свойственными газовой сварке. Применяются стыковые соединения как без скоса кромок, без отбортовки и с отбортовкой кромок (особо удобное соединение для газовой сварки), так и с одно- и двусторонним скосом кромок.

Квалифицированные сварщики могут пользоваться и более мощными горелками, увеличивая скорость продвижения пламени вдоль шва и повышая производительность сварки.

Горелку обычно регулируют для работы на нормальном пламени. Тепловое воздействие пламени на металл зависит не только от мощности пламени, но и от угла наклона оси пламени к поверхности металла. Наиболее интенсивно действует пламя, когда его ось нормальна к поверхности металла. С уменьшением угла наклона тепловое действие пламени ослабевает и распределяется по большей площади. Таким образом, кроме подбора соответствующего размера горелки, сварщик может плавно регулировать тепловое действие пламени металл, делать пламя более мягким или жестким, меняя угол наклона пламени к поверхности изделия. С увеличением толщины металла принято увеличивать угол наклона пламени и уменьшать его с уменьшением толщины металла. В процессе сварки горелке сообщают колебательные движения, и конец мундштука описывает зигзагообразный путь, аналогичный пути, проходимому концом металлического электрода при дуговой сварке. Горелку сварщик держит в правой руке, если же требуется добавление присадочного металла, то сварщик держит присадочный пруток в левой руке. Присадочный пруток располагается под углом 45° к поверхности металла, причем конец его должен быть погружен в ванну расплавленного металла. Концу прутка сообщают зигзагообразные колебательные движения в направлении, противоположном движениям горелки, таким образом, что пруток и мундштук горелки движутся всегда навстречу друг другу.

Рис. 1. Форма соединений, применяемых при газовой сварке

Рис. 2. Применяемые углы наклона горелки в зависимости от толщины металла

Газовая сварка может производиться в нижнем, вертикальном и потолочном положениях. Существует два способа выполнения газовой сварки, так называемые левый и правый способы.

При обычно применяемом левом способе сварки впереди перемещается присадочный пруток, за ним следует горелка. Сварной шов остается сзади горелки, пламя направлено вперед, на основной металл. Наиболее удобно для сварщика в этом случае перемещать горелку вдоль шва справа налево.

При правом способе сварки впереди перемещается горелка, за ней следует присадочный пруток, расположенный между швом и горелкой. Шов расположен впереди горелки, считая по направлению пламени, пламя направлено назад, на сварной шов. При правом способе горелка обычно перемещается слева направо.

Правый способ дает лучший к. п. д. использования тепла пламени, а потому повышает производительность сварки и соответственно снижает на 15-20% удельный расход газов. Несмотря на указанное преимущество, правый способ применяется довольно редко; это объясняется тем, что преимущество данного способа заметно проявляется лишь при сварке металла толщиной свыше 5 мм, что редко встречается при газовой сварке. При сварке металлов малых толщин правый способ, не давая заметных выгод, увеличивает опасность прожога металла, почему и не применяется. С целью повышения производительности газовой сварки целесообразно разделить пламя на несколько отдельных самостоятельных пламен, расположенных по оси шва. Несмотря на несомненное повышение производительности сварки, даваемое многопламенными горелками, они пока не получили заметного распространения в нашей промышленности из-за сложности конструкции и обслуживания, громоздкости и неудобства в работе по сравнению с нормальной однопламенной горелкой.

Рис. 3. Схема поперечных колебательных движений мундштука горелки

Рис. 4. Способы выполнения газовой сварки: а - левый; б - правый

Присадочная проволока для газовой сварки сталей применяется та же, что и для электродов при дуговой сварке, и изготовляется по ГОСТ у 2246-60. Для газовой сварки низкоуглеродистой стали применяется проволока марок Св-08, Св-08А и Св-15Г. Для сварки чугуна выпускают специальные литые чугунные стерженьки с повышенным содержанием углерода и кремния. Для наплавки твердых износостойких покрытий выпускаются стерженьки литых твердых сплавов, например твердый сплав сормайт, разработанный сормовским заводом.

Взамен электродных обмазок, применяемых при дуговой сварке, в газовой сварке довольно широко пользуются флюсами, применение которых является необходимым для газовой сварки чугуна, цветных металлов и некоторых специальных сталей. Флюсы добавляют в ванну для растворения окислов и образования легкоплавких шлаков, хорошо всплывающих на поверхность ванны. Во флюсы могут вводиться восстановители и присадки, легирующие наплавленный металл. Флюсы применяются в форме порошков и паст, наносимых на основной металл или на присадочный пруток. Действие флюсов на окислы может быть химическим и физическим, однако часто между ними трудно провести четкую границу.

Химическое действие флюсов заключается в образовании с окислами металлов легкоплавких соединений, устойчивых при высоких температурах. Для химического флюсования окислов металлов основного характера, например закиси железа FeO, во флюсы вводят окислы кислотного характера, например двуокись кремния Si02 (кварцевый песок, толченое оконное стекло) и борный ангидрид В203 (буру, борную кислоту). Для флюсования окислов кислотного характера, например двуокиси кремния Si02, применяются соединения, дающие основные окислы. С этой целью обычно применяются сода Na2C03 и поташ К2С03, дающие соответственно в зоне сварки основные окислы Na20 и К20.

Для флюсов-растворителей применяют главным образом галоидные соли щелочных и щелочноземельных металлов NaCl, КС1, LiCl, СаС12, NaF, KF, CaF2 и др., а также углекислые и фосфорнокислые соли натрия. Для усиления действия флюсов-растворителей в них часто добавляют бисульфаты натрия или калия NaHS04 и KHS04.

Образующаяся свободная кислота переводит окислы металла в галоидные соли, усиливая их растворимость во флюсе и понижая температуру плавления образующегося шлака.

Применение газовой сварки обширно и разнообразно. Газовую сварку применяют в самолетостроении, где преобладает сварка металлов малых толщин (1-3 мм), в производстве химической аппаратуры. Важное значение имеет газовая сварка в прокладке и монтаже трубопроводов самых разнообразных назначений, в особенности малых диаметров, до 100 мм. Газовая сварка является незаменимым мощным средством при ремонте и с этой целью широко используется в ремонтных мастерских для всех видов транспорта, в сельском хозяйстве и т. д.

Качество сварных соединений, выполняемых газовой сваркой, выше, чем при дуговой электродами с тонкой ионизирующей обмазкой, но несколько уступает дуговой сварке, выполненной качественными электродами. Основная причина некоторого снижения прочности сварных соединений состоит в том, что при газовой сварке не производится легирования наплавленного металла, в то время как при дуговой сварке качественные электроды, содержащие в обмазке ферросплавы, производят довольно значительное легирование. Таким образом, газовая защита, обеспечиваемая восстановительной зоной сварочного пламени, для получения качественного сварного соединения менее эффективна, чем действие качественных электродных обмазок при дуговой сварке.

Производительность газовой сварки, значительная при малых толщинах основного металла, быстро снижается с увеличением его толщины. При малых толщинах (0,5-1,5 мм) газовая сварка по производительности может превосходить дуговую. С увеличением толщины металла до 2-3 мм скорости газовой и дуговой сварки уравниваются, а затем разница в скоростях быстро, возрастает с увеличением толщины металла в пользу дуговой сварки. При малых толщинах абсолютный расход газов на 1 м сварного шва невелик; общая стоимость 1 м сварного шва может быть меньше, чем при других способах сварки. С увеличением толщины основного металла быстро растет стоимость газов и расход времени на сварку 1 м шва и газовая сварка становится дороже дуговой; разница в стоимости быстро увеличивается с возрастанием толщины основного металла. Таким образом, экономически газовая сварка наиболее приемлема для сварки малых толщин металла.

К особенностям газовой сварки следует также отнести почти исключительное выполнение сварных швов за один проход. Выполнение швов за.несколько проходов, т.е. в несколько слоев, широко практикуемое в дуговой сварке, почти не находит применения при газовой сварке, где довольно часто применяется проковка шва в горячем состоянии, дающая в ряде случаев хорошие результаты - повышение плотности наплавленного металла и прочности шва.

Газовое пламя менее ярко, чем сварочная дуга, излучения пламени не обжигают кожи лица, поэтому достаточна защита глаз сварщика очками с цветными стеклами.

Газовую сварку с полной ответственностью можно назвать царицей сварочных полей.

Все в ней хорошо: она проста в исполнении, оборудование для газовой сварки совсем недорогое, экономна в потреблении электрической энергии, список достоинств можно продолжать.

Если начали с плюсов, будет честным остановиться и на минусах. Недостаток в скорости нагревания металла – она низкая.

Кроме того, рабочий участок при таком методе «распластан» – уж очень большая зона нагревания металла, из-за чего теряется много тепловой энергии. Имеет место и такое неприятное явление как коробление.

Таким образом производительность рабочего процесса не очень высокая, а с увеличением толщины кромок свариваемых заготовок снижается еще больше.

Поэтому, если толщина вашего металлического листа больше шести миллиметров, начинайте думать о применении газовой сварки где-нибудь в другом месте. А толстый край лучше варить, к примеру, дуговым способом.

Инжекторная и безинжекторная горелка.

Газовая сварка – не самый дорогой способ сварки, это общеизвестно. Но газ для сварки – ацетилен и кислород, которые любят использовать в качестве сварочной газовой смеси, стоят все-таки дороже, чем электричество.

А если добавить довольно высокие риски взрывов и серьезную пожар опасность, которые мгновенно возникнут при неправильном обращении с горючими жидкостями, газами, кислородными баллонами и элементарным карбидом кальция, энтузиазм немного снижается.

Технология газовой сварки отлично подходит для широкого спектра сварочных работ: от соединения деталей из алюминия и стали до работы по бронзе и чугуну.

Сразу отметим, что газовой сварке по силам практически все металлы, включая такие капризные как медь, свинец или чугун: они варятся легче именно газовой технологией, чем какими-либо другими.

Технические стороны процесса газовой сварки

Особенности газовой сварки – демократичность ее швов, которые можно делать во всех положениях в пространстве – от нижнего до потолочного.

Труднее всего приходится с потолочными швами, так как в этом случае расплавленный металл нужно поддерживать и быстро распределять по всей длине шва с помощью повышенного давления газовой смеси от пламени.

Самые популярные швы при этом способе – стыковые. Не дружит газовая сварка со швами внахлестку и тавровыми. Дело в том, что для обоих видов швов нужен чрезвычайно сильный нагрев металла. Кроме того, в этом методе высок риск выраженного коробления.

Если края заготовок тонкие и отбортованные, их варят без использования присадочной проволоки с формированием непрерывных или прерывистых швов, которые также могут быть одно- и многослойными.

Понятно, что перед сваркой необходимо очистить края и поверхности металлических заготовок самым тщательным способом.

Один из важнейших технических компонентов ГС – манипуляции с газовой горелкой. Техника газовой сварки подразумевает, чтобы пламя держали на расстоянии около 5 мм от конца ядра, не касаясь металлической поверхности.

Сварочная ванна образуется под давлением газов на жидкий металл, они как бы раздувают его по краям.

Присадочная проволока погружается в сварочную ванну. Интенсивность нагрева рабочей зоны можно менять. Делается это с помощью изменения угла наклона медного мундштука горелки к поверхности заготовки. Зависимость здесь прямая и понятная: чем больше угол наклона, тем выше нагрев металла от пламени.

Мундштук горелки следует двигать вдоль шва. Одновременно необходимо следить за состояние сварочной ванны: металл в ней должен быть защищен давлением газов от нежелательного воздействия окружающего воздуха. Делать это необходимо для защиты металла от оксидной пленки.

Самые востребованные способы

Сварка в нижнем положении.

Способы газовой сварки могут описываться и перечисляться в нескольких толстых томах.

Возьмем самые распространенные из них:

Левая сварка

Левый способ газовой сварки – самый распространенный среди мастеров любой квалификации. Используется для соединения металлов с тонким краем и невысоким уровнем температуры плавления. Левая и правая сварка – две стороны одной медали, запомнить это легко.

Правая сварка

Правый способ сварки годится для работы с металлами с толщиной больше 3-х мм и высокой теплопроводностью. Нужно заметить, что сварочный шов при правой сварке получается более качественным благодаря лучшей защите металла пламенем.

Использование тепла пламени при правом способе экономичнее, а скорость процесса выше почти на 20%. В эту же копилку плюсов можно добавить экономию расходов газов около 10%.

Присадочную проволоку нужно брать с диаметром, меньшим ровно в два раза толщины металлической заготовки. Проволока не может быть толще 8-ми мм.

Сварка с использованием сквозного валика

Эта технология газовой сварки предполагает постепенное, шаг за шагом, перемещение пламени с плавлением верхней кромки отверстия в заготовке и накладыванием слоя расплавленного металла на нижний край этого же отверстия.

Предварительно листы металла фиксируют вертикально, оставляя зазор между ними в половину толщины самой заготовки. Шов формируется в форме валика, который и соединяет детали. Он отличается плотностью, без каких-либо пор или шлаковых остатков.

Сварка с помощью ванночек

Здесь название говорит само за себя. Принцип метода заключается в образовании новых и новых ванночек по ходу шва. Как только образовывается одна из них, в нее вводится конец присадочной проволоки, там плавится, а затем перемещается в восстановительный участок огня горелки.

Тем временем мундштук сопла перемещается дальше по шву – на следующий участок. Каждая новая ванночка перекрывает предыдущую примерно на одну треть диаметра проволоки.

Этим способом соединяют тонкие листы, когда нужно выполнить стыковые или угловые типы швов. Это любимый вид сварки для труб из стальных низколегированных или малоуглеродистых сплавов.

Многослойная газовая сварка

Применяется при очень ответственных видах работ, так как характеризуется довольно низкой производительностью, да и сварочные газы здесь требуются в большом объеме – метод не из дешевых. В нем происходит отжиг нижних слоев при наплавке верхних – последующих.

В результате идет отличная проковка каждого слоя перед формированием следующего шва. Такой способ значительно повышает качество металла шва.

Процесс идет в коротких участках. Особое внимание уделять очистке поверхности нижележащего слоя перед наложением следующего.

Сварка окислительным пламенем и раскислением

Баллоны для газовой сварки.

Эта технология создана для соединения деталей из малоуглеродистых стальных сплавов. Пламя здесь имеет резко окислительный характер, вследствие чего в сварочной ванне образуются окислы железа. Если есть окисление, необходимо и так называемое раскисление.

Его добиваются с помощью специальной присадочной проволоки с высокими долями марганца и кремния. Отличный способ с производительностью выше на 10%, чем остальные методы.

Нюансы с разными швами и разными металлами

Горизонтальные швы формируются с использованием правого способа газовой сварки. Бывают ситуации, когда процесс ведут справа налево с мундштуком внизу ванны, а проволокой сверху. Так шов образуется быстрее и легче, а расплавленный металл в ванне не стекает вниз.

Вертикальные швы наоборот, производятся левым способом с направлением снизу-вверх. Если металл толстый, применяют шов с двойным валиком.

Потолочные швы – одни из самых сложных для исполнения. Здесь нужно сначала нагреть кромки заготовки, затем до момента их оплавления в ванну помещают проволоку, которая быстро оплавляется.

Жидкий металл в ванне удерживается от стекания вниз давлением газов из горелки. Сварку делают правым способом. Лучше всего использовать технологию многослойных швов с несколькими проходами.

Низкоуглеродистую сталь можно варить практически с любыми газами. Важно выбирать правильную присадочную проволоку: она должны быть выполнена также из стали с низким содержанием углерода.

Легированные стали бывают с очень разными составами. Поэтому единого метода газовой сварки для них нет и не может быть. Если сплав жаропрочный нержавеющий, детали из него варятся с помощью проволоки с содержанием никеля и хрома.

Встречаются отдельные марки, которые можно варить только с применением молибдена в составе присадочной проволоки.

Медь и ее сплавы всегда требуют сильного пламени. Во время расплавления она чрезвычайно текучая, поэтому зазор нужно делать минимальным. Помимо проволоки из меди, в работе применяются флюсовые смеси для раскисления металла шва.

Латунь – весьма непростой металл для работы из-за его состава. Здесь высокий риск образования пор в сварочном шве из-за летучести цинка. Этот риск можно значительно снизить, подавая в смеситель горелки больше кислорода и применяя латунную проволоку в качестве присадки.

Бронза – еще один капризный сплав. Во время сварки важно не выжечь из состава его важные элементы: олово, кремний и алюминий. Поэтому пламя должно быть восстановительное, а присадка – бронзовая с добавкой кремния, который поможет в дальнейшем раскислению шва.

Достоинства и недостатки сварки с газовой горелкой

Газовая сварка металлов имеет солидный список преимуществ:

Метод не предполагает покупки и использования сложного и дорогого оборудования. Для него не нужны, к примеру, инвертор или полуавтомат.
Расходные материалы, применяемые при газовой сварке, широко предлагаются на рынке, можно найти любой состав или модель без трудностей.
Не требуются специальные защитные средства, даже при газовой сварке труб.
Главные параметры сварки хорошо регулируются: пламя любой требуемой мощности, уровень температуры нагрева металла.

Способ сварки газовой горелкой.

Есть и недостатки, куда без них:

Слишком медленный разогрев металла, особенно в сравнении с электрической дугой.
Слишком обширная зона нагрева вокруг газовой горелки, вследствие чего теряется много энергии без толку.
Тепло от горелки рассеянного типа, его трудно концентрировать.
Метод все-таки дороже электродугового: цена газов выше стоимости электричества.
С увеличением толщина кромок заготовок снижается скорость рабочего процесса из-за высокого рассеивания тепла.
Практически невозможно автоматизировать процесс.

Пара слов о расходных материалах

Какой газ используют при сварке – вопрос не маловажный, в котором нужно разбираться, чтобы сделать верный выбор. Типы используемых газов разные, выбор зависит от нескольких факторов.

Кислород

Кислород, к примеру, отличается полным отсутствием цвета и запаха. Роль у него особая, он выполняет функцию катализатора процессов плавления металлов во время сварки. Хранение и транспортировка кислорода производятся в баллонах с постоянным давлением. Это дело непростое, но вполне выполнимое.

Главное – знать и выполнять правила безопасности в обращении с кислородными баллонами и самим газом. Например, присутствие технического масла может привести к возгоранию: следовательно, нужно категорически исключить малейший контакт с таким маслом.

Пламя газовой горелки.

В помещениях, где хранятся баллоны, ни в коем случае не должно быть ни источником тепла, ни прямого солнечного света.

Как получают сварочный кислород: это делается достаточно просто – из атмосферного воздуха с помощью специализированного оборудования.

Кислород подразделяется по чистоте на три типа:

высший сорт с концентрацией газа в 99,5%;
первый сорт с 99,2%;
второй – с 98,5%.

Ацетилен

Это второй по популярности газ, применяемый в ГС как для сварки, так и для резки. Он также без цвета и запаха. При повышенном давлении или нагревании ацетилен может взорваться. Производится он из карбида кальция и воды.

Ацетилен – не самый дешевый газ, но его преимущество делает его очень востребованным среди сварщиков. Все дело в температуре горения – она у ацетилена замечательно высокая, особенно в сравнении с такими более дешевыми газами как метан, пропан или пары керосина.

Флюс и присадочная проволока

Это главные участники процесса формирования сварочного шва. Присадочная проволока должна быть абсолютно очищенной от малейших признаков грязи или коррозии. Иногда вместо проволоки можно применять полоску из такого же металла, что и заготовки для сваривания.

Флюсы необходимы для защиты сварочной ванны от вредного воздействия внешних факторов. Чаще всего в качестве составных элементов флюсовых смесей берутся бура и борная кислота, которые могут наноситься прямо на свариваемые заготовки или на присадочную проволоку.

Единственный металл, который может обойтись без флюсовой смеси, это углеродистая сталь. Ну а особая нужда в присутствии флюса возникает при сварке меди, алюминия и их сплавов.

Необходимое оборудование для газовой сварки

Водяной затвор

Это простая и эффективная защита трубы, генератора ацетилена и других элементов от огня в виде обратной тяги из газовой горелки. Вода в этом затворе должна быть на уровне, за которым нужно следить. Обычно он находится между горелкой и ацетиленовой трубой.

Газовые баллоны

Эти баллоны разного цвета в зависимости от вида газа. Ко всем баллонам применяется строгое правило: никогда не красить верхнюю часть, чтобы не случилось контакта краски и газа. Еще один технический нюанс: на ацетиленовые баллоны нельзя ставить медные вентили из-за высокого риска взрыва от взаимодействия ацетилена и меди.

Шланги разного назначения

Шланги нужно много для чего: подачи газов и горячих жидкостей. Кроме того, они должны работать под давлением, так что это совсем не садовые шланги для полива огородика, а серьезные приспособления с особыми техническими характеристиками.

с красной полосой для давления до 6-ти атмосфер;
с желтой полосой для горючих веществ;
с синей полосой для давления вплоть до 20-ти атмосфер.

Газовые горелки

Газы и пары от горючих жидкостей смешиваются в смесителе горелки. Они выпускаются в огромном разнообразии, делясь на инжекторные и горелки без него, разной мощности и так далее.

Редуктор

Необходимая вещь там, где имеет место высокое давление газа.

Редукторы снижают давление газа, выходящего из баллона. Они бывают двух типов: прямого и обратного действия. Продвинутые модели с серебрением выпускаются для работы с сжиженным газом: они не позволяют такому газу замерзнуть на выходе из баллона.

Газовый пост

Это специальный рабочий стол для сварки. Лучший вариант поста – столешница с возможностью ее поворачивать и фиксировать. Хороший пост оборудован вытяжной вентиляцией и хорошей системой складирования и хранения инструментов сварщика.

Газовая сварка: гибридный вариант с полуавтоматом

В этой методике добавляется использование электрической дуги и защитного газа – чаще всего аргона. При таком раскладе технологию вполне можно назвать гибридной.

Швы при газовой сварке.

Вот какие этапы действий выполняются:

подключение аппарата к сети;
фиксация присадочной проволоки через отверстие в горелке;
регулировка давления газа с помощью редуктора;
определение и выставление скорости подачи присадочной проволоки;
регулирование остальных параметров – силы сварочного тока и напряжения;
фиксация горелки под углом к поверхности заготовок перед зажиганием горелки;
начало сварки.

Следует отметить, что технические характеристики всех расходных материалов, равно как и элементов оборудования, четко и ясно прописаны в ГОСТах. Иными словами, процесс газовой сварки отлично регламентирован.

Подпадают под ГОСТы, к примеру, следующие параметры:

характеристики ацетиленового генератора;
типы шлангов;
давление газа, регулируемой редуктором;
тип газовых горелок;
виды присадочной проволоки;
стандарты по газовым баллонам и т.д.

Газовая сварка относится к группе сварки плавлением. Метод газовой сварки прост, не требует сложного оборудования и источника электрической энергии. К недостаткам газовой сварки относятся меньшая скорость и большая зона нагрева, чем при .

Газовую сварку применяют при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали толщиной 1-3 мм, монтаже труб малого и среднего диаметров, соединений и узлов, изготовляемых из тонкостенных труб, сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни и свинца, сварке чугуна с применением в качестве присадки чугунных, латунных и бронзовых прутков, наплавке твердых сплавов и латуни на стальные и чугунные детали.

Газовой сваркой могут соединяться почти все металлы и сплавы, применяемые в настоящее время в промышленности. Наиболее широкое применение получила при строительно-монтажных работах, в сельском хозяйстве и при ремонтных работах.

Для выполнения сварочных работ необходимо, чтобы сварочное пламя обладало достаточной тепловой мощностью. Мощность пламени горелки определяется количеством ацетилена, проходящего за один час через горелку, и регулируется наконечниками горелки. Мощность пламени выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла и его свойств. Количество ацетилена в час, необходимое на 1 мм толщины свариваемого металла, устанавливается практикой.

Пример. При сварке низкоуглеродистой стали на 1 мм толщины свариваемого металла требуется 100-130 дм 3 ацетилена в час.

Для сварки низкоуглеродистой стали толщиной 4 мм минимальная мощность сварочной горелки составит 100х4=400 дм 3 /ч, наибольшая - 130х4=520 дм 3 /ч.

Для газовой сварки различных металлов требуется определенный вид пламени - нормальное, окислительное, науглероживающее. Газосварщик регулирует и устанавливает вид сварочного пламени на глаз. При ручной сварке сварщик держит в правой руке сварочную горелку, а в левой - присадочную проволоку. Пламя горелки сварщик направляет на свариваемый металл так, чтобы свариваемые находились в восстановительной зоне на расстоянии 2- 6 мм от конца ядра. Конец присадочной должен находиться в восстановительной зоне или в сварочной ванне.

Скорость нагрева регулируется изменением угла наклона а мундштука к поверхности свариваемого металла.

Рисунок 1 - Угол наклона (а) и способы перемещения мундштука горелки (б)

Величина угла выбирается в зависимости от толщины и рода свариваемого металла. Чем толще металл и больше его теплопроводность, тем больше угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла. В начале сварки для лучшего прогрева металла угол наклона устанавливают больше, затем по мере прогрева свариваемого металла его уменьшают до величины, соответствующей данной толщине металла, а в конце сварки постепенно уменьшают, чтобы лучше заполнить и предупредить пережог металла.

Рукоятка горелки может быть расположена вдоль оси шва или перпендикулярно ей. То или иное положение выбирается в зависимости от условий (удобств) работы газосварщика, чтобы рука сварщика не нагревалась теплотой, излучаемой нагретым металлом.

В процессе газовой сварки газосварщик концом мундштука горелки совершает одновременно два движения: поперечное - перпендикулярно оси шва и продольное - вдоль оси шва. Основным является продольное движение, поперечное служит для равномерного прогрева кромок основного и присадочного металла и получения шва необходимой ширины.

Способ 1, при котором пламя периодически отводится в сторону, применять при газовой сварке не рекомендуется, так как при этом возможно окисление расплавленного металла кислородом воздуха. Способ 2 - по спирали и способ 3 - полумесяцем рекомендуются при сварке металла средней толщины, способ 4 - при сварке тонких листов (рисунок 1).

Присадочной можно совершать такие же колебательные движения, но в направлении, обратном движениям конца мундштука горелки.

Конец присадочной проволоки не рекомендуется извлекать из сварочной ванны и особенно из восстановительной зоны пламени. Движения, совершаемые концом мундштука горелки и концом присадочной проволоки в процессе сварки, зависят от положения шва в пространстве, толщины свариваемого металла, рода металла и требуемых размеров сварочного шва. Для сварки швов в нижнем положении наиболее распространено движение полумесяцем.

Газовая сварка используется больше 100 лет и технология газовой сварки до сих пор актуальна в деле сварки металлов.

После появились новые виды и оборудование для сварки — дуговая, с электродом, портативная — полуавтоматом и в защитных средах (к примеру, сварка в углекислом газе), потому технология газовой сварки отошла на второй план, особенно в промышленности.

Газовое сваривание идет посредством плавления материалов и металлов, образующих гомогенную структуру: материалы плавятся и после соединяются.

Газ горит, как смесь в присутствии очищенного кислорода.

Имеет следующие преимущества:

Простой тип сварки/резки, дорогостоящий сварочный аппарат не требуется (если только не сварка полуавтоматом или электродом);
Газ/смесь для сварки/резки можно приобрести без проблем;
Газовая сварка не нуждается в мощном источнике энергии и защитных средах (по ситуации);
Пламя/смесь можно контролировать – менять его мощность, виды, регулировать нагрев деталей при сварке и для резки.

Не лишена и недостатков:

Малая быстрота нагрева металлов горелкой (полуавтоматом выгоднее).
Газовая сварка выдает широкую зону тепла;
Тепло сильно рассеивается, плохо концентрируется, нежели при дуговой;
Заметный минус кроется в цене топлива/электричества. Конечно, аппарат дуговой сварки или сварки электродом расходует электричество нещадно, но при подсчете окажется все равно дешевле того же ацетилена и кислорода;
Плохая тепловая концентрация снижает результативность газовой сварки/резки с возрастанием толщины: при толщине 1 мм темп составит приблизительно 10 метров в час, а при 1 см толщины — всего 2 метра в час. Потому для деталей от 5 мм используется дуговой метод или сварка полуавтоматом/электродом;
Плохо механизируется. Автоматическая происходит при сварке труб с тонкой стенкой в продольном шве при работе многопламенной горелки, и то только в некоторых операциях (производство тонкостенных полых резервуаров, газовая сварка труб небольшого диаметра, газовая сварка алюминия, газовая сварка чугуна, различных их сплавов).

Компоненты сварки

В настоящее время используют различные газы, какой из них выбрать и как применять, опишем ниже.

Кислород

Газ для сваривания и резки, не имеет цвета и запаха. Способствует быстрому воспламенению паров горючих материалов.

Сварочный кислород выступает как катализатор плавления/резки металлов и входит в смесь с горючим газом.

Кислород хранится в баллоне под постоянным давлением, вследствие контакта с маслом самовоспламеняется.

Лучшая мера предосторожности – убрать газовые баллоны для сварки в закрытое от солнца и контакта место, тщательно очистить от пыли, грязи и не прикасаться к нему пропитанными чем бы то ни было перчатками.

Сварочный кислород получается из обычного воздуха, какой был отделен от СО2 и Н2О в воздухоразделительной установке. Существует 3 сорта кислорода, используемого в сварке: высший (99.5%), 1 и 2 сорта (99.2 и 98.5 процентов соответственно).

На остаток приходится смесь Ar и N.

Ацетилен

Ацетилен – смесь H и O, бесцветный газ для сварки с небольшим присутствием NH4 и H2S.

Если давление превышает 1.5 кг/см² и температура превышает 400°С, то смесь может взорваться.

Получается через диссоциацию жидких углеводородов под действием электричества.

Чаще всего в баллоне при диссоциации карбида кальция водой.

Заменители ацетилена

Правило гласит: чтобы сварочный процесс свершился, температура на выходе должна быть в 2 раза выше, чем порог плавки металла.

Как замена используются водород, метан, пропан, керосиновые пары, но температура их горения находится в пределах 2400-2800 градусов, что меньше 3150 градусов при горении ацетилена.

Основное преимущество вышеуказанных газов заключается в дешевизне производства.

Однако применение заместителей диктовано характером нагрева и плавящимся металлом.

К примеру, сталь требует виды проволоки с марганцем и кремнием, которая раскисляет ее, а плавящимся цветным металлам нужен флюс.

Еще один минус – не все виды газов имеют высокую теплопроводность.

Проволока и флюс

Проволока и сварочный флюс – неотъемлемое оборудование для газосварки, которое необходимо для надежного шва.

Проволока может быть только без краски и масла, коррозии, при этом порог ее плавления равен или ниже порога плавления металлов.

В ее отсутствие выручит тонкая полоска тех же металлов, которые свариваются.

Сплавы Cu, Mg, Al и металлы вообще во время сварки производят окислы, они относятся к соединениям, плавящимся при большей температуре, нежели сам металл.

Они накрывают металл тонким трудно плавящимся покрытием, усложняя сварку.

Плавящимся металлам требуется присутствие защитных флюсов.

Плавящимся флюсом делается нанесение непосредственно на металл или проволоку до сварки, плавится и выдает плавкий шлак, какой покрывает плавленый металл поверхностно.

Борная кислота и бура выступают в роли защитных флюсов.

Углеродистая сталь варится без добавок, а газовая сварка чугуна, меди и стали требует как раз защитных флюсов.

Газосварочное оборудование для металлов состоит из нескольких категорий (см. видео):

Водяной затвор. Нужен для защиты генератора ацетилена и трубы от обратной тяги огня из горелки. Затвор – главный оборудование поста, он должен быть исправным и наполняться водой вровень с краном. Затвор стоит между горелкой/резаком и газопроводом/генератором ацетилена;
Газовый баллон. Баллон имеет конусную резьбу на отверстии, на которую ставится закрывающий вентиль. Снаружи баллон имеет условный цвет по роду газа: голубой – кислород, белый – ацетилен, зелено-желтый — водород, красный — прочие газы. Верхняя часть баллона никогда не красится (нельзя допускать контакта газа с маслом в краске). Для ацетилена можно использовать вентиль, который сделан из любого металла, кроме меди – ацетилен с медью образует взрывоопасную ацетиленовую медь;
Редуктор. Редуктор снижает давление выходящего газа. Редуктор бывает одно- или двухкамерный, причем двухкамерный редуктор держит более стабильное давление. Бывает редуктор прямого действия и редуктор обратного действия. Кстати, для кислорода и ацетилена есть свой отдельный редуктор. Любой редуктор одновременно является клапаном сброса давления. Редуктор в сварке сжиженным газом имеет оребрение во избежание вымерзания газа при выходе;
Шланги. Шланги для горючего газа имеют сплошную линию из красного цвета, как обозначение. Такие шланги работают при давлении до 6 атм. Это шланги 1 класса, шланги 2 класса нужны для передачи горючей жидкости (бензин, керосин). Эти шланги имеют желтую полосу по всей длине. Шланги 3 класса – это шланги синего цвета, они работают при давлении до 20 атм;
Горелка. Это оборудование смешивает газы, выпускает из мундштука под нужным давлением смесь, которая плавит металлы. Бывают безинжекторный и инжекторный виды, причем последний более распространен. В аппарат входят: мундштук, ниппель, наконечник, камера-смеситель, гайки, инжектор, корпус с рукоятью и ниппель для газов. Горелка бывает микромалой, малой, средней и большой мощности (в зависимости от максимально пропускаемого и сжигаемого объема газов в единицу времени). В случае работы полуавтоматом пламени нет как такового;
Пост. Пост для сварки – надлежаще обустроенное место для работы. Пост представлен в виде стола с тумбами и местами для хранения инструмента. Там удобно будет хранится оборудование для сварки, шланги. Пост бывает с поворотной или неповоротной столешницей. Пост поворотный нужен для мелкой работы. Но для работы в большом цеху используется передвижной пост или стационарный, предустановленный пост. ГОСТ требует снабдить пост вытяжкой или постоянным доступом воздуха, так как газосварочное оборудование выделяет опасные пары при плавке. Пост улучшает качество труда – пост не позволяет постоянно нагибаться и стоять в непривычной позиции (на видео представлен образцовый пост для работы).

Технология сварки

Редуктор меняет состав смеси из кислорода и газа (не только ацетилена) — так сварщик меняет характер пламени.

Так получаются 3 типа пламени: восстановительное (для почти всех металлов + для работы в защитных средах), окислительное (обязательна проволока с кремнием и марганцем), с избытком газа (для прочных сплавов).

Металл плавится с небольшим объемом ванны и заметной локализацией тепла, металл плавится довольно быстро и также скоро остывает.

При плавке в ванне проходит восстановление и окисление, причем алюминий и магний окисляются легче всего.

Так как окислы этих металлов не восстанавливают H и CO2, требуется пользоваться флюсом.

Никельные и железные окислы напротив – восстанавливаются легко, потому флюсы для них не требуются.

Вдоль шва расположена зона частичной плавки, в ней прочность меньше, чем в шве, потому в данной точке соединение чаще всего разрушается.

Каждый участок после этого порога при нагревании имеет более нормальную структуру с мелкими зернами.

Для повышения качества шва и всей каймы вокруг него применяется термическая ковка шва или нагрев той же самой горелкой:

Сварка углеродистой стали. Сталь низкоуглеродистая варится любым газом, не только ацетиленом. Углеродистая требует вносить в плавку стальную проволоку с малой углеродной концентрацией: часть Mn, Si и C выгорит, шов получится с большими зернами и прочность его сравняется с общей по данной детали;
Сварка легированной стали. Теплопроводность такого типа стали ниже, чем у низкоуглеродистой, потому она коробится. Низколегированная сталь варится довольно легко: нужно лишь оптимальное пламя и добавка проволоки. Нержавеющая сталь с хромом и никелем варится пламенем мощностью 75 дм3 в присутствии проволоки СВ-02Х10Н9, СВ-06-Х19Н9Т. Нержавеющая жаропрочная сталь требует использовать проволоку с никелем и хромом (21 и 25 процентов соответственно), коррозийно-стойкая сталь требует проволоку с 3% молибдена, 11% никеля и 17% хрома;
Газовая сварка чугуна. Варка идет науглероживающим пламенем, иначе окисление вызовет появление в шве зерен хрупкого белого чугуна из-за пиролиза кремния;
Сварка меди. Медь требует больше пламени по мощности и температуре в силу своей выдающейся теплопроводности. К тому же она весьма текуча в плавленом виде, потому нельзя оставлять промежуток меж кромок. В качестве присадки подходит проволока той же меди без примесей, а для раскисления используется флюс;
Сварка латуни. Латунь проще и быстрее варится именно газовым методом. Правда цинк в ее составе быстро улетучивается при 900 градусах, из-за перегрева шов получается с порами. Потому при нагревании и сварке нужна сверхподача кислорода (больше на 30-40%) и латунная проволока как присадка;
Сварка бронзы. Применяется восстановительное пламя, которое не выжигает олово, алюминий и кремний из металлов. Как присадка используется проволока с составом, схожим с бронзой, причем иногда используется до 0.4% кремния для раскисления.

Сварка полуавтоматом

Сварка полуавтоматом осуществляется проволокой, что делает данный метод вариацией на тему привычной электродуговой сварки/сварки электродом и отчасти газовой, в которой между свариваемой деталью и электродом возникает дуга.

Сопротивление электрода ниже сопротивления дуги, потому дуга получает больше тепловой энергии (плазмы), что заставляет оплавляться деталь вместе с электродом, что и дает сварную ванну.

Жидкий металл остывает, кристаллизуется и получается шов. Весь процесс сварки полуавтоматом можно увидеть на видео.

Основные компоненты аппарата-полуавтомата – защитный газ и электрод.

Сварка полуавтоматом начинается всегда с настройки:

Включить аппарат, дождаться запуска;
Продеть проволоку через рукав – шланг, ведущий к горелке;
Поставить на редукторе требуемое давление, открыв вентиль в баллоне;
Выбрать нужную скорость подачи газа по маховику;
Выбрать рабочее напряжение дуги, силу тока;
Поставить горелку под углом и начать варить.

При сварке полуавтоматом важно учитывать целый ряд параметров: угол работы проволоки с плавящимся материалом, ее вылет, расход СО2, напряжение дуги, ее полярность, сила тока.

На каждый показатель есть свой ГОСТ. ГОСТ имеется как на газосварочное оборудование и аппарат, так и каждый элемент должен иметь свой ГОСТ:

ГОСТ 13861-89 — редуктор, давление и общие технические условия;
ГОСТ 30829-2002 — ацетиленовый генератор;
ГОСТ 9356-75 — шланги на сварочный аппарат;
ГОСТ 949-73 — баллоны для газов;
ГОСТ 1077-79 и ГОСТ 29091-91 — универсальные и инжекторные типы горелок;
ГОСТ 21449-75 — проволока для присадки.

Техника безопасности при газовой сварке очень важна. Без знаний по технике безопасности приступать с газосварке строго запрещено!

Газовая сварка – это процесс, при осуществлении которого происходит плавление присадочного и основного материала. Он происходит в пламени полностью открытой горелки. Поддержка пламени горелки осуществляется посредством подачи одного или нескольких видов газов одновременно с кислородом. Необходимо помнить, что пламя может быть восстановительным и окислительным.

Данный фактор регулируется количеством применяемого кислорода. В прямой зависимости от состава используемого металла, выбирается состав основных применяемых в процессе работы посадочных прутков. В прямой зависимости от толщины используемого при сварке металла, выбирается диаметр охвата обрабатываемой площади сварки.

Основная сфера применения сварки

Современная газовая сварочная обработка металлов используется для осуществления процесса нагрева металлических элементов для прочного их соединения. Суть нагрева основана на сжигании горючего газа в специальных сварочных горелках. Данный процесс характеризуется медленным, возможно плавным нагревом металла. Это обуславливает основные сферы ее применения. Газовая сварка используется в таких моментах и областях деятельности, как:

При работе со сталью, толщина которой составляет 0,2 – 5 мм. Здесь требуется знать, что с увеличением показателей толщины металла, по причине более медленного нагрева, автоматически снижается уровень производительности труда;
Для соединения изделий и элементов, выполненных и цветных металлов;
используется в процессе работе с инструментальными сталями, которые требуют относительно мягкого нагрева, а также более медленного охлаждения;
Не обойтись без такого процесса, как сварка газовая металлов при соединении чугунных элементов, а также некоторых иных специальных сталей, которые требуют определенного подогрева при осуществлении данного вида деятельности.

Подобные работы обычно производятся на предприятиях, но газовая сварка также достаточно широко используется в процессе осуществления ремонтных работ, где требуется процесс твердой пайки, а также некоторых видов и типов наплавочных работ. Несмотря на то, что сварка газовая не достигает такой высокой скорости, как электродуговая сварка, ей отдают предпочтение очень много мастеров, так как процесс характеризуется мобильностью и относительной простотой.

Основные преимущества газовой обработки

В современной промышленности применяется именно такая сварка, так как метод обладает немалым количеством преимуществ. Это такие положительные стороны, как:

Отсутствие необходимости в применении разных источников электроэнергии, а также дорогостоящего оборудования. Именно благодаря этому все без исключения сварочные работы можно смело провести в лесу или на участке, где не проведены инженерные коммуникации. Стоит отметить, что большинство нефтепроводов, которые были созданы много лет назад, были сварены, как раз посредством газовой обработки металлов. Это обеспечивает возможность производить ремонтные работы разных частях зданий и сооружений, а также в самых разных областях и регионах России;
Подобная газовая сварка металлов идеально подходит для эффективного и качественного соединения свинца, латуни, чугуна и меди, что также является одним из основных преимуществ. Присутствует возможность осуществлять замену мощности пламени для соединения металлов, которые характеризуются разными температурными показателями плавления;
К положительной характеристике можно отнести относительно медленный нагрев, а также остывание материала;
Если используется такая сварка газовая, швы получаются идеально ровными, а также высококачественными. Необходимо помнить, что для достижения подобного результата требуется грамотно выбрать параметры мощности пламени и его вид, также не менее важна марка проволоки;
Прочность полученных швов очень часто получается на порядок выше, чем в ситуации применения обычно электродуговой сварки, где применяются низкокачественные электроды;
В процессе работы с газовой сваркой, у специалиста появляется возможность достаточно быстро изменять установленную температуру пламени;
Посредством такого метода, как сварка можно не просто закалять материал, но также осуществлять его резку, а также производить свое основное действие – сваривать максимально эффективно разные виды металлов.

Благодаря всем вышеперечисленным положительным факторам, газовая сварка среди прочих по своим масштабам применения занимает второе место. Данный метод немного уступает только дуговой электросварке. При осуществлении подобного способа сваривания деталей, могут быть использованы такие горючие газы, как водород, ацетилен, природный газ, пары бензина, керосин, а также пропан-бутан.

Прежде чем будет выбрана для работы та или иная сварка, важно узнать не только основные преимущества вида, но также и некоторые недостатки.

Газовая сварка - отрицательные стороны

Знание и ознакомления с присутствующими недостатками поможет определиться с тем, какой метод сварки для каких работ подойдет более оптимальным образом. Говоря о данной стороне метода, можно отметить такие факторы, как:

Одновременно с увеличением толщины материала, автоматически снижается уровень производительности. Например, если толщина металла будет немного больше 5 мм, его сварка будет совершенно невыгодной, так как наиболее оптимальным способом здесь будет применение электродуговой сварки;
Присутствует достаточно широкая зона нагрева, потому сварка газовая для некоторых ситуаций может не подойти. Это может стать причиной перегрева элементов, которые относятся к категории термически неустойчивых. Они потеряют свою форму при нахождении рядом с зоной осуществления нагрева;
В процессе использования такого вида сварки могут быть использованы достаточно опасные вещества, они могут стать самой настоящей бомбой. Газовые баллоны требуется держать на значительном расстоянии от разнообразны органических веществ, например, от жиров и всех видов масла, на таком же расстоянии должна производиться и сама сварка;
Специалисты не рекомендуют использовать данный вид обработки металла при соединении внахлест металлических элементов, толщина которых составляет 3 мм. Все дело в том, что в подобной ситуации в металле может появиться определенное напряжение, которое может стать одной из причин образования некоторой деформации в местах, где производится спайка;
Сварка металлов такого плана не рекомендована для работы с высокоуглеродистыми сталями;
Подобный вид совершенно не подходит для легирования наплавляемого металла. Стоит обратить особое внимание, что на качество швов оказывает влияние качество обмазки электродов;
Сварка такого плана не поддается процессам механизации;
Также к отрицательной стороне можно отнести относительно медленный нагрев и последующее остывание всех присутствующих свариваемых поверхностей.

Подводя итоги, можно отметить, что знание всех положительных и отрицательных сторон поможет сделать выбор метода максимально обоснованно. Многие специалисты отмечают, что замедленная скорость может быть отнесена, как в положительной, так и к отрицательной стороне. Преимущество присутствует так как некоторые металлы требуют определенных мягких условий. Что же касается недостатков, то тут все просто, некоторые виды металлов просто нуждаются в иных условиях сварки.

При осуществлении данного процесса, важно знать, что есть две основные особенности обработки металлов, которая относится к категории газовой:

Чем более чистый используется кислород, тем меньшим будет его расход, а соответственно выше общая скорость резки и чище кромка;
При применении такого метода сварки часто получают в результате стыковые и торцевые соединения.

Именно на основании всех присутствующих положительных факторов, а также универсальности, газовая сварка металлов завоевала высокие показатели популярности и прочно занял свою нижу в промышленности.