Газосварочные работы

Для производства работ по газовой сварке необходимо иметь следующее оборудование и инвентарь - ацетиленовый генератор или баллон с горючим газом, кислородный баллон, редукторы (кислородный и для горючего газа), сварочную горелку с набором сменных наконечников, шланги для подачи кислорода и горючего газа в горелку, сварочный стол, приспособления, необходимые для сборки изделий под сварку, комплект инструментов, очки с защитными стеклами, спецодежду для сварщика. Как выполнять газовую сварку. Сварочное пламя образуется при сгорании выходящей из мундштука горелки смеси горючего газа (или паров горючей жидкости) с кислородом. Свойства сварочного пламени зависят от того, какое горючее подается в горелку и при каком соотношении кислорода и горючего создается газовая смесь. Изменяя количество подаваемого в горелку кислорода и горючего газа, можно получить нормальное, окислительное или науглероживающее сварочное пламя. Нормальное (или восстановительное) пламя теоретически должно получаться при объемном отношении количества кислорода к ацетилену b=1. Практически вследствие загрязненности кислорода нормальное пламя получается при несколько большем количестве кислорода, т.е. при b=1,1 – 1,3. Нормальное пламя способствует раскислению металла сварочной ванны и получению качественного сварного шва. Поэтому большинство металлов и сплавов сваривают нормальным пламенем. Нормальное ацетилено-кислородное пламясостоит их трех ясно выраженных зон - ядра, восстановительной зоны и факела. Форма ядра – конус с закругленной вершиной, имеющий светящуюся оболочку.

Ядро состоит из продуктов распада ацетилена с выделяющимися раскаленными частицами углерода, которые сгорают в наружном слое оболочки. Длина ядра завит от скорости истечения горючей смеси из мундштука горелки. Чем больше давление газовой смеси, тем больше скорость истечения, тем длиннее ядро пламени. Восстановительная зона по своему темному цвету заметно отличается от ядра. Она состоит в основном из оксида углерода и водорода, получающихся в результате частичного сгорания ацетилена. В этой зоне создается наивысшая температура пламени (3000 гр.С) на расстоянии 3-5 мм от конца ядра. Этой частью пламени производят нагревание и расплавление свариваемого металла. Находящиеся в этой зоне оксид углерода и водород могут восстанавливать образующиеся оксиды металлов. Факел располагается за восстановительной зоной и состоит из углекислого газа и поров воды, которые получаются в результате сгорания оксида углерода и водорода, поступающих из восстановительной зоны. Сгорание происходит за счет кислорода окружающего воздуха. Зона факела содержит также азот, попадающий из воздуха. Окислительное пламя получается при избытке кислорода b>1,3. Ядро такого пламени значительно короче по длине, с недостаточно резким очертанием, более бледной окраски. Длина восстановительной зоны и факела пламени также меньше. Пламя имеет синевато-фиолетовую окраску. Температура пламени несколько выше нормальной. Однако таким пламенем сваривать стали нельзя, так как наличие в пламени избыточного кислорода приводит к окислению расплавленного металла шва, а сам шов получается хрупким и пористым. Науглероживающее пламя получается при избытке ацетилена, b<1,1. Ядро такого пламени теряет резкость своего очертания, и на его вершине появляется зеленоватый ореол, свидетельствующий о наличии избыточного ацетилена. Восстановительная зона значительно светлеет, а факел получает желтоватую окраску. Очертания зон теряют свою резкость. Избыточный ацетилен разлагается на углерод и водород. Углерод легко поглощается расплавленным металлом шва. Поэтому таким пламенем пользуются для науглероживания металла шва или восполнения выгорания углерода.

Регулирование сварочного пламени производится по его форме и окраске. Важное значение имеет правильный выбор давления кислорода, его соответствие паспорту горелки и номеру наконечника. При большом давлении кислорода смесь вытекает с большой скоростью, пламя отрывается от мундштука, происходит выдувание расплавленного металла из сварочной ванны. При недостаточном давлении кислорода – скорость истечения горючей смеси падает, пламя укорачивается и возникает опасность обратных ударов. Нормальное пламя можно получить из окислительного, постепенно увеличивая поступление ацетилена до образования яркого и четкого ядра пламени. Можно отрегулировать нормальное пламя и из науглероживающего, убавляя подачу ацетилена до исчезновения зеленоватого ореола у вершины ядра пламени. Характер пламени выбирают в зависимости от свариваемого металла. Например, при сварке чугуна и наплавке твердых сплавов применяют науглероживающее пламя, а при сварке латуни – окислительное. Важным показателем сварочного пламени является его тепловая мощность. Мощность пламени принято определять расходом ацетилена в л/ч, а удельной мощностью пламени называют часовой расход ацетилена в литрах, приходящийся на 1 мм толщины свариваемого металла и его теплопроводности. Качество сварного соединения в значительной степени зависит от правильного выбора режима и техники выполнения сварки.

При сварке пламя горелки направляют на свариваемые кромки так, чтобы они находились в восстановительной зоне на расстоянии 2-6 мм от конца ядра. Конец присадочной проволоки также держат в восстановительной зоне или в сварочной ванне.

Положение горелки – угол наклона ее мундштука к поверхности свариваемого металла – зависит от толщины свариваемых кромок изделия и теплопроводности металла. Чем толще металл и чем больше его теплопроводность, тем угол наклона мундштука горелки должен быть больше. Это способствует более концентрированному нагреву металла вследствие подведения большого количества теплоты. В начале сварки для быстрого и лучшего прогрева металла устанавливают наибольший угол наклона, затем в процессе сварки этот угол уменьшают до нормы, а в конце сварки постепенно уменьшают, чтобы лучше заполнить кратер и предупредить поджог металла.

Различают два основных способа газовой сварки - правый и левый. При правом способе процесс сварки ведется слева направо. Горелка перемещается впереди сварочного прутка, а пламя направлено на формирующий шов. Этим обеспечивается хорошая защита сварочной ванны от воздействия атмосферного воздуха и замедленное охлаждение сварного шва. Такой способ позволяет получать швы высокого качества. При левом способе процесс сварки производится справа налево. Горелка перемещается за присадочным прутком, а пламя направляется на несваренные кромки и подогревает их, подготавливая к сварке. Правый способ применяют при сварке металла толщиной более 5 мм. Пламя горелки при таком способе ограничено с двух сторон кромками изделия, а позади – наплавленным валиком, что значительно уменьшает рассеивание теплоты и повышает степень ее использования. Однако при левом способе внешний вид шва значительно лучше, так как сварщик отчетливо видит шов и может получить равномерную высоту и ширину его. 

Это особенно важно при сварке тонких листов. Поэтому тонкий металл сваривают левым способом. Кроме того, при левом способе пламя свободно растекается по поверхности металла, что снижает опасность его пережога. Выбор способа сварки зависит также от пространственного положения шва. При сварке швов в нижнем положении выбор способа сварки, как указано выше, зависит от толщины металла. Сварку вертикальных швов снизу вверх следует производить левым способом. Сварку горизонтальных швов выполняют левым способом, направляя пламя горелки на заваренный шов. Для предупреждения вытекания расплавленного металла сварочную ванну формируют с небольшим перекосом. Потолочные швы легче сваривать правым способом, так как в этом случае газовый поток пламени направлен непосредственно на шов и тем самым препятствует вытеканию металла из сварочной ванны.

В процессе сварки мундштук горелки и присадочный пруток совершают одновременно два движения: одно – вдоль оси свариваемого шва и второе – колебательные движения поперек оси шва. При этом конец присадочного прутка движется в направлении, обратном движению мундштука.

Для получения сварного шва с высокими механическими свойствами необходимо хорошо подготовить свариваемые кромки, правильно подобрать мощность горелки, отрегулировать сварочное пламя, выбрать присадочный материал, установить положение горелки и направление перемещения её по свариваемому шву.

Подготовка кромок заключается в очистке их от масла, окалины и других загрязнений, разделке под сварку и прихватке короткими швами.

Свариваемые кромки защищают на ширину 20-30 мм с каждой стороны шва. Для этой цели можно использовать пламя сварочной горелки. При нагреве окалина отстает от металла, а краска и масло выгорают. Затем поверхность свариваемых деталей зачищают стальной щеткой до металлического блеска. При необходимости (например, при сварке алюминия) свариваемые кромки травят в кислоте и затем промывают и сушат.

Разделка кромок под сварку зависит от типа сварного соединения, который, в свою очередь, зависит от взаимного расположения свариваемых деталей. Стыковые соединения являются для газовой сварки наиболее распространенным типом соединений. Металлы толщиной до 2 мм сваривают встык с отбортовкой кромок без присадочного материала или встык без разделки кромок и без зазора, но с присадочным материалом. Металл толщиной 2-5 мм сваривают встык без разделки кромок, но с зазором между ними. При сварке металла толщиной более 5 мм применяют V – или X – образную разделку кромок. Угол скоса выбирают в пределах 70-90 градусов; при этих углах получается хороший провар вершины шва. Скашивают кромки зубилом, на станке или газовой резкой. Между свариваемыми кромками оставляют зазор 1-3 мм. Угловые соединения также часто применяют при сварке металлов малой толщины. Такие соединения сваривают без присадочного металла. Шов получается за счет расплавления кромок свариваемых деталей. Нахлесточные и тавровые соединения допустимы только для сварки металла толщиной менее 3 мм, так как при больших толщинах металла неравномерный местный нагрев вызывает большие внутренние напряжения и деформации и даже трещины в шве и основном металле.

Скос кромок производят ручным или пневматическим зубилом, а также на кромкострогальных или фрезерных станках. Экономичным способом подготовки кромок является ручная или механизированная резка; образующиеся при этом шлаки и окалины удаляют зубилом и металлической щеткой.

Чтобы не допустить изменения положения свариваемых деталей и зазора между кромками в течение всего процесса сварки, изделия закрепляют в приспособлениях или с помощью прихваток. Длина прихваток, их число и расстояние между ними зависят от толщины металла, длины и конфигурации свариваемого шва. При сварке тонкого металла и коротких швах длина прихваток составляет 5-7 мм, а расстояние между ними – 70-100 мм. При сварке толстого металла и значительной длине прихватки делают длиной 20-30 мм, а расстояние между ними – 300-500 мм.

Основные параметры режима сварки выбирают в зависимости от свариваемого металла, его толщины и типа изделия. Определяют требуемую мощность пламени, вид пламени, марку и диаметр присадочной проволоки, технику сварки. Швы накладывают одно- и многослойные. При толщине металла до 6-8 мм применяют однослойные швы, до 10 мм – швы выполняют в два слоя, а при толщине металла более 10 мм сваривают в три слоя и более.

Толщина слоя при многослойной сварке зависит от размеров шва, толщины металла и составляет 3-7 мм. Перед наложением очередного слоя поверхность предыдущего слоя должна быть хорошо очищена металлической щеткой. Сварку производят корот кими участками. При этом стыки валиков в слоях не должны совпадать.

При многослойной сварке зона нагрева меньше, чем при однослойной. В процессе сварки при наплавке очередного слоя происходит отжиг нижележащих слоев. Кроме того, каждый слой можно подвергнуть проковке. Все эти условия позволяют получить сварной шов высокого качества, что очень важно при сварке ответственных конструкций. Однако следует учесть, что при этом производительность сварки низкая при большом расходе горючего газа.

Сварку осуществляют следующим образом - кромки расплавляют горелкой, а затем в пламя вводят стальной присадочный пруток, который, расплавляясь, заполняет зазор. Передвигая постепенно горелку вдоль шва, производят сварку. При сварке тонких отбортованных деталей присадочный пруток не применяют, а оплавляют отогнутые кромки. При сварке длинных полос сначала прихватывают шов в нескольких местах, а затем его проваривают целиком. Это делают для того, чтобы избежать коробления изделия.

Газовая сварка может применяться для соединения легированных сталей, в составе которых есть хром, никель, титан и другие элементы. Однако нужно хорошо знать свойства и особенности каждого вида этих соединений. Возможность использования газовой сварки в работе с углеродистыми сталями зависит от процентного содержания в них углерода. Чем его больше, тем свариваемость стали хуже, и наоборот.