Научно-технический прогресс не стоит на месте и с появлением компактных инверторных ИП дуговой сварки жизнь сильно упростилась. Казалось бы, теперь можно забыть и про старую добрую газовую сварку! Однако у сварщиков газовая сварка по-прежнему пользуется большим уважением, в частности, в сфере ЖКТ при прокладке труб, а также в мастерских.
Тепловую энергию при газосварке, необходимую для плавления металла, получают в результате сжигания топлива. В его качестве могут применяться смеси: Н2+О2; C2H2+02; бензин+ О2 и т.д. Трудно не заметить присутствие кислорода во всех приведенных примерах, добавляется он с целью увеличения температуры пламени.
На практике из всего перечисленного чаще всего используется C2H2 (ацетилено-кислородная сварка) или его дешевый аналог МАФ.
Дуговая и газовая сварка по всем физическим проявлениям относятся к сварке плавлением. Но получается на этом родственные сходства и заканчиваются, а по сути технологически два процесса сильно разнятся. При газосварке разогрев металла происходит медленно, с малой скоростью. В определенных случаях это дает преимущества, в других — и вовсе затрудняет сварочный процесс или делает его невозможным.
Газосварка дает преимущества при сварке:
• Тонкостенных металлов от 0,2 до 5 мм;
• Цветных металлов;
• Сталей, требующих медленного предварительного подогрева и такого же последующего охлаждения;
• Чугуна, который покрывается трещинами при температурных перепадах , и спецсталей.
Также трудно переоценить качество и скорость выполнения работ при твердой пайке коррозионностойких сталей, медных сплавов и наплавке.
Востребована газосварка для многих ремонтно-монтажных видов деятельности. Но существуют и отрицательные стороны. Связаны они с малой скоростью сварки: медленный нагрев еще сильнее замедляется с увеличением сечения детали. Считается, что при толщине детали свыше 8-10 мм выполнение газосварки экономически нецелесообразно, хотя технологически сохраняется де-юре возможность сварки толщин до 40 мм. Медленный нагрев, кроме всего прочего, может привести к нежелательным метаморфозам в металле. Перегрев на структурном уровне проявляет себя укрупнением зерна, что снижает мех.прочность. Также из-за достаточно объемного и длительного термического воздействия на изделие появляется другая проблема – высокое его коробление (если сравнивать с ММА). Поэтому соединения под сварку используют максимально упрощенные, чаще всего это стыковые соединения. Тавровые, нахлесточные, угловые и т.д. соединения применяют крайне редко, так как они требуют интенсивного нагрева, что сопровождается крайне повышенными деформациями. По подготовке стыковых соединений ограничений нет: применяют отбортовку кромок, снятие фасок с одной/двух сторон, а также возможен вариант, когда выполняется сварка встык без мех.подготовки (острые кромки).
Газовую горелку настраивают на нормальное пламя. Для получения нормального пламени отношение О2 к горючему газу должно быть для C2H2 1,1 -1,2.
Пламя устанавливают таким образом, чтобы деталь попадала под действие восстановительной зоны (2-6 мм от ядра). Прикасаться ядром к жидкому металлу сварочной ванны запрещено, так как это вызывает эффект насыщения углеродом. С изменением угла наклона мундштука горелки к поверхности металла меняется интенсивность термического воздействия на соединение. Чем больше угол – тем активнее нагрев. Соответственно, при сварке цветных металлов, например, меди, а также при работе с толстостенными изделиями угол увеличивают При работе с тонкими листами угол наклона уменьшают, и тепловое воздействие снижается за счет его рассредоточения по большей площади.
Газосварку выполняют во всех известных на сегодняшний день положениях. Наиболее сложное из них – это потолок, когда подвижный металл требуется удержать силой пламени.
Для того, чтобы заполнить зазор или усилить шов применяют присадку или, как ее еще называют, пруток, проволоку. Материал проволоки должен быть приближен к материалу детали. Иногда для улучшения мех. свойств в присадку вводят ниобий, вольфрам, кремний и т.д. (смотрите ГОСТ 2246-70).
Для сварки чермета с низким уровнем углерода применяют Св.- 08; Св.-08А; Св.-10ГА и Св.-15Г. Для чугунов — спецпрутки (высокоуглеродистые) с большим количеством Si. Для стойкой к износу наплавки применяют твердосплавы, полученные литейным способом.
Некоторые особенности, которые нужно учитывать:
• Темп. плавления проволоки должна быть не выше, чем у основного металла;
• Проволока без видимых загрязнений. На поверхности не должно быть масла, следов ржавчины, питтинговой коррозии, лакокрасочных покрытий;
• Характер плавления прутка – спокойный, без обильного выделения брызг;
Защита
В процессе сварки все металлодетали окисляются в присутствии О2 . Оксидные пленки имеют темп. плавления на порядок выше, чем у обычного металла, что создает сложности Для защиты сварочной ванны от влияния воздушной атмосферы окружающей среды и растворения окислов используют флюсовые добавки или пасты. Пасты обычно достаточно вязкие, чтобы их можно было наносить кисточкой, флюсовые добавки же чаще всего поступают в зону сварки на кончике прутка. Добавка разрушает окисел и ошлаковывается .
Флюсы применяют для сварки цветметов, высоколегированных сталей и чугуна. Для газосварки чермета с малым содержанием углерода флюсование не используется.
Нужно отметить, что в зависимости от вида металла образуется всегда два вида окислов: основной и кислый. Отталкиваясь от того, какой из них преобладает, выбирают флюсовую добавку. Кислый окисел убирают основной флюсовой добавкой и наоборот.
Например, при сварке чугуна преобладает окисел с кислыми свойствами SiO2 для удаления которого применяется K20 и Na2O, бура.
При работе с Cu и его сплавами получают основные окислы Сu2О, ZnO и т.д. Их эффективно растворяют кислые флюсы, составленные на основе соединений с бором.
Где газовая сварка востребована?
Газосварка пользуется популярностью во многих сферах производства и человеческой хозяйственной деятельности. Например, она и сегодня актуальна в строительстве самолетов, особенно там, где требуется сварка черных сталей с малым содержанием углерода толщиной 1 -3 мм; газовая сварка используется при производстве агрегатов хим.назначения. Популярна она также в сфере коммунального хозяйства; при проведении ремонтно-монтажных работ (прокладка труб небольшого диаметра, до 100 мм; ремонт подвижного состава в мастерских, депо; сельское хозяйство и т.д.).
Качество газосварки выше, чем при ММА сварке электродами с тонким или стабилизирующим покрытием. Некоторые электродные стержни бывают, как это ни странно звучит, покрыты только лишь жидким стеклом, состоящим из силикатов калия и натрия. Подобные электроды относятся к старому типу и устроены примитивно, но все еще активно жгутся сварщиками. Однако газосварка проигрывает сварке добротными (высококачественными) электродами с обмазкой из сплавов Fe с Mn, Ti и Si. Объясняется это тем, что добротный электрод выступает не только в роли присадки, а и оказывает легирующее влияние на сварочную ванну. Прочность легированных швов гораздо выше. Поэтому мех.характеристики швов, полученных в газовой защите, обеспеченной восстановительной зоной газового факела, уступают аналогичным свойствам швов, полученных при работе добротным электродом ММА.
Высокая результативность газосварки резко падает с наращиванием толщины изделия. При толщине 0,5-1,5 мм газовая сварка по эффективности может опережать ММА. Однако эта разница фактически нивелируется при наращивании толщины до 2-3 мм и далее, с прибавлением каждого миллиметра металла скорость ММА значительно возрастает. Также при газосварке тонких деталей расход газа невелик, но с увеличением толщины стенки его расход значительно возрастает и ценник на газовую сварку становится больше, чем при ММА. Поэтому газовая сварка целесообразна только лишь при работе с небольшими толщинами.
Горелки для газовой сварки
Горелка — это инструмент, без которого газосварщик не может обойтись. Он постоянно находится у него в руках, поэтому он должен быть по возможности не громоздкий, удобно лежать в руке.
Принцип работы газовой горелки заключается в том, что газы в ней смешиваются до однородного состава, а приготовленная смесь поджигается и дает пламя необходимое для разогрева и перехода кромок металлического соединения, подлежащего сварке, в жидкое состояние. Горелка сегодня выполняет нетривиальные задачи:
- она должна выдавать высокотемпературный факел определенной формы наиболее эффективный для сварки;
- точно регулироваться;
- установленный режим работы должен поддерживаться на протяжении всего времени выполнения работ;
- горелка должна обладать высокими прочностными характеристиками, обеспечивающими надежность эксплуатации, не требовать постоянного ремонта;
- иметь не большой вес, чтобы не обрывать руки сварщику;
- оборудование должно соответствовать требования ТБ и т.д.
Все эти пункты могут быть выполнены только при условии, что горелка имеет удачные конструктивные особенности и собрана из надежных дорогих материалов, выдерживающих высокотемпературное воздействие, давление и т.д. В основном это медные сплавы и, собственно, сам Сu. Для изготовления основной части горелки используется сплав Cu с Zn (латунь), для наиболее нагреваемой части (мундштук) предусмотрена красная медь, ее темп. плавления (около 1100 градусов) достаточна, чтобы пламя на выходе не оплавляло ее. Температура, конечно, не большая, но и температура пламени у основания ацетилено-кислородного факела не превышает 700 оС и достигает 3200 оС только в середине ядра.
Существуют различные виды горелок. Есть даже сжигающие в своем чреве бензин или керосин, однако по конструктивным отличиям более всего распространены горелки безинжекторные (высокого давления) и инжекторные (низкого давления).
Безинжекторные горелки
Здесь главенствует принцип: если подаваемые газы имеют одинаковое большое давление, тогда и нет необходимости в дополнительном нагнетании (подсосе) горючего газа. Все что нужно, смешать О2 и горючий газ в спец.камере до получения однородной смеси – и все готово для проведения сварочных мероприятий. Горелка имеет наиболее простую сборку. Она состоит из рукавов, по которым подается газ, системы регулирующих барашков, ниппелей, смесителя. Безинжекторные горелки не пользуются большой популярностью у мастеров из-за того, что водород и метан – газы, применяемые при данной технологии, не очень-то востребованы в массах. Ацетилен не используется из-за того, что наше производство выпускает в основном ацетилен низкого давления.
Инжекторные горелки
Более сложно устроены. О2 поступает в горелку под большим давлением 4 атм. В инжекторе он создает разрежение, давление падает ниже атмосферного и таким образом происходит подсос горючего газа. Расход ацетилена увеличивается по мере разогрева мундштука, а также в связи с появлением препятствий, осложняющих выход газов из наконечника. Поэтому в процессе работы сварщик постоянно вынужден откручивать ацетиленовый барашек на горелке, другими словами ему постоянно приходится корректировать режим. При всем этом расход О2 остается неизменным.