Газовая сварка: оборудование и технология, способы резки металлов и аппаратура

Газовая или ацетиленовая сварка подразумевает наличие двух компонентов сразу ацетилена (C2H2) и кислорода (O2), хотя в некоторых случаях вместо C2H2 применяют водород, пропан или бутан. Действует это так: когда факел от горения смешанных веществ оплавляет края стыкуемых элементов и присадочного материала, образуется жидкая сварочная ванна, которая после остывания образует шов. Диаметр присадочного прутка подбирают в соответствии с толщиной обрабатываемого металла. На сегодняшний день метод кислородно-ацетиленовой сварки широко применяется в машиностроении, авиации, судостроении, а также на любых мелких и крупных предприятиях лёгкой и тяжелой промышленности.

В процессе работы с ацетиленовой горелкой Источник svarkaved.ru

Слабые места и нюансы технологии

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.

Чем «газовать»?

Ацетилен и сегодня широко используется, там, где необходимы небольшие объемы сварки, особенно в аварийных случаях. Широко применяются и иные горючие газы: водород и природный, пропан (отдельно и в смеси с бутаном) и нефтяной, а также пары бензина и керосина.

Но этин среди них – король по теплотворности и термичности факела (на фото газовой сварки это видно) в его смеси с О2. И он больше других газов используется для этих целей.

Плюсы и минусы технологии:

не нужен подвод электротока;
недорогое оборудование и аксессуары;
ведется только вручную;
не высокое качество изделий по механике и долговечности.

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.

Подготовка деталей перед сваркой

Перед сваркой кромки свариваемого изделия и зону шириной 20…30 мм на сторону, прилегающую к ним, необходимо очистить от окалины, ржавчины и других загрязнений. Окалину, краску и другие загрязнения удаляют механическим способом или химическим травлением. Последний способ применяют в основном для очистки цветных металлов и сплавов.

Наличие загрязнений на поверхности основного металла может привести к образованию в шве непроваров, газовых и шлаковых включений.

Рис. 7. Стыковое соединение с V-образным односторонним скосом кромок при разной толщине деталей: s, s1 — толщина деталей; l — протяженность скоса кромки детали большей толщины; с — величина притупления кромок

При сварке встык деталей разной толщины деталь большей толщины s1 обрабатывают до получения толщины s более тонкой детали (рис. 7). Этим обеспечивается их одновременное расплавление при сварке.

Детали перед сваркой желательно собирать в специальных приспособлениях и прихватывать короткими швами для обеспечения их правильного взаимного расположения в процессе сварки. Прихватку выполняют при тех же режимах, что и основную сварку. Длина прихваток и расстояние между ними зависят от свойств и толщины свариваемого металла, а также от длины шва. При сварке небольших узлов из тонкого металла длина прихваток составляет не более 5 мм, а расстояние между ними — 50 … 100 мм. При сварке металла значительной толщины и большой протяженности сварного шва длина отдельных прихваток может достигать 20 … 30 мм, а расстояние между ними — 300 … 500 мм. Высота (толщина) шва в месте прихватки должна составлять 0,5 … 0,7 толщины основного металла. Необходимо следить за полным проваром металла в местах наложения прихваток, так как при сварке они могут не расплавиться на всю толщину.

Рис. 8. Порядок наложения прихваток в продольном шве: а — от центра; б — от кромки; 1 — 7 — последовательность наложения прихваток

Порядок наложения прихваток зависит от толщины основного металла и длины шва. Чтобы избежать коробления, соединения большой длины обычно прихватывают по определенной схеме (рис. 8).

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.

Особенности сварки швов в различных положениях

Выбор способа сварки (правого или левого) зависит от положения шва в пространстве. При сварке вертикальных швов снизу вверх целесообразнее использовать левый способ (рис. 15).

В отдельных случаях вертикальные швы можно сваривать снизу вверх и правым способом — так называемым сквозным валиком (рис. 16). При этом сварщик прожигает в металле сквозное отверстие и снизу заполняет его наплавкой на нижнюю кромку. В этом случае скоса кромок не делают. Детали собирают с зазором, равным половине толщины свариваемого металла, и устанавливают в вертикальное положение. Шов формируется сразу на всю толщину металла, причем с обеих сторон стыка одновременно образуется выпуклость (усиление) шва. Металл шва в этом случае по плотности не уступает шву, сваренному в нижнем положении.

Горизонтальные швы легче выполнять правым способом, при котором газовый поток пламени направлен непосредственно на них и тем самым препятствует стеканию металла сварочной ванны. Сварочную ванну располагают под некоторым углом, облегчающим формирование шва (рис. 17).

Рис. 15. Схема сварки вертикального шва снизу вверх (левый способ): 1 — присадочный пруток; 2 — горелка; 3 — деталь; 4 — шов

Рис. 16. Схема сварки сквозным валиком: 1 — стык; 2 — присадочный пруток; 3 — горелка; 4 — сварочная ванна; 5 — шов; 6 — газовое пламя

Рис. 17. Схема сварки горизонтального шва: 1 — присадочный пруток; 2 — деталь; 3 — горелка; 4 — шов

Потолочные швы легче выполнять правым способом, так как при этом конец присадочного прутка и давление газового потока препятствуют стеканию металла. Получение таких швов левым способом приводит к натекам металла и некачественному формированию валика. При потолочной сварке следует применять более «мягкое» пламя, не раздувающее металл.

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.

Проволока и флюс для выполнения сварки

Для осуществления сварки металлов, кроме газа, необходимы также проволока и флюс. Именно за счет этих материалов создается сварочный шов, формируются все его характеристики. Проволока, которая используется для сварки, должна быть чистой, без признаков коррозии и краски на ее поверхности. В отдельных случаях в качестве такой проволоки можно использовать полоску того же металла, который подвергается свариванию. Для того чтобы обеспечить защиту сварочной ванны от внешних факторов, необходимо использовать специальный флюс. В качестве такого флюса часто используются борная кислота и бура, которые наносятся непосредственно на поверхность свариваемого металла или на используемую для сварки проволоку. Без флюса может выполняться газовая сварка углеродистой стали, а при соединении деталей из алюминия, меди, магния и их сплавов такая защита необходима.

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.

https://youtu.be/21M1DpwTEB4

Техника безопасности

Прежде чем начинать работать, важно изучить правила техники безопасности и придерживаться их:

Не использовать оборудование рядом с легковоспламеняющимися веществами, жидкостями.
Работать только в хорошо проветриваемом помещении. Если же здание не проветривается, делать перерывы во время работы, чтобы сварщик мог подышать свежим воздухом. Желательно использовать респиратор.
Важно проверять чтобы элементы оборудования не были испачканы маслом.
Для охлаждения сопла рядом должна находиться ёмкость с холодной водой.
Подготавливать рабочую зону до начала сварки. Помехи при работе могут привести к травмам, браку заготовок.
Использовать защитные очки, специальный сварочный костюм, перчатки.

До начала работ проверять насколько надёжно подключены соединяющие шланги. Не должно быть утечки газа.

Газовая сварка — востребованный способ термического соединения металлических деталей. Перед тем как начинать сварочные работы, требуется ознакомиться с особенностями технологического процесса, подготовить оборудование, свариваемые детали. Чтобы не навредить организму, важно соблюдать правила техники безопасности.

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.

Что необходимо для газосварки/резки

Оборудование для газосварки простое и удобное для переноски и перевозки. По любому типу горючего газосварочные устройства имеют приставку кислородные. Потому что без него процесс практически невозможен.

Главное оборудование для газовой сварки: баллон или генератор (газгольдер), резак. В генераторе карбид кальция вырабатывает ацетилен (его формула – C2H2) в смеси с водой. В работе их больше используют профессиональные газосварщики, поскольку такой метод взрывоопасен. Поэтому в быту, на СТО автомобилей, в различных мастерских, на морских судах пользуются только баллонным ацетиленом.

Баллоны с газом и кислородом. Кислород не горит, но усиливает горение. При соединении с различными минеральными или синтетическими маслами, в то числе и с пищевыми, может произойти взрыв.

Поэтому для обслуживания баллонов голубого цвета необходима чуть ли не медицинская стерильность: чистые перчатки, хорошо вымытые или обезжиренные ключи, редукторы.

Для каждого вида газа есть свой вентиль и редуктор, чтобы не было дополнительной реакции с металлом. Вентили для ацетилена стальные, кислорода и пропан/бутана – латунные. К ним подсоединяются редукторы, рассчитанные на определенное давление: ацетиленовые – на 2,5 МПа (5320 литров газа в баллоне), кислородные – 15 МПа (6000).

В белые баллоны засыпается пористый материал (древесный уголь) и заливается ацетон и лишь после этого закачивается ацетилен. Внутри происходит еще одна химическая реакция и вырабатывается дополнительный ацетилен.

Как варить газовой сваркой? Смешивание кислорода с газами однотипно. В резаке усилитель пламени соединяется с этином и в паре выходят из сопла горелки после поджига огнем синего цвета.

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

Устройство горелки.
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.

Шланги бывают трех категорий:

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.

https://youtu.be/7_k6hZ0SyPo

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.

Технология газовой сварки металлов: материалы, техника