Технология газовой сварки: в чем ее суть и преимущества

Сварка является надежным способом соединения элементов металлических конструкций. На данный момент используются разные типы такой обработки, в том числе и позволяющие работать с разными видами металла, однако технология газовой сварки относится к наиболее популярным из них.

Суть технологии газовой сварки

Может показаться невероятным, но сварка использовалась еще в древнем Египте. Человек научился сваривать, спаивать металлы практически в то же время, когда освоил другие технологии обработки металлов. Нет смысла сравнивать древние методики с современными по эффективности, однако многие конструкции, сваренные многие сотни лет назад, до сих пор не утратили своих качеств. Так, большая часть памятников архитектуры Возрождения опирается именно на сварные конструкции.

Сначала люди открыли электросварку, и только в 1903 году французские ученые создали аппарат для газовой сварки. Он работал на основе ацетилена и кислорода, и с тех пор его конструкция и принцип действия в целом остались прежними. Безусловно, с течением времени система совершенствовалась: изменения коснулись вспомогательного оборудования, кислородных баллонов, редукторов, материалов прокладок, пр.

Суть технологии газовой сварки состоит в использовании газового пламени, которое нагревает кромки заготовок и часть присадочного материала (электродов).

Под действием температуры металл становится жидким, образуя сварочную ванну. Последняя защищена от воздействия воздуха за счет не только пламени, но и газовой среды. Расплавленный металл медленно остывает и твердеет, формируя сварной шов.

У технологии газовой сварки есть ряд особенностей, о которых важно помнить в процессе работы с соответствующим оборудованием. Многие сварщики говорят о том, что главным достоинством данного метода является возможность накладывать швы в любых пространственных положениях.

Перечисленные металлы имеют одно сходство: для работы с ними необходим мягкий и плавный нагрев. Именно такие условия обеспечивает технология газовой сварки.

Соединение и резка металлов при помощи газов активно используется во многих отраслях промышленности и даже в быту. Постепенный нагрев детали позволяет избежать сильной деформации, поэтому данная технология считается наиболее подходящей для тонких металлов. В этом случае основная задача сварщика состоит в том, чтобы верно настроить подачу газа и мощность пламени. Для этого открываются вентили кислорода и ацетилена и поджигается горелка. Регулировку осуществляют вентилем ацетилена при полностью открученном кислороде.

Плюсы и минусы технологии газовой сварки металлов

Газовая технология, как и все остальные виды сварки, имеет свои плюсы и минусы. О них ни в коем случае нельзя забывать при выборе способа сваривания, ведь вам важно получить качественный шов и сократить затраты на работу.

Достоинства технологии газовой сварки:

• Возможность отказаться от сложного дорогостоящего оборудования и использования дополнительного источника электроэнергии. Все это позволяет применять данный метод даже в чистом поле. Отметим, что при строительстве всех нефтепроводов с 1926 по 1935 гг. использовалась именно газовая технология. Сегодня она помогает осуществлять ремонт металлических конструкций в разных частях зданий и даже в удаленных областях и регионах.
• Возможность варьировать мощность пламени в очень широких пределах, за счет чего удается сваривать металлы с разными температурами плавления.
• Возможность работать с такими материалами, как чугун, медь, свинец, латунь.

• Возможность получать швы высокого качества при условии грамотного выбора марки присадочной проволоки, мощности и вида пламени. Отметим, что газоацетиленовый метод использовался на наиболее ответственных производственных участках.
• Постепенный нагрев и остывание обрабатываемых поверхностей.
• Удобное изменение температуры пламени. Дело в том, что изменение угла наклона пламени относительно свариваемой поверхности влияет на его температуру. Максимальная температура достигается, когда пламя расположено по нормали.
• Более высокая прочность швов по сравнению с получаемыми за счет электродуговой технологии с использованием низкокачественных электродов.
• Возможность при помощи одной технологии сваривать, резать, закалять металлы.

Недостатки технологии газовой сварки:

• Большая область нагрева, из-за чего могут пострадать находящиеся рядом с рабочей зоной термически неустойчивые элементы.
• При увеличении толщины материала снижается производительность. Технология газовой сварки становится экономически неоправданной, когда приходится работать с металлами толщиной более 5 мм. В таких ситуациях стараются использовать электродуговой метод.
• Данный подход не применяется, когда требуется соединение внахлест металлов толщиной более 3 мм. В таком случае возникает напряжение в металле, что может вызвать деформацию и даже разрушение шва.
• Подобная обработка предполагает использование достаточно опасных веществ, образующих взрывные смеси в сочетании с содержащимся в воздухе кислородом (водород, ацетилен, пр.). Поэтому используемые в процессе работы газовые баллоны устанавливаются на максимальном расстоянии от органических веществ, то есть жиров, масел, углеводородов. При несоблюдении техники безопасности можно спровоцировать пожар или взрыв.
• Нагрев и остывание поверхностей, подвергаемых обработке, происходит довольно медленно.
• Данная технология практически не может быть механизирована, чего нельзя сказать об электродуговой сварке.
• Невозможно легировать наплавляемый металл. Качество швов, получаемых электродуговой обработкой, во многом зависит от выбранных электродов и специальной обмазки.
• Газовая сварка не подходит для обработки высокоуглеродистых сталей.

Интересно, что низкая скорость нагревания и остывания встречается как среди преимуществ, так и в перечне недостатков. Если рассматривать это качество как достоинство, то нужно понимать, что многие металлы и сплавы требуют мягких условий при сваривании. Иными словами, им необходимо постепенное повышение температуры. Поэтому газовая сварка лучше всего подходит для работы с цветными металлами и рядом инструментальных сталей.

Основные технологии газовой сварки

Специалисты называют газовую сварку царицей среди методов, используемых при работе с металлами. И это понятно, ведь количество ее достоинств просто поражает: технология простая, используется недорогое оборудование, расходуется мало электроэнергии. Кроме того, газовая обработка может вестись в любом измерении.

Существует огромное количество способов газовой сварки, поговорим о наиболее распространенных.

• Технология левой газовой сварки.

Она используется мастерами чаще всего, вне зависимости от их квалификации. С ее помощью удается соединять металлические заготовки с тонким краем, а также работать с металлами, отличающимися невысокой температурой плавления.

• Технология правой газовой сварки.

Такой подход является полной противоположностью «левому» методу, поэтому применяется для заготовок толщиной больше 3 мм, обладающих высокой теплопроводностью. В этом случае получается более качественный сварочный шов, так как металл лучше защищен пламенем. Тепло пламени расходуется экономичнее, а скорость работы возрастает почти на 20 %. Еще одним немаловажным достоинством является сниженный на 10 % расход газов.

При выборе присадочной проволоки нужно учитывать, что ее диаметр должен быть в два раза меньше толщины металлической заготовки. В целом не допускается использование проволоки толще 8 мм.

• Технология с использованием сквозного валика.

В данном случае сварщик постепенно перемещает пламя, плавя верхнюю кромку отверстия в заготовке и накладывая на его нижний край слой расплавленного металла.

Прежде чем приступать к работе, металлические листы закрепляют в вертикальном положении таким образом, чтобы между ними сохранялся зазор, равный половине толщины заготовки. В процессе соединения деталей формируют шов в форме валика. Он должен быть плотным, без пор и остатков шлака.

• Технология сварки с помощью ванночек.

Суть метода состоит в формировании новых ванночек по ходу шва. Как только образовывается первая, в нее вводится конец присадочной проволоки, плавится, после чего перемещается в восстановительный участок огня горелки.

Мундштук сопла передвигается дальше вдоль шва на следующий участок. В этом случае есть одно условие: каждая новая ванночка должна перекрывать предыдущую на одну треть диаметра проволоки.

При помощи данного подхода скрепляют тонкие листы, если требуется сделать стыковые или угловые швы. Такая технология прекрасно подходит для газовой сварки труб из низколегированной стали или сплавов с низким содержанием углеродов.

• Технология многослойной газовой сварки.

Данный метод используют во время выполнения наиболее ответственных работ. Дело в том, то он имеет низкую производительность, а также требует большого расхода сварочных газов. Последнее приводит к повышению цены обработки.

Суть технологии состоит в отжиге нижних слоев при наплавке последующих. Это обеспечивает отличную проковку каждого слоя перед формированием следующего шва, за счет чего возрастает качество металла шва.

Работают на коротких участках. Также отметим, что особенно тщательно очищают поверхность каждого слоя, прежде чем наложить следующий.

• Технология сварки окислительным пламенем и раскислением.

Таким образом соединяют заготовки из малоуглеродистых стальных сплавов. В данном случае пламя имеет резко-окислительный характер, за счет чего в сварочной ванне формируются окислы железа. А когда происходит окисление, не обойтись без процесса, который называют «раскисление».

Для него используют специальную присадочную проволоку, содержащую в себе большую долю марганца и кремния. По мнению специалистов, данный подход очень хорош и имеет производительность на 10 % выше, чем остальные.

• Технология газопрессовой сварки.

При таком методе происходит нагревание металла до пластичного состояния за счет сварочной адетилено-кислородной горелки. Когда достигнута требуемая степень нагрева, заготовки сдавливаются и свариваются.

Существует две разновидности данной технологии: соединение в пластичном состоянии с защитой шва и сваривание оплавлением. В первом случае к элементам, которые будут свариваться, прикладывается осевое давление, затем разжигается горелка. Далее детали нагреваются и параллельно сдавливаются. Сразу после того как образуется утолщение, прекращают нагрев и устраняют давление.

Вторая разновидность предполагает фиксацию заготовок с учетом зазора. Когда эта операция выполнена, можно разжигать горелку, нагревать и оплавлять концы деталей. На завершающем этапе к заготовкам прикладывают осевое давление, после чего их сваривают.

Технологическое оборудование, используемое для газовой сварки

Технология газовой сварки не может использоваться без определенного оборудования, в состав которого входят:

• Водяной затвор.

Данный элемент обеспечивает защиту всех элементов оборудования, например, генератора ацетилена, труб от обратной тяги огня из горелки. Данный затвор играет защитную роль, если установлен между газовой горелкой и генератором ацетилена, а вода в нем находится на определенном уровне.

• Баллон с газом.

Баллоны окрашиваются в разные цвета, используемые для обозначения конкретного газа. При этом не трогают верхнюю часть баллона, чтобы избежать реакции его содержимого с компонентами краски. Немаловажно, что на баллоны для хранения ацетилена нельзя устанавливать вентили из меди, поскольку такое соседство может спровоцировать взрыв газа.

• Редуктор.

Он позволяет снизить давление газа, выходящего из баллона. Такие устройства могут быть прямого или обратного действия, при работе со сжиженным газом применяют модели с оребрением, так как они позволяют избежать его вымерзания при выходе.

• Шланги.

Технология газовой сварки требует использования специальных шлангов, позволяющих работать с газом и горючими жидкостями. Всего есть три категории подобных шлангов, все они имеют свою маркировку: красная полоса – для давления до 6 атм, желтая полоса – для подачи горючих жидкостей, синяя полоса – для давления не более 20 атм.

• Горелка.

Данный элемент обеспечивает смешивание газов и их горение и может быть инжекторного и безынжекторного типа. Сегодня встречаются горелки разной мощности – именно она определяет количество газа, пропускаемого за единицу времени. Бывают горелки большой, средней, малой и микромалой мощности.

• Проволока и флюс.

Именно они обеспечивают надежность сварного шва. На проволоке не может быть краски, масла, коррозии, а порог ее плавления должен совпадать или быть ниже порога плавления материала изделия. Если под рукой не оказалось проволоки, ее можно заменить тонкой полоской обрабатываемого металла.

• Специальный стол.

Любые работы производят в специальном месте, которое принято называть постом. Это стол с поворотной либо фиксированной столешницей, оснащенный вытяжной вентиляцией и местами для хранения вспомогательных инструментов. В целом такая конструкция значительно упрощает работу сварщика.

Виды пламени и применяемых газов в данном способе сварке

От пламени в процессе газовой обработки зависит температура нагрева и возможность работы с разными металлами. В пламени выделяют три зоны: ядро, где распадается ацетилен, восстановительную зону, в которой окисляется углерод и водород, а также факел или область полного сгорания газов.

Существует три вида пламени, каждый из которых зависит от соотношения ацетилена и кислорода.

«Нормальным» называют восстановительное пламя, при котором скорости окисления и восстановления металла одинаковы. Чаще всего именно такое пламя используют в процессе работы. Для обработки бронзы и других сплавов, имеющих в своем составе олово, подходит исключительно восстановительный огонь.

Для получения окислительного пламени в газовой смеси повышают содержание кислорода. Именно такое пламя используют в процессе соединения латуни и пайки твердым припоем. Дело в том, что окислительное пламя позволяет увеличить скорость газовой обработки.

Однако все не так просто – для получения хорошего результата придется использовать специальную присадку, имеющую в составе раскислители, то есть марганец и кремний. Если применять в качестве присадочной проволоки материал, аналогичный материалу заготовок, шов выйдет хрупким, с множеством пор и каверн. Но отметим, что это правило не распространяется на проволоку из латуни.

Пламя с повышенной долей горючего газа подходит для наплавки на одну деталь другой, из более твердого сплава. Кроме того, на его использовании базируется технология газовой сварки алюминия и чугуна.

Обычно газопламенную обработку производят при помощи специфического газа ацетилена (C₂H₂). Он имеет достаточно резкий запах, его получают в промышленных условиях за счет реакции карбида кальция с водой. Этот газ горит при +335 °C и выше, однако при сочетании с кислородом температура воспламенения понижается до +297 °C.

Для газопрессового метода чаще всего используют кислород, в равных долях смешанный с C₂H₂. Предприятия поставляют О₂ в баллонах синего цвета. Перед началом работ с помощью шланга к горелке подключают кислород и подают его при низком давлении, не более 4 атм. В соседнее отверстие подключается C₂H₂. В горелке предусмотрено устройство, позволяющее смешивать газы, поэтому через наконечник выходит готовый концентрат.

При обработке металлов, чья температура плавления ниже, чем у стали, нередко используют газы-заменители, такие как пропан, метан, водород.

Пропан – технический бесцветный газ с резким запахом, тяжелее воздуха. При работе с металлами применяют смесь пропана и бутана, в которой доля бутана находится в пределах 5–30 %. Отметим, что температура пропан-кислородного пламени достигает +2400 °С.

Смесь метана и кислорода практически не имеет запаха, а температура пламени составляет +2100…+2200 °С. По этой причине данный состав стараются использовать не так часто.

Водородом называют легкий горючий газ без запаха и цвета. При сочетании с кислородом и воздухом в определенных пропорциях он способен образовать взрывоопасную смесь, поэтому во время работы с ним очень важно помнить о технике безопасности. Водород поставляют на предприятия в газообразном состоянии в стальных зеленых баллонах. Водородно-кислородное пламя отличается синим оттенком, при этом имеет нечеткие контуры зон, что значительно осложняет его регулировку.

Для газопламенного метода обработки стальных изделий метаном или пропаном применяют проволоку с повышенным содержанием марганца и кремня.

Техника и технология газовой сварки

Газовая сварка позволяет выполнять нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные швы. Самыми трудными считаются потолочные, поскольку сварщик поддерживает и распределяет в пределах шва жидкий металл за счет давления газов пламени. Чаще всего такую сварку применяют для стыковых соединений, несколько реже этим способом выполняются угловые и торцовые швы. Не стоит использовать данную технологию для тавровых соединений и внахлест, поскольку такая работа сопряжена с интенсивным нагревом металла, что вызывает повышенное коробление изделия.

Сварку отбортованных соединений тонкого металла осуществляют без использования присадочной проволоки. В этом случае используют прерывистые и непрерывные, однослойные и многослойные швы. Прежде чем приступать к работе, с кромок удаляют следы масла, краски, ржавчины, окалины, влаги и всевозможных загрязнений.

Очень важным вопросом является способ перемещения горелки. Ее пламя направляют на свариваемый металл таким образом, чтобы кромки заготовки оказались в восстановительной зоне, на расстоянии 2–6 мм от конца ядра. Соприкосновение жидкого металла с концом ядра спровоцирует науглероживание металла ванны. Конец присадочной проволоки должен располагаться в восстановительной зоне либо его можно погрузить в ванну расплавленного металла. В том месте, куда направлен конец ядра пламени, жидкий металл под действием газов слегка раздувается в стороны, из-за чего в сварочной ванне формируется углубление.

Скорость нагрева металла регулируется за счет изменения угла наклона мундштука относительно поверхности обрабатываемой заготовки. Чем больше угол, тем больше тепла получает от пламени металл, а значит, быстрее нагревается. Технология газовой сварки красной меди как хорошо проводящего тепло металла, а также толстых металлов предполагает использование большего угла наклона мундштука, чем при сварке тонкого материала либо с низкой теплопроводностью.

Основным движением, которым пользуется в процессе работы сварщик, является перемещение мундштука вдоль шва. Также в качестве вспомогательных могут использоваться поперечные и круговые движения – они позволяют регулировать скорость прогрева и расплавления кромок. Кроме того, они формируют необходимую конфигурацию шва.

Во время работы металл ванны должен быть постоянно защищен от соприкосновения с окружающим воздухом – для этого используют газы восстановительной зоны пламени. Стоит отказаться от способа, требующего время от времени отводить пламя в сторону, ведь при нем неизбежно окисление металла кислородом воздуха.

Параметры пламени регулируются посредством редуктора, именно он дает возможность изменять состав газовой смеси. Редуктор формирует три типа пламени: восстановительное, которые может использоваться для сварки большинства металлов, окислительное и с повышенным количеством горючего газа. Параллельно со сваркой металлов в расплавленной ванне идут два процесса: окисление и восстановление. Отметим, что при работе с алюминием и магнием окислительные процессы происходят активнее.

Сварочный шов и находящаяся в непосредственной близости от него область имеют разные параметры. Участок металла, расположенный вдоль шва, обладает очень низким уровнем прочности, поэтому в первую очередь подвергается разрушению. Дело в том, что прилегающий металл отличается структурой, состоящей из крупных зерен. Повысить качество соединения прилегающей зоны позволяет дополнительный нагрев, который еще называют термической ковкой.

Нужно понимать, что технологии газовой сварки и резки различных металлов обладают своими тонкостями.

Так, технология газовой сварки деталей из низкоуглеродистых сталей позволяет использовать любые газы. Роль присадки в данном случае играет стальная проволока с небольшим содержанием углерода.

Подход к обработке легированных сталей непосредственно зависит от их состава. Для нержавеющих жаропрочных необходима проволока с хромом, никелем в составе, а некоторые разновидности не могут вариться без присадочного материала, включающего в себя еще и молибден.

С чугуном работают при помощи науглероживающего пламени – оно не позволяет протекать реакции пиролиза кремния и предотвращает формирование зерен хрупкого белого чугуна.

Сварка меди предполагает использование мощного пламени. Поскольку этот материал очень текучий, между заготовками стараются оставлять минимальный зазор. Роль присадки может играть медная проволока или флюс, способствующий раскислению металла шва.

Неправильная работа с латунью приводит к тому, что из ее состава улетучится цинк, в результате получается слишком пористый шов. Не оказаться в такой ситуации позволяет использование латунной проволоки в качестве присадки и подача большей доли кислорода в пламя горелки.

При работе с бронзой используют восстановительное пламя, поскольку оно не способно выжечь олово, алюминий и кремний, содержащиеся в этом сплаве. Присадочным материалом служит близкая по составу проволока из бронзы, в которую добавлен кремний, необходимый для раскисления металла шва.

Считается, что варить алюминий по данной технологии достаточно просто, однако и здесь есть свои тонкости. Так, данный металл обладает плохими свойствами свариваемости, что значительно усложняет работу. Главные затруднения связаны с тем, что всегда очень велик риск получения брака, а также с тем, что расплавленный алюминий обладает высокой текучестью. Также непросто справиться с естественной оксидной пленкой. Дело в том, что она расплавляется лишь при +2 000 °С, тогда как сам металл приобретает другое агрегатное состояние уже при +700 °С. При нагреве цвет алюминия не меняется – чтобы заметить начало его плавления, сварщик должен обладать соответствующим опытом.

Важно помнить о низкой температуре плавления и высокой теплопроводности алюминия, ведь грамотный выбор мощности сварочного пламени во многом зависит от этих свойств. Для литейных алюминиевых сплавов выбирают присадочный металл, соответствующий основному по составу.

Правила безопасности при газовой сварке

Любые сварочные работы, в том числе при использовании технологии газовой сварки сталей, требуют серьезного отношения.

Сварщик подвергается серьезному риску, когда:

1. Сварка ведется в непосредственной близости от огнеопасных и легковоспламеняющихся материалов, таких как бензин, керосин, пакля, стружка.
2. Для обработки металла выбрано закрытое пространство, причем специалист не выходит время от времени на свежий воздух.
3. Отсутствует вентиляция, позволяющая удалять вредные газы из помещения, где ведется газопламенная обработка металла.
4. Расстояние между зоной резки и сварки и перепускными рампами, ацетиленовыми генераторами составляет менее 10 м.
5. Секции загрузочных коробок переполняются карбидом.
6. В корпусе генератора нет необходимого объема воды.
7. Давление в баллоне кислорода не доходит до нормы.
8. Пламя горелки направлено в сторону, противоположную источнику газа.
9. Работы ведутся в непроветриваемом помещении без доступа свежего воздуха.

Гарантией безопасности сварщика является не только соблюдение техники безопасности при проведении сварочных работ, но и использование качественного оборудования. И что не менее важно, эти факторы позволяют повысить качество швов при работе с использованием технологии газовой сварки углеродистых сталей и других металлов.

Технология газовой сварки: видео для начинающих