Газосварка: оборудование, технологии и правила

Суть и преимущества газосварки

Принцип метода газовой сварки состоит в подаче раскаленной струи газов на соединяемые кромки при помощи специального оборудования. При этом происходит прогрев металла до необходимой для сваривания температуры и расплавление присадочного материала, закрепленного на сопле или отдельно подаваемого в рабочую зону.

Оксидная пленка в месте сварки не формируется благодаря тому, что поступающий из сопла газ защищает разогретый металл от контакта с воздухом. Особо важное значение для качественного соединения металлических деталей газосваркой имеет правильный выбор сварочного газа.

Для газосварки металла можно пользоваться смесью любого горючего газа с кислородом. Оптимально подходит для этой цели ацетилен, который обеспечивает разогрев до +3 400 °C, тогда как, например, у пропана этот показатель на 600 градусов меньше.

К плюсам газовой сварки относят:

• плавность и равномерность нагрева при сваривании деталей из цветного металла;
• независимость от источников электроэнергии;
• регулируемость мощности струи раскаленного газа;
• возможность переключения режимов сварки при помощи специальных контроллеров.

Недостатки газосварки:

• большое рассеивание тепла, следовательно, снижение КПД;
• большая площадь разогрева, делающая невозможной точную работу;
• высокая стоимость расходуемого газа, которая делает газовую сварку более затратной в сравнении с электрической;
• громоздкое и сложно транспортируемое оборудование;
• необходимость определенных навыков для формирования качественных сварных швов.

Резаки по большей части предназначены для ручной газовой сварки, что не позволяет автоматизировать процесс.

Необходимое оборудование для газосварки

Водяной затвор

Для того чтобы избежать возгорания и взрыва ацетилена в горелке, рукаве или ацетиленовом генераторе (так называемого обратного удара), прибегают к помощи специальных затворов. Чаще всего это жидкостные затворы, в которых следует поддерживать уровень воды. Запирающее устройство чаще всего отделяет резак от ацетиленовой трубы.

Газовые баллоны

Баллоны для газосварки окрашивают в разные цвета, выбор которых зависит от того, какой конкретно газ в них закачан. Строго запрещено наносить краску на верхнюю часть баллонов, чтобы она не вступила в контакт с газовой смесью. Кроме того, емкости с ацетиленом нельзя снабжать медными вентилями – взаимодействие газа с медью может вызвать взрыв.

Шланги разного назначения

При помощи шлангов подают газы и горючую жидкость. Поскольку сварочные рукава эксплуатируются под высоким давлением, к их техническим характеристикам предъявляются высокие требования.

Выпускают три вида газосварочных шлангов, для маркировки которых используют:

• красную полосу для рукавов, рассчитанных на давление не более 6 атмосфер;
• синюю – для рукавов, рассчитанных на давление до 20 атмосфер;
• желтую – шланги для горючих жидкостей.

Газовые горелки

В горелке для газосварки происходит смешивание газов и паров горючих жидкостей. На современном рынке сварочного оборудования представлено огромное разнообразие оборудования. Резаки могут быть инжекторными или безынжекторными, различаться по мощности и прочим параметрам.

Редуктор

Редукторы необходимы для работы с газами под высоким давлением.

Эти устройства бывают прямыми и обратными, служат для снижения давления газа, поступающего в рукав из баллона. Поверхность продвинутых редукторов покрывается серебряной пленкой, которая препятствует замерзанию.

Газовый пост

Газовым постом называют специально оборудованное рабочее место газосварщика. Оптимальным решением такого стола является поворотная столешница с фиксаторами. Посты оборудуют вытяжкой и удобными системами хранения для инструмента и расходных материалов.

Область применения газосварки

Газосварка применима не для всех металлов. Чаще всего ею пользуются при работе с:

• жестью и тонколистовым металлом, толщина которого не превышает 5 мм;
• цветными металлами;
• чугунами;
• инструментальными марками стали.

У всех перечисленных материалов есть одна общая черта – им необходим мягкий постепенный нагрев, который характерен для газопламенной сварки.

Важную роль в обеспечении качественного сваривания играет правильная регулировки подачи газовой смеси и отладка пламени. В начале работы следует полностью открыть кислородный и ацетиленовый вентили, поджечь горелку и отрегулировать горение клапаном подачи ацетилена при полностью открытом кислороде.

Виды пламени и газов в газосварке

При работе газосваркой от того, как отлажена подача смеси, зависит интенсивность разогрева кромок. Сварочное пламя состоит из трех зон: ядра – места распада ацетилена, более темной восстановительной зоны и факела – периферийной области, где происходит окончательное сгорание углеводородов.

Различают три вида пламени в зависимости от процентной доли ацетилена и кислорода в газовой смеси.

Нормальное пламя образуется, когда в смеси на одну объемную долю ацетилена приходится одна доля кислорода. Именно такое соотношение используется в газовой сварке чаще других. При подобной настройке подачи хорошо свариваются стальные, алюминиевые, бронзовые детали и заготовки из других сплавов, содержащих олово.

Как можно понять из названия, окислительное пламя получают, повышая долю кислорода в газовой смеси. С такими настройками подачи хорошо свариваются латунные заготовки. Также окислительным пламенем пользуются при пайке с помощью твердого припоя, что увеличивает скорость сварки.

Если в пламени повышено содержание ацетилена, то его называют науглероживающим и применяют при наплавке на деталь более твердого металла. Также им широко пользуются при газовой сварке алюминиевых и чугунных заготовок.

Газосварка ацетиленом – производится с использованием бесцветного горючего газа с резким запахом С2H2. Горение ацетилена происходит при температуре от +335 °C и выше. При добавлении в смесь кислорода температура воспламенения может снизиться до +297 °C.

Ацетилен часто заменяют пропаном, метаном или водородом для работы с металлами, имеющими более низкую, чем сталь, температуру плавления.

Для сварки металлических заготовок часто пользуются смесью пропана (бесцветного тяжелого газа с резким запахом) и бутана. Содержание последнего составляет от 5 до 30 %. Температура горения такой смеси достигает +2 400 °C.

Температура горения метан-кислородной смеси – от +2 100 до +2 200 °C. Этим составом пользуются относительно редко.

Водород – бесцветный горючий газ, который легче воздуха и не имеет запаха. При смешивании с кислородом или воздухом взрывоопасен. Работа с этой смесью требует строгого соблюдения правил техники безопасности. Водородные баллоны принято окрашивать в зеленый цвет.

При сварке с использованием метана или пропана применяется присадка с высокой процентной долей.

Для газопламенного метода обработки стальных изделий метаном или пропаном применяют проволоку с повышенным содержанием раскислителей (марганца и кремния).

Технологии газосварки

Различают два вида газосварки:

• Газопламенный – выполняется посредством проволоки для газосварки с формированием сварочной ванны.
• Газопрессовый – не требует присадки и флюса. Расплавленные пламенем горелки кромки заготовок плотно прижимают друг к другу, удерживая до застывания расплава.

В обоих случаях кромки предварительно очищают от грязи, ржавчины наждачной бумагой или металлической щеткой. Аналогично обрабатывают присадочные материалы.

Газосварка дает возможность формировать сварные соединения с любой ориентацией в пространстве благодаря тому, что давление газовой струи прижимает расплав к поверхности деталей. Для сваривания без присадки кромки деталей предварительно отбортовывают.

Обычно газовую сварку применяют для стыкового соединения, реже – углового и торцевого. Интенсивность нагрева можно менять, регулируя наклон струи.

Существует несколько популярных техник газопламенной сварки:

1. Левая – используется при сваривании деталей толщиной не более 3 мм из легко плавящихся металлов. Струя пламени движется справа налево, помещая перед резаком присадочный материал. Толщину проволоки можно рассчитать, разделив пополам толщину деталей и прибавив к полученной величине 1 мм.
2. Правой пользуются, соединяя заготовки толщиной более 3 мм с предварительной разделкой кромок. Пламя движется слева направо, а присадочная проволока (толщина не более 1/2 толщины заготовки) с погруженным в расплав кончиком перемещается вслед за горелкой. Этот способ позволяет получить более качественный шов, чем левый. Также правая техника дает возможность существенно снизить расход газовой смеси и на 20 % ускорить сварку.
3. Сквозным валиком – техника, которой пользуются исключительно для сварки листового металла. Детали выставляют вертикально с зазором, равным 1/2 толщины листа. Пламенем горелки проплавляют насквозь соединяемые края и наплавляют на низ отверстия слой присадки. Далее, сдвинув пламя выше, плавят верхнюю часть, а на нижнюю наносят новый слой присадочного материала, повторяя это действие до формирования полноценного шва. Послойное наплавление позволяет избежать образования пор, раковин и шлака.
4. Ванночками – метод, используемый для сваривания заготовок из низколегированных и малоуглеродистых сталей с толщиной не более 3 мм. Сформировав первую ванну диаметром от 4 до 5 мм, в нее опускают присадочную проволоку. Расплавленный кончик затем перемещают в темную зону пламени, защищая ее от окисления. Горелку двигают по спиральной траектории и перемещают вдоль кромок. Перекрытие первых ванночек последующими составляет около 30 % их размера.
5. Многослойную газосварку отличает высокое качество шва, достигаемое благодаря тому, что верхние слои отжигают металл нижних. Такой способ имеет низкую производительность и связан с большим расходом газовой смеси, поэтому его используют при выполнении особо ответственной работы.

Газопламенная сварка смесями на основе пропана и других газов связана с нюансами, без знания которых добиться хорошего качества соединений проблематично. По этой причине обучение обычно начинают, используя обычную кислородно-ацетиленовую смесь, с последующей отработкой навыков на заготовках из разных металлов.