При газовой сварке в качестве окислителя применяют кислород, а горючими газами служат ацетилен, водород, пропан и др.
Газообразный кислород (О2) бесцветен, не имеет запаха и вкуса, немного тяжелее воздуха. Он не относится к горючим газам, но активно поддерживает горение. Плотность кислорода при атмосферном давлении и температуре 20 °С равна 1,33 кг/м 3 .
Назначение. Служит для повышения температуры газового пламени при сгорании горючего газа.
Производство. Получают из воздуха методом глубокого охлаждения. Воздух очищают от примесей и сжимают в компрессорах, после охлаждения и расширения сжижают, а затем разделяют на кислород, азот и другие составляющие.
Газообразный технический кислород по ГОСТ 5583 — 78 выпускают трех сортов с разной степенью чистоты, %: I сорт — 99,7; II сорт — 99,5; III сорт — 99,2.
Транспортирование и хранение. Кислород для сварки поставляется и хранится в газообразном состоянии в стальных баллонах в соответствии с ГОСТ 949 — 73.
ВНИМАНИЕ! При соприкосновении кислорода с органическими соединениями (масла, жиры и другие вещества) может произойти самовоспламенение.
Кислород способен образовывать взрывоопасные смеси с горючими газами или парами жидких горючих веществ.
Газообразный ацетилен (С2Н2) — бесцветный газ, имеющий специфический чесночный запах из-за присутствия примесей: фосфористого водорода, сероводорода и др. Ацетилен легче воздуха: при атмосферном давлении и температуре 20 °С его плотность равна 1,09 кг/м 3 .
Ацетилен хорошо растворяется в жидкостях, особенно в ацетоне, становясь более безопасным.
Ацетилен, получаемый в газогенераторах при взаимодействии карбида кальция с водой, является газообразным. В баллонах он находится в растворенном (в ацетоне) состоянии и распределен в пористой массе.
Назначение. Ацетилен используется для формирования газового пламени при сгорании в струе кислорода. Преимущество ацетилена перед другими горючими газами — возможность получения высокой температуры пламени, достигающей 3200 °С.
Производство. Ацетилен получают в газогенераторах путем разложения карбида кальция водой. Применяют также ацетилен, вырабатываемый из природного газа. Такой ацетилен называют пиролизным. Он дешевле, чем ацетилен, получаемый из карбида кальция.
Транспортирование и хранение. К месту сварки ацетилен доставляют в стальных баллонах в растворенном (в ацетоне) состоянии.
ВНИМАНИЕ! Ацетилен образует с кислородом, содержащимся в воздухе, взрывоопасные смеси при нормальном атмосферном давлении. Наиболее взрывоопасны смеси, содержащие 7. 13 % ацетилена. Ацетилен может взрываться и без окислителя!
Водород (Н2) при атмосферном давлении и температуре 20 °С — горючий газ без цвета и запаха. Это один из самых легких газов. Он в 14,5 раза легче воздуха. Плотность водорода равна 0,084 кг/м 3 .
Назначение. Водород предназначен для формирования газового пламени при сгорании в струе кислорода. Температура пламени составляет 2600 °С. Водородно-кислородное пламя бесцветное, не имеет четких очертаний, что затрудняет его регулирование.
Производство. Водород получают разложением воды электрическим током, а также в газогенераторах при взаимодействии ферросилиция со щелочью.
Транспортирование и хранение. Водород хранится и поставляется в стальных баллонах в газообразном состоянии. Для сварочных работ он должен удовлетворять требованиям ГОСТ 3022-80.
ВНИМАНИЕ! Водород образует с кислородом (два объема водорода и один объем кислорода) взрывоопасную гремучую смесь.
Технический пропан — это смесь пропана (С3Н8) и пропилена (С3Н6), представляющая собой при нормальных условиях бесцветный газ, не имеющий запаха. Для безопасного пользования в состав смеси добавляют сильнопахнущие вещества — одоранты. Газ тяжелее воздуха.
При атмосферном давлении и температуре 20 °С плотность пропана составляет 1,88 кг/м 3 .
Назначение. Пропан применяют для формирования газового пламени в качестве заменителя ацетилена. Температура пламени равна 2700 “С.
Производство. Пропан получают при переработке нефтепродуктов.
Транспортирование и хранение. Пропан поставляют к месту сварки в стальных цельносварных баллонах в сжиженном состоянии. Он должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10196 — 62.
ВНИМАНИЕ! Пропан огнеопасен. Он тяжелее воздуха и может скапливаться в приямках, подвалах и колодцах, образуя взрывоопасную смесь.
МАФ-газ — метилацетилен-алленовая газообразная фракция, образующаяся в процессе переработки природного газа и нефтепродуктов, обладающая хорошими теплофизическими свойствами. Газ тяжелее воздуха. Плотность МАФ-газа при нормальных условиях равна 1,9 кг/м 3 .
Назначение. МАФ-газ применяют в качестве заменителя ацетилена при газовой сварке. Его стоимость в два раза нйже стоимости ацетилена, а температура пламени при его сгорании достигает 2930 “С.
Производство. МАФ-газ является побочным продуктом переработки углеводородных видов сырья: природного газа и нефтепродуктов.
Транспортирование и хранение. Газ поставляют к месту сварки в цельносварных баллонах вместимостью 50 л в сжиженном состоянии.
ВНИМАНИЕ! Смесь МАФ-газа (3,4. 10,8 % по объему) с воздухом взрывоопасна. Газ может скапливаться в подвалах, колодцах и приямках, образуя взрывоопасную смесь.
Различают два вида газовой сварки: сварку плавлением и газопрессовую сварку.
В первом случае кромки свариваемых частей (основной металл) и присадочный металл расплавляют и образуют общую ванну, которая застывает швом.
Источником тепла для расплавления металла является сгорание горючего газа в струе кислорода.
Газы. В качестве горючих газов используют ацетилен, водород и другие газы. Чаще других применяют ацетилен, дающий наибольшую температуру пламени.
Кислород необходим для сжигания горючего газа. При промышленном использовании его получают из воздуха, который в жидком состоянии разлагают на кислород и азот.
Ацетилен (С2Н2) получают из карбида кальция (СаС2) в ацетиленовых генераторах. Из одного килограмма чистого карбида получают 250-300лацетилена.
Сварочное пламяслужит для расплавления металла, а также для восстановления, науглероживания или окисления ванны. В средней части пламени температура достигает 3200 0 С. Получение пламени того или иного характера достигается изменением соотношения горючего газа и кислорода в смеси. Нормальное ацетиленовое пламя (С2Н2 : О2 = 1 :1) восстановительное. Оно применяется для сварки стали и цветных металлов.
Пламя с избытком ацетилена является науглероживающим. Оно применяется при сварке чугуна, так как за счет пламени пополняется углерод, выгорающий при сварке, и понижается температура плавления металла в шве.
Окислительное пламя применяется при сварке латуни для получения окисной пленки, уменьшающей испарение цинка.
Приемы газовой сварки и резки
При сварке горелку продвигают вдоль шва, причем соблюдают необходимый угол наклона горелки к свариваемой поверхности. Этот угол a(рис.80) колеблется от 20 0 С (для сварки листов толщиной 1мм) до 80 0 С (при толщине 15мм и выше).
Рис.80. Схема левой (а) и правой (б) газовой сварки: 1-шов;
Различают левую и правую сварку. При левой сварке горелку передвигают справа налево (рис.80,а) и пламя направляется на еще не сваренный участок шва. При правой сварке (рис.80,б) горелку передвигают слева направо и пламя направляется на сваренную часть шва. Конец проволоки погружен в расплавленный металл.
Правая сварка применяется для деталей толщиной — более 5 мм, левая — до 5мм. При правой сварке качество шва лучше вследствие более продолжительной защиты расплавленного и остывающего металла; однако на листах толщиной до 5ммлевая сварка оказывается производительнее, так как пламя подогревает впереди лежащие кромки.
Присадочный материалв виде прутков или проволоки продвигают в пламя горелки, он расплавляется и стекает в ванну, где смешивается с расплавленным основным металлом. Затвердевая металл образует сварной шов. Для сварки стали в качестве присадочного материала применяют стальную проволоку с содержанием до 0.18%С, а для легированных сплавов — проволоку, содержащую хром, марганец и другие легирующие элементы.
При сварке цветных металлов и сплавов применяют проволоку, близкую по своему химическому составу к основному металлу. Диаметр присадочной проволоки должен быть на 1-2 ммбольше половины толщины свариваемых листов.
Сварка чугунаприменяется для исправления дефектов литья. Она производится с подогревом свариваемых частей до 400-600 0 С. Подогрев нужен для предупреждения отбела и трещин вблизи сварочного шва, которые появляются вследствие больших местных напряжений, возникающих во время охлаждения. Для сварки чугуна с подогревом в качестве присадочного металла используют чугунные литые прутки диаметром 6-12ммс повышенным содержанием углерода (3-3.6%) и кремния (3-4.8%), а при сварке без подогрева — латунную проволоку с содержанием 37-40%Zn.
Газовую сварку применяют для соединения тонкостенных стальных деталей, а также деталей из цветных металлов и сплавов. В этих случаях газовая сварка превосходит по качеству электродуговую. Газовую сварку используют также при наплавке твердых сплавов.
Газопрессовая сварка. Свариваемые части нагревают сварочным пламенем до пластического состояния и прикладывают усилие , сдавливающее эти части. Она применяется для соединения встык преимущественно труб больших диаметров (до 1000мм). Стыки нагревают кольцевой многопламенной горелкой. Кроме сварки труб, этим способом пользуются для сварки рельсов, бурильного оборудования и инструментов.
Контроль сварки. Качество сварных швов проверяют внешним осмотром, рентгеноанализом, магнитным дефектоскопом, а также по выборочным образцам с определением макро- и микроструктуры и механических свойств.
Газовая резкав струе кислорода применима лишь для тех металлов, у которых температура воспламенения ниже температуры плавления: железа, стали с содержанием углерода до 0.7% и некоторых сортов легированной стали. Чугун, алюминий, а также медь и ее сплавы непосредственно струей кислорода не режутся, так как струя кислорода при плавлении быстро окисляет их, а при резке алюминия образуется тугоплавкая окись его. Для газовой резки этих металлов применяют порошковые флюсы, состоящие в основном из железа. Флюс сгорает в струе кислорода и повышает температуру в месте резки настолько, что образующиеся тугоплавкие окислы шлакуются с окислами железа и жидкий шлак выдувается струей.
Газовой резке поддаются детали большой толщины до 300 мм. Наряду с ацетиленом, резка которым производительнее, применяют водород или пары бензина.
Газы, применяемые при газовой сварке, резке и пайке
При нормальном атмосферном давлении и обычной температуре кислород представляет собой газ без запаха, цвета и вкуса. Он несколько тяжелее атмосферного воздуха. При нормальном атмосферном давлении и температуре 20 °C масса 1 м 3 кислорода равна 1,33 кг. Горючие газы при сгорании с кислородом дают высокую температуру. Сам кислород не горюч, не токсичен, не взрывоопасен, но является сильнейшим окислителем, резко увеличивающим способность других веществ к горению, а при определенных условиях – к взрыву.
В земной атмосфере находится около 20 % кислорода. Поэтому кислород получают из атмосферного воздуха на специальных установках методом ректификации. Например, на кислородных станциях воздух очищают от пыли, влаги и углекислоты. Далее очищенный воздух сжимается компрессором до высокого давления и охлаждается в теплообменниках до сжиженного состояния. Жидкий воздух разделяют на кислород и азот. Процесс разделения происходит вследствие того, что температура кипения жидкого азота (–195,8 °C) ниже температуры кипения жидкого кислорода (–182,96 °C). Азот, являясь более легкокипящим, испаряется первым. С помощью кислородного компрессора чистый кислород подают под давлением 15 МПа (150 кгс/см 2 ) в специальные кислородные баллоны. Полученный технический кислород должен соответствовать ГОСТу 5583–78. В зависимости от сорта содержание чистого кислорода колеблется от 99,5 до 99,7 %. Баллоны с кислородом окрашивают в синий цвет с черной надписью «кислород» и используют только для кислорода. Температурный диапазон использования сжатого кислорода от –50 до +30 °C. Запрещается хранение и транспортировка наполненных баллонов при температуре выше 60 °C.
Баллоны возвращают на заполнение с остаточным давлением не ниже 0,05 МПа (0,5 кгс/см 2 ).
