К особенностям газовой сварки следует также отнести почти исключительное выполнение сварных швов за один проход. Получение швов в несколько слоев, широко практикуемое в дуговой сварке, почти не применяется при газовой.
Газовое пламя менее яркое, чем сварочная дуга, оно не обжигает лицо, поэтому для защиты глаз сварщика достаточно очков с цветными стеклами.
Материалы, применяемые при газовой сварке
Горючие газы
При газовой сварке в качестве окислителя применяют кислород, а горючими газами служат ацетилен, водород, пропан и др.
Газообразныйкислород (О 2 ) бесцветен, не имеет запаха и вкуса, немного тяжелее воздуха. Плотность кислорода при атмосферном давлении и температуре 20 °C равна 1,33 кг/м . Активно поддерживает горение и служит для повышения температуры газового пламени при сгорании горючего газа.
Согласно ГОСТ 5583–78, промышленность выпускает газообразный технический кислород двух сортов. Объемная доля кислорода в техническом кислороде I сорта составляет 99,7 %, II сорта – 99,5 %.
Кислород способен образовывать взрывоопасные смеси с горючими газами или парами жидких горючих веществ, а при его соприкосновении с органическими соединениями (масла, жиры и другие вещества) может произойти их самовоспламенение.
Газообразный ацетилен (С 2 Н 2 ) – бесцветный газ, имеющий специфический чесночный запах из-за присутствия примесей: фосфористого водорода, сероводорода и др. Ацетилен легче воздуха: при атмосферном давлении и температуре 20 °C его плотность составляет 1,09 кг/м . Хорошо растворяется в жидкостях, особенно в ацетоне, становясь более безопасным. Используется для формирования газового пламени при сгорании в струе кислорода. Преимущество ацетилена перед другими горючими газами – возможность получения наиболее высокой температуры пламени (до 3200 °C).
На месте сварки ацетилен получают в газогенераторах путем разложения карбида кальция водой или используют пиролизный ацетилен. Последний к месту сварки доставляют растворенным в ацетоне в виде пористой массы, заключенной в стальной баллон. Пиролизный ацетилен дешевле, чем получаемый из карбида кальция.
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 (Н 2 ) при атмосферном давлении и температуре 20 °C – горючий газ без цвета и запаха. Плотность водорода равна 0,084 кг/м , он в 14,5 раза легче воздуха. Водород предназначен для формирования газового пламени при сгорании в струе кислорода. Температура пламени составляет 2600 °C. Водородно-кислородное пламя бесцветное, не имеет четких очертаний, что затрудняет его регулирование.
Хранится и поставляется в газообразном состоянии в стальных баллонах объемом 5, 10, 20 и 40 литров.
Водород образует с кислородом (2 объема водорода и 1 объем кислорода) взрывоопасную гремучую смесь.
Технический пропан – это смесь пропана (С 3 Н 8 ) и пропилена (С 3 Н 6 ), 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 °C его плотность составляет 1,88 кг/м . Применяется для формирования газового пламени с температурой 2700 °C в качестве заменителя ацетилена.
Поставляют пропан к месту сварки в стальных цельносварных баллонах в сжиженном состоянии.
Пропан огнеопасен. 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 при нормальных условиях составляет 1,9 кг/м . Обладает резко выраженным запахом.
МАФ-газ применяют в качестве заменителя ацетилена при газовой сварке. Он в два раза дешевле ацетилена, а температура пламени при его сгорании достигает 2930 °C. Газ поставляют к месту сварки в сжиженном состоянии в цельносварных баллонах (таких же, как и для пропана). В баллоне вместимостью 50 л и весом 22 кг содержится 21 кг газа.
Склонность к обратному удару газа МАФ незначительна. По сравнению с ацетиленом МАФ имеет более мягкое пламя, что дает свои преимущества при работе с металлом малых толщин, с цветными металлами, а также при контурной резке изделий. В то же время ядро даже нейтрального пламени при использовании газа МАФ длиннее ацетиленового в 1,5–2 раза.
Технология газопламенной обработки при использовании газа МАФ в основном такая же, как и при использовании ацетилена. В качестве аппаратуры могут применяться горелки, резаки, редукторы и другие устройства, предназначенные для работы с ацетиленом и на сжиженных газах (пропан-бутановых смесях). Присадочную проволоку лучше применять такую, которая больше подходит для сварки пропаном.
На баллоне с газом может использоваться редуктор, применяемый на пропановых баллонах. По сравнению с пропан-бутановой смесью при сварке стали газом МАФ расход кислорода в 1,5 раза меньше.
Смесь МАФ-газа (3,4–10,8 % по объему) с воздухом взрывоопасна. Газ может скапливаться в подвалах, колодцах и приямках, образуя взрывоопасную смесь.
Присадочные материалы
Присадочными материалами являются проволока, прутки (стержни), полоски металла, близкие по свойствам свариваемому металлу. При проведении сварки они обеспечивают дополнительный металл для заполнения зазора между свариваемыми кромками и образования сварного шва требуемой формы.
Основным присадочным материалом служит сварочная проволока.
При сварке углеродистых и легированных сталей применяют холоднотянутую сварочную проволоку. Ее характеристики приведены выше, в главе "Характеристика, классификация и назначение сварочной проволоки".
Для газовойсварки серого чугуна выпускают чугунные прутки ∅ 4, 6, 8, 10, 12 и 16 мм. Маркировку торца прутков выполняют краской черного, белого, красного, синего, коричневого, желтого или зеленого цвета.
Для газовой сварки меди, медно-никелевыхсплавов, бронз и латуни применяют сварочную проволоку, отвечающую ГОСТ 16130–90. Ее диаметр составляет 0,8–8,0 миллиметров.
Условное обозначение присадочной проволоки из меди или ее сплава соответствует классификации этих материалов по следующим признакам:
● способу изготовления (холоднодеформированная (тянутая) – Д ; горячедеформированная (прессованная) – Г );
● форме сечения – КР (проволоку изготавливают исключительно круглого сечения);
● механическим свойствам (мягкая – М , твердая – Т );
● виду поставки (мотки или бухты – БТ , катушки – КТ , барабаны – БР , сердечники – CP , немерной длины – НД ).
При сварке алюминия и его сплавов используют тянутую и прессованную проволоку из алюминия и алюминиевых сплавов, отвечающую ГОСТ 7871–75. Ее диаметр составляет 0,8–12,5 мм. Условные обозначения при маркировке, характеризуют:
● способ изготовления (тянутая – В , прессованная – П );
● вид обработки (нагартованная – Н , отожженная – М );
● вид поставки (мотки (бухты) – БТ , катушки – КТ ).
Сварочный флюс . При газосварке флюс наносится на свариваемые кромки или вносится в сварочную ванну оплавляемым концом присадочного прутка (налипающим на него при погружении во флюс). Флюсы могут использоваться и в газообразном виде при подаче их в зону сварки с горючим газом.
Оборудование для газовой сварки
Оборудование для газовой сварки, наплавки и резки включает в себя источники газоснабжения (ацетиленовые генераторы или газовые баллоны), аппаратуру регулирования и защиты (вентили, редукторы, манометры, предохранительные устройства), соединительные рукава и универсальные или специализированные горелки.
Ацетиленовые генераторы
Ацетиленовый генератор – аппарат, предназначенный для получения газообразного ацетилена посредством разложения карбида кальция водой. Из 1 кг карбида кальция, в зависимости от размеров его кусков и степени чистоты, можно получить 235–285 дм ацетилена. Однако применение газогенераторов в быту и в небольших мастерских нецелесообразно: они более взрывоопасны, нежели баллоны, и потому в сварочном комплекте возрастает количество предохранительных устройств. Обслуживание их сложнее; подготовка к работе занимает гораздо больше времени, чем при работе с баллонами; отработанный ил сливают только в специальные ямы или бетонные хранилища. К тому же по завершении даже незначительных сварочных работ следует выработать весь загруженный объем карбида кальция – постепенно стравить ацетилен в атмосферу или дожечь его горелкой. Поэтому использование ацетиленовых генераторов оправдано только при промышленных объемах работ.
Баллоны
Баллон – это металлическая емкость для хранения и транспортирования газов в сжатом, растворенном и сжиженном состояниях.
Кислородный баллон , согласно ГОСТ 949–73, изготовлен из углеродистой (150У) или легированной (150JI) стали и имеет стальной цельнотянутый цилиндрический корпус с выпуклым днищем, на которое напрессован башмак (рис. 21, а ). Вверху баллон заканчивается горловиной с резьбовым отверстием, в которое ввернут запорный вентиль. На наружную резьбу горловины баллона навернут предохранительный колпак.
При отборе ацетилена из баллона удаляется и часть ацетона в виде паров. Для уменьшения потерь ацетона во время работы необходимо располагать баллоны в вертикальном положении и отбирать ацетилен со скоростью, не превышающей 1,7 м /ч.
В наполненном баллоне вместимостью 40 дм при рабочем давлении и температуре воздуха 20 °C объем газообразного ацетилена, соответствующий нормальным условиям, составляет 5,5 м .
Цвет баллона белый, надпись красная. Отпускают ацетилен также в баллонах емкостью 1; 5; 10; 15 и 20 л.
Отличительной особенностью вентиля ацетиленового баллона является отсутствие маховика и штуцера. В корпусе вентиля имеется боковая канавка, в которую устанавливают штуцер ацетиленового редуктора, прижимая его специальным хомутом через кожаную прокладку. Такая конструкция вентиля не допускает случайной установки другого редуктора во избежание образования взрывоопасной смеси.
Еще одна отличительная особенность вентиля ацетиленового баллона состоит в том, что его открывание, закрывание и присоединение с его помощью редуктора к баллону осуществляются специальным торцовым ключом.
Для определения объема ацетилена баллон взвешивают до и после наполнения газом и по разности показателей и плотности ацетилена определяют объем газа, находящегося в баллоне. Например, масса баллона с ацетиленом 89 кг, порожнего – 83 кг. Масса ацетилена в баллоне: 89–83 = 6 кг. Плотность ацетилена при атмосферном давлении и температуре 20 °C составляет 1,09 кг/м . Следовательно, объем ацетилена при этих условиях составляет 6/1,09 = 5,5 м .
Баллоны для техническогопропана изготавливают из листовой углеродистой стали толщиной 3 мм согласно ГОСТ 15860–84. К верхней части сварного цилиндрического корпуса пропанового баллона приварена горловина, а к нижней – днище и башмак (рис. 21, г ). В горловине имеется резьбовое отверстие, в которое ввернут латунный вентиль. Внутри баллона расположены подкладные кольца. Для защиты вентиля баллона от механического повреждения служит предохранительный колпак.
Высота баллона не более 1013 мм, диаметр (без обечайки усиления) 292 мм, масса без газа 22 кг, вместимость 50 л, рабочее давление 1,6 МПа (16 кгс/см ). Газ в баллоне находится в сжиженном состоянии.
Кроме того, выпускают пропановые баллоны вместимостью 27, 12 и 5 л. 50-литровый баллон содержит 21,4 кг сжиженного газа, 27-литровый – 11,4 кг, 5-литровый – 3,3 килограмма.
Кратковременный максимальный отбор газа не должен превышать 1,25 м /ч, а нормальный во избежание замерзания вентиля – 0,6 м /ч.
Цвет баллона красный, надпись белая.
Вентиль пропанового баллона мембранного типа делают из латуни (реже из стали). Он рассчитан на рабочее давление до 2,0 МПа (20 кгс/см ). Боковой штуцер корпуса вентиля имеет левую резьбу.
Газовые редукторы и манометры
Редуктор – устройство, предназначенное для понижения давления газа, поступающего из баллона, и автоматического поддержания заданного рабочего давления. Газовые редукторы осуществляют также регулирование рабочего давления и защиту баллона от обратного удара пламени, а манометры показывают давление газа в баллоне и на выходе из редуктора.
Газовые редукторы, согласно ГОСТ 13861–89, классифицируют по назначению (Б – баллонные, Р – рамповые, С – сетевые); виду редуцируемого газа (А – ацетиленовые, К – кислородные, М – метановые, П – пропан-бутановые); схеме регулирования (О, Д – одно-и двухступенчатые с механической установкой давления, З – одноступенчатые с пневматическим заданием рабочего давления). Различаются они и по принципу действия (прямого и обратного действия). В эксплуатации более удобны редукторы обратного действия, так как они компактны и просты по конструкции, надежны и безопасны в работе.
Редукторы отличаются друг от друга окраской корпуса (ацетиленовый – белого цвета, кислородный – голубого, пропановый – красного) и присоединительными устройствами для крепления их к баллону. Кислородный и пропановый редукторы присоединяют к баллонам накидными гайками соответственно с правой и левой резьбой. Ацетиленовые редукторы крепят к баллонам хомутом с упорным винтом.
Технические характеристики баллонных редукторов приведены в табл. 8 (см. с. 326).
Манометры представляют собой приборы для измерения давления газа. Их присоединяют к корпусу редуктора через прокладки из фибры и кожи с помощью резьбовых соединений с использованием гаечного ключа.