Технология газовой сварки .

1. Общие понятия.

Процесс газовой сварки относится к сварке плавлением.

Плавление основного и присадочного металла осуществляется за счет тепла газового пламени.

Метод газовой сварки достаточно простой, не требует дорогостоящего оборудования, обеспечивает хорошее формирование шва во всех пространственных положениях, однако мощность газового пламени меньше мощности сварочной дуги.

Газовая сварка не требует такой чистоты подготовки металла, как при использовании дуговой сварки.

Поэтому газовая сварка чаще всего применяется при сварке труб малого диаметра из конструкционных сталей толщиной не более 3 мм в монтажных условиях.

2. Сварочное пламя.

Сварочное пламя – источник тепла при газовой сварке, необходимый для плавления свариваемого металла и присадочных прутков.

Сварочное пламя образуется при сгорании смеси горючего газа или паров горючих жидкостей с кислородом.

На рис. 1 приведена схема строения ацетилено – кислородного пламени.

Рис. 1. Схема строения ацетилено – кислородного пламени.

Газовое пламя состоит из трех частей: ядра, средней (восстановительной) зоны и факела.

Ядро имеет четко очерченную форму с ярко светящейся оболочкой, состоящей из раскаленных частиц углерода, сгорание которых происходит в наружном слое оболочки.

То есть, в ядре происходит распад горючего газа и начало окисления углерода, в результате чего на выходе ядра частично образуются окись углерода СО и водород Н₂ по реакции С₂Н₂ + Н₂ = 2СО + Н₂.

Температура на выходе ядра составляет 800 – 1000°С.

С увеличением номера наконечника горелки диаметр и длина ядра увеличиваются.

- 2 -

Средняя (восстановительная) зона имеет более темную окраску, хуже различима и состоит полностью из окиси углерода СО и водорода Н₂, которые образуются на первой стадии горения горючего газа в ядре.

В этой зоне происходит раскисление металла шва.

Наивысшая температура пламени находится на расстоянии 2 – 5 мм от кончика ядра, которую используют при сварке.

Факел расположен за восстановительной зоной.

Факел состоит из углекислого газа и паров воды, которые появляются при сгорании окиси углерода и водорода восстановительной зоны за счет кислорода окружающего воздуха.

Температура факела значительно ниже температуры восстановительной зоны.

Размеры факела значительно превышают размеры восстановительной зоны.

В зависимости от соотношения горючего газа и кислорода можно получить 3 вида пламени (рис. 2):

- нормальное (восстановительное) пламя;

- окислительное пламя;

- науглераживающее пламя.

Рис. 2. Виды сварочного пламени:

а) нормальное пламя; b) окислительное пламя; с) науглераживающее пламя.

Нормальное пламя достигается при соотношении кислорода к ацетилену равным 1,1 – 1,2.

Нормальное пламя при использовании газов – заменителей ацетилена составляет:

- кислород / природный газ – (1,5 – 1,6);

- кислород / пропан – (3,4 – 3,8).

Ядро нормального пламени имеет слегка коническую форму с закругленным концом.

Окислительное пламя образуется при избытке в пламени кислорода.

Окислительное пламя имеет укороченное ядро конической формы.

Температура окислительного пламени выше температуры нормального пламени.

Окислительное пламя может окислять свариваемый металл

Науглераживающее пламя образуется при избытке в пламени горючих газов.

В науглераживающем пламени ядро имеет расплывчатую форму, а на конце ядра появляется зеленый венчик.

Восстановительная зона более светлая, а факел имеет желтоватую окраску.

Такое пламя науглераживает металл шва и имеет самую низкую температуру.

- 3 -

Виды пламени, применяемые при газовой сварке разных металлов, приведены в табл. (рис. 3).

Материал	Науглераживающее пламя	Нормальное пламя	Окислительное пламя
Чугун	+	-	-
Медь	-	+	-
Латунь	-	-	+
Алюминий	+	-	-
Сталь	-	+	-

Рис.3. Область применения разных видов пламени.

В связи с разной скоростью сгорания в кислороде горючие газы имеют разную температуру и размеры пламени.

Ацетилен имеет самую высокую скорость сгорания в кислороде, поэтому температура пламени у него наибольшая среди горючих газов, а длина ядра самая короткая.

Пламя при использовании горючих газов – заменителей ацетилена имеет большие размеры, менее концентрированную тепловую можность и более низкую температуру.

Свойства сварного шва при газовой сварке сильно зависят от состава сварочного пламени.

На рис. 4 приведены размеры и температура нормального пламени для разных горючих газов.

a) b) c)

Рис. 4. Размеры и температура нормального пламени для разных горючих газов:

а) ацетилено-кислородное пламя; b) метано-кислородное; с) проанокислородное; А – ядро; В – восстановительная зона; С- факел; l – длина ядра.

- 4 -

3.Обратный удар пламени..

Для обеспечения нормального процесса горения пламени необходимо, чтобы скорость вытекания горючей смеси была равна скорости ее сгорания.

Если скорость вытекания горючей смеси больше, чем скорость ее сгорания, то пламя отрывается от горелки (резака) и гаснет.

Если же скорость вытекания горючей смеси меньше скорости ее сгорания, то пламя проникает внутрь горелки или резака.

Явление проникновения пламени внутрь каналов горелки (резака) и распространения горения навстречу потоку газов называется обратным ударом пламени.

Обратный удар условно можно разделить на 3 стадии:

1 стадия - обратный ход пламени;

2 стадия - затяжной обратный ход пламени;

3 стадия – собственно обратный удар пламени.

При обратном ходе пламя прорывается во внутрь горелки с сильными хлопками.

Пламя гаснет на выходе наконечника.

При затяжном обратном ходе пламя проникает во внутрь горелки с продолжительным горением в смесительной камере.

Оно характеризуется начальным хлопком (обратным ходом пламени) и последующим свистом из-за продолжающегося горения.

Если горелку или резак быстро не закрыть, то они могут расплавиться.

При собственно обратном ударе пламя проходит через горелку в шланги и далее в редуктор.

Если редуктор не оборудован огнепреградителем, то он может загореться и в определенных условиях привести к взрыву баллона.

Обратный удар может произойти при обратном ходе пламени, когда создаются условия для обратного потока газа.

Обратный поток возникает, когда газ с более высоким давлением попадает в канал газа с более низким давлением.

Чаще всего это происходит, когда поток кислорода попадает в рукав горючего газа и в рукаве образуется взрывчатая смесь.

Эта смесь может воспламениться в случае возникновения обратного хода пламени и шланг загориться.

Причины возникновения обратного и затяжного хода пламени.

Фактической причиной возникновения обратного хода пламени является то, что скорость горения смеси превышает скорость выхода горючей смеси.

Скорость горения газовой смеси увеличивает: - повышение содержания кислорода в горючей смеси;

- повышение температуры горючей смеси.

При нагреве наконечников горелки (резака) давление горючей смеси внутри наконечников и в смесительной камере возрастает и относительное содержание кислорода в смеси увеличивается.

Повышение температуры смеси за счет нагрева горелки (резака) также повышает скорость горения смеси.

Это может привести к самовоспламенению смеси внутри горелки (резака).

- 5 -

Скорость вытекания горючей смеси снижается:

- при наличии загрязнений, уменьшающих сечение каналов прохождения горючей смеси в горелке (резаке) или в рукавах;

- в случае повреждений выходных отверстий наконечников горелки (резака);

- попадания брызг в отверстия наконечников;

- при случайном резком увеличении скорости движения резака;

- при случайном резком уменьшении расстояния между наконечником горелки (резака) и поверхностью металла или случайном погружении горелки( резака) в расплавленный металл;

- при случайном пережатии газовых рукавов;

- при неправильном давлении газов на горелке (резаке).

- неправильном зажигании аппаратуры.

Снижение скорости вытекания горючей смеси может также привести к проникновению пламени в горелку (резак).

Причины возникновения собственно обратного удара пламени.

Обратный удар пламени возникает, если в рукавах образуется взрывоопасная горючая смесь, образующаяся в результате обратного потока газов (например кислород попал в рукав горючего газа) и одновременно в резаке возник затяжной ход пламени.

Причинами обратного потока одного из газов является:

- Канал горючего газа забит грязью или поврежден. Часть газа с более высоким давлением пойдет в канал газа с более низким давлением.

- Закрыты оба редуктора, а вентили резака или горелки остались открытыми (персонал покинул рабочее место).

Горючий газ выходит первым и в канал горючего газа может попасть кислород или воздух.

- Отсутствует инжекция в инжекторной аппаратуре.

- Газы,находящиеся в перегретой горелке (резаке), подпирают поступающие газы.

Выводы.

1. Обратный удар на всех стадиях является опасным явлением, которое может привести к повреждениям газовой аппаратуры и взрыву баллонов.

2. Обратный удар происходит в течении очень короткого времени и легко может пройти от стадии обратного хода до стадии собственно обратного удара.

3. Наиболее часто обратный удар возникает: - при использовании в качестве горючего газа ацетилена;

- выполнении газовой сварки (резки) больших толщин, так как в этом случае используется повышенное давление кислорода и горючего газа.

4. Контролировать прохождение обратного удара достаточно сложно, поэтому наиболее важным является выполнение условий, предотвращающих возникновение обратного удара.

- 6 -

К мерам, предотвращающим возникновение обратного удара, относятся:

- регулярная проверка инжекции при использовании инжекторной аппаратуры;

- предотвращение перегрева горелки (резака) в процессе работы;

- правильное зажигание горелки (резака);

- регулярная очистка каналов горелки (резака) от брызг и загрязнений;

- обеспечение герметичности всех узлов газовой аппаратуры;

- правильная эксплуатация газовых рукавов;

- использование правильных режимов и приемов при газовой сварке (резке);

- предотвращение в процессе сварки (резки) резкого уменьшения расстояния между наконечником горелки (резака) и обрабатываемым металлом ;

- установка на аппаратуре устройств безопасности (обратных клапанов и огнепреградителей);

- продувка рукавов в течении нескольких секунд перед зажиганием горелки (резака);

При возникновениии обратного хода пламени (пламя проникло в резак или горелку) необходимо немедленно:

- закрыть кислородный вентиль;

- закрыть вентиль горючего газа;

- произвести внешний осмотр всей аппаратуры;

- охладить горелку (резак) в воде при открытом кислородном вентиле или естественным способом;

- проверить инжекцию (для инжекторной аппаратуры);

- произвести повторное зажигание горелки (резака) и в случае повторных хлопков передать их в ремонт.

При возникновении собственно обратного удара (пламя проникло в рукава или редуктор) необходимо:

- немедленно закрыть вентили горелки (резака);

- немедленно закрыть вентили баллонов;

- сорвать с редуктора загоревшийся рукав;

- при загорании редуктора погасить пламя на горящем редукторе;

- удалить редукторы с баллонов;

- в случае использования ацетиленового баллона проверить наличие внутреннего нагрева баллона и при необходимости удалить его из рабочей зоны до полного остывания;

- передать горелку (резак) и редуктор в ремонт;

- заменить обгоревший рукав на новый.

- 7 -

4. Металловедение газовой сварки сталей.

В сварочной ванне при газовой сварке сталей происходят реакции окисления и раскисления по следующим реакциям:

Реакция окисления железа: 2FeO + O₂ =2 (FeO)

Реакции восстановления железа:

(FeO) + CO = Fe + CO₂

(FeO) + H₂ = Fe + H₂O

При использовании нормального пламени в стали преобладают реакции восстановления железа.

При газовой сварке остывание сварочной ванны происходит медленно, поэтому азот и водород, растворенные в жидком металле успевают выделиться из сварочной ванны и сварной шов получается достаточно плотным..

Вследствие более медленного, чем при дуговой сварке, нагрева металла при газовой сварке образуется более широкая зона термического влияния, составляющая примерно от 8 до 20 мм.

Участки металла, примыкающие к сварному шву перегреты и приобретают более крупнозернистую структуру, что снижает их вязкость и пластичность.

Поэтому газовая сварка применяется чаще всего при изготовлении менеее отвественных изделий из нелегированных сталей.