Сварка, резка и пайка металлов

Процесс газовой сварки

Газовая, или газоплавильная , сварка относится к группе способов сварки плавлением и занимает важнейшее место в этой группе, уступая по практическому значению лишь дуговой электросварке. Для осуществления процесса газовой сварки возможно применение разных горючих, соответственно чему можно различать сварку во-дородно-кислородную, бензино-кислородную и т. д. Преобладающее значение имеет ацетилено-кислородная сварка; другие виды горючих имеют ограниченное применение. Технологически газовая сварка во многих отношениях сходна с дуговой электросваркой, имеются и промежуточные переходные способы между этими двумя основными видами, например атомно-водородная сварка. Существенным технологическим отличием газовой сварки от дуговой электросварки является более плавный и медленный нагрев металла. Это основное отличие сварочного газового пламени от сварочной дуги является в одних случаях недостатком, в других — преимуществом газового пламени и определяет следующие основные области его применения: 1) малые толщины сталей 0,2— мм; 2) легкоплавкие металлы, например цветные металлы и их сплавы; 3) металлы, требующие при сварке постепенного мягкого нагрева и замедленного охлаждения, например многие инструментальные стали; 4) металлы, требующие подогрева при сварке, например чугун и некоторые сорта специальных сталей; 5) твёрдая пайка; 6) некоторые виды наплавочных работ.

Благодаря универсальности и сравнительной простоте и портативности необходимого оборудования газовая сварка весьма целесообразна для многих видов ремонтных работ. Сравнительно медленный нагрев металла газовым пламенем быстро снижает производительность газовой сварки с увеличением толщины металла, и при толщинах стали выше 8—10 мм газовая сварка обычно экономически невыгодна, хотя технически ещё возможна сварка стали толщиной 30—40 мм. Замедленный нагрев создаёт разогревание значительного объёма основного металла, прилегающего к сварочной ванне, что, в свою очередь, вызывает значительные деформации (коробление) свариваемых изделий. Это важное обстоятельство делает газовую сварку технически нецелесообразной, не говоря об экономической невыгодности для сварки таких, например, объектов, как строительные металлоконструкции, мосты, вагоны, корпуса судов, станины крупных машин и т. п.

Значительные деформации металла, возникающие при газовой сварке, налагают ограничения на рациональные формы сварных соединений. Из многообразных форм сварных соединений, выполняемых дуговой электросваркой, при газовой сварке пользуются, как правило, лишь простейшим стыковым соединением. Угловые швы и соединения — нахлёсточное и тавровое, образуемые этими швами, при газовой сварке используются лишь в случаях необходимости, из-за затруднений, создаваемых значительными деформациями металла, свойственными газовой сварке. Применяются стыковые соединения как без скоса кромок, без отбортовки и с отбортовкой кромок (особо удобное соединение для газовой сварки), так и с одно- и двусторонним скосом кромок (фиг. 140). Мощность сварочной ацетилено-кислородней горелки, определяемая часовым расходом ацетилена, приблизительно может быть подобрана по эмпирической формуле

A = kS ,

где А — расход ацетилена в л/час; S—толщина металла в мм; к — коэффициент, определяемый опытным путём.

Для малоуглеродистой стали, чугуна и алюминия обычно принимают среднее значение к =100; для красной меди /с-140; для нержавеющей стали 18/8 — /с=75.

Квалифицированные сварщики могут пользоваться и более мощными горелками, увеличивая скорость продвижения пламени вдоль шва, что повышает производительность сварки.

Горелка обычно регулируется для работы на нормальном пламени. Тепловое воздействие пламени на металл зависит не только от мощности пламени, но и от угла наклона оси пламени к поверхности металла. Наиболее интенсивно действует пламя, когда его ось нормальна к поверхности металла. С уменьшением угла наклона тепловое действие пламени ослабевает и распределяется по большей площади. Таким образом, кроме подбора соответствующего размера горелки, сварщик может .плавно регулировать тепловое действие пламени на металл, делать пламя более мягким или жёстким, меняя угол наклона пламени к поверхности изделия. С увеличением толщины металла принято увеличивать угол наклона пламени и уменьшать его с уменьшением толщины металла.

На фиг. 141 показаны обычно применяемые углы наклона оси пламени или оси мундштука горелки в зависимости от толщины металла. В процессе сварки горелке сообщают колебательные движения, и конец мундштука описывает зигзагообразный путь, аналогичный пути, проходимому концом металлического электрода при дуговой сварке (фиг. 142). Горелку сварщик держит в правой руке; если же шов требует добавления присадочного металла, то сварщик держит присадочный пруток в левой руке. Присадочный пруток располагается под углом 45° к поверхности металла, причём конец его должен быть погружён в ванну расплавленного металла. Концу прутка сообщают зигзагообразные колебательные движения в направлении, противоположном движениям горелки, таким образом, что пруток и мундштук горелки движутся всегда навстречу друг другу.

Газовая сварка может производиться как в нижнем, так и в вертикальном и потолочном положениях. Существуют два способа выполнения газовой сварки, так называемые левый и правый способы. При обычно применяемом левом способе сварки впереди перемещается присадочный пруток, за ним следует горелка. Сварной

шов остаётся сзади горелки, пламя направлено вперёд на основной металл. Наиболее удобно для сварщика в этом случае перемещать горелку вдоль шва справа налево.

При правом способе сварки впереди перемещается горелка, за ней следует присадочный пруток, расположенный между швом и горелкой. Шов расположен впереди горелки, считая по направлению пламени, пламя направлено назад на сварной шов. При правом способе горелка обычно перемещается слева направо. Оба способа схематически изображены на фиг. 143, а и б.

Правый способ даёт лучший к. п. д. использования тепла пламени, а потому повышает производительность сварки и соответственно снижает на 15—20% удельный расход газов. Несмотря на указанное преимущество правый способ применяется довольно редко, это объясняется тем, что преимущество этого способа заметно проявляется лишь при сварке металла толщиной свыше 5 мм, что редко встречается при сварке газом. На малых толщинах правый способ, не давая заметных выгод, увеличивает опасность прожога металла, почему и не применяется.

Недостаточная производительность газовой сварки во многих случаях и возрастающая конкуренция со стороны дуговой сварки послужили в последние годы стимулом для проведения ряда работ, имеющих целью повышение производительности и экономичности газовой сварки. В первую очередь нужно упомянуть применение многопламенных горелок. Для ручной сварки предлагались двух-и трёхпламенные горелки. В горелках для автоматической газовой сварки число огней доходит до десяти и более.

Пламя газовой горелки имеет в активной своей части форму, приближающуюся к цилиндрической, не являющуюся оптимальной для многих случаев сварки. С целью повышения производительности газовой сварки целесообразно разделить пламя на несколько отдельных самостоятельных огней, расположенных по оси шва. Несмотря на несомненное повышение производительности сварки, даваемое многопламенными горелками, они пока не нашли заметного распространения в нашей промышленности из-за сложности конструкции и обслуживания, громоздкости и неудобства в работе по сравнению с нормальной однопламенной горелкой.

Окисляющее воздействие пламени на расплавленный металл компенсируется применением специальной присадочной проволоки с повышенным содержанием марганца и кремния. Практического применения в нашей промышленности этот способ не нашёл. Предлагался и способ противоположного характера с некоторым увеличением содержания ацетилена в смеси против нормы; получаемое пламя науглероживает поверхностный слой металла кромок и оплавляет этот тонкий слой с большой скоростью, что повышает производительность сварки. Добавка малоуглеродистого присадочного металла приводит к обычной норме содержание углерода в наплавленном металле. Этот способ также не нашёл практического применения в нашей промышленности.

Присадочные прутки для газовой сварки применяются различного состава, соответственно характеру основного металла. Диаметр прутка выбирается в соответствии с толщиной основного металла. Для приблизительного подбора диаметра присадочного прутка можно пользоваться эмпирической формулой:

где d — диаметр присадочного прутка в мм; S — толщина основного металла в мм.

Присадочная проволока для газовой сварки сталей применяется та же, что и для электродов при дуговой электросварке, и изготовляется по ГОСТ 2246-51.

Для газовой сварки малоуглеродистой стали применяется проволока марок Свl , Свl-А и Свll по ГОСТ 2246-51. ,

Для сварки чугуна выпускаются специальные литые чугунные стерженьки с повышенным содержанием углерода и кремния.

Для наплавки твёрдых износостойких покрытий, выпускаются стерженьки литых твёрдых сплавов, например твёрдый сплав сормайт , разработанный Сормовским заводом.

Взамен электродных обмазок, применяемых при дуговой электросварке, в газовой сварке довольно широко пользуются флюсами, применение которых является необходимым для газовой сварки чугуна, цветных металлов и некоторых специальных сталей.

При расплавлении флюса бисульфаты взаимодействуют с галоидными солями, образуя свободные галоидоводородные кислоты по уравнению

Образующаяся свободная кислота переводит окислы металла в галоидные соли, усиливая их растворимость во флюсе и понижая температуру плавления образующегося шлака.

Применение газовой сварки обширно и разнообразно. В широких размерах газовую сварку применяют в самолётостроении, где преобладает сварка малых толщин металла (1 —3 мм), а свариваются преимущественно конструкционные стали повышенной прочности типа хромансиль и др. Широко применяется газовая сварка в производстве химической аппаратуры. Важное значение имеет газовая сварка в прокладке и монтаже трубопроводов самых разнообразных назначений, в особенности малых диаметров-—до 100 мм.

Газовая сварка является незаменимым мощным средством при ремонте и с этой целью широко используется в ремонтных мастерских для всех видов транспорта, в сельском хозяйстве и т. д. Газовая сварка применяется для сталей, цветных металлов: меди, медных сплавов, алюминия и его сплавов и т. д.; чугуна, наплавки литых твёрдых сплавов и обеспечивает получение удовлетворительных механических свойств наплавленного металла и сварного соединения, отвечающих в большинстве случаев требованиям промышленности.

Качество сварных соединений, выполняемых газовой сваркой, выше, чем при дуговой сварке электродами с тонкой ионизирующей обмазкой, но несколько уступает дуговой сварке, выполненной качественными электродами. Основная причина некоторого снижения прочности сварных соединений состоит в том, что при газовой сварке не производится легирования наплавленного металла, в то время как при дуговой сварке качественные электроды, содержащие в обмазке ферросплавы, производят довольно значительное легирование. Таким образом, газовая защита, обеспечиваемая восстановительной зоной сварочного пламени, для получения качественного сварного соединения менее эффективна, чем действие качественных электродных обмазок при дуговой электросварке.

Производительность газовой сварки, значительная при малых толщинах основного металла, быстро снижается с увеличением его толщины. При малых толщинах 0,5—1,5 мм газовая сварка по производительности может превосходить дуговую, так как при последней приходится уменьшать скорость сварки очень тонкого материала во избежание прожогов. С увеличением толщины металла до-2—3 мм скорости газовой и дуговой сварки сравниваются, а затем разница в скоростях быстро возрастает с увеличением толщины металла в пользу дуговой сварки. При малых толщинах абсолютный расход газов на 1 м сварного шва невелик; основным слагаемым стоимости сварки является заработная плата сварщика, и общая стоимость 1 м сварного шва может быть меньше, чем при других способах сварки. С увеличением толщины основного металла быстро растёт стоимость газов и расход времени на сварку 1 м шва, и газовая сварка становится дороже дуговой; разница в стоимости быстро увеличивается с возрастанием толщины основного металла. Таким образом, экономически газовая сварка наиболее приемлема для сварки малых толщин металла.

Для многих работ существенным техническим недостатком газовой сварки является прогрев значительного объёма основного металла, прилегающего к сварному шву, что вызывает значительные деформации изделий. В некоторых случаях мягкость и постепенность нагрева газового пламени и значительный объём зоны влияния являются не недостатком, а, наоборот, преимуществом газовой сварки. К таким работам, например, относятся сварка чугуна, особо хрупких легко закаливающихся сталей, наплавка литых твёрдых сплавов, твёрдая пайка и т. д. К особенностям газовой сварки следует также отнести почти исключительное выполнение сварных швов за один проход. Выполнение швов за несколько проходов,. т. е. в несколько слоев, широко практикуемое в дуговой сварке, почти не находит применения при газовой сварке, где довольна часто применяется проковка шва в горячем состоянии, дающая в ряде случаев хорошие результаты: повышение плотности наплавленного металла и прочности шва. Газовое пламя менее ярко, чем сварочная дуга, излучения пламени не обжигают кожи лица, поэтому достаточна защита глаз сварщика очками с окрашенными стёклами, лицо же остаётся открытым.

В табл. 17 приведены средние данные производительности и расхода газов для ручной газовой сварки стали нормальными одно-пламенными горелками.