Газовая сварка

Газовая сварка — это способ сварки, при котором соединение металлических деталей происходит за счёт их локального расплавления теплом, выделяемым при сгорании смеси горючего газа и кислорода. Относится к классу термических видов сварки плавлением. Основным инструментом является сварочная горелка, в которой образуется и сжигается газовая смесь, формирующая сварочное пламя. Газовая сварка применяется для соединения тонколистовой стали, цветных металлов, чугуна, а также для наплавки, пайки и термической резки металлов.

История

Развитие газовой сварки стало возможным после промышленного получения кислорода и ацетилена. В 1836 году английский химик Эдмунд Дэви открыл ацетилен. В 1892 году канадец Томас Уилсон разработал электрическую дуговую печь для производства карбида кальция, из которого при реакции с водой получается ацетилен. В 1895 году французские инженеры Анри Ле Шателье и Эдмон Фуше изобрели ацетилено-кислородную горелку, что стало началом промышленного применения газовой сварки. В 1903 году в Германии были проведены первые успешные опыты по сварке стали с использованием ацетилена. К началу XX века газовая сварка стала основным методом соединения металлов, особенно в строительстве, ремонте и производстве трубопроводов, до широкого внедрения электродуговой сварки.

Принцип действия

В основе газовой сварки лежит экзотермическая реакция горения горючего газа (обычно ацетилена) в кислороде. В сварочной горелке газы смешиваются в определённой пропорции и поджигаются на выходе из сопла. Температура ацетилено-кислородного пламени достигает 3150–3200 °C. Пламя нагревает и расплавляет кромки свариваемых деталей и присадочный материал (пруток или проволоку), который вводится в сварочную ванну. После остывания образуется монолитное сварное соединение.

Классификация газовой сварки

По способу подачи газов различают:

• Инжекторная сварка — кислород подаётся под высоким давлением и создаёт разрежение в камере горелки, подсасывая горючий газ. Используется для ацетилена и других газов низкого давления.
• Безынжекторная сварка — оба газа подаются под одинаковым (обычно повышенным) давлением. Применяется для газов высокого давления (пропан, водород).

По типу горючего газа:

• Ацетилено-кислородная сварка — наиболее распространённый вид, обеспечивающий самую высокую температуру пламени и хорошее качество шва.
• Пропано-кислородная сварка — используется для сварки низкоуглеродистых сталей и цветных металлов. Температура пламени ниже (около 2500 °C).
• Водородно-кислородная сварка — применяется для сварки тонкостенных изделий и цветных металлов, так как пламя имеет низкую тепловую мощность.
• Сварка на природном газе — используется реже, в основном для резки и нагрева.

По положению шва в пространстве:

• Нижнее положение.
• Вертикальное положение.
• Горизонтальное положение.
• Потолочное положение (наиболее сложное).

Оборудование и материалы

Основной комплект оборудования для газовой сварки включает:

• Баллоны — стальные ёмкости для хранения газов под давлением. Кислородные баллоны окрашены в голубой цвет, ацетиленовые — в белый. Для сжиженных газов (пропан, бутан) используются баллоны красного цвета.
• Редукторы — устройства для понижения давления газа до рабочего и поддержания его постоянным. Устанавливаются на каждый баллон.
• Рукава (шланги) — резинотканевые или полимерные трубки для подачи газов к горелке. Кислородный рукав — синий или чёрный, ацетиленовый — красный.
• Сварочная горелка — основной инструмент, в котором смешиваются газы и формируется пламя. Состоит из корпуса, смесительной камеры, мундштука и наконечников.
• Присадочный материал — металлический пруток или проволока, по химическому составу близкая к основному металлу.
• Флюсы — вещества (бура, борная кислота, силикаты), которые наносятся на кромки или присадочный пруток для защиты сварочной ванны от окисления и удаления оксидов. Особенно важны при сварке цветных металлов и чугуна.
• Защитные средства — сварочные очки со светофильтрами, брезентовая или кожаная спецодежда, рукавицы.

Технология процесса

Процесс газовой сварки включает несколько этапов:

1. Подготовка деталей — очистка кромок от ржавчины, масла, краски. Разделка кромок под сварку (V-образная, X-образная) для толщины металла более 3–5 мм.
2. Настройка горелки — установка необходимого давления кислорода и горючего газа, выбор номера наконечника (мощности пламени) в зависимости от толщины металла.
3. Розжиг пламени — открытие вентиля горючего газа, поджигание смеси, затем плавное открытие вентиля кислорода до получения нормального пламени.
4. Сварка — горелка перемещается вдоль шва, пламя направлено на свариваемые кромки. Присадочный пруток подаётся в сварочную ванну. Скорость сварки зависит от толщины металла и мощности пламени.
5. Окончание сварки — плавное отведение горелки, перекрытие вентилей (сначала ацетилена, затем кислорода).

Виды сварочного пламени

В зависимости от соотношения кислорода и горючего газа различают три типа пламени:

• Нормальное (нейтральное) пламя — соотношение кислорода и ацетилена близко к 1:1. Применяется для сварки большинства сталей, цветных металлов. Имеет чётко выраженные три зоны: ядро, восстановительную зону и факел.
• Окислительное пламя — избыток кислорода (более 1,2:1). Пламя короткое, синеватое, с резким звуком. Используется для сварки латуни и резки металлов. При сварке стали вызывает окисление и ухудшение качества шва.
• Науглероживающее (восстановительное) пламя — избыток ацетилена (менее 0,9:1). Пламя длинное, коптящее, с жёлтым оттенком. Применяется для сварки чугуна, высокоуглеродистых сталей, наплавки твёрдых сплавов. Избыток углерода может приводить к науглероживанию шва.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Простота оборудования и низкая стоимость по сравнению с электродуговой сваркой.
• Независимость от источника электроэнергии — возможность работы в полевых условиях, на высоте, в труднодоступных местах.
• Возможность сварки тонкостенных деталей (до 0,5 мм) без прожогов.
• Хороший контроль над сварочной ванной — возможность регулировки тепловложения в широких пределах.
• Возможность сварки разнородных металлов и сплавов (чугун, медь, латунь, алюминий).
• Пригодность для пайки, наплавки, термической резки.

Недостатки:

• Низкая производительность по сравнению с дуговой сваркой — скорость сварки в 2–4 раза ниже.
• Большая зона термического влияния — повышенный риск деформации изделия.
• Высокая пожаро- и взрывоопасность — работа с горючими газами и кислородом под давлением.
• Зависимость качества шва от квалификации сварщика — процесс требует высокой ручной умелости.
• Ограничения по толщине свариваемого металла — обычно до 10–15 мм для стали.
• Необходимость использования баллонов с газами, что увеличивает вес и габариты оборудования.

Применение

Газовая сварка применяется в следующих областях:

• Ремонтные и монтажные работы — сварка трубопроводов, резервуаров, металлоконструкций в условиях отсутствия электроснабжения.
• Автомобильная промышленность и автосервис — ремонт кузовов, выхлопных систем, радиаторов.
• Судостроение и судоремонт — сварка тонкостенных элементов корпусов, пайка медных трубопроводов.
• Ювелирное дело — пайка и сварка драгоценных металлов.
• Строительство — монтаж систем отопления, водоснабжения, газоснабжения (сварка медных и стальных труб).
• Художественная ковка и скульптура — соединение элементов из цветных металлов и чугуна.
• Термическая резка — кислородная резка металлов (газокислородная резка) является отдельным, широко распространённым процессом.

Техника безопасности

Работа с газовым оборудованием относится к категории повышенной опасности. Основные правила:

• Запрещается работа с неисправными баллонами, редукторами, рукавами.
• Баллоны должны быть закреплены в вертикальном положении и находиться на расстоянии не менее 10 м от источника открытого огня.
• Перед началом работы необходимо проверить герметичность всех соединений (мыльным раствором).
• Запрещается использовать масляные загрязнения на кислородном оборудовании — масло в контакте с кислородом может самовоспламеняться.
• Сварщик должен использовать защитные очки, спецодежду, рукавицы.
• Работы должны проводиться в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе во избежание отравления угарным газом и продуктами горения.
• После окончания работы необходимо перекрыть вентили на баллонах и горелке, сбросить давление в рукавах.

Источники

• Технология электрической сварки плавлением. Под ред. Г. А. Николаева. — М.: Машиностроение, 1980.
• Сварка и резка металлов. Под ред. В. А. Фролова. — М.: Высшая школа, 1991.
• ГОСТ 2601-84 «Сварка металлов. Термины и определения основных понятий».
• Правила безопасности при производстве и потреблении продуктов разделения воздуха (ПБ 12-609-03).
• Справочник сварщика. Под ред. В. В. Степанова. — М.: Машиностроение, 2004.