Кислородно ацетиленовая сварка и оборудование для нее. Способы сварки. Ацетилено-кислородная сварка для начинающих. Порядок работы

28.09.2019

Теория

Температура пламени зависит от теплоты сгорания топлива и теплоемкости продуктов реакции. Когда мы сжигаем что-то в воздухе - нагревать приходится и азот (которого почти 80%), потому температура пламени в воздухе обычно не высокая (~1500-2000C и ниже). А вот в чистом кислороде, при правильном соотношении объема горючего и кислорода - греть нужно только продукты реакции, и достижимы намного более высокие температуры.

Как топливо обычно рассматривают углеводороды. Углерод при сгорании дает углекислый газ, а водород - воду. Вода имеет очень большую теплоемкость (4.183 против 1.4 кДж/(кг*К)), соответственно, чем больше в горючем будет углерода, и меньше водорода - тем выше в первом приближении потенциально достижимая температура.

Наилучшее сочетание - у ацетилена C 2 H 2 , а например у метана CH 4 и пропана C 3 H 8 - это соотношение намного хуже.

Но существуют и другие соединения с равным количеством углерода и водорода - например бензол, C 6 H 6 . Помимо токсичности бензола, при его сгорании выделяется меньше энергии, т.к. в ацетилене «лишняя» энергия запасена в нестабильной тройной углеродной связи, что и обеспечивает ему одну из наибольших температур горения в кислороде - 3150 °C.

Эта лишняя энергия (~16%) может выделится во время самопроизвольной детонации сжатого ацетилена даже без доступа воздуха (продуктом реакции будет как раз бензол и винилацетилен). Wikipedia утверждает, что для этого нужно давление всего в 2 атмосферы - но я в шприце сжимал ацетилен до 4-5 атмосфер и ничего не происходило (видимо нужны катализаторы, удар или повышенная температура). В любом случае, из-за этого эффекта ацетилен в сжатом виде не хранят, а растворяют его в баллонах в ацетоне. Но есть и более простой и безопасный при маленьких объемах способ получения ацетилена - реакция карбида кальция с водой. Именно этот способ и будет использоваться.

Что примечательно, достигнуть еще бОльшей температуры можно - если использовать как топливо вещества, не содержащие водорода вообще: cyanogen (привет Android), (CN) 2 - горит при 4525 °C и dicyanoacetylene C 4 N 2 , горит при 4990 °C (опять благодаря тройным углеродным связям, и меньшему относительному количеству лишнего азота). Но практически с этой целью их не используют из-за токсичности.

Безопасность

Сжатые кислород и ацетилен в баллонах - могут быть очень опасны при малейших нарушениях правил эксплуатации, потому их я конечно использовать не буду.

Ацетилен будет генерироваться из небольшого количества карбида кальция (~100г на одну сессию), в бутылке объемом 0.5л. Изначально я хотел использовать 2л, чтобы давление было более равномерное - но посмотрев на YouTube как взрывается литр ацетилена с кислородом - решил урезать осетра. Чтобы не создавалось опасного давление в генераторе - выход ацетилена на горелке никогда нельзя перекрывать. Генератор ацетилена нужно охлаждать - иначе будет «саморазгон» реакции из-за нагрева.

Кислород - будет генерироваться медицинским концентратором кислорода, что относительно безопасно.

Могла быть еще опасность накачать кислорода в генератор ацетилена с последующим хлопком - но для этого нужно, чтобы не сработал защитный клапан в генераторе кислорода, и был заблокирован (грязью например) выход газа из горелки.

И конечно работать нужно в специальных очках - не только для защиты от брызг металла, но и ультрафиолетового излучения пламени (т.е. прозрачные пластиковые защитные очки тут не подойдут).

Чтобы не допустить скапливания взрывоопасной концентрации ацетилена в случае утечек - вентилятор постоянно обдувал рабочее место + все операции проводились на открытом воздухе.

Также существует проблема «обратного удара»: когда скорость течения газа в горелке становится слишком маленькая, пламя уходит внутрь горелки с хлопком, и если в ацетилене есть воздух - пламя может дойти до генератора ацетилена. Потому я не поджигал ацетилен сразу после начала реакции, а ждал ~15-30 секунд пока воздух не будет вытеснен. Также эта проблема может быть решена добавлением водяного клапана на пути ацетилена.

Конструкция

Итак, нам понадобится генератор кислорода. В моем случае - медицинский кислородный концентратор Atmung (цена порядка 20к рублей - но он, к счастью, уже был в наличии). Может генерировать 1 литр в минуту 95% кислорода, и бОльшие объемы при снижении концентрации. Работает по принципу короткоцикловой безнагревной адсорбции - за счет различной скорости прохождения газов через поры цеолита:

Далее - стандартная ацетиленовая горелка «Малютка», у неё самое маленькое сопло, куплена в интернет-магазине (960 рублей):

Результат

Пламя ацетилена в воздухе сильно коптит, и выглядит вполне заурядно:

С включением кислорода все меняется:

Оказалось, гибкое стеклянное «оптоволокно» получается автомагически - когда расплавленное стекло капает, как только толщина шейки становится достаточно маленькой, оно очень быстро остывает и дальше не утончается.

Можно плавить стекло как масло, запаивать капсулы из стеклянных трубок:

Задача жизни выполнена, надеюсь и вам было интересно:-)

PS. И не повторяйте это дома.

Дополнение от специалиста (@freuser):

С точки зрения профессионального сварщика (30 лет, 11 стажа, из них 2 именно газосварка):
Статья гожая, в общем дисклеймеры правильные. Стоит добавить, что работы ведутся на несгораемых поверхностях (искры летят метра на 2 от ветра, а капли металла даже потемневшие до обычных цветов могут прожечь обувь, если она является туфлями.)
Конструкция генератора называется ВК (вода на карбид), есть еще КВ и ВВ (гуглится со схемами, копирайт еще советский:)).
К видео комментариев нет, особо и смотреть нечего (с моей точки зрения), только стоит добавить, что большие стекла (или целые бутылки), а также камень/бетон/некоторые кирпичи при нагревании могут лопнуть/расслоиться с образованием низколетящих осколков, которые замечательно впиваются и вплавляются в кожу (особенно на лице), правда, на миллиметр, не более, и легко вынимаются оттуда.
Еще хотел бы ответить именно на habrahabr.ru/post/185720/#comment_6461342 : это не обратный удар, вернее не то, от чего предостерегал Nepherhotep, а просто горелка либо перегрелась, либо, скорее, от малого давления и близкого от сопла препятствия (либо засора внутри сопла) пламя пошло навстречу потоку, к инжектору (в этой горелке он под накидной гайкой, между ней и вентилями), но дальше не двинулось. А обычно под обратным ударом понимается случай, когда пламя проскочило инжектор и пошло по шлангу навстречу источнику. Бывает два вида обратных ударов (один я наблюдал воочию): пламя идет по ацетиленовому шлангу (обычное горение, только конец шланга постоянно обгорает и пламя движется равномерно к баллону/генератору) и по кислородному (тут все красивее - шланг вдруг 20-30-сантиметровым куском вспыхивает и превращается в лохмотья, секундная пауза - следующий отрезок и т.д. до самого баллона.) Хотя второй случай - редкость. Простейшая защита - пережимаешь шланг в отдалении, придавливаешь ногой (не забываем про туфли) и орешь напарнику «Санька, баллоны закрывай, *** !!» Для более цивильной защиты можно сделать водяные затворы - тоже бутылка, две трубки, одна до дна - входящая, вторая короткая - на горелку. До половины наливается водой и все, пузырьки красиво бегут))

Теги:

ацетилен
кислород
жжем напалмом
cyanogen

Добавить метки

Кислородно-ацетиленовая сварка называется автогенной, так как соединеняет детали из одинакового металла путем их плавления. Жесткое неразъемное соединение получается путем местного плавления кромок соединяемых деталей при нагреве пламенем кислородно-ацетиленовой горелки. Жидкий металл, получаемый при этом, образует неразрывный расплав, в который при необходимости вводится присадочный металл.

Пламя кислородно-ацетиленовой горелки создается горением ацетилена в другом газе – кислороде.

Ацетилен получают в ацетиленовых генераторах и тут же его используют. Как и кислород, ацетилен может быть в баллоне. Из баллона газ проходит через редуктор, затем смешивается в сварочной горелке, на выходе которой его поджигают, создавая кислородно-ацетиленовое пламя.

Сырьем для получения ацетилена являются карбид кальция и вода. Карбид кальция представляет собой твердое вещество, по внешнему виду и твердости напоминающее камень. Его получают путем соединения углерода с известью в электрической печи при температуре 3000°С. Затем дробят и укладывают в бочки, на которых указывается размер камней, что является важной характеристикой для использования карбида в генераторах. Бочку необходимо закрывать герметично, так как карбид кальция сильно поглощает пары воды, содержащиеся в воздухе. При этом скорость реакции намного медленнее, чем в генераторе, тем не менее, в результате ее также получается ацетилен, который может смешиваться с воздухом, находящимся в бочке, и образовывать взрывчатую смесь.

Ацетилен получается в результате реакции карбида кальция с водой. Этот газ обладает особым запахом, возникающим особенно в генераторах, в которых не происходит очистка ацетилена от сероводорода. При сварке кузова обычно используют контактные генераторы высокого давления. Генераторы выполнены с жестким газометром и имеют камеру для заполнения водой. По мере увеличения давления ацетилена он выжимает воду в камеру нагнетания и отделяет воду от контакта с карбидом кальция. При понижении давления в газометре зеркало воды поднимается и реакция возобновляется. Образующаяся известь выпадает в осадок на дно бачка и должна удаляться при каждой новой зарядке генератора. Сухие клапаны и водяные затворы предназначены для предотвращения возврата кислорода в газометр. В баллонах ацетилен растворен в ацетоне, которым пропитана пористая ткань. Максимальная емкость баллона составляет 1000 л/ч.

На станциях автосервиса в зависимости от их мощности применяют ацетиленовые генераторы – стационарные или передвижные. Наибольшее применение из передвижных нашли однопостовые ацетиленовые генераторы марок АСМ– 1,25-3; АСВ-1,25; АНВ-1,25 производительностью 1,25 м 3 /ч. Из стационарных применяют генераторы марок ГРК-10-68 производительностью 10 м 3 /ч. В этом случае сварочные посты снабжаются ацетиленом по трубопроводам централизованной раздачи.

Широко применяются для обеспечения работы газосварочных постов находят баллоны со сжиженным газом, в том числе и с ацетиленом. Ацетилен поставляют в баллонах типа 100 или БАС-158, кислород – в баллонах типа 150 и 150Л. Углекислый газ хранят и транспортируют в баллонах типа 150.

Редукторы для понижения давления газа, отбираемого из баллона, выпускают 18 типоразмеров (на различные давления и производительность). При газопламенной сварке кузовных деталей применяют редукторы марок ДКП-1-65 – для кислорода, ДАП-1-65 – для ацетилена, ДЗД-1-59М – для углекислого газа. Для централизованного питания постов кислородом от распределительных рамп применяют рамповые редукторы марки КРР 61.

Шланги изготовляют из вулканизированной резины с тканевой прослойкой или нитяной оплеткой, снаружи oтделанной резиновым слоем. Шланги выпускают трех типов: тип I – для ацетилена с рабочим давлением не более 0,608 МПа; тип II – для бензина и керосина с рабочим давлением не более 0,608 МПа; тип III – для кислорода с рабочим давлением не более 1,520 МПа.

Для горелок малой мощности применяют облегченные шланги с внутренним диаметром 6 мм, для горелок большой мощности с внутренним диаметром 16 и 18 мм.

Наружный слой ацетиленовых шлангов имеет красный цвет, шлангов для жидкого топлива – желтый, для кислорода – синий. Длина шланга при работе от баллона должна быть не менее 8 м, а при работе от генератора – не менее 10 м.

Сварочные горелки – основной инструмент при ручной газовой сварке. Они позволяют регулировать тепловую мощность пламени путем изменения расхода горючего газа и кислорода.

Для сварки тонколистовых металлов (0,2-4 мм) применяют горелки малой мощности (Г2; ГС-2; «Звездочка»; «Малютка») с комплектом наконечников № 0; 1; 2; 3. Малые горелки имеют массу 360-400 г и рассчитаны на работу со шлангами внутренним диаметром 6 мм.

К недостаткам газопламенной сварки следует отнести повышенную возможность пожаро– и взрывоопасности, повышенную загазованность рабочих мест. Кроме того, при сварке тонколистовых кузовных деталей наблюдаются их значительные коробления, перегрев и пережог. Трудоемкость доводки такой поверхности до требований товарного вида высока, а срок службы сварочного соединения низок из-за слабой коррозионной стойкости.

Ацетилен в горелке засасывается кислородом, который выходит из инжектора с большой скоростью. В расширяющемся канале газы смешиваются. Набор различных сопел обеспечивает получение пламени различной тепловой интенсивности. Зоной, осуществляющей сварку, является остроконечное пламя.

Подготовка кромок для сварки осуществляется с учетом толщины свариваемого металла и способа применяемой сварки. На практике при кузовных автомобильных работах газовая сварка выполняется на тонких листах. Чтобы после сварки можно было произвести рихтовку, свариваемые листы необходимо выставить в одной плоскости. Способ сварки, применяемый в этом случае, называют левой сваркой.

По возможности и в особенности для выполнения сварки с высокой надежностью, например, сварки лонжеронов, применяют вертикальную сварку с двойным швом.

Сварка внутренних или наружных углов не позволяет производить рихтовку сварных швов тонких листов, однако она может быть очень полезной при соединении труб.

В настоящее время листы толщиной, равной или более 2 мм, обычно сваривают дуговой сваркой.

Подготовка тонких листов под сварку очень простая. Кромки листов обрезаются ножницами или пилой, обеспечивающими прямой рез. Листы плотно состыковывают друг с другом. Если листы подогнаны не точно, их разъединяют и подгоняют, а затем снова состыковывают для выполнения сварки. Если сварочный шов должен быть расположен в углу, то в зависимости от формы детали предпочтительнее применить такой метод, при котором сварку можно выполнять встык отогнутой кромки одного листа с прямой кромкой другого листа, предвидя выполнение в последующем рихтовки.

Сварщик, работающий правой рукой, держит горелку в правой руке, при этом горелку располагает вдоль оси сварного шва, наклоняя ее так, чтобы пламя было направлено налево. Конец пламени удерживают на расстоянии около 1 мм от зеркала расплавленного металла. Горелку перемещают справа налево. В этом случае сопло наклонено в сторону выполненного сварного шва, а струя пламени прогревает линию сварки.

На практике иногда бывает невозможно производить поперечную сварку. Независимо от направления перемещения сопла горелки, оно всегда наклоняется в сторону выполненного сварного шва.

Если сварка производится с присадочным металлом, то его удерживают симметрично соплу, погружая конец присадочного металла короткими быстрыми движениями в расплавленный металл шва.

Сварку без присадочного металла применяют, в частности, в кузовных жестяных работах. Способ левой продольной сварки часто называют кузовной.

Сварка точками. Это предварительная прихватка, заключающаяся в скреплении двух соединяемых деталей короткими сварными строчками, которые называют сварными точками. Эти точки удерживают кромки в необходимом положении в процессе сварки. Сварные точки должны быть достаточно прочными, чтобы под действием расширения при сварке не происходило их разрыва. Однако сварные точки не должны быть и длинными, чтобы их можно было легко разрушить при необходимости подгонки деталей. Сварные точки не должны сильно превышать толщину свариваемой детали, чтобы не являться помехой в процессе выполнения окончательной сварки. Первую точку желательно выполнить посередине линии сварки.

Если сварной шов формирует угол, то первую точку следует выполнить в вершине угла. Если сварка предназначена для ремонта излома, то первую сварную точку выполняют в месте начала излома на листе. Далее сварные точки располагают с интервалом 30 толщин свариваемого листа, однако в большинстве случаев их следует сближать больше (сжатая точечная сварка).

Сварные точки выполняют, начиная от первой, направляя горелку в направлении не схваченных точками участков. При нагреве кромок происходит их расхождение, однако при охлаждении, следующем после плавления, происходит усадка, вызывающая сближение кромок.

Не следует вначале соединять точками два конца сварного шва, а затем выполнять промежуточные точки, так как при этом будет возникать расширение в противоположных направлениях, которое приведет к деформации кромок, вызывающей либо их перекрещивание, либо изменение уровня расположения.

При сварке точками замкнутого шва прямоугольной формы вначале выполняют точки на двух наиболее плоских сторонах, расположенных противоположно друг другу, а затем на двух других более выпуклых сторонах, так как в результате неизбежного защемления деформация, вызванная удлинением будет временно акцентироваться в центре.

При сварке точками без присадочного металла острие пламени приближают к кромкам и расплавляют.

Если расплав металла каждой кромки с трудом соединяется друг с другом, нужно немного поднять горелку, что обычно приводит к образованию единого расплава металла. Следует дать сварной точке затвердеть до ее почернения.

Если нарушился уровень расположения кромок или кромки, не прихваченные точками, налезают друг на друга, нужно подрихтовать последнюю точку. Если несоединенные точками кромки слишком толстые, необходимо полностью охладить последнюю точку, что приведет к максимальной усадке металла. Если этого окажется недостаточным, следует произвести сварку более близко расположенными точками, расплавляя небольшие капли присадочного металла.

Сварка намного облегчается, если подгонка кромок и соединение точками выполнены очень тщательно. В равной степени можно производить сварку кузовных деталей без прихвата точками. Один из свариваемых листов при этом является неподвижным, а другой приваривают сразу, держа горелку в одной руке и направляя второй рукой привариваемый лист так, чтобы кромка листа была установлена для сварки точно.

Выполнение сварки на горизонтально располагаемых деталях кузова. Для выполнения такой сварки, так же как и для прихватки точками, на горелку необходимо установить сопло, соответствующее толщине сварки. Нормальный расход газа 100 л/ч на 1 мм толщины сварки. На практике стандартный расход составляет 50-70 л. Для меньшей горелки принимают и меньший расход. В действительности листовая обшивка кузовов легковых автомобилей имеет толщину менее 1 мм.

После точечного прихвата следует произвести подрихтовку всей линии стыка, соединенного сварочными точками. Нельзя начинать сварку с края листа, так как кромки расходятся. Начинают сварку с внутренней части шва и направляются к краю листа, т.е. выполняют закраину. Затем производят сварку, начиная от закраины, и ведут ее к другому краю.

Если вырез, который подлежит сварке, имеет форму угла, то сварку начинают с вершины угла и ведут ее в направлении одного края, а затем другого. Если производят сварку детали, образующий отверстие посередине панели, то сваривают попарно две противоположные стороны. Перед сваркой производят тщательную регулировку пламени, а затем подводят его на расстояние около 1 мм до поверхности металла. Сопло наклоняют под углом приблизительно равным 45° к оси сварного шва. Как только металл расплавится, горелку равномерно перемещают без смещения в боковом направлении. Поддерживают нормальное плавление металла путем изменения скорости подачи и корректировки угла наклона горелки.

При увеличении наклона сопла проникновение зоны расплавленного металла уменьшается. Поэтому при сварке угол наклона сопла изменяется в пределах 15-45°. Во всех случаях надо иметь наготове пруток присадочного металла, чтобы заполнить случайно образовавшееся при сварке отверстие.

С внутренней стороны сварочный шов должен представлять собой тонкую линию непрерывно расплавленного металла. Сварочный шов должен иметь небольшую ширину – ширина шва должна быть ориентировочно в пределах 3-4 толщин свариваемого листа. После сварки металлу дают охладиться, не смачивая его. Сварочные швы и их закраины необходимо затем отрихтовать, следя за тем, чтобы металл сильно не вытягивался.

Немного иначе выглядит левая сварка.

Она применяется на несъемных деталях автомобиля, особенно в том случае, когда деталь невозможно расположить так, чтобы произвести горизонтальную сварку.

Иными словами, сварочный шов может располагаться в наклонной или вертикальной плоскости. Для выполнения такой сварки, которая еще называется сваркой по месту, устанавливают сопло, производительность которого приблизительно на 30 % меньше той, которая необходима для горизонтальной сварки листов такой же толщины.

Вертикальная сварка двойным швом. Этот тип сварки с высокой надежностью подходит лишь для сварки внутренних деталей, например лонжеронов. Применяют сопло с расходом 60 л/ч. Для прихватывания сварными точками зазор между листами принимают равным двум толщинам. Горелку удерживают под углом около 30° к горизонтали, а присадочный металл – под углом 20° к горизонтали.

В противоположность тому, что было определено для других способов, сварку начинают с создания отверстия. Затем начинают подачу горелки и присадочного металла. Отверстие необходимо сохранять в течение всего процесса сварки. Таким образом, расплавленный металл удерживается отверстием в процессе затвердевания, проникновение расплавленного металла в шов уверенное.

Сварка по внутреннему углу. Горелку перемещают в том же направлении, что и при левой сварке. Устанавливают сопло с расходом 125 л/ч. Сопло наклоняют под углом 45° и удерживают его в плоскости, проходящей через биссектрису внутреннего угла. Присадочный металл располагают симметрично под тем же углом и перемещают по небольшому участку круговой дуги, чтобы заполнить сварочный шов вдоль вертикального листа, а затем остальную часть шва. Это делается для компенсации стекания жидкого металла на горизонтальный лист, в результате чего на вертикальном листе могут образовываться желобки, а иногда и отверстия.

При необходимости для обеспечения равномерного плавки двух соединяемых кромок, производят корректировку расположения сопла горелки. Каждый раз, если это только возможно, свариваемые детали располагают таким образом, чтобы поверхность жидкого металла сварного шва располагалась горизонтально. В этом случае легче выполнять сварку.

Сварка по наружному углу. Перемещение горелки при данном способе производится так же, как и при левой сварке. Используют сопло с расходом 75 л/ч. Свариваемые листы располагают так, чтобы их края образовывали фаску. При возможности следует размещать свариваемые детали так, чтобы фаска располагалась плашмя. В противном случае необходимо удерживать сопло горелки почти горизонтально, что задерживает расплавленный металл.

Эту способ сварки можно практиковать с присадочным металлом или без него. Сварной шов трудно подвергается рихтовке, следовательно, кромка шва остается деформированной.

Влияние температуры сварки на свариваемые детали. Нагрев, позволяющий довести металл до местного плавления, вызывает местное значительное удлинение, пока происходит изменение состояния металла, который из твердого состояния переходит в пластичное, затем в пастообразное и, наконец, в жидкое. За зоной жидкого металла начинается охлаждение металла, которое приводит к уменьшению объема – усадке, пока металл из жидкого состояния переходит в пастообразное, затем в пластическое и твердое.

Экспериментально влияние удлинения и усадки можно наблюдать с использованием оснастки, имеющейся в любой мастерской. Берут С-образный корпус небольшой струбцины, с расстоянием между плечами корпуса, например, 70 мм. Вырезают два образца из листа толщиной 1,5 или 2 мм. Один образец А имеет ширину 15 мм, другой В шириной 60 мм. Длина образцов выбирается равной расстоянию между плечами струбцины. Образец подгоняют так, чтобы он вошел в струбцину без усилия и без зазора.

Теперь можно экспериментировать. Более узкий образец А располагают между плечами корпуса струбцины. Подводят пламя горелки так, чтобы нагревалась центральная часть образца. Под действием теплоты образец расширяется и удлиняется, однако перемещение концов образца блокировано, так они упираются в корпус струбцины. В результате этого образец выгибается. Однако как только температура небольшого участка достигнет значения 550 °С и он станет красным, пластичность этого участка приводит к тому, что деформация, вызванная продольным изгибом, концентрируется на этом участке и становится постоянной. После охлаждения образец сохраняет свою форму. По сравнению с исходной формой стрела прогиба образца составляет 3 мм, а длина становится короче приблизительно на 0,5 мм.

Затем устанавливаем образец В так, чтобы один из его концов встал в одной плоскости с торцами струбцины. Нагревают, как и в предыдущем случае, центральную часть ленточного участка, соединяющего два плеча струбцины. Возникает небольшой продольный прогиб образца, однако гораздо меньший, чем в предыдущем случае, так как остальная часть образца нагревается медленнее и блокирует нагретую зону.

Как только металл нагреется докрасна, образец получает незначительный продольный прогиб. Длина металла между плечами струбцины остается постоянной, а удлинение сопровождается увеличением толщины.

При охлаждении утолщение остается, хотя величина его не настолько большая, чтобы его можно было увидеть, однако путем ощупывания листа большим и указательным пальцами можно ощутить небольшое утолщение. Соседний с нагреваемым участком металл стягивается к его центру. Чтобы восстановить первоначальную форму образца достаточно отбить молотком утолщенный участок и привести его к первоначальной толщине.

Попробуем применить этот опыт на практике. При выполнении соединения сварными точками, мы наблюдаем, что как только металл нагревается, происходит удлинение двух состыкованных кромок, которые давят друг на друга, их длина возрастает, а свободные края временно расходятся. Таким образом, происходит частичное смещение металла соединенных кромок в зоне сварных точек. При охлаждении сварные точки стягивают два листа и могут привести к перехлестыванию несваренных кромок. Это явление можно устранить легким выстукиванием последней сварной точки навесными ударами. Если схваченные сварными точками детали сваривают, то установленные встык кромки при нагреве расширяются. Пока металл не достиг температуры 500° С удлинение небольшой нагретой поверхности вызывает деформацию всего листа при условии, что он тонкий (листовая обшивка кузовов автомобилей) и легко деформируется в направлении предварительно выполненной формы. Если форма листовой детали выпуклая, то лист поднимается. Если форма вогнутая, то лист прогибается. После того, как температура нагрева достигнет 500°С, металл становится пластичным и деформируется на всем протяжении. Повышение температуры сопровождается выдавливанием, т.е. утолщением металла, которое затем поглощается сварочным швом. За жидким расплавом металла ранее расплавленный металл начинает охлаждаться и проходит непрерывно пастообразное состояние, затем пластическое и твердое с уменьшением в объеме (усадкой).

В пастообразном состоянии металл не обладает никакой прочностью. Поэтому необходимо создать очень прочную зону за пастообразным металлом, чтобы удлинение зоны жидкого расплава, расположенного в непосредственной близости с ним, не вызывало расхождения металла. Вот причина, по которой закраину выполняют сплошным швом в направлении края листов. Затем производят сварку от начала закраины в направлении второго конца свариваемых листов. Если требуется заварить трещину, то конец трещины играет роль закраины.

В процессе охлаждения сварочного шва его металл уменьшается в объеме и стягивает окружающий металл. Пока металл сварного шва обладает пластичностью, он может вытягиваться, однако при температуре ниже 500° он сжимается (усаживается) и вызывает растяжение и деформацию соседнего со швом металла. Именно поэтому необходимо производить рихтовку сварного шва, что позволяет восстановить внутреннее равновесие металла.

После медленного охлаждения (для мягкой стали) жестянщик берет наковаленку, прижимает ее с усилием к одной из сторон шва и простукивает шов молотком короткими навесными ударами для уменьшения толщины зоны сварки, что приводит к увеличению поверхности при постоянном объеме. Поверхность сварного шва выравнивается, а металл нагартовывается, что в значительной степени повышает его механическую прочность.

Обращаем внимание: если обработка молотком будет слишком грубая, то почти определенно удлинение металла будет слишком большое, что приведет к образованию пузыря – дефекта, хорошо известного жестянщикам. Этот дефект придется устранять путем выполнения усадочных точек.

Деформации будут значительно меньше, если листы могут свободно удлиняться. Поэтому во всех возможных случаях практикуют сварку без предварительного прихватывания сварными точками. По той же причине нельзя закреплять некоторые детали в процессе сварки, например при замене поврежденной части кузова, закрепленной на стенде. После прихвата детали сварными точками ее необходимо освободить для выполнения сварки, а затем снова закрепить для окончательной рихтовки, что позволяет металлу восстановить свою форму и внутреннее равновесие.

Обработка сварного шва молотком выполняется только на листах, сваренных встык. Она может выполняться на плоских или изогнутых участках, но нельзя обрабатывать молотком кромочные швы, соединения в угол или внахлестку.

Вообще говоря, влияние процесса расширения и усадки является более сложным, чем показано в данном разделе. Тем не менее, рассказанного для специалистов по кузовным работам достаточно.

Дефекты кислородно-ацетиленовой сварки. Основным дефектом при этом является непровар, возникающий вследствие большой скорости перемещения, при котором металл расплавляется не на всю толщину. При осмотре изнаночной стороны сварного шва будет отсутствовать след провара металла.

При сварке плашмя или под наклоном хороший провар определяется по внешнему виду зоны расправленного металла. Поверхность расплава должна быть слегка вогнутой. Если поверхность расплава плоская и очень узкая, то провара не произошло. Если расплав металла шва оседает и становится широким, необходимо на короткое время поднять горелку, чтобы избежать прожигания металла.

Другим основным дефектом при сварке с присадочным металлом является налипание расплавленного металла на металл свариваемых деталей, нагретых до красного цвета, но не доведенных до плавления. Этот дефект виден при небольшом разъединении краев сварного шва. В этом случае разошедшиеся стыки следует снова проварить. Этот дефект можно заметить и во время сварки, если пруток присадочного металла слишком наклонен к поверхности свариваемых деталей. Желобки или бороздки вдоль сварного шва возникают при очень сильном пламени и недостаточной наплавке. Искажение свойств металла заключается в том, что в результате разрегулировки пламени может происходить насыщение его углеродом или окисление, тогда сварка является некачественной и не подлежит восстановлению.

Одна из старых разновидностей получения неразъемного соединения деталей, но не потерявшая своей актуальности – это ацетиленовая сварка металла. Применяется для сваривания практически любых материалов, особенно привлекательно при сваривании тонкостенных трубопроводов и других конструкций.

Почему именно ацетилен основной газ при газовой сварке металлов? Температура его горения превышает градус плавления стали и других материалов. При высокой квалификации газосварщика, выгода ацетиленовой сварки заключается в большой производительности при небольших затратах на газ и материалы. Остальные плюсы и минусы рассмотрим ниже.

Главным преимуществом ацетилено-кислородной сварки является мобильность и контроль за сварочными работами. Есть и другие преимущества:

при ацетиленовой сварке баллоны легко транспортируются на тележке. Удобно варить неповоротный шов, при небольшом расстоянии до стены. В этом случае не требуется делать операционный стык;
с помощью газовой горелки можно проводить неразъемное соединение металлов с различными температурами расплава. Осуществляя регулировку силы и вида пламени, можно добиться оптимальных условий ацетиленовой сварки;
при сваривании деталей небольшой толщины из конструкционной стали, меди, чугуна, латуни ацетиленовый способ незаменим;
можно повысить качество шва путем использования проволоки из легирующей стали или других добавок.

Осуществляя регулировку температуры нагрева, можно предотвратить сильную деформацию конструкции и стыка. При этом достигается еще и оптимальная скорость сваривания металлов.

Недостатки

Но есть у ацетиленового вида сварки и некоторые минусы. К ним относятся:

при нагреве образуется большая площадь с изменениями в свойствах материала, поэтому ацетиленовая сварка не применяется в машиностроении;
при соединении деталей толщиной более 5 мм газосварку лучше заменить ручной или полуавтоматической электросваркой;
соединение высокоуглеродистой стали не для кислородно-ацетиленовой сварки;
при соединении внахлест, металл будет значительно деформироваться, и в нем будут образовываться участки со значительным напряжением;
требует повышенных затрат на материалы и оборудование, по сравнению с электродуговым типом сварки.

Самый главный недостаток – это высокая взрывоопасность. Но многое в этом зависит от человеческого фактора.

Несоблюдение правил безопасности, неправильных действиях при обратном ударе – это основные ошибки, приводящие к авариям. Сварщик при работе с ацетиленом должен обладать навыками выше тех, которые достаточны для полуавтоматической и автоматической сварки.

Способ ацетиленовой сварки наиболее подходит для стыковых соединений деталей. А качество шва напрямую зависит от качества и чистоты ацетилена и кислорода.

При всех недостатках и высокой взрывоопасности, данный вид является основным для сваривания тонкостенных деталей и некоторых цветных материалов. К этому можно добавить наполненность и аккуратность шва.

Стык электродуговой сварки не может быть таким красивым и надежным как у газосварки, особенно при неповоротном стыке.

Инструменты и материалы

Для ацетиленовой сварки потребуется вполне доступное и относительно недорогое оборудование. Ранее для получения газа применялись газовые генераторы, но сейчас более распространен баллонный ацетилен.

Баллон окрашен в белый цвет. Для поддержания горения используется баллонный кислород. Как правило, их перевозят на специальных тележках.

В зависимости от толщины свариваемого металла предусмотрено использование нескольких размеров горелки и сопла. Самый маленький размер, который может иметь горелка – нулевой, а самый большой – пятый.

При необходимости сильного нагрева толстого металла используется наибольший номер с отверстием, позволяющим подавать газовую смесь в сварочную ванну и обеспечивающую нормальный прогрев стыка.

К горелке подходят шланги с ацетиленом и кислородом. Крепятся с помощью резьбового соединения.

Редукторы позволяют регулировать подачу газа и понижать давление газа, поступающего из баллона. Давление в кислородном баллоне порядка 150 атм. К тому же редукторы защищают баллон от обратного удара.

В зависимости от вида свариваемого материала, присадочная проволока может выполняться из стали или других металлов с добавлением легирующих добавок. Они улучшают качество шва. Для ацетиленовой сварки стальных водопроводных труб используют оббитые электроды для ручной электросварки, но это более дорогой вариант.

Технологический процесс газосварки

Процесс работы начинается с открывания вентилей на баллонах и регулировки давления газа с помощью редукторов. Оптимальное значение напора газов – 2 атмосферы. При большем давлении, может быть затруднена регулировка пламени.

На горелке открываем вентиль подачи ацетилена и поджигаем газ. Затем постепенно открывая кислородный вентиль, регулируем пламя. Для сваривания черных металлов наиболее часто применяется нейтральное пламя горелки. Сам факел состоит из трех, хорошо видимых невооруженным глазом, частей.

Голубой цвет с незначительным зеленоватым отливом имеет ядро, которое расположено внутри пламени.

Самая большая часть – это факел горелки. Он отвечает за нагрев металла.

Для настройки нейтрального пламени, необходимо прислонить горелку к любой металлической поверхности и отрегулировать его вентилями подачи газа. Ядро не должно быть очень большим, а восстановительное пламя регулируется до определенного цвета.

Сначала выставляется размер факела. Это делается подачей ацетилена. Затем постепенно увеличивая подачу кислорода, добиваемся нормального пламени.

При этом не следует делать очень мощное пламя. Оно увеличит не только скорость ацетиленовой сварки, но и повысит количество прожогов и подрезов шва. Поэтому регулировка – это одна из основных операций, которая облегчает выполнение сварочных работ.

Нельзя выставлять длинный и оранжевый цвет факела. Такое горение будет снижать качество шва, внося в сварочную ванну избыток углерода.

Основные способы ведения горелки и присадочного материала

Специалисты применяют два способа ведения инструмента: «от себя» и «на себя».

При ведении от себя впереди горелки располагается проволока. Такой метод применяется при сваривании конструкций больших по толщине. В этом случае расплавленный металл деталей и присадки одновременно заполняет сварочную ванну.

Этот способ требует от сварщика обеспечения равномерного перемешивания основного и присадочного металла. При недостаточном количестве расплава проволоки шов получается ослабленным.

При способе ацетиленовой сварки «на себя» первой идет горелка, и при расплавлении основного металла в ванночку добавляется металл с проволоки. Здесь надо правильно расположить горелку.

Она должна идти под острым углом по отношению к деталям. Этот способ наиболее прост. Надо разогреть металл, снять с проволоки каплю и растянуть ее по шву. По этому принципу формируется катет шва.

Для большего удобства и предохранения образования прожогов, горелку ведут либо полумесяцем или круговыми движениями.

Большую роль в качестве соединения играет правильная стыковка деталей, отсутствие больших зазоров при сварке тонких листов или труб. Следует помнить – перед ацетиленовой сваркой детали необходимо прихватить в нескольких местах. На трубах небольшого диаметра, прихватки делаются примерно через 1200.

На проведение сварочных работ оказывает влияние и характеристики свариваемого металла.

Выбор режимов

Для увеличения качества шва и его герметичности в зависимости от материала необходимо знать некоторые секреты профессиональных газосварщиков.

Высокоуглеродистые стали с помощью ацетиленовой сварки варят очень редко. А вот низкоуглеродистые, конструкционные стали – это область применения газосварки.

При этом достигаются хорошие результаты при любом пространственном положении шва. Средняя мощность горения не должна превышать 120 кубических дециметров в час.

Лучшим будет способ ведения горелки от себя. Присадку надо использовать из низкоуглеродистой стали, но можно оббивать электроды для электросварки. При расплавлении металла, из него выходит кремний, марганец и образуется крупнозернистое строение стали. Проволока из СТ.2, с содержанием кремния меньше 1%, марганца 1,1% обеспечит однородный, по структуре шов.

Для соединения низколегированных сталей необходимо использовать флюсы. Сварка ацетиленом осуществляется нормальным пламенем. Горелка должна работать на низкой мощности, подавая слабое пламя, если сваривают с сталь с высоким содержанием хрома и никеля.

Для соединения жаропрочных сталей применяется присадка с содержанием 21% никеля и хрома 25%. Сварить сталь с высокой стойкостью к образованию коррозий будет проще, если использовать проволоку с содержанием никеля, хрома и молибдена.

Работа с чугуном, медью и латунью

Перед необходимо разогреть место стыка и только затем проводить работу. В противном случае, в структуре основного металла образовывается белый чугун, и стык становится хрупким. Работа производится нормальным пламенем.

Ведут без разрывов и предварительных прихваток. Между деталями зазор не выставляется. Медь очень текучий материал при нагреве и очень теплопроводный материал. Поэтому необходимо выставлять более мощное пламя горелки. Лучше вести ацетиленовую сварку , для предотвращения окисления стыка.

Сварка латуни с помощью ацетилена и кислорода – это самый оптимальный вариант для данного материала. Температура расплава не должна превышать 9000, при этом не полностью испаряется цинк. Благодаря ацетиленовой сварке формируется надежный шов, удаляя из сварочной ванны 25% этого металла.

Необходимо поддерживать низкое содержание горючего газа в смеси, это позволит испарять цинк в необходимом объеме. Для лучшего результата необходимо использовать флюсы и качественную присадку. С помощью газосварки можно также варить бронзовые детали и другие металлы.

Кислородно ацетиленовая сварка и оборудование для нее. Способы сварки. Ацетилено-кислородная сварка для начинающих. Порядок работы

Читайте также

Теория

Безопасность

Конструкция

Результат

Недостатки

Инструменты и материалы

Технологический процесс газосварки

Основные способы ведения горелки и присадочного материала

Выбор режимов

Работа с чугуном, медью и латунью