Какое давление ацетилена и кислорода при сварке

Содержание статьи

Принцип ацетиленовой сварки с кислородом

На чтение 12 мин. Опубликовано 15.08.2020

Сваривание деталей позволяет создавать прочное, неразъемное соединение. Одной из его разновидностей является ацетиленовая сварка. С помощью этого способа можно соединять практически любые черные и цветные металлы и получать качественный и красивый шов. Несмотря на то что газосварка относится к старейшим методам соединения, она не утратила актуальности и сейчас.

Газосварка труб.

Информация о методе ацетиленовой сварки

Основным компонентом в данном виде сварки является ацетилен. Его получают искусственным путем в процессе смешивания воды и карбида кальция. В горелке образуется его смесь с кислородом, горение которой позволяет создавать высокую температуру.

Формула ацетилена — C2H2, его особенность заключается в строении молекулы. В ней атомы углерода образуют высокоэнергичную тройную связь, также есть 2 слабые водородные связи.

В результате горения ацетилена в кислородной среде создается высокая температура, что позволяет оплавлять края деталей и прочно соединять их между собой.

Сложность газовой сварки

Основная сложность сварки ацетиленом и кислородом в том, чтобы получить C2H2. Раньше это делали в специальном аппарате, затем газ подавался по шлангам в горелку.

В нее же подводился кислород из баллона, они смешивались, и образовывалось пламя. Карбид кальция и вода заливались в генератор вручную. Этот трудоемкий процесс выполнялся перед каждой сваркой. После выполнения работ воду сливали и повторно использовали оставшийся карбид.

Сейчас проводить ацетиленовую сварку намного проще. Уже не надо вручную смешивать воду с карбидом: есть специальные баллоны и ацетиленом, их надо только подключить к горелке.

Описание технологии

Для проведения сварки сначала на горелке открывают подачу ацетилена. На то, что он выходит, указывает неприятный запах. Затем поджигают газ и медленно начинают подавать кислород из баллона.

Пламя должно приобрести синий цвет. На емкостях с кислородом и ацетиленом имеются редукторы. Для первого газа давление выставляют до 2 атм., а для второго — 2-4 атм. Большие значения усложняют процесс сварки.

Для работы с черными металлами используют пламя нейтрального цвета. Нельзя допускать, чтобы оно было длинным, а его край окрашивался в оранжевый цвет. Если неправильно настроить горелку, то вместо сваривания изделий будет выполнена их резка.

В процессе газовой сварки под действием высокой температуры края соединяемых заготовок переходят в жидкое состояние, а после их застывания получается прочное соединение. Баллоны с кислородом окрашивают в голубой цвет, а с ацетиленом — в белый.

Баллоны с кислородом и ацетиленом.

Преимущества данного метода

При горении такого газа в среде кислорода достигается температура, превышающая градус плавления стали и других металлов. Квалифицированный сварщик с помощью такого оборудования выполняет работы качественно и с высокой эффективностью.

Кроме этого, ацетиленовая сварка имеет такие преимущества, как:

высокая мобильность (не требуется подключения к электричеству);
возможность регулировки температуры пламени (это позволяет предотвратить деформацию деталей и стыка, контролировать скорость выполнения работ);
удобное выполнение поворотного шва, когда расстояние до стены небольшое (в других видах сварки приходится делать операционный стык);
возможность соединять заготовки из металлов с разной температурой плавления;
возможность сваривать тонколистовые изделия из конструкционной стали, меди, чугуна, латуни (в таких случаях другие методы сваривания неэффективны);
применение разных присадочных проволок, помогающее улучшить качество шва.

Недостатки использования ацетилена

Среди недостатков такого способа сварки надо отметить следующие:

Взрывоопасность ацетилена высокая, но здесь многое зависит от человека.
Во время работы нагревается большая площадь соединяемых изделий, что приводит к изменению свойств материала. В машиностроении такой метод не используют.
Если надо соединить детали толщиной более 5 мм, то лучше использовать электросварку.
Ацетилен не подходит для работы с высокоуглеродистой сталью.
Если соединять внахлест, то в изделиях образуются большие напряжения, и они деформируются.
На материалы и оборудование затраты увеличиваются, в отличие от электродуговой сварки.
Выполнять работы может только опытный сварщик.

Только опытный специалист может справиться с ацетиленовой сваркой.

Для каких металлов подходит

Данный вид сварки подходит для большинства черных и цветных металлов. Он практически незаменим при соединении тонкостенных труб и аналогичных деталей, при работе с медью, чугуном, заготовками из конструкционной стали.

Взрывоопасность газа

Ацетилен — взрывоопасный газ. Его самовозгорание происходит при 335°C, а в смеси с кислородом — при 300°C.

Факторы, увеличивающие вероятность взрыва:

высокое давление и температура (до 200 кПа и до 400°C);
продолжительный контакт с серебром и медью;
смешивание с чистым кислородом или воздухом.

Во время взрыва выделяется много тепла (в 2 раза больше по сравнению с аналогичной массой тротила), что приводит к большим разрушениям.

Действия в случае возгорания

Если в результате неправильного использования ацетилена возник пожар, выполняют следующие действия:

из опасной зоны убирают все емкости с ацетиленом (нагретые баллоны охлаждают водой или специальным веществом, пока они не остынут);
неискрящимся ключом перекрывают газ, если он загорелся на выходе из баллона, после чего емкость остужают;
при сильном возгорании тушение огня проводят с безопасного расстояния.

Подготовка к выполнению работ

Перед тем как приступить к выполнению работ, надо очистить пост газосварки ото всех посторонних предметов, а также надежно защитить легковоспламеняющиеся поверхности.

Защитные средства

Для защиты от негативного воздействия высокой температуры газосварщик должен обязательно использовать:

специальные очки;
рукавицы-краги;
огнестойкую одежду и обувь.

Защитные средства.

Инструменты и оборудование

Для выполнения работ понадобятся следующие инструменты:

плоскогубцы;
рожковые ключи;
измерительные инструменты;
щетка по металлу;
присадочная проволока;
зажигалка для горелки;
огнетушитель.

Кроме того, надо подготовить такое оборудование:

рукав для подачи ацетилена и баллон с этим газом;
ацетиленовый и кислородный редукторы;
рукав для подачи кислорода и баллон с ним;
газовую горелку с мундштуком.

Подготовка металла

На данном этапе с изделий в местах их соединения удаляют грязь, ржавчину, имеющиеся следы консервации. Для этого используют щетку по металлу.

Зачистка металла перед сваркой.

Важные особенности

Качество и надежность швов, полученных в результате применения кислородно-ацетиленовой сварки, во многом зависят от соблюдения технологии проведения работ.

Существует три основных фактора, влияющих на характеристики соединения:

мощность пламени;
диаметр присадочного материала;
угол сварки.

Главные особенности ацетилено-кислородной сварки:

мощность пламени выбирают в зависимости от характеристик материала, из которого сделаны свариваемые изделия;
чем толще свариваемые изделия, тем больше должна быть мощность пламени (с тонкими деталями поступают наоборот), но с увеличением мощности возрастает и расход газа;
толщина соединяемых изделий влияет на угол наклона горелки (чем они толще, тем больше угол), для большинства деталей он составляет 10-80°;
для прогрева деталей, независимо от их толщины, горелку направляют под углом 90°;
диаметр присадочной проволоки зависит от толщины соединяемых элементов (для его расчета толщину детали в миллиметрах делят пополам и прибавляют 1 мм);
горелку двигают от себя или на себя.

Правильно выбирайте присадочную проволоку для ацетиленовой сварки.

Подготовка материала к сварке

Очищенные от грязи и ржавчины детали надо правильно подготовить к сварке. Это поможет облегчить и ускорить процесс их соединения, а также получить более качественный шов.

Подготовка изделий включает следующие этапы:

Правку — исправление деформаций, которые могли возникнуть в процессе транспортировки и доставки изделий.
Разметку. Ее выполняют при помощи ручных измерительных инструментов или с применением разметно-маркировочных машин.
Гибку, если это необходимо.
Разделку и очистку кромок. Соединяемые детали должны совпадать по плоскости. Подрезать их можно холодным способом (станками или ручными интервентами), термическим (с помощью горелок).
Сборку конструкции. Все элементы раскладывают, чтобы они заняли свое пространственное положение и между ними образовался необходимый зазор. Для этого используют стенды, кондукторы, прижимные устройства и т.д.

Описание процесса ацетиленовой сварки

Перед работой надо отрегулировать давление газа. Для этого открывают редукторы на баллонах и выставляют нужные значения (в пределах 2 атм.). При больших показателях регулировать пламя сложнее.

Настройка пламени горелки

Сначала подают ацетилен и поджигают горелку. Плавно открывают кислородный вентиль и регулируют пламя.

В строении факела есть 3 видимые части:

ядро — находится внутри пламени, имеет зеленовато-голубой цвет;
рабочая область — имеет светло-голубой цвет (восстановительное пламя нагревает шов и отвечает за его качество);
самая большая часть пламени (факел) — нагревает металл.

При выполнении регулировки горелку подводят к металлической поверхности и вентилями подачи газов выставляют требуемый режим. Ядро пламени не должно быть большим. Добиваются необходимого цвета восстановительного пламени.

Размер факела выставляют при помощи подачи ацетилена. Делать мощным огонь не стоит: это приводит к увеличению не только скорости сварки, но и вероятности подрезов шва и прожига заготовки. Длинный факел вносит в зону сварки лишний углерод, что снижает качество получаемого шва.

Сварочное пламя.

Введение присадки

В зависимости от ведения горелки присадку подают по-разному. Если ее двигают на себя, то сначала прогревают изделие, чтобы сформировать сварочную ванну, а затем подают проволоку.

Горелку направляют под острым углом к соединяемым деталям. Это более простой способ. На разогретый металл снимают каплю с проволоки и растягивают ее по шву. Чтобы избежать появления прожогов, горелкой делают движения по кругу или в виде полумесяца.

Если работу выполняют от себя, то сначала располагают проволоку, а затем горелку. Этот вариант используют при соединении толстых изделий.

Расплавленный металл соединяемых изделий заполняет сварочную ванну одновременно с присадкой. От сварщика требуется большая квалификация, чтобы равномерно перемешать основной материал и присадку. Если это сделать неправильно, то получится расслабленный шов.

Для получения качественного соединения важно, чтобы при стыковке труб или тонкостенных изделий зазор между ними был минимальным. Большие детали сначала прихватывают в нескольких местах, а затем выполняют ацетиленовую сварку.

Схема газовой сварки.

Правильный выбор режима

При сваривании разных металлов используются следующие режимы работы:

Сталь. Высокоуглеродистую сваривать таким способом не рекомендуется, а для низкоуглеродистой газовая сварка подходит в любых вариантах. Чтобы улучшить качество шва, используют проволоку из малоуглеродистой стали. Мощность горения не должна быть более 120 дм³/ч. Горелку лучше вести от себя.
Легированная сталь. Она имеет высокую теплопроводность, что усложняет процесс сварки ацетиленом. Высоколегированные стали варить этим способом не стоит. Низколегированные сваривают нормальным пламенем с применением флюсов, хромоникелевые — нормальным пламенем слабой мощности. Для жаропрочных и коррозиестойких в качестве присадки применяют специальные проволоки.
Чугун. Работу выполняют нормальным или науглероживающим пламенем. Если оно будет окислительным, то соединение получится непрочным.
Медь. Она отличается высокой текучестью, теплопроводностью и низкой температурой плавления. При соединении таких деталей их кромки сводят без зазора или используют присадку из чистой меди. Флюсы помогают раскислить шов и удалить шлаки.
Латунь. Сварить ее электродуговой сваркой не получится. Температура пламени должна быть в переделах 900°С. Этого достаточно, чтобы получилось прочное соединение, при этом цинк из сплава полностью не выгорит. Чтобы уменьшить его испарение, в составе смеси процент ацетилена увеличивают до 35%, используют флюс и латунную проволоку.
Бронза. Работу выполняют восстанавливающим пламенем, т.к. из металла быстро испаряются олово, алюминий, кремний. Используют такие же флюсы, что и для меди, латуни, бронзовую присадку, а для раскисления вводят 0,5% кремния.

Прогрев металла

Перед тем как варить, надо прогреть заготовку. Для этого пламя на нее направляют под прямым углом так, чтобы между ядром и заготовкой было расстояние 1-3 мм. При прогреве металл приобретает красный цвет, затем становится светло-желтого цвета и образует сварочную ванну.

Сначала делают несколько колебательных дугообразных движений, затем отводят горелку на 30-40° и подают присадку. Ее либо помещают в жидкую ванну либо каплями направляют в область соединения.

В процессе горелкой продолжают выполнять дугообразные движения и медленно продвигаются вдоль линии шва. Работают так, чтобы ядро пламени не попадало в сварочную ванну.

Прогрев металла перед сваркой.

Порядок закрытия горелки

По окончании работ надо правильно закрыть горелку:

перекрыть подачу ацетилена;
продуть систему кислородом и перекрыть вентиль его подачи.

Завершение сварочных работ

На завершающем этапе работ из рукавов выпускают остатки газа. Для этого приоткрывают краны на горелке (вентили на баллонах должны быть закрыты) и, когда стрелка манометра упадет до 0, закрывают.

Сначала качество шва контролируют визуально. Перед осмотром его очищают от шлака, окалины и брызг металла. Шов должен быть плотным, шириной 5-6 мм, высотой 1-2 мм, чешуйки должны быть расположены равномерно.

Чтобы определить качество соединения в глубине шва, используют неразрушающие методы контроля:

радиационную дефектоскопию;
капиллярную дефектоскопию;
ультразвуковую дефектоскопию;
магнитный контроль.

Для более детального визуального осмотра используют лупу с увеличением в 5-10 раз и дополнительное освещение шва.

Проведение ультразвуковой дефектоскопии.

Кислородно-ацетиленовым резаком можно работать только с углеродистой и нелегированной сталью. Для нержавейки, цветных металлов и их сплавов указанная технология не подходит.

Газовая резка основана на способности стали гореть в струе чистого кислорода, нагревающего ее практически до температуры плавления. В качестве топлива выступает ацетилен, а окислителя — кислород.

Смесь этих газов нужна только на этапе разогрева металла, когда лист проколот и загорелся. Дальнейший процесс происходит без участия ацетилена. Горение поддерживается за счет подачи кислорода, он же выдувает из места проведения работ продукты сгорания.

Возгорание стали происходит в зависимости от ее состояния: например, толстые заготовки надо разогревать до 1200-1300°С, а тонколистовые — до 930°С.

В начале резки металла струей кислорода мундштук резака плавно двигают вперед. Продукты обработки сдувают в заднюю часть рабочей зоны. Если раскаленный поток возвращается назад или замедляется, надо остановиться, прогреть заготовку и продолжить плавное движение резаком.

Если при выполнении сварочных работ важна не скорость, а качество шва, то ацетиленовая сварка является лучшей технологией.

Источник

Портал о стройке

При газовой сварке, схема которой представлена на рис. 3.15, заготовки 1 и присадочный материал 2 в виде прутка или проволоки расплавляют высокотемпературным пламенем 4 газовой горелки 3.

Газовое пламя получают при сгорании горючего газа в атмосфере технически чистого кислорода. Мощность пламени регулируют сменой наконечников горелки.

Рис. 3.15. Схема газовой сварки

Нагрев заготовки осуществляется более плавно, чем при дуговой сварке, в связи с этим газовую сварку применяют для сварки: металла малой толщины (0,2–5 мм); легкоплавких цветных металлов и сплавов; металлов и сплавов, требующих постепенного нагрева и охлаждения (инструментальные стали, латуни); для подварки дефектов в чугунных и бронзовых отливках. При увеличении толщины металла снижается производительность и увеличивается деформация.

Рис. 3.13. Схема электрошлаковой сварки

Свариваемые заготовки 1 устанавливают в вертикальном положении. В замкнутое пространство между водоохлаждаемыми медными ползунами 4 и вертикально установленными кромками изделий засыпают флюс и подают электродную проволоку 7 при помощи специального механизма подачи 6.

В начале процесса возбуждают дугу, флюс плавится и образуется электропроводный шлак5. Шлак шунтирует дугу, она гаснет, выходная цепь источника питания замыкается через шлак. Ток, проходя через шлак, разогревает его, это приводит к расплавлению кромок основного металла и электрода. Расплав стекает вниз и образует сварочную ванну 8, выжимая шлак вверх, и затвердевает.

В начальном и конечном участках шва образуются дефекты: в начале шва – непровар кромок, в конце шва – усадочная раковина и неметаллические включения. По этой причине сварку начинают и заканчивают на специальных планках 2 и 3, которые затем удаляют газовой резкой.

Преимущества способа: возможна сварка металла любой толщины (начиная с 16 мм). Заготовки толщиной до 150 мм можно сваривать одним электродом, совершающим поперечное колебание в плоскости стыка. При толщине заготовки более 150 мм используют несколько проволок. Есть опыт сварки металла толщиной до 2 м.

Недостаток способа – образование крупного зерна в шве и околошовной зоне вследствие замедленного нагрева и охлаждения. Необходимо проведение термической обработки: нормализации или отжига для измельчения зерна.

Электрошлаковую сварку широко применяют в тяжелом машиностроении для изготовления ковано-сварных и литосварных конструкций: это станины и детали мощных прессов и станков, коленчатые валы судовых дизелей, роторы и валы гидротурбин, котлы высокого давления и т. п.

3.2.8.1. Газы, применяемые при сварке

В качестве горючих газов бывают использованы ацетилен С2Н2, водород Н2, природный газ (содержащий примерно 94 % СН4,) нефтегаз, пары бензина и керосина. В сварочном производстве обычно применяют ацетилен: при горении в технически чистом кислороде он дает наиболее высокую температуру пламени (3150 °С) и выделяет наибольшее количество тепла (11470 ккал/м3). Ацетилен легче воздуха и кислорода. При содержании в воздухе 2,8–80 % С2Н2 образуется взрывчатая смесь. Воспламеняется ацетилен при 420 °С, становится взрывоопасным при сжатии свыше 0,18 МПа, а также при длительном соприкосновении с медью и серебром.

Ацетилен получают из карбида кальция при взаимодействии последнего с водой. Реакция протекает с выделением значительного количества тепла:

СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са(ОН)2

Ацетилен для сварки поступает из генератора, в котором его получают, или из металлических баллонов. В баллонах ацетилен находится в смеси с ацетоном под давлением 1,5−1,6 МПа. Для безопасности баллон с ацетиленом заполняют древесным углем, создающим систему капиллярных сосудов.

Технический кислород (98,5–99,5 %) поступает к сварочным постам по трубопроводам под давлением 0,5−1,6 МПа или из баллонов под давлением до 15 МПа. Для понижения давления кислорода на выходе из баллона и поддержания давления постоянным при работе применяют газовые редукторы: они снижают давление с 15 до 0,1 МПа. Ацетиленовые редукторы снижают давление с 1,6 до 0,02 МПа.

Из редукторов баллонов кислород и горючий газ раздельно поступают в сварочную горелку, которая предназначена для правильного смешения кислорода с горючим газом, подачи горючей смеси к месту сварки и создания концентрированного пламени требуемой мощности.

Горелки по принципу действия разделяют на инжекторные (всасывающие) низкого давления газа и безынжекторные среднего и высокого давления. Различают одно- и многопламенные горелки.

Рис. 3.16. Схемы газовых горелок: а – инжекторной; б – безынжекторной

Кислород к инжектору (рис. 3.16, а) поступает через вентиль по шлангу под рабочим давлением 0,1–0,5 МПа. Вытекая с большой скоростью из инжектора в смесительную камеру, струя кислорода создает разрежение, обеспечивающее подсос ацетилена. Ацетилен под низким давлением (0,001– 0,05 МПа) поступает по шлангу, а затем через корпус горелки – в смесительную камеру, где смешивается с кислородом. Полученная горючая смесь поступает в мундштук. По выходе из него смесь сгорает, образуя сварочное пламя.

Безынжекторная горелка (рис. 3.16, б) работает при давлении ацетилена более 0,05 МПа и кислорода до 0,5 МПа.

При зажигании горелки сначала на четверть оборота открывают вентиль кислорода, затем открывают вентиль ацетилена и поджигают выходящую из наконечника газовую смесь.

3.2.8.2. Сварочное ацетилено-кислородное пламя

Строение, температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл зависят от соотношения кислорода и ацетилена в горючей смеси.

Горение ацетилена должна быть представлено следующей реакцией, протекающей в две стадии:

С2Н2 + 2,5О2 = 2СО2 + Н2Опар

В первой стадии в горелку подают один объём ацетилена и один объём кислорода (С2Н2 + О2 = 2СО + Н2).

Во второй стадии за счёт кислорода окружающего воздуха протекает реакция

2СО + Н2 + 1,5О2 = 2СО2 + Н2О

Учитывая зависимость отсоотношения кислорода и ацетилена в исходной горючей смеси различают три вида кислородно-ацетиленового пламени:

‣‣‣ нейтральное, или нормальное восстановительное, пламя при соотношении О2 : С2Н2 = 1 : 1,2. Таким пламенем сваривают большинство металлов и сплавов;

‣‣‣ науглероживающее пламя при соотношении О2 : С2Н < 1, т. е. при избытке ацетилена. Ядро пламени при этом удлиняется по сравнению с ядром нормального пламени, пламя теряет резкие очертания. Такое пламя применяют при сварке чугуна и наплавке быстрорежущих сталей и твердых сплавов;

‣‣‣ окислительное пламяпри соотношении О2 : С2Н2 > 1,2, т. е. при избытке кислорода. Пламя при этом приобретает голубоватый оттенок, размеры ядра пламени уменьшаются. Такое пламя применяют при сварке латуней.

На рис. 3.17 показана схема строения нормального сварочного пламени, образующегося при горении ацетилена. Пламя состоит из трех зон: ядра 1, восстановительной зоны 2 и окислительной зоны 3. Ядро пламени имеет вид усеченного конуса с округленным концом. Эта часть пламени состоит из смеси кислорода и раскаленных продуктов разложения ацетилена и кислорода (самая яркая часть пламени).

Рис. 3.17. Схема строения нормального ацетилено-кислородного пламени и график распределения температуры по его длине

В восстановительной зоне происходит выделение тепла в основном за счёт окисления раскаленных частиц углерода в окись углерода. Наивысшая температура в этой зоне (до 3150°С) создается на расстоянии 3−5 мм от конца ядра пламени. Эта зона имеет характерное синеватое свечение.

Находящиеся в восстановительной зоне продукты горения ацетилена СО и Н2 нагревают и расплавляют металл. Οʜᴎ также могут восстанавливать окислы, в т.ч. образующиеся при сварке окислы железа.

В окислительной зоне при избытке кислорода воздуха СО догорает в СО2 и Н2 − в Н2Опар.
Размещено на реф.рфЭта часть пламени имеет желтоватую окраску с красным оттенком. Газообразные продукты этой зоны обладают окислительной способностью, однако они препятствуют контакту расплавленного металла с воздухом.

Source: referatwork.ru

Источник