Сварочные работы - [12]

Из недостатков необходимо отметить следующие факторы:

✓ сравнительно небольшая скорость нагрева металла;

✓ значительная зона термического влияния, состояние и ширина которой определяют механические характеристики сварного соединения;

✓ большой участок, подвергающийся разогреву, что увеличивает риск коробления металла;

✓ замедленный нагрев металла и довольно невысокая концентрация тепла, снижающие производительность сварки при увеличении толщины металла. По этой причине газовая сварка стали толщиной более 4 мм не используется;

✓ достаточно высокая стоимость расходных материалов, в частности ацетилена и кислорода, что делает газовую сварку более затратной, чем дуговая;

✓ невозможность механизации и автоматизации процесса.

Несмотря на достаточно внушительный список недостатков, газовая сварка является процессом, который достоин изучения, тем более что с ее помощью можно сваривать практически все применяемые в технике металлы.

Оборудование и материалы

Газовая сварка и резка металлов осуществляются с помощью различных газов, их смесей, паров бензина и керосина.

Кислород при обычных температуре и давлении – это прозрачный газ, имеющий следующие физические характеристики:

✓ без вкуса, запаха, цвета;

✓ масса 1 м³ при 20 °C и атмосферном давлении составляет 1,33 кг;

✓ при нормальном давлении горит при температуре 182,9 °C.

Химическая активность кислорода очень высока: он взаимодействует со всеми химическими элементами, за исключением инертных газов, причем эти реакции относятся к экзотермическим.

Для сварки и резки применяют технический кислород, который в зависимости от содержания чистого кислорода (остальное приходится на азот и аргон) различается по сортам:

✓ I сорт – содержание чистого кислорода составляет 99,7 %;

✓ II сорт – не менее 99,5 %; ✓ III сорт – 99,2 %. Чистота кислорода – это очень важный показатель, особенно для резки металлов. При его повышении улучшается качество обработки металла и снижается расход самого газа.

Кислород требует осторожного обращения, поскольку при контакте с органическими веществами (маслами, угольной пылью и проч.) он склонен к самовоспламенению и взрыву в результате их быстрого окисления. Кроме того, он может взаимодействовать с горючими газами и парами, что тоже может закончиться взрывом.

Ацетилен (C₂H₂) относится к горючим газам и чаще всего используется при газовой сварке. При горении в кислороде его температура повышается до 3050–3150 °C. Физические характеристики ацетилена:

✓ бесцветный газ с резким запахом;

✓ легче воздуха (масса 1 м³–1,09 кг);

✓ сжижается при температуре –82 °C;

✓ переходит в твердое состояние при температуре –85 °C;

✓ взрывоопасен (температура самовоспламенения – 240–630 °C; при повышении давления она может быть и ниже, если, например, при давлении 0,3 МПа температура воспламенения составляет 530 °C, то при давлении 2,2 МПа – 350 °C), особенно в смеси с кислородом или воздухом.

Технический ацетилен производят двумя способами – из карбида кальция либо из природного газа, нефти или угля. Причем второй вариант обходится гораздо дешевле (примерно на 30–40 %).

3. Пропан-бутановая смесь, или технический пропан (бесцветный газ, с резким неприятным запахом, несколько тяжелее воздуха), количество бутана в котором составляет 5–30 %. Эту смесь получают в процессе газодобычи или переработки нефти.

Температура, которую дает пропан-бутановая смесь, составляет 2400 °C, поэтому ее применяют при сварке стали толщиной не более 3 мм (в этом отношении она не уступает по результативности ацетилену), в противном случае металл не удается прогреть до такой степени, чтобы получить прочное соединение. Но низкотемпературное пламя применяют при резке, правке и очистке металла. Для сварочных работ пропан-бутановая смесь доставляется в баллонах в жидком состоянии. В верхней части емкости он самопроизвольно меняет свое агрегатное состояние на газообразное.

4. Природный газ, 77–98 % которого составляет метан (газ без цвета и запаха), остальное количество приходится на бутан, пропилен, пропан и др. Так как температура метан-кислородной смеси составляет 2100–2200 °C, сфера ее применения достаточно узкая.

5. Водород (H₂) – самый легкий газ, горючий, не имеет ни цвета, ни запаха. В смеси с кислородом становится взрывоопасным, поэтому его применение при сварочных работах требует строжайшего соблюдения техники безопасности.

Кроме перечисленных веществ, в сварке находят применение и другие горючие газы, например коксовый газ, городской газ, нефтяной газ, пары бензина и керосина.

Для осуществления газовой сварки необходимо специальное оборудование.

Ацетиленовый генератор, предназначенный для получения ацетилена в процессе взаимодействия карбида кальция с водой. Согласно ГОСТу 5190–78 такие устройства различаются по следующим параметрам:

✓ давление получаемого газа (генераторы низкого и среднего давления – до 0,02 МПа и 0,02– 0,15 МПа соответственно);

✓ способ установки (стационарные и передвижные);

✓ производительность (стационарные – 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320 или 640 м³/ч, а передвижные – 1,25 и 3 м³/ч). Чаще всего используют генераторы производительностью 1,25 м