Газове зварювання
Газопламенная обробка металів - це ряд технологічних процесів. пов'язаних з обробкою металів високотемпературним газовим полум'ям.
Газове зварювання - зварювання плавленням, при якій нагрів кромок з'єднувальних частин деталей проводиться полум'ям газів, що спалюються на виході з пальника для газового зварювання. При газовому зварюванні заготовки 1 і присадний матеріал 2 у вигляді прутка чи дроту розплавляють високотемпературним полум'ям 4 газового пальника 3 (рисунок 1).
Малюнок 1 - Газове зварювання схема
Технологія газового зварювання
Газове полум'я найчастіше утворюється в результаті згоряння (окислення) горючих газів технічно чистим киснем (чистота не нижче 98,5%). Як горючих газів використовують ацетилен, водень, метан, пропан, пропан-бутанової суміш, бензин, освітлювальний гас.
Малюнок 2 - Розподіл температури по осі нормального газового полум'я
Газове зварювальне ацетіленокіслородное «нормальне» полум'я має форму, схематично показану на малюнку 2.
У внутрішній частині ядра полум'я 1 відбувається підігрів газової суміші, що надходить з сопла до температури займання. У зовнішній оболонці ядра відбувається частковий розпад ацетилену. Виділяються частки вуглецю розжарені, яскраво світяться, чітко виділяючи обриси оболонки ядра (температура газів в ядрі невелика і не перевищує 1500 0 С).
У зоні 3 або факелі полум'я протікає Догорание газів за рахунок кисню повітря що відображає склад газів в факелі. Вміщені в факелі гази і продукти їх дисоціації окислюють метали, тобто ця зона є окислювальному. Вид ацетіленокіслородного полум'я залежить від співвідношення в газовій суміші, що подається в пальник кисню і ацетилену називається коефіцієнтом β.
Малюнок 3 - Будова ацетіленокіслородного полум'я
Полум'я замінників ацетилену принципово подібно ацетіленокіслородному і має три зони. На відміну від вуглеводневих газів по-дородно-кисневе полум'я світиться ядра не має (ні світяться частинок вуглецю).
Одним з найважливіших параметрів, що визначають теплові, а значить і технологічні властивості полум'я, є його температура. Вона різна в різних його ділянках як по довжині вздовж його осі (рисунок 2), так і в поперечному перерізі. Вона залежить від складу газової суміші і ступеня чистоти застосовуваних газів. Найвища температура спостерігається по осі полум'я, досягаючи максимуму в зварювальної зоні на відстані 2 ... 3 мм від кінця ядра. Ця зварювальний зона є основною для розплавлення металу. Зі збільшенням β максимальна температура зростає і зміщується до мундштука пальника. Це пояснюється збільшенням швидкості горіння суміші при надлишку кисню. При надлишку ацетилену (β менше 1) навпаки, максимум температури віддаляється від мундштука і зменшується за величиною.
Горючі гази-замінники ацетилену, дешевше і недефіцитних. Однак їх теплотворна здатність нижче, ніж у ацетилену. Максимальні температури полум'я також значно нижче. Тому їх використовують в обмежених обсягах в технологічних процесах, які не потребують високотемпературного полум'я (зварювання алюмінію, магнію і їх сплавів, свинцю; пайка. Зварювання тонколистової сталі; газове різання і т.д.). Наприклад, при використанні пропану і пропан-бутанової сумішей максимальна температура в полум'ї 2400 ... 2500 0 С. Їх використовують при зварюванні стали, товщиною до 6 мм, зварюванні чавуну, деяких кольорових металів і сплавів, наплавленні. газовому різанні і т.д.
При використанні водню максимальна температура в полум'ї 2100 0 С. Нагрівання металу полум'ям обумовлений променистим, і в основному конвективним теплообміном між потоком гарячих газів і дотичної з ним поверхнею металу. При вертикальному положенні від полум'я її розтікається потік утворює на поверхні металу симетричне щодо центра пляма нагріву. При нахилі полум'я пляма нагріву витягується в напрямі осі і звужується з боків. Інтенсивність нагріву попереду ядра вище, ніж позаду його.
Введення тепла у виріб при газовому зварюванні відбувається по більшій площі плями нагріву. Джерело тепла менш сконцентрований, ніж при інших способах зварювання плавленням. В результаті великої площі розігріву основного металу околошовной зона (зона термічного впливу) має великі розміри, що призводить до утворення підвищених деформацій зварних з'єднань (викривлення).
Зона термічного впливу складається з тих же характерних ділянок, як і при дугового зварювання. Однак її ширина значно більше (до 30 мм при зварюванні стали великої товщини) і залежить від режиму газового зварювання.
Техніка газового зварювання
У процесі зварювання відбувається розплавлення основного і присадочного металів. Регулювання ступеня їх розплавлення визначається потужністю пальника, товщиною металу і його теплофізичними властивостями. Газовим зварюванням виконують зварні з'єднання різного типу.
Метал товщиною до 2 мм з'єднують встик без оброблення крайок і без зазору або, що краще, з відбортовкою кромок без присадочного металу. Метал товщиною 2 ... 5 мм з присадним металом зварюють встик без оброблення крайок з зазором між крайками. При зварюванні металу понад 5 мм використовується V- або Х-подібна оброблення крайок.
Таврові і нахлесточного з'єднання припустимі лише для металу товщиною до 3 мм. При великій товщині нерівномірний розігрів призводить до суттєвих деформацій, залишковим напруженням і можливості утворення тріщин.
Зварювані кромки зачищають від забруднень на 30 ... 50 мм механічними способами або газовим полум'ям. Перед зварюванням деталі зварного з'єднання закріплюються в складально-зварювальному пристосуванні або збираються за допомогою коротких швів прихваток.
Малюнок 4 - Способи газового зварювання
Напрямок руху пальника і нахил її до поверхні металу дуже впливає на ефективність нагріву металу, продуктивність зварювання і якість шва. Розрізняють два способи зварювання: правий і лівий (рисунок 4). Зовнішній вигляд шва краще при лівому способі зварювання, так як зварювальник бачить процес утворення шва. При товщині металу до 3 мм більш продуктивним є лівий спосіб зварювання зважаючи попереднього підігріву крайок. Однак при великій товщині металу при зварюванні з обробленням кромок кут скосу кромок при правому способі зварювання на 10 ... 15 0 менше, ніж при лівому. Кут нахилу мундштука також може бути на 10 ... 15 0 менше. В результаті підвищується продуктивність зварювання. Тепловий вплив полум'я на метал залежить від кута нахилу осі полум'я до поверхні металу (рисунок 5).
Малюнок 5 - Застосовувані кути нахилу пальника в залежності від товщини металу
БзЮВ процесі зварювання пальнику повідомляються коливальні рухи і кінець мундштука описує зигзагоподібний шлях. Пальник зварювальник тримає в правій руці. При використанні присадочного металу присадний пруток слід тримати у лівій руці. Присадний пруток розташовується під кутом 45 ° до поверхні металу. Оплавлятися кінця присадочного прутка повідомляють зиґзаґоподібні коливання в напрямку, протилежному руху мундштука (рисунок 6). Газове зварювання може проводитися в нижньому, вертикальному і стельовому положеннях. При зварюванні вертикальних швів «на підйом» процес зручніше вести лівим способом, горизонтальних і стельових -правий способом.
Малюнок 6 - Руху пальника і дроту
а) при зварюванні сталі товщиною понад 3 мм в нижньому положенні; б) при зварюванні кутових валикових швів;
1 - рух дроту; 2 - рух пальника; 3 - місця затримок руху
При необхідності використання флюсу він наноситься на зварюються кромки або вноситься в зварювальну ванну оплавляється кінцем присадочного прутка (налипає на нього при зануренні під флюс). Флюси можуть використовуватися і в газоподібному вигляді під час подачі їх в зону зварювання з пальним газом.