16.5. Газовая сварка и резка металлов

При газовой сварке кромки металла и присадочный материал нагреваются пламенем, получаемым при сгорании горючих газов в кислороде.

В качестве горючих можно использовать природные газы, пары бензина и керосина, ацетилен и др. Сварочное пламя должно иметь максимальную температуру, быть экономичным и нейтральным по отношению к жидкому металлу. Из всех горючих газов наиболее часто используют ацетилен C2H2, поскольку он обладает наибольшей теплотой сгорания и дает при горении в чистом кислороде температуру пламени 3150°С.

Кислород, необходимый для проведения газосварочных работ, получают обычно из атмосферного воздуха методом его сжижения при очень глубоком охлаждении. Он хранится и транспортируется в специальных баллонах вместимостью 40 л под давлением 15 МПа. В одном баллоне содержится около 6м3 кислорода. Кислородные баллоны окрашиваются в голубой цвет. Баллоны подлежат испытанию через каждые 5 лет.

Обычно ацетилен получают непосредственно на месте производства сварочных работ из карбида кальция при взаимодействии его с водой по реакции

CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2.

Из 1 кг карбида кальция можно получить около 320л ацетилена. Для получения ацетилена используются специальные ацетиленовые генераторы.

Ацетилен для сварки можно использовать и в баллонах, где он находится в растворенном виде. Баллоны для ацетилена заполняют специальным активированным древесным углем, пропитанным ацетоном. В ацетоне ацетилен хорошо растворяется и перестает быть взрывоопасным. В баллонах ацетилен находится под давлением 1,5…1,6 МПа. При избыточном давлении свыше 1,75 МПа ацетилен становится взрывоопасным. Ацетиленовые баллоны окрашивают в белый цвет.

Сварку проводят при непосредственном питании от генератора или от ацетиленового баллона. Для понижения давления сжатого газа, забираемого из баллонов, применяют специальные редукторы. Они поддерживают давление на выходе из баллона постоянным независимо от давления газа в баллоне. Кислородные редукторы могут устанавливать давление от 0,3 до 1,5 МПа, ацетиленовые – от 0,02 до 0,05 МПа. Редукторы, применяемые при газовой сварке, обычно имеют два манометра, один из которых показывает давление газа в баллоне, а второй – давление редуцированного газа на выходе из редуктора, т.е. рабочее давление газа.

Посты газовой сварки бывают стационарными и передвижными. Питание стационарных постов осуществляется обычно от ацетиленового генератора и баллонов с кислородом, а передвижных – от баллонов с кислородом и ацетиленом.

Схема оборудования для передвижного газосварочного поста с питанием от баллонов показана на рис.73,а. Ацетилен и кислород подводятся к газовой горелке 4 по специальным шлангам 1 и 3 от баллонов, снабженных редукторами и манометрами 2.

Дозировка и смешивание кислорода и горючего газа происходит в сварочной горелке. Наибольшее распространение в промышленности получили так называемые инжекторные горелки, работающие на принципе засасывания ацетилена. Схема инжекторной горелки представлена на рис.73,б.

Кислород под давлением 0,3…0,4 МПа поступает в горелку и через регулируемый вентиль 5 попадает к инжектору 4. Выходя с большой скоростью из сопла инжектора, кислород создает значительное разрежение в камере 3 за инжектором и засасывает горючий газ в каналы горелки. Образовавшаяся в смесительной камере горючая смесь по трубке наконечника 2 поступает к выходному отверстию мундштука 1. Присадочный металл в виде прутков вводят в пламя горелки.

Основными технологическими параметрами газовой сварки является мощность сварочного пламени, которая подбирается по толщине свариваемых деталей. Она измеряется расходом газа и регулируется сменными наконечниками газовой горелки. Горелки этого типа имеют сменные наконечники с различными диаметрами выходных отверстий инжектора и мундштука, что дает возможность регулирования мощности сварочного пламени. Присадочный металл в виде прутков или проволоки вводят в пламя горелки.

Сгорание смеси происходит в сварочном пламени на выходе из мундштука. Ацетилено-кислородное пламя (рис.74) состоит из трех зон: ядра пламени 1, средней рабочей (восстановительной) зоны 2 и факела (окислительной зоны) 3.

В зависимости от соотношения (по объему) ацетилена и кислорода в горючей смеси пламя может быть нормальным, окислительным и науглероживающим. Регулируют характер пламени визуально по его цвету. Газовое пламя считается нормальным, когда соотношение газов O2 : C2H2 примерно равно или несколько больше единицы. Нормальным пламенем сваривают большинство сталей. При увеличении содержания кислорода в смеси пламя приобретает голубоватый оттенок и имеет остро очерченное ядро. Такое пламя является окислительным и его используют при сварке латуней. При избытке ацетилена пламя становится коптящим, удлиняется и приобретает красноватый оттенок. Такое пламя называется науглероживающим и его применяют для сварки чугуна.

Газовую сварку применяют главным образом для соединения конструкций из тонких стальных листов толщиной до 3 мм, а также заготовок из чугуна, цветных металлов и сплавов.

Газовой резкой называется процесс сгорания металла в струе кислорода. Резка может быть ручной и машинной. Для ручной резки применяют резак (рис.75), имеющий сменные мундштуки. Конструкция резака от сварочной горелки отличается тем, что имеется дополнительная трубка 2 для подачи режущего кислорода. Мундштук резака имеет центральное отверстие для подачи режущего кислорода.

Процесс кислородной резки заключается в следующем. Металл в месте разреза нагревают газовым пламенем до температуры его воспламенения в кислороде, затем на нагретую поверхность направляют струю режущего кислорода. Воспламенившийся металл выделяет при горении большое количество теплоты, которое вместе с подогревающим пламенем разогревает следующие слои. Вследствие этого горение распространяется на всю толщину металла. Образующиеся при сгорании металла оксиды сдуваются струей кислорода.

Газо-кислородной резке хорошо поддаются конструкционные стали с содержанием углерода до 0,7%. Кислородная резка чугуна затруднена, так как чугун начинает плавиться раньше, чем он успевает нагреться до температуры воспламенения в кислороде. По этой же причине не поддаются нормальному процессу резки медные и алюминиевые сплавы. Медные сплавы, кроме того, имеют высокую теплопроводность.

Газо-кислородная резка позволяет резать металл до 300 мм простейшей аппаратурой, проводить резку на монтаже, в полевых условиях. Она широко используется почти во всех областях металлургической и металлообрабатывающей промышленности. Ее применяют при раскрое листовой стали, при вырезке косынок, кругов, фланцев и других фасонных заготовок.

Для металлов, не поддающихся обычной газовой резке, например, высоколегированных сталей, чугунов, некоторых цветных металлов и сплавов используют способ кислородно-флюсовой резки.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008