Какие стали сваривают газовой сваркой

Обновлено: 18.05.2024

При газовой сварке расплавление основного и присадочного металла осуществляется в результате использования тепла, которое выделяется при сгорании в атмосфере кислорода горючих газов, паров бензина или керосина в специальных горелках. Регулируя соотношение горючих веществ и кислорода, можно получить различные виды пламени: нормальное (восстановительное), окислительное и науглероживающее, и за счет этого выполнять сварку без дополнительных покрытий или флюсов. Газовую сварку применяют, главным образом, при небольших объемах работ, изготовлении тонкостенных изделий, трубопроводных и сантехнических работах и т.д.

1. Газы для газопламенной обработки, их свойства и условия хранения

Для сварки используют горючие вещества, свойства которых приведены в табл. 1, а возможности их использования при сварке различных материалов — в табл. 2.

Наибольшая температура достигается при сгорании газов в атмосфере кислорода — газообразного 1, 2, 3 сорта согласно ГОСТ 5583-78 и жидкого 1 и 2 сорта по ГОСТ 6331-78.

Таблица 1. Свойства горючих газов, их заменителей, кислорода и условия их хранения

*1 При подогревании смеси.

Таблица 2. Возможность использования различных горючих веществ для газовой сварки материалов

«+», «–», «±» — использование данного горючего газа целесообразно, нецелесообразно и ограничено соответственно.
Для сварки используется осветительный керосин. При работе на тракторном керосине сварочная аппаратура забивается смолистыми веществами.

2. Оборудование и аппаратура для сварки

Основным инструментом газосварщика является сварочная горелка — устройство для смешивания горючего газа или паров горючей жидкости с кислородом и создания сварочного пламени (табл. 3). Технические характеристики безынжекторных и инжекторных горелок согласно ГОСТ 1077-79 приведены в табл. 4 и 5, сварочных горелок, работающих на газах (заменителях ацетилена), — в табл. 6.

Кроме того, практикуется использование специальных комплектов для сварочных и резательных работ (табл. 7).

Таблица 3. Технические характеристики универсальных ацетилено-кислородных горелок

*1 Горелка типа Г1 — безынжекторные, остальных типов — инжекторные.

*2 Горелка ГС-4 предназначена для подогрева. Конструкция горелки Г2-04 подобна конструкции ранее выпускающимся горелкам Г2-02, «Звездочка», «Малютка».

Таблица 4. Техническая характеристика безынжекторных горелок типа Г1

Таблица 5. Технические характеристики инжекторных горелок

Таблица 6. Технические характеристики горелок сварочных на газах — заменителях ацетилена

*Горелка ГЗУ-3 универсальная; ГЗУ-4 — для сварки чугуна и цветных металлов (кроме меди), а также наплавки, пайки, нагрева; ГД-Д1 — газовоздушная горелка с максимальной температурой нагрева до 700 о С, массой 0,35 кг.

Таблица 7. Газосварочные комплекты

Примечание. В состав комплекта КГС-1-72 входят горелка Г2-04 и резак вставной РГМ-70, комплекта КГС-2А — горелка Г3-03 и резак вставной РГС-70. В оба комплекта входят сменные наконечники, мундштуки и футляр.

Для питания горелок ацетиленом используют как баллонный, так и газ передвижных генераторов (табл. 8). В зависимости от размеров кусков карбида кальция выход ацетилена составляет 210…375 л/ч при времени разложения 5…13 мин.

Таблица 8. Технические характеристики передвижных генераторов ацетилена

В стационарных условиях пользуются специальными газоразборными постами (табл. 9).

Таблица 9. Технические характеристики газоразборных постов

Сварка с использованием флюса выполняется с помощью специального поста УФП-1, который осуществляет подачу в пламя горелки паров флюса БМ-1, при сгорании которых образуется флюсовое вещество — оксид бора.

Пост УФП-1 включает газораздаточные посты ПГУ-5 и ПГК-10, флюсопитатель ФГФ-3, осушитель ацетилена ОАФ-3, экономизатор и рукава. Наибольший расход кислорода и ацетилена — 3,2 м 3 /ч, флюса — 30…100 г на 1 м 3 горючего газа, емкость резервуара флюсопитателя — 5,2 л, масса силикагеля в осушителе — 5,3 кг.

Для мелких работ используют переносные установки, например ПГУ-3 (табл. 10).

Таблица 10. Технические характеристики переносной установки ПГУ-3 для сварки, пайки и резки металлов

К баллону присоединяется редуктор для снижения давления газа до рабочего значения; его тип выбирается в зависимости от заданного расхода газа (табл. 11, 12).

Таблица 11. Характеристики редукторов для малых расходов газа (для сварки горелкой ГС-1 с наконечником 000,00,0)

Таблица 12. Характеристики редукторов для газопламенной обработки

Примечание. Цифра в обозначении типоразмера — наибольшая пропускная способность (м 3 /ч) при наибольшем рабочем давлении. Первая буква — назначение редуктора: Б — баллонный, С — сетевой, Р — рамповый, Ц — центральный (магистральный), У — универсальный высокого давления. Вторая буква — редуцируемый газ: К — кислород, А — ацетилен. П — пропан, В — воздух, М — метан. Третья буква — код числа ступеней редуцирования и способа задачи рабочего давления: О — одноступенчатый с пружинным заданием, З — одноступенчатый со специальным задатчиком, Н — одноступенчатый с заданием рабочего давления от специальных пневмокамер, Д — двухступенчатый.

Газы из баллона подаются к резаку по специальным рукавам(табл. 13.), на их пути после редуктора устанавливают предохранительные устройства для зашиты сварочных постов — постовые затворы (наиболее компактным и надежным из них является ЗСУ-1) и обратные клапаны (табл. 14). Последние используют при работе на газах — заменителях ацетилена АЗС-1, АЗС-3 и для горючих жидкостей ЛКО-1.

Обратные клапаны типа ЛЗС и жидкостные предохранительные затворы — защитные устройства гравитационного действия, они должны устанавливаться строго вертикально, а обратный клапан ЛКО присоединяться к рукоятке керосинореза.

Таблица 13. Рукава для газовой сварки и резки (ГОСТ 9356-75)

Пламегасители (табл. 14) устанавливаются на входных штуцерах рычагов, горелок, напыляющих устройств стационарных машин и установок для газопламенной обработки и служат препятствием для попадания обратного удара пламени в рукав, соединяющий огневую аппаратуру с предохранительным устройством (основным затвором или газовым коллектором газопотребляющего агрегата).

Таблица 14. Технические характеристики предохранительных устройств

3. Материалы и технология сварки сталей

Ниже перечислены основные параметры режима газовой сварки.

Тепловая мощность сварочного пламени определяется расходом ацетилена, который проходит через горелку за один час и регулируется сменными наконечниками горелки; мощность можно подсчитать по формуле: Q_А= А s, где Q_А — расход ацетилена, л/ч; s — толщина металла, мм; А — эмпирический коэффициент: для углеродистых сталей А = 100…130, для меди А = 150…200, для алюминия А = 100…150. Мощность горелки при правом способе сварки выбирают из расчета 120…150 л/час ацетилена, а при левом —100…130 л/ч на 1 мм толщины свариваемого металла.
Способ сварки — правый и левый. При правом способе сварку ведут слева направо, пламя направляют на сваренный участок шва, а присадочную проволоку перемещают вслед за горелкой. Этот способ обеспечивает лучшую защиту сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, большую глубину провара, замедленное охлаждение металла шва; производительность выше на 20…25 %, а расход газа на 15…20 % меньше. При левом способе сварку ведут справа налево, пламя направляют на еще незаваренные кромки металла, а присадочную проволоку перемещают впереди пламени. При этом сварщик лучше видит свариваемый металл: предварительный подогрев кромок способствует хорошему перемешиванию сварочной ванны. Применяется для сварки тонколистовых и легкоплавких металлов.
Вид пламени зависит от соотношения β = v_O2 : v_{C2 H2}. Для нормального пламени β = 1…1,3; для окислительного пламени β > 1,3; для науглероживающего пламени β < 1,1. Газосварщик устанавливает и регулирует вид пламени на глаз. Нормальным пламенем сваривают большинство сталей, окислительным пользуются при сварке латуни, науглероживающим сваривают чугун.
Марка и диаметр присадочной проволоки. Марка проволоки должна соответствовать составу свариваемого металла; диаметр ее выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. При правом способе d = s/2, но не более 6 мм, при левом способе d = s/2 + 1, где s — толщина металла.
Скорость нагрева регулируется сменой угла наклона мундштука к поверхности металла Чем толще металл и больше его теплопроводность, тем больше угол наклона.
Манипулирование концом мундштука горелки — поперечное и продольное; основным является продольное, поперечное движение служит для прогрева кромок основного металла и получения шва необходимой ширины.
Флюс применяется для защиты расплавленного металла от окисления и удаления из него оксидов и вводится различными способами: подсыпают совком, приготавливают пасты и наносят на кромки деталей и присадочную проволоку, вводят непосредственно в сварочное пламя через горелку в порошкообразном или газообразном виде. В качестве флюсов используют борную кислоту, оксиды и соли бария, калия, лития и др.

Газовой сваркой можно выполнять все виды сварных швов во всех пространственных положениях. Параметры подготовки кромок стыковых швов приведены в табл. 15. Технологические рекомендации относительно сварки сталей приведены в табл. 16.

Таблица 15. Подготовка кромок при сварке стыковых швов

Таблица 16. Технологические параметры сварки сталей

Аустенитные хромоникелевые стали сваривают быстро, без подогрева, околошовную зону защищают мокрым асбестом. Сразу после сварки необходимо охлаждение водой или сжатым воздухом.

Качество соединений удовлетворительное при толщине стали до 2 мм. Стали типа Х13 сваривают с местным подогревом до 200… 250 °С (тонкий лист — левым способом, более толстый — только правым).

Примечания. 1. Высокоуглеродистые стали сваривают нормальным или слабонауглероживающим пламенем, остальные стали — нормальным пламенем. 2. Диаметр проволоки при сварке сталей толщиной до 15 мм равен половине толщины стали для правого способа и половине толщины плюс 1 мм — для левого. Сталь толщиной более 15 мм сваривают проволокой диаметром 6…8 мм.

4. Технология сварки чугуна и цветных металлов и сплавов

Несмотря на высокую трудоемкость, низкую производительность и тяжелые условия труда, это весьма эффективный способ сварки чугуна вследствие «мягкого» введения тепловой мощности в основной металл. Области применения этого способа зависят от характера дефектов и требований к качеству наплавленного металла (табл. 17). Присадочным металлом служат чугунные прутки (см. табл. 15, 18) в сочетании с флюсами разных марок (табл. 19). Сварка выполняется нормальным пламенем с предварительным подогревом детали до температуры 650 о С на режиме, приведенном в табл. 20.

Таблица 17. Области применения различных способов сварки чугуна

Примечание. При пайко-сварке основной металл не доводится до расплавления.

Таблица 18. Марка и назначение чугунных прутков

Примечание. Размеры прутков всех марок, мм: диаметр 6…(8…16); длина 350…450.

Таблица 19. Составы флюсов для сварки и пайко-сварки чугуна, %

Примечание. Назначение флюсов: ФСЧ-1 — газовая сварка, ФСЧ-2 — пайко-сварка чугуном, ФПСН-1 — пайко-сварка бескремнистыми латунями, ФПСН-2 — пайко-сварка кремнистыми латунями и сплавом ЛОМНА, МАФ-1 — пайко-сварка чугуном и сплавами на медной основе, БМ-1 — газообразный флюс для газовой сварки.

Таблица 20. Технологические параметры горячей газовой сварки чугуна

Наконечник ацетиленовой горелки:
площадь дефекта, см 2	До 5	5…25	Свыше 25
номер наконечника	5	6	7 и 8
Присадочный пруток:
площадь дефекта, см 2	До 20	20…60	Свыше 60
диаметр прутка, мм	6…8	10…12	14…16
Пламя	Нормальное
Температура предварительного подогрева, общего или частичного	650 о С

Сначала подогревают основной металл вокруг дефекта до светло-красного цвета, затем оплавляют поверхность разделки и ванным способом заполняют ее присадочным металлом, погружая его во флюс.

Охлаждение замедленное: отвести горелку на 50…100 мм, задержать 1…2 мин, потом закрыть деталь асбестом и горячим песком или загрузить ее в печь, нагретую до 650…750 °С и вместе с ней охладить.

При пайке-сварке процесс ведут нормальным пламенем на 4-м и 5-м номере наконечника горелки, не расплавляя основного металла. Присадочным материалом служат стандартные латунные прутки (см. табл. 6), а в качестве флюса применяют марки ФПСН-1, ФПСН-2, МАФ-1. При этом максимальная температура нагрева основного металла должна быть не более 850…950 °С, индикатором ее достижения является расплавление флюса. Кромки засыпают флюсом и облуживают участками, натирая прутком латуни. Затем в горячей зоне пламени расплавляют присадочный металл и заполняют разделку, а горячий металл проковывают.

Медь и ее сплавы сваривают, в основном, ацетилено-кислородным пламенем, газы-заменители используют только для сварки металлов малой толщины. Мощность пламени сварки увеличивают почти вдвое по сравнению с пламенем сварки стали, металлы большой толщины сваривают двумя или тремя горелками одновременно (две из них служат для подогрева) одним слоем с максимальной скоростью во избежание роста зерна и образования пор. Медь и бронзу сваривают нормальным пламенем, а латунь — окислительным для снижения растворения водорода в жидком металле и уменьшения интенсивности испарения цинка.

В качестве присадки используют медную проволоку с 0,2 % фосфора, иногда с 0,15…0,3 % кремния, выступающими в роли раскислителей. При сварке медных сплавов, в состав которых входят активные раскислители (А1, Si, Мn), можно использовать присадку того же состава. В качестве флюса применяют составы на основе буры и борной кислоты. Диаметр присадки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла:

Толщина, мм	1,5	1,5…2,5	2,5…4	4…8	8…15	15
Диаметр присадки, мм	1,5	2	3	4…5	6	8

Медь толщиной до 3 мм сваривают без разделки кромок с зазором до 1 мм. Если металлы большой толщины, то выполняют V-образную разделку с углом 60…70 о , притуплением 1,5 мм и зазором не более 1,5 мм. Пламя горелки направляют под прямым углом к свариваемым деталям, расстояние от ядра до поверхности не более 5…6 мм. Сварку ведут левым способом без остановок. После окончания для получения мелкозернистой пластичной структуры рекомендуется проковка. Изделие из латуни и бронзы рекомендуют после сварки подвергнуть отжигу при температурах 600…700 о С и 500…600 о С соответственно.

Никель и его сплавы сваривают, используя нормальное или слегка восстановительное пламя при расходе ацетилена 120…130 л/мин на 1 мм толщины.

В качестве присадки применяют никелевую проволоку, легированную 3 % марганца. Флюсом служит как чистая бура, так и многокомпонентный флюс (30 % буры, 50 % борной кислоты, 10 % NaCl, 10 % KCl). Сварку нихрома выполняют быстро, без перерывов, мощность пламени 50…70 л/ч на 1 мм толщины в сочетании с многокомпонентным флюсом, приведенным выше. После сварки для увеличения пластичности и вязкости сварного соединения рекомендуется проводить нормализацию при температуре 825…900 о С.

Свинец сваривают нормальным пламенем при расходе ацетилена 50… 100 л/ч. В качестве присадки используют круглые свинцовые прутки или «лапшу», нарезанную из листов длиной не более 400 мм. Диаметр присадки зависит от толщины свариваемого металла:

Толщина, мм	3	6	8	10…12
Диаметр присадки, мм	0,8…1,2	1,5…2	2,5…3	4…8

Металл толщиной до 4 мм сваривают без разделки и зазора, металл большей толщины разделывают под углом 60…90 о без зазора. В качестве флюса используют смесь стеарина с канифолью, им натирают кромки листов и поверхность присадочных прутков. При толщине листов более 2 мм сварку ведут несколькими слоями левым способом. В многопроходных швах первый шов выполняют без присадки.

Сварка алюминия и его сплавов выполняется после сложной предварительной подготовки (см. в § 4). Сварку ведут нормальным пламенем с расходом ацетилена 100 л/ч на 1 мм толщины металла. Номер наконечника и диаметр присадки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла:

Толщина, мм	1…1,5	2…4	4…6	7…9	10…12	14…16
Номер наконечника	1	2	3	4	5	6
Диаметр присадки, мм	1,5…2	2…3	3…4	4…4,5	4,5…5,5	5…5,5

Сварку чистого алюминия ведут проволокой марки Св-АВ00, сплавов AMг, АМц — проволокой АМГ3, АМГ5, литейных сплавов — проволокой марок СвАК3, СвАК5. В качестве флюса применяют марку АФ-4 а состоящего из хлористых и фтористых солей калия, натрия и лития. Сварку ведут левым способом, металл толщиной до 4 мм сваривают за один проход, более толстый — несколькими проходами с общим или местным предварительным подогревом до 250…300 о С. После сварки остатки флюса удаляют, промывая швы и околошовную зону теплой или слегка подкисленной водой (2 %-ным раствором хромовой кислоты). При заварке дефектов силуминового литья нужен предварительный подогрев до 300 о С и последующий отжиг изделия.

Газовая сварка легированных сталей

Свариваемость легированных сталей определяется их составом. Большинство легирующих добавок понижает теплопроводность стали, вследствие чего увеличивается склонность к короблению. При газовой сварке легированных сталей происходит также частичное выгорание легирующих примесей, поэтому металл шва по своим свойствам отличается от основного металла. Для предупреждения перегрева наплавленного металла и появления деформаций легированные стали сваривают горелками меньшей мощности. Для уменьшения выгорания легирующих элементов пламя выбирают нормальное или с небольшим избытком ацетилена. Некоторые легированные стали закаливаются на воздухе, поэтому при сварке таких сталей применяют предварительный подогрев и последующую термообработку.

Низколегированные стали содержат легирующих элементов до 2,5%. Для строительных конструкций применяют низколегированные стали 10ХСНД и 15ХСНД, которые хорошо свариваются газовой сваркой. При сварке применяется нормальное пламя. Мощность сварочного пламени выбирается из расчета расхода ацетилена 75-100 дм 3 /ч при левом способе и 100-130 дм 3 /ч при правом способе на 1 мм толщины свариваемого металла. В качестве присадки используется сварочная проволока Св-08, Св-08А, Св-10Г2. Сварка осуществляется без применения флюса. Для повышения механических свойств металла шов проковывают при светлокрасном калении (800-850°С) с последующей нормализацией.

Низколегированные теплоустойчивые молибденовые (12М, 15М, 20М и 25МЛ) и хромомолибденовые (12ХМ, 15ХМ, 20ХМ, 30ХМ) стали применяют для изготовления паровых котлов и труб высокого давления. Газовую сварку этих сталей выполняют нормальным ацетиленокислородным пламенем. Мощность сварочного пламени выбирают из расчета расхода ацетилена 100 дм 3 /ч на 1 мм толщины свариваемого металла. В качестве присадочной используют сварочную проволоку марок Св-08ХНМ, Св-10ХНМА, Св-18ХМА, Св-08ХМ, Св-10ХМ. Сварку этих сталей ведут обратноступенчатым способом небольшими участками длиной 16-25 мм. В связи с тем что эти стали способны к закалке на воздухе, рекомендуется сваривать их с предварительным подогревом до 250-300°С. При сварке применяют как левый, так и правый способы сварки. Кромки свариваемого металла перед сваркой зачищают до металлического блеска. При толщине металла до 5 мм сварку проводят за один проход, при большей толщине применяют многослойную сварку. Сварку рекомендуется вести с наименьшим числом перерывов. При возобновлении сварки после перерыва необходимо подогреть весь стык до 250-300°С. После окончания сварки пламя горелки медленно отводят вверх, что способствует более полному выделению газов из расплавленного металла. При сварке необходимо следить за тем, чтобы переход от усиления шва к основному металлу был плавным по всей длине шва. Хромомолибденовые стали свариваются хуже, чем молибденовые, что обусловливается наличием хрома, который образует тугоплавкие оксиды. Сварные изделия из хромомолибденовой и молибденовой стали после сварки подвергают термообработке. Сварные изделия из молибденовой стали нагревают горелкой до 900-930°С, изделия из хромомолибденовой стали - до 930-950°С. Ширина нагрева должна в пять раз превышать ширину шва. После нагрева до указанных температур изделия охлаждают на воздухе. Указанные мероприятия обеспечивают получение сварного соединения, близкого по прочности к основному металлу.

Перед газовой сваркой свариваемые детали скрепляют прихватками через 20-30 мм при толщине металла -0,5-1,5 мм, через 40-60 мм при большей толщине металла. Сварку подготовленных деталей необходимо вести без перерывов, не задерживая пламя горелки на одном месте, чтобы не перегревать металл сварочной ванны. Для уменьшения коробления сварку проводят от середины шва к краям и обратноступенчатым способом в зависимости от длины свариваемых швов. Учитывая склонность этих сталей к закалке, для устранения образования трещин в металле шва и околошовной зоне после сварки проводят медленное охлаждение свариваемой детали. После сварки ответственных деталей из этих сталей их подвергают закалке и отпуску. Закалку проводят при температуре 500-650°С с выдержкой при этой температуре и последующим нагревом до температуры 880°С и охлаждением в масле. Отпуск состоит в нагреве до температуры 400-600° и последующем охлаждении в горячей воде.

Хромистые стали обладают повышенной кислото- и жаростойкостью и применяются для изготовления деталей и оборудования, работающего в агрессивных средах при высоких температурах. Хромистые стали содержат 0,13-0,9% С и 4-30% Сr. Хромистые стали склонны к образованию закалочных структур при охлаждении на воздухе, и результате чего после сварки могут образоваться трещины в сварном шве и околошовной зоне. Чем выше содержание углерода в хромистых сталях, тем хуже они свариваются и тем выше склонность их к короблению при остывании шва. При сварке хромистых сталей применяют нормальное пламя. С целью предупреждения коробления свариваемых деталей газовую сварку ведут на пониженной мощности пламени из расчета расхода ацетилена 70 дм 3 /ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Для уменьшения коробления сварку хромистых сталей, содержащих до 14% Сr, выполняют с предварительным подогревом до 150-200°С, содержащих свыше 14% Сr - до 200-250°С. В качестве присадочной применяют сварочную проволоку Св-02Х19Н9, Св-04ХН19Н9, Св-06Х19Н9Т. Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа газовой сварки. Газовая сварка должна выполняться с максимально допустимой скоростью, без перерывов и повторного нагрева одного и того же места шва. Газовую сварку выполняют в один слой, при сварке деталей толщиной до 3 мм применяют левый способ, толщиной более 3 мм - правый способ. Для предохранения выгорания хрома и удаления из сварочной ванны оксидов хрома применяют флюс следующего состава:

борной кислоты - 55%
оксида кремния -10%
ферромарганца - 10%
феррохрома - 10%
ферротитана - 5%
титановой руды 5%
плавикового шпата - 5%

После сварки проводится термообработка по режиму, предусмотренному для данной марки стали.

Хромоникелевые аустенитные стали обладают высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью, жаропрочностью, они нашли широкое применение в химической промышленности и других отраслях народного хозяйства. Газовой сваркой сваривают сталь толщиной не более 3 мм. Сварка выполняется строго нормальным пламенем. Мощность сварочного пламени выбирают из расчета расхода ацетилена 75 дм 3 /ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Для сварки применяют присадочную проволоку марок Св-0Х18Н9, Св-0Х18Н9С2, Св-1Х18Н9Т, Св-Х18Н9Б, Св-1Х18Н11М. Основная трудность при сварке этих сталей состоит в том, что при нагревании до 400- 900°С происходит выпадение карбидов хрома, из-за чего сталь теряет устойчивость против коррозии. Сварку нержавеющих хромоникелевых сталей ведут с максимальной скоростью, конец присадочной проволоки все время должен находиться в сварочной ванне. Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. Сварку можно выполнять как левым, так и правым способами, а при наложении длинных швов - обратноступенчатым способом. Для удаления оксидов при сварке применяют флюс НЖ-8, который содержит 28% мрамора, 30 фарфора, 10 ферромарганца, 6 ферросилиция, 6 ферротитана и 20% двуоксида титана. Флюс применяют в виде пасты, которую наносят на свариваемые кромки за 15-20 мин до начала сварки. Остатки флюса после сварки удаляют тщательной промывкой швов горячей водой. Для улучшения механических свойств, устранения межкристаллитной коррозии и деформаций рекомендуется сваренные детали подвергать термообработке с нагревом до температуры 1050-1100°С с последующим охлаждением в воде.

Свариваемость стали при газовой сварке

Свариваемость способность металлов образовывать при установленной технологии сварки сварное соединение, металл шва которого имел бы механические свойства, близкие к основному металлу.

При определении понятия свариваемости различают металлургическую и технологическую свариваемость.

Металлургическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых деталей, в результате которых образуется неразъемное сварное соединение. На границе соприкосновения соединяемых деталей происходят физико-химические процессы, протекание которых определяется свойствами соединяемых металлов. Однородные металлы (одного химического состава) обладают одинаковой металлургической свариваемостью. Сварка разнородных металлов может не произойти, так как свойства таких металлов иногда не в состоянии обеспечить протекание необходимых физико-химических процессов в зоне сплавления, поэтому эти металлы не обладают металлургической свариваемостью.

Под технологической свариваемостью понимается возможность получения сварного соединения, определяемого видом сварки. При различных видах сварки происходит окисление компонентов сплавов. В стали, например, выгорает углерод, кремний, марганец, окисляется железо. В связи с этим в определение технологической свариваемости входит определение химического состава, структуры и свойств металла шва в зависимости от вида сварки, оценка структуры и механических свойств околошовной зоны, склонности стали к образованию трещин, оценка получаемого при сварке сварного соединения. Технологическая свариваемость устанавливает оптимальные режимы и способы сварки, технологическую последовательность выполнения сварочных работ, обеспечивающие получение требуемого сварного соединения.

На свариваемость оказывают влияние углерод и легирующие элементы, входящие в состав стали. О свариваемости стали известного химического состава судят по эквивалентному содержанию углерода.

По свариваемости стали подразделяют на четыре группы:

1-я - хорошо сваривающиеся;
2-я - удовлетворительно;
3-я-ограниченно;
4-я - плохо сваривающиеся.

К 1-й группе относятся стали, у которых Сэкв не более 0,25%. Эти стали при обычных видах сварки не дают трещин. Эти стали сваривают без подогрева и после сварки не требуется последующей термообработки, получаются сварные соединения высокого качества.

К 2-й группе относятся стали, у которых Сэкв находится в пределах 0,2-0,35%. Для получения сварных соединений с хорошим качеством требуется строгое соблюдение режимов сварки, применение специального присадочного металла, особо тщательной очистки свариваемых кромок и нормальные температурные условия, а в некоторых случаях предварительный подогрев до 100-150°С с последующей термообработкой.

К 3-й группе относятся стали, у которых Сэкв в пределах 0,35-0,45%. К этой группе относятся стали, которые в обычных условиях сварки склонны к образованию трещин. Эти стали сваривают с предварительным подогревом до 250- 400°С с последующим отпуском.

К 4-й группе сталей относятся стали, у которых Сэкв более 0,45%. Такие стали трудно поддаются сварке и склонны к образованию трещин.

Горячие трещины возникают в процессе кристаллизации металла шва, это микро- и макроскопические трещины, проходящие, как правило, по границам кристаллов, а потому вызывающие межкристаллическое разрушение. Причинами образования горячих трещин являются неправильное жесткое закрепление свариваемых деталей и повышенное содержание в металле шва S, С, Si и Ni. Для уменьшения опасности образования горячих трещин необходимо применять сварочные материалы с повышенным содержанием Mn и минимальным количеством S и С, вводить в металл шва модифицирующие элементы (Ti, Аl, Сu), сваривать с предварительным подогревом и последующей термообработкой.

Для определения стойкости металла шва против образования горячих трещин проводится технологическая проба на свариваемость. Образец для испытания представляет собой пластину размерами 200x400 мм, имеющую четыре отверстия диаметром d с треугольным надрезом глубиной 2,5 мм на всю толщину пластины. Пластину двумя поперечными швами приваривают к швеллеру № 20. На пластину наплавляют продольный валик. Готовый образец замораживают углекислотой, после чего подвергают удару пятикилограммовым копром.

Холодные трещины образуются при температурах ниже 300°С в результате возникновения в сварных соединениях значительных внутренних напряжений. Холодные трещины проявляются после окончания сварки.

В закаливающихся сталях образование холодных трещин вызывается влиянием водорода, поступающего из металла в околошовную зону. Для предупреждения образования холодных трещин рекомендуется применять сварочные материалы с минимальным содержанием фосфора, сваривать на оптимальных режимах, шов после сварки проковать.

Для определения стойкости металла против образования холодных трещин используется технологическая проба на свариваемость. Для этого в середине пластины из испытуемой стали делают выточки диаметром 80 мм так, чтобы металл в месте выточки имел толщину 2, 4 и 6 мм. На пластину в центре выточки наплавляют валик, в процессе наплавки нижнюю поверхность пластины охлаждают проточной водой или воздухом.

Высококвалифицированные сварщики применяют пламя большой мощности, наконечник выбирают из расчета расхода ацетилена 150-200 дм 3 /ч на 1 мм толщины свариваемого металла, используя при этом присадочную проволоку большего диаметра; пламя горелки должно быть нормальным. Производительность сварки при этом повышается. Для неответственных конструкций в качестве присадки применяют сварочную проволоку Св-08 и Св-08А. При сварке этими проволоками часть компонентов, таких, как С, Si и Мn, выгорают, а металл шва приобретает крупнозернистую структуру. Предел прочности такого соединения ниже предела прочности основного металла.

Для получения равнопрочного с основным металлом соединения при сварке ответственных конструкций необходимо применять кремнемарганцовистую сварочную проволоку Св-08Г, Св-08ГА, Св-ЮГА или Св-14ГС. Во время сварки необходимо следить за тем, чтобы кромки свариваемого металла и конец присадочной проволоки расплавлялись одновременно. Конец присадочной проволоки должен быть погружен в ванночку расплавленного металла. Нельзя допускать, чтобы капли расплавленного металла попадали на нерасплавленные кромки основного металла, так как это приводит к непровару, что снижает механические характеристики соединения.

Области применения и способы газовой сварки

Газовая сварка относится к группе сварки плавлением. Метод газовой сварки прост, не требует сложного оборудования и источника электрической энергии. К недостаткам газовой сварки относятся меньшая скорость и большая зона нагрева, чем при дуговой сварке.

Газовую сварку применяют при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали толщиной 1-3 мм, монтаже труб малого и среднего диаметров, сварке соединений и узлов, изготовляемых из тонкостенных труб, сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни и свинца, сварке чугуна с применением в качестве присадки чугунных, латунных и бронзовых прутков, наплавке твердых сплавов и латуни на стальные и чугунные детали.

Газовой сваркой могут соединяться почти все металлы и сплавы, применяемые в настоящее время в промышленности. Наиболее широкое применение газовая сварка получила при строительно-монтажных работах, в сельском хозяйстве и при ремонтных работах.

Для выполнения сварочных работ необходимо, чтобы сварочное пламя обладало достаточной тепловой мощностью. Мощность пламени горелки определяется количеством ацетилена, проходящего за один час через горелку, и регулируется наконечниками горелки. Мощность пламени выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла и его свойств. Количество ацетилена в час, необходимое на 1 мм толщины свариваемого металла, устанавливается практикой.

Пример. При сварке низкоуглеродистой стали на 1 мм толщины свариваемого металла требуется 100-130 дм 3 ацетилена в час.

Для сварки низкоуглеродистой стали толщиной 4 мм минимальная мощность сварочной горелки составит 100х4=400 дм 3 /ч, наибольшая - 130х4=520 дм 3 /ч.

Для газовой сварки различных металлов требуется определенный вид пламени - нормальное, окислительное, науглероживающее. Газосварщик регулирует и устанавливает вид сварочного пламени на глаз. При ручной сварке сварщик держит в правой руке сварочную горелку, а в левой - присадочную проволоку. Пламя горелки сварщик направляет на свариваемый металл так, чтобы свариваемые кромки находились в восстановительной зоне на расстоянии 2- 6 мм от конца ядра. Конец присадочной проволоки должен находиться в восстановительной зоне или в сварочной ванне.

Скорость нагрева регулируется изменением угла наклона а мундштука к поверхности свариваемого металла.

Рисунок 1 - Угол наклона (а) и способы перемещения мундштука горелки (б)

Величина угла выбирается в зависимости от толщины и рода свариваемого металла. Чем толще металл и больше его теплопроводность, тем больше угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла. В начале сварки для лучшего прогрева металла угол наклона устанавливают больше, затем по мере прогрева свариваемого металла его уменьшают до величины, соответствующей данной толщине металла, а в конце сварки постепенно уменьшают, чтобы лучше заполнить кратер и предупредить пережог металла.

Рукоятка горелки может быть расположена вдоль оси шва или перпендикулярно ей. То или иное положение выбирается в зависимости от условий (удобств) работы газосварщика, чтобы рука сварщика не нагревалась теплотой, излучаемой нагретым металлом.

В процессе газовой сварки газосварщик концом мундштука горелки совершает одновременно два движения: поперечное - перпендикулярно оси шва и продольное - вдоль оси шва. Основным является продольное движение, поперечное служит для равномерного прогрева кромок основного и присадочного металла и получения шва необходимой ширины.

Способ 1, при котором пламя периодически отводится в сторону, применять при газовой сварке не рекомендуется, так как при этом возможно окисление расплавленного металла кислородом воздуха. Способ 2 - по спирали и способ 3 - полумесяцем рекомендуются при сварке металла средней толщины, способ 4 - при сварке тонких листов (рисунок 1).

Присадочной проволокой можно совершать такие же колебательные движения, но в направлении, обратном движениям конца мундштука горелки.

Конец присадочной проволоки не рекомендуется извлекать из сварочной ванны и особенно из восстановительной зоны пламени. Движения, совершаемые концом мундштука горелки и концом присадочной проволоки в процессе сварки, зависят от положения шва в пространстве, толщины свариваемого металла, рода металла и требуемых размеров сварочного шва. Для сварки швов в нижнем положении наиболее распространено движение полумесяцем.

Плюсы и минусы газовой сварки

С развитием техники увеличилось и количество видов сварки, вплоть до лазерной. Однако для мелкого ремонта и в бытовых целях чаще всего по-прежнему используется газовая. В нашей статье рассмотрим плюсы и минусы газовой сварки.

Суть газовой сварки

Для достижения высокой температуры при газовой сварке используют кислород, аргон или ацетилен, а за счет горения получают температуру, способную расплавить металлы.

Существуют три зоны газового пламени:

ядро;
область (зона) восстановления;
факел (окислительная).

Непосредственно пламя делят также на три вида, такие как:

Нормальное – смесь для горения формируется равным соотношением его компонентов. Пламя синее с ярко выраженным центром.
Науглероживающее – в нем снижено содержание кислорода, при этом зона факела насыщенного желтого цвета.
Окислительное – в смеси сокращен объем ацетилена, цвет пламени не такой насыщенный, а языки его более короткие.

Подача топлива для горения регулируется в зависимости от цвета пламени, температура которого зависит от его вида, изменяясь при смене соотношения газов. Она часто превышает +3 000 °С – при таком нагреве плавится большинство металлов.

Наиболее востребованным видом пламени является нормальное – с равной пропорцией кислорода и ацетилена. При необходимости его замены, в аппарате следует перенастроить подачу.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Газовая сварка может проводиться как с прутком, так и без него, в обоих случаях есть свои плюсы и минусы. И если при использовании газа соединение происходит путем сплавления кромок деталей и расплавленного прутка, то без него скрепляются только края.

Следует отметить, что газовая сварка применяется только для металлов с мягким и плавным нагревом поверхностей, а именно при соединении цветных металлов, чугуна, стальных деталей толщиной до 5 мм, жести или инструментальных сталей.

При правильно выбранном типе пламени и верной подаче смеси будет происходить плавный нагрев поверхности металла, что не даст ему деформироваться. Это очень важно для тонкостенных деталей.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Розжиг происходит с помощью спичек или зажигалки при полной подаче горючей смеси. Затем посредством регулировки уровня ацетилена настраивается тип пламени.

Газовая сварка широко применима как в промышленности, так и в быту.

Методика и технология газового типа сварки

Перед тем как применять газовую сварку, необходимо подготовить технико-технологическую карту (ТТК). Это выполняют специалисты, которые должны тщательно изучить металлы и их свойства, а также плюсы и минусы применения определенного типа сварки. От правильности заполнения ТТК зависит конечный результат – получение надежного и ровного сварочного шва.

На подготовительном этапе сварки детали очищаются от грязи, налета и неровностей. Обычно это делают посредством шлифовальной машинки, наждачной бумаги, щетки по металлу или напильника.

Второй этап – проведение газовой сварки по определенной технологии одним из двух способов:

Левым – когда горелка двигается слева направо, воздействуя пламенем, после чего применяется соединение с прутком;
Правым – горелка перемещается справа, воздействуя прутком, затем подключается пламя, соединяющее края.

Каждый из методов имеет свои плюсы и минусы. Однако чаще применяется правый, при котором шов прогревается более качественно. Левый же более экономичный –расход рабочей смеси меньше, а полезный коэффициент выше на 20 %.

Подбор электрода происходит в зависимости от толщины соединяемых деталей. Его диаметр рассчитывается по формуле, которая различается для каждого метода газовой сварки.

Формула для правого способа: d=S/2.

Формула для левого способа: d=S/2+1,

где d – диаметр прутка, S – толщина свариваемого металла (мм).

На выбор техники влияют расположение и толщина деталей, а также то, какой именно шов требуется получить. Немаловажную роль играет тип рабочей смеси. Настройку оборудования опытный специалист проводит самостоятельно.

Особенности сварки разных металлов

В настоящее время применяется много разнообразного оборудования для проведения газовой сварки. Оно может использоваться для большинства существующих металлов, например, для:

Чугуна – газовой сваркой делают ремонт сколов, трещин или доработку дефектов отливок. Горелку настраивают на небольшое пламя, чтобы избежать образования зерен белого чугуна в сварочном шве.
Бронзы – при сварочных работах используют схожую по составу проволоку. Выбирают восстановительное (нормальное) пламя, поскольку необходимо избегать выгорания металлов из бронзы.
Меди – металл обладает повышенной текучестью, что делает сварочные работы более сложными. Присадкой является медный пруток, соединение происходит без зазора. Для раскисления меди и удаления шлаков применяют флюс.
Углеродистых сталей – самый удобный для газовой сварки металл. Для него применяют практически все способы газосварочных работ. Присадкой становится проволока из углеродистых сталей, при этом шов получается крупнозернистым.

Какие газы применяются при сварке

Одним из газов, применяемых для работ, является ацетилен, который получают при реакции воды и карбида кальция, его формула – С₂H₂. В чистом виде температура возгорания этого газа – +335 °С. При смешении с кислородом – +227 °С. Отличается резким запахом.

При газопрессовом методе используется равная смесь газов: ацетилена и кислорода – в пропорции 1:1. Баллоны, наполненные кислородом, маркируют синим цветом, подключают к аппарату при помощи шланга. Давление не должно превышать 4 атм.

Ацетилен содержится во втором баллоне, также снабженном шлангом. Смешение газов происходит в специальном механизме газовой горелки.

При необходимости замены ацетилена требуется подобрать газ с подходящими характеристиками. При выборе нужно обращать внимание на плюсы и минусы их использования. При этом заменять ацетилен в смеси на иной газ надо в следующих пропорциях:

ацетилен с пропаном – 1:0,6.
ацетилен с метаном – 1:1,6.
ацетилен с водородом – 1:5,2.
ацетилен с парами керосина – 1:1.

Нельзя забывать и о существенном условии применения газовой сварки с использованием пропана и метана – применении электродов с высоким уровнем кремния и марганца.

Для создания более качественного шва требуется повысить показатель расплавленности. Сделать это поможет температура плавления, которую следует сделать выше, но не более чем в 2 раза.

Оборудование для газовой сварки

Для проведения газовых работ потребуется следующее оборудование:

Кислород в баллонах – создает нужную для горения (окисления) газов среду. Для большей эффективности необходимо использовать чистый технический кислород с показателем не менее 98,5 %.
Горючий газ (чаще всего ацетилен) в баллонах – именно ацетилен в смеси с кислородом создает высокую (+3 150 °С…+3 300 °С) рабочую температуру, необходимую для плавления.
Редуктор (или адаптер) – устройство, обеспечивающее снижение давления газа в баллоне до рабочих показателей. Для дополнительной безопасности редукторы снабжают клапаном сброса, с помощью которого снижается излишнее давление.
Газовая горелка – для смешивания газов (ацетилена и кислорода) и создания оптимального давления выходящей струи. Горелки бывают трех типов мощности: большой – от 2,8 до 7 м³/ч, средней – от 0,4 до 2,8 м³/ч и малой 0,025–0,4 м³/ч. Выбирают ее в зависимости от объема сгораемого ацетилена, учитывая все плюсы и минусы.
Шланги – специальные технические рукава (шланги), предназначенные для передачи газов от баллонов к горелке, с многослойной структурой. Одним из основных материалов, из которых их изготавливают, является техническая резина, стойкая к агрессивным средам.
Защита от обратной тяги – огнепреградительный клапан, который защищает баллон с газом от распространения горящей смеси в обратную сторону, разрывая цепь «баллон-горелка».

При проведении сварочных работ самым главным является качество шва и затраты на его создание. Выбирая вид сварки (газовую, лазерную или электродуговую), необходимо учитывать все его достоинства и недостатки. Рассмотрим плюсы и минусы газовой сварки.

Преимущества:

Проводится без использования дорогостоящего оборудования и источника дополнительной энергии. Простота способа позволяет применять его в любом месте, вплоть до использования в полевых условиях. Кстати, так оно и было, ведь большая часть трубопроводов, проложенных в период с 1926 г. по 1935 г., строились с помощью газового метода. Такую сварку и сегодня используют в труднодоступных местах.
Большой диапазон изменения мощности пламени, что дает возможность работать с металлами, имеющими различные температуры плавления.
Газовую сварку лучше использовать при работе с чугуном, свинцом, медью, латунью.
Получение качественного шва при верном выборе марки присадочной проволоки, вида пламени и его мощности. Так, газоацетиленовой сварке отдают предпочтение при работе на самых ответственных участках.
Медленный и равномерный как нагрев, так и остывание металла.
Легкое изменение температуры пламени. При смене угла его наклона к поверхности металла меняется и температура. Максимальной она становится при расположении по нормали, а при отклонении в плюс или минус температура падает.
Шов может быть прочнее, чем при электродуговой с использованием электродов более низкого качества.
Посредством газовой сварки можно резать и закалять металлы.

Недостатки:

Происходит нагрев большой площади металла, что может повредить близлежащие термически неустойчивые элементы. Это нужно учитывать при оценке материалов сварки.
Производительность труда при работе с деталями, толще 5 мм, падает. В этом случае выгоднее электродуговая сварка.
Соединение внахлест деталей толщиной более 3 мм не применяется, поскольку возникает напряжение металла, что может послужить причиной разрушения или деформации места соединения.
Обязательное соблюдение мер безопасности из-за взрывоопасности газов (кислорода, водорода, ацетилена) и их смесей, применяемых в работе. Баллоны должны храниться вдали от органических веществ (масла, смазки, углеводородов).
Соединяемые поверхности чрезвычайно медленно нагреваются, а затем остывают.
Газовую сварку практически невозможно механизировать, в отличие от электродуговой.
Нет возможности легирования наплавляемых металлов. Однако при электродуговой сварке сильное влияние на качество шва оказывают специальная обмазка и электроды.
Не рекомендуется использовать газовую сварку для соединения высокоуглеродистых сталей.

Медленный нагрев и остывание металлов являет как плюсом, так и минусом. Некоторые материалы, например, инструментальные стали или цветные металлы, лучше соединять именно газом. Они требуют мягкой сварки с медленным нагревом поверхностей.

Техника безопасности при сварке газом

При подготовке и проведении газосварочных работ необходимо четко выполнять правила техники безопасности:

Работать в маске, перчатках, сварочном костюме.
Проверять отсутствие легковоспламеняющихся веществ поблизости от места работы.
Осматривать оборудование на наличие масел.
Проверять обязательное наличие емкости с холодной водой рядом с рабочим местом для охлаждения сопла.
Подготавливать рабочее место, убирая возможные помехи, которые могут привести к травмам или браку.
Проветривать помещение во время работы, делать перерывы для очистки воздуха. Желательно работать в респираторе.
Проверять надежность соединения шлангов, наличие утечки газа.

Газовая сварка – надежный и востребованный способ соединения металлических деталей. Перед началом работ необходимо составить или ознакомиться с ТТК и ее особенностями, подготовить оборудование и детали, неукоснительно соблюдать правила безопасности.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Читайте также: