Газовая сварка металлов: преимущества и недостатки

Что это такое? Газовая сварка металлов, впрочем, как и другие технологии плавления, позволяют производить соединение различных конструкций. В зависимости от обрабатываемого материала следует выбирать наиболее подходящий способ работы с ним.

В чем особенности? Во время сварки используются высокие температуры, под действием которых изделие нагревается и расплавляется до мягкого состояния. Данная технология часто используется для сваривания изделий из чугуна, черных металлов, углеродистой стали.

Что такое газовая сварка металлов

Газовая сварка отличается тем, что нагрев и расплавление металла осуществляются не электрической дугой, а пламенем горелки, топливом для которой является газ. Хотя по распространенности такой вид сварки уступает электродуговому, он также имеет широкое применение. Пламя вызывает переход сплава в жидкое состояние и образование сварочной ванны – после же остывания и затвердевания металла формируется сварной шов. Дополнительным преимуществом является то, что газовая среда вытесняет воздух, что способствует качеству соединения.

При такой сварке используются разные газы, смешиваемые с чистым кислородом, который выполняет роль окислителя. Наиболее популярным вариантом является смесь кислорода с ацетиленом – при ее сгорании температура достигает значений 3 200–3 400 градусов. Ацетилен, чья химическая формула выглядит как С2Н2, обычно получают в результате вступления карбида кальция в реакцию с водой. Кроме того, может применяться пропан, в сочетании с кислородом дающий температуру горения до 2 800 градусов.

Из других газов, которые иногда используются в газовой сварке, следует назвать:

• метан;
• водород;
• пары керосина или бензина;
• блаугаз.

Читайте также: «Термическая сварка»

Впрочем, чаще все же берется ацетилен, который опережает другие горючие газы по температурным показателям пламени. Заменители ацетилена имеет смысл употреблять при работе с металлами, обладающими сравнительно низкой температурой плавления – около 1 000 градусов (латунь, медь, бронза и др.).

Нормативы газовой сварки металлов

Действующие государственные стандарты определяют самые разнообразные нормы и требования, касающиеся газовой сварки. Так, ГОСТ 1460-2013 предъявляет технические требования к карбиду кальция, из которого получают ацетилен.

На газовую сварку металлов распространяются ГОСТы по типам присадочной проволоки, значениям давления в редукторе и баллоне. Наконец, существуют требования, связанные с обеспечением безопасности при выполнении работ, – технические характеристики генератора ацетилена, шлангов, горелок и т. п.

Преимущества и недостатки газовой сварки металлов

По сравнению с более традиционной электродуговой сваркой газовая обладает рядом достоинств:

1. Применение менее сложного и дорогостоящего оборудования, чем, скажем, инвертор, а тем более полуавтоматический сварочный аппарат.
2. То же самое можно сказать и о расходных материалах – они существенно дешевле, и газовую смесь несложно купить в специализированном магазине.
3. Отсутствие необходимости в мощном источнике энергии и устройствах для создания защитной газовой среды.
4. Технологически газовая сварка проще, так что ее быстро осваивают и начинающие сварщики.
5. Достаточно легкая возможность контролирования сварочных режимов путем регулирования пламени.
6. Меньше требования по средствам индивидуальной защиты.
7. Если применена качественная проволока и правильно подобрано пламя, то получаются прочные сварные швы.
8. Возможность работать в полевых условиях, так как не требуется источник электроэнергии.
9. Медленный прогрев заготовки позволяет не допустить деформаций и трещин в металле.
10. Широкий выбор сплавов, поддающихся соединению таким способом.

Впрочем, технология газовой сварки металлов не лишена заметных недостатков, и это ограничивает сферу ее применения:

1. Более медленный процесс нагревания заготовки, что негативно сказывается на производительности работ.
2. Значительные энергопотери, так как часть тепла уходит за пределы рабочей области.
3. Трудности с удерживанием создаваемого горелкой тепла – оно имеет свойство рассеиваться по поверхности заготовки.
4. Повышенная пожаро- и взрывоопасность газовой сварки.
5. Высокая себестоимости работ из-за сильного расхода топлива – так что газовая сварка считается дорогим способом соединения металлов.
6. Малая эффективность при работе с толстыми заготовками, более 5 мм. Их сложно прогреть до нужного состояния из-за низкой концентрации тепла.
7. Эта технология не подходит для соединения внахлест, поскольку при этом возрастает риск деформации деталей.
8. Невозможность полной автоматизации процесса сваривания. Механизация работ применима лишь при соединении тонкостенных труб и резервуаров – в этом случае задействуется многопламенная горелка.

Оборудование для газовой сварки

Любой сварщик должен знать основы газовой сварки – для каких металлов она пригодна, характеристики применяемого оборудования, нормы и стандарты, касающиеся технологии рабочих процессов, а также практические приемы соединения изделий таким способом.

Сварка горючими газами требует приобретения специализированного оборудования. Для этого понадобятся:

• Водяной затвор, который выполняет защитную функцию. Он устанавливается между генератором ацетилена и горелкой. Гидрозатвор заполняется водой, и ее доливают по мере испарения.
• Газовый баллон, в котором содержится топливо для горелки. На конце баллона находится закрывающий вентиль, причем для ацетилена не допускается использование медных изделий, так как газ, вступая в соединение с медью, образует взрывоопасную смесь. Цвет емкости указывает на ее содержимое: баллоны с кислородом – голубые, с пропаном – красные, с ацетиленом – белые.
• Редуктор ставится поверх вентиля, и он представляет собой устройство для снижения давления газа на выходе. Редукторы могут быть разной конструкции: одно- или двухкамерные, а также прямого и обратного действия.
• Шланги нужны для соединения газовых баллонов с горелкой. Эти рукава тоже имеют цветовую маркировку, обозначающую их класс и предназначение. Шланги первого и второго класса выдерживают давление до 6 атмосфер, и они используются для горючих газов и жидкостей: с красной полосой – для ацетилена и пропана, с желтой – для бензина. Кислородные рукава рассчитаны на нагрузку до 20 атмосфер и помечены линией синего цвета.
• Горелка – рабочий инструмент в ходе сварки. В горелке происходит смешивание газов, и полученная смесь на выходе из мундштука зажигается, вызывая плавление заготовки. Конструкция включает в себя ниппель, мундштук, наконечник, камеру-смеситель, гайки, инжектор и корпус с рукоятью. Горелки бывают инжекторные и безинжекторные, различающиеся принципом смешивания кислорода с другим газом.
• Сварочный стол, на котором производится сварка. Обычно он армируется шамотным кирпичом и может быть поворотным.

Читайте также: «Длина сварного шва»

Вся эта совокупность оборудования обозначается понятием «газосварочный пост». Посты бывают стационарные и более легкие мобильные.

Поскольку газовая сварка связана с высокими температурами, то сварщику понадобится защитное снаряжение. Оно состоит из маски, краг и специальной одежды. Маска предохраняет органы зрения и дыхания рабочего. Краги представляют собой термостойкие удлиненные перчатки. Что касается одежды, то она шьется из огнестойкой ткани, но при этом должна обеспечивать комфорт.

Виды пламени в процессе газовой сварки металлов

Пламя газовой горелки может регулироваться по подаче газов, и путем изменения соотношения между ними добиваются разных химических свойств огня. Выделяются три вида пламени горелки: нормальное (восстановительное), окислительное и с повышенным содержанием ацетилена, называемое также науглероживающим. Нормальное пламя получается соединением кислорода с горючим газом в одинаковых пропорциях. Оно считается универсальным и применяется в большинстве случаев, а соединение деталей из сплавов с содержанием олова, прежде всего бронзы, производится только таким образом.

Окислительное пламя характеризуется повышенным содержанием кислорода: его доля в смеси доходит до 60 %. Оно подходит для сварки латуни, но для большинства металлов нежелательно, поскольку из-за окисления металла в нем образуются поры и каверны, а сам шов получается хрупким. Такое пламя по внешнему виду отличается более резким контуром и меньшей яркостью ядра. Его преимуществом является возможность получить более высокую температуру: чтобы нивелировать негативные последствия окислительного пламени, применяются присадки с раскислителями — марганцем и кремнием.

Если же в смеси для газовой сварки металлов больше доля ацетилена, то его излишки распадаются на водород и углерод, и последний насыщает обрабатываемый сплав. Отличительной чертой такого пламени является наличие зеленого цвета. Науглероживающее пламя используется при сварке чугунных и алюминиевых заготовок.

Технология и способы газовой сварки металлов

Газовая сварка предназначена для соединения чугуна и стали, но главным образом цветных металлов. Стальные заготовки можно сваривать с помощью газа, но только тонкие детали, и производительность работ в любом случае будет ниже, чем при электродуговой сварке. Также газовая сварка применяется для пайки, наплавки, ремонта металлических изделий. Выделяются две основные методики газовой сварки – «правая» и «левая». Также существуют технологии сварки валиком, ванночками и многослойное соединение.

При «правом» способе сопло горелки движется слева направо, а придаточный материал ведется следом. Здесь пламя нацелено на конец проволоки, которая, плавясь, ложится ровно в шов. Качество соединения при этом получается высокое, и для сварки заготовок толщиной более 3 мм рекомендован такой способ. «Левый» способ газосварки более прост и в силу этого популярнее. В этом случае пламя и присадка подаются навстречу друг другу. К минусам данного способа относится повышенный расход материалов, а также меньшая надежность шва, поэтому массивные детали так не соединяются.

Сквозным валиком сваривается только листовой металл, причем заготовки ставятся в вертикальное положение с небольшим зазором между ними. Качество подобного шва высокое, но способ весьма трудоемок и потому применяется нечасто. Специфична технология сварки ванночками, когда присадочная проволока укладывается в шов спиралями, частично перекрывающими друг друга. Так можно соединять низколегированные и малоуглеродистые стали.

Читайте также: «Электродуговая сварка»

Самый же сложный способ – многослойная сварка с наплавкой нескольких слоев один поверх другого, но так, чтобы стыки не совпадали. Шов получается практически идеальный, но это сопровождается большим расходом материалов. От того, какие металлы нужно соединить, зависит диаметр присадочной проволоки. Также к расходным материалам при газовой сварке металлов относятся вещества, называемые флюсами: это сварочные порошки или пасты, защищающие поверхность шва от образования окислов.

В целом газовая сварка обладает особенностями, и одна из основных – медленное нагревание металла, что может оказаться как плюсом, так и минусом при производстве работ. При соблюдении технологических норм газосварка обеспечивает надежное соединение деталей.