Назначение и применение газа для сварки

Сегодня трудно представить монтажные работы без сварочных операций, использующих специальный газ для сварки в смеси с кислородом.

Схема аргонной сварки.

Благодаря этому получается пламя очень высокой температуры горения, достаточной для надежного скрепления различных деталей и конструкций. Каждый из газов, которые используют в сварочных операциях, обладает своими свойствами и назначением, о которых пойдет речь ниже.

Газовая смесь как источник тепла для сварки

Газовой сваркой называют такой вид сварочных операций, при котором в зоне соединения металлических заготовок расплавление производится за счет воздействия на сварочную ванну пламени, возникающего при окислении тех или иных газов.

Таблица физических свойств газов для сварки.

Таким образом, источником горения является соответствующий газ. В частности, горючими газами может выступать ацетилен, природный и нефтяной газы, водород, бензиновые и керосиновые пары, некоторые другие газы. Как правило, для максимальной эффективности работ формируются газовые смеси для сварки.

В практике газосварочных работ наибольшее распространение получила ацетилено-кислородная смесь, которая обеспечивает самую высокую температуру сварочного пламени.

В сравнении с электродуговой сваркой, газосварка имеет свои преимущества. Она более проста, не требует сложного оборудования и источников электроэнергии. В то же время газосварка менее производительна, чем электродуговая технология, газ нагревает зону больше, чем нужно, для качественного сваривания и не обеспечивает такой прочности свариваемой конструкции, как электросварка. Чаще всего газом пользуются для обработки тонколистовых металлических изделий, чугунных деталей, изделий из меди, алюминия, латуни и ряда других металлов.

Сварка в газовой среде: какой должна быть смесь?

На эффективность сварочного процесса влияет состояние катализатора смеси, в роли которого выступает кислород. От степени его чистоты зависит скорость выполнения работ и качество соединительного шва.

Чтобы получить интенсивное и максимально жаркое пламя горелки, необходимо применение технически чистого кислорода.

Влияние компонентов газа на характеристики сварочного процесса.

Приток именно такого кислорода в пламя придает последнему отличные окислительные и восстановительные характеристики.

Между тем, использование чистого кислорода некоторым образом усложняет процесс. В частности, смешение чистого кислорода с некоторыми горючими газами делает их особенно взрывоопасными, так как они сгорают слишком быстро. Кроме того, работа с чистым кислородом требует, чтобы он хранился в специальных баллонах, что создает дополнительные неудобства.

Альтернативой такому способу является способ использования неочищенного (атмосферного) кислорода. Он более взрыво- и пожаробезопасен, но сварочные операции с его применением менее эффективны. Так как в окружающем воздухе кислород занимает не более 20% объема, смесь атмосферных газов не может обеспечить очень высокую температуру горения. По этой причине процедура сварки значительно замедляется.

Кислород – обязательный компонент газовой сварки

Для газосварочных работ кислород выделяют из окружающего воздуха, сильно охлаждая газовую смесь. Иногда чистый катализатор получают методом электролиза из обыкновенной воды.

Технический кислород, предназначенный для газовой сварки, в соответствии с государственным стандартом делится на 3 сорта:

• I сорт – содержание чистого кислорода не менее 99,7%;
• II сорт – не менее 99,5%;
• III сорт – не менее 99,2%.

Классификация основных видов сварки.

Остальную очень незначительную часть объема технического кислорода составляет аргон, азот, водяные пары.

При работе с техническим кислородом необходимо всегда помнить о его основных свойствах, располагающих к активному горению.

В частности, сжатый кислород следует ограждать от соприкосновения с различными жирами и маслами, которые в этом случае способны самовозгораться или вызвать взрыв. Особую пожарную опасность представляют собой горючие пористые материалы вроде угля, сажи, ваты, войлока и некоторых других.

Будучи по какой-то причине пропитанными жидким кислородом, они становятся настоящей опасной взрывчаткой.

Горючие газы и их использование в сварочных работах

В перечень горючих газов, применяемых в промышленной газосварке, входит несколько наименований. Газосварщики могут работать с ацетиленом, пропаном, бутаном, водородом, керосином, бензолом, бензином, а также с их смесями.

Но самым распространенным и практичным в этой роли признан ацетилен – газообразное соединение углерода и водорода (С₂Н₂). Соединяясь с кислородом, он дает оптимально высокую для сварочного процесса температуру горения – 3100-3200°С.

Температура горения горючих газов.

Указанный горючий газ для сварки бесцветен, однако отличается очень резким, хорошо узнаваемым запахом. Каждому работнику, имеющему дело с ацетиленом, необходимо помнить, что технический ацетилен при продолжительном вдыхании может вызвать головокружения и даже опасные отравления.

Следует также иметь в виду, что ацетилен сам по себе взрывоопасен при ускоренном нагревании до 450°С и при атмосферном давлении, превышающем показатель в 1,5 кгс/см², если его концентрация в воздушной смеси составляет от 2,2% до 93%.

Наряду с ацетиленом, в сварочном деле применяются и его заменители. Такими веществами могут быть как некоторые другие газы, так и ряд жидкостей. В частности, природный газ или пропан-бутан могут применяться при сварочной обработке тонких стальных листов.

Использование защитных газов для большего эффекта сварки

При выполнении работ на электродуговой сварке нередко в качестве дополнительного подспорья применяются так называемые защитные газы. В их число входят как активные газы (например, углекислый газ, азот, водород), так и инертные газы (аргон, гелий).

Расчет расхода защитного газа при сварке.

Назначение защитных газообразных веществ – создавать оптимальную физическую среду в сварочной ванне. Благодаря этим газам расплав получается качественным, равномерным. При этом сам сварочный процесс существенно ускоряется, а соединительный шов выходит прочным и с необходимыми технологическими параметрами.

Процесс сварки в газовой защитной среде выглядит довольно просто. С помощью специального сопла газовой горелки под заданным давлением к месту действия сварочной дуги направляется смесь газов, из которой образуется защитная среда. Как правило, для создания данной газовой среды (при выборе сварки полуавтоматом) смешивают какой-либо инертный газ и углекислый газ.

Метод сварочных работ, при котором используется защитный газ для сварки, в настоящее время широко применяется как в промышленности, так и в домашних условиях. Для качественной и безопасной работы следует особое внимание обратить на выбор соответствующего надежного оборудования. Отметим, что, видя спрос на такие устройства, многие ведущие фирмы освоили производство высококачественных полуавтоматов (можно, например, вспомнить в связи с этим популярную марку электро- и газосварочного оборудования МПТК).

Некоторые особенности использования газовых смесей для сварки

Для того чтобы добиться заданных характеристик сварочного шва и соединения разных заготовок, уменьшить разбрызгиваемость расплавленного металла, сварщики активно применяют различные сочетания нескольких газов в одной смеси. Свойства смеси всегда зависят от процентного соотношения составляющих ее веществ.

Главным требованием к газовым смесям является ограниченное содержание в них вредных компонентов и примесей. К таковым относится водород, азот и некоторые другие вещества. Их избыток ведет к ухудшению качества шва.

В частности, при перенасыщенности смеси водородом во время сварки формируется пористая структура свариваемого металла. Происходит это в момент остывания (ниже 200°С) и кристаллизации металлического расплава. К пористости и уменьшению пластичности материала приводит и применение смеси с избытком азота в ней.

Отрицательно воздействуют на свариваемый металл и водяные пары, содержащиеся в газовой смеси. Дело в том, что из-за высокой температуры вода разделяется на водород и кислород. Водород, как уже было отмечено, сразу же вступает в реакцию с металлом и делает его пористым.

Как можно заметить, от газов и их смесей, от правильности их составления во многом зависит качественный результат всей сварочной операции.