Сварка трубы газом – материалы и технология сварки

Сварка трубы газом – материалы и технология сварки

При монтаже трубопроводов различного назначения применяются различные способы соединения труб. Но наиболее распространенным способом объединения нескольких труб в единое целое является, несомненно, сварка. При этом применяются самые разные способы сварки, которые делятся на две большие группы:

• сварка с использованием давления;
• сварка с термическим воздействием.

Чаще всего для монтажа трубопроводов в строительстве используется второй вид сварки, который, в свою очередь, подразделяется на следующие типы:

• электродуговая сварка;
• газовая сварка.

В основе газовой сварки лежит разогрев кромок труб с помощью газокислородного пламени и последующее заполнение получаемого зазора расплавленным металлом присадочного материала. Сторонники применения для сварки труб электродугового способа сварки отмечают, что сварка трубы газом дает сварное соединение с более низкими механическими характеристиками, чем электродуговая сварка. Но при этом стоит отметить, что существуют ситуации, в которых газовая сварка – единственный доступный способ соединения труб, например, сварка труб небольшого диаметра или тонкостенных труб (со стенками до 3,5 мм).

Основными инструментами сварщика при выполнении газовой сварки являются газовая горелка и резак (для газовой резки).

Материалы, необходимые для газовой сварки.

Сварка трубы газом производится при применении кислорода и ацетилена. Рассмотрим, какие именно функции выполняет каждый из этих газов.

• Кислород.

Сам кислород во время сварочных работ не горит, но он необходим для того, чтобы поддержать горение ацетилена. Поступает кислород на рабочую площадку в специальных баллонах, где он находится под высоким давлением. В процессе сварки труб высокое давление кислорода не требуется, поэтому его снижают с помощью редуктора, который присоединяется к газовому баллону.

• Ацетилен.

Ацетилен как раз и является тем газом, который горит во время сварки – температура его горения может достигать 3000 градусов.

Иногда ацетилен во время сварки заменяют на другой горючий газ. Это может быть метан, пропан или пары керосина. Главное при выборе газа – соблюдать определенное условие: температура пламени при горении газа должна быть в два раза выше, чем температура плавления подвергаемого сварке металла.

Кроме газов, для газовой сварки труб требуются и другие материалы:

• Сварочная проволока. Сварочная проволока выполняет роль присадочного материала, заполняющего сварной шов. При выборе состава сварочной проволоки учитывается состав металла, из которого изготовлена свариваемая деталь – химические и физические свойства этих материалов должны быть идентичными.
• Флюсы. Флюсы выполняют защитную функцию, предотвращая окисление металла под воздействием воздуха. Это могут быть порошки или пасты, которые при нагревании металла образуют на его поверхности пленку. Выбор флюсов зависит от того, какие именно металлы подвергаются сварке. Обязательно флюсы используются при сварке чугуна, меди и легированной стали, а вот для сварки труб из углеродистой стали флюсы не применяют.

Технология газовой сварки труб.

Прежде чем приступать непосредственно к сварке, кромки свариваемых труб необходимо специальным образом подготовить. Такая подготовка включает в себя:

• Очистку поверхности труб от возможных загрязнений, удаление технологических масел (то есть, обезжиривание), удаление ржавчины и оксидного налета.
• Механическую обработку кромок. Этот этап подготовительных работ заключается в выполнении скоса кромок труб для более качественного их соединения. При этом следует учитывать, что скосы на кромках выполняются только на трубах, толщина стенок которых превышает 3,5 мм (4 мм — это максимальная глубина, на которую можно хорошо прогреть металл при сварке). Если же толщина стенок меньше 3,5 мм, то выполнять скосы не требуется.

Что касается самой технологии газовой сварки, то специалисты выделяют два основных способа ведения работ:

• Выполнение шва в направлении слева направо (правый способ).

При использовании этого способа пламя горелки направляется на уже пройденный участок сварного шва, а сварочная проволока перемещается за горелкой. Преимуществами этого способа сварки являются:

• увеличение производительности труда приблизительно на 25%;

• низкий расход газов.

Применяется такой вид сварки, когда работа идет с трубами, толщина стенок которых превышает 5 мм.

• Выполнение шва в направлении справа налево (левый способ).

При использовании этого способа пламя горелки направляется на еще не подвергавшийся сварке участок соединения кромок труб, а сварочная проволока перемещается перед горелкой. Этот вид сварки чаще всего используется при работе с тонкостенными трубами, позволяя получить аккуратный и красивый сварной шов.

Чаще всего при сварке труб применяется поворотный метод сварки, но при этом необходимо обращать внимание на то, что шов должен находиться в нижнем положении.

Если же это невозможно, то выполняются вертикальные или потолочные швы.

Газовая сварка труб позволяет получить достаточно прочное сварное соединение кромок отдельных труб и при этом очень бережно относится к металлу, не прожигая его насквозь, что существенно повышает качество работ и внешний вид сварного шва, особенно, в том случае если речь идет о сварке тонкостенных труб.

Металлургические процессы при газовой сварке

Металлургические процессы при газовой сварке характеризуются следующими особенностями: малым объемом ванны расплавленного металла; высокой температурой и концентрацией тепла в месте сварки; Большой скоростью расплавления и остывания метла; интенсивным перемешиванием металла гладкой ванны газовым потоком пламени и присадочной проволокой; химическим взаимодействием расплавленного металла с газами пламени.

Основными в сварочной ванне являются реакции окисления и восстановления. Наиболее легко окисляются магний, алюминий, обладающие большим сродством к кислороду.

Кислы этих металлов не восстанавливаются водородом и окисью углерода, поэтому при сварке металлов необходимы специальные флюсы. Окислы железа и никеля, наоборот хорошо восстанавливаются окисью углерода и водородом пламени, поэтому при газовой сварке этих металлов флюсы не нужны.

Водород способен хорошо растворятся в жидком железе. При быстром остывании сварочной ванны он может остаться в шве в виде мелких газовых пузырей. Однако газовая сварка обеспечивает более медленное охлаждение металла по сравнению, например с дуговой. Поэтому при газовой сварке углеродистой стали, весь водород успевает уйти из металла шва и последний получится плотным.

Структурные изменения в металле при газовой сварке

В следствии более медленного нагрева зона влияния при газовой сварке больше чем при дуговой.

Слои основного металла, непосредственно примыкающие к сварочной ванне непрерывны и приобретают крупнозернистую структуру. В непосредственной близости к границе шва находится зона неполного расплавления. Основного металла с крупной структурой, характерной для ненагретого металла. В этой зоне прочность металла ниже, чем прочность металла шва, поэтому здесь обычно и происходит разрушение сварного соедениения.

Далее расположен участок, нерекристализации характеризуемы так же крупнозернистой структурой, для которого t o плавления металла, не выше 1100-1200С. Последующие участки нагреваются до более низких температур и имеют мелкозернистую структуру, нормализованной стали.

Для улучшения структуры и свойств металла шва и околошовной зоны иногда применяют горячую проковку шва и местную термообработку нагревом сварочным пламенем или общую термообработку с нагревом в печи.

Особенности и режимы сварки различных металлов

Сварка углеродистых сталей

Низкоуглеродистые стали можно сварить любым способом газовой сварки. Пламя горелки должно быть нормальным, мощностью 100-130дм 3/ч при правой сварке.

При сварке углеродистых сталей применяют проволоку из малоуглеродистой стали св-8 св-10га. При сварке этой проволокой часть углерода, марганца и кремния выгорает, а металл шва получает крупнозернистую структуру и его предел прочности такового для основного металла. Для получения наплавленного металла равнопрочного основному, применяют проволоку св-12гс, содержащую до 0.17% углерода; 0.8-1.1 марганца и 0.6-0.9% кремния.

Сварка легированных сталей

Легированные стали хуже проводят тепло чем низкоуглеродистая сталь, и поэтому больше коробятся при сварке.

Низколегированные стали (например XCHД) хорошо свариваются газовой сваркой. При сварке применяют нормальное пламя и проволоку СВ-0.8, СВ-08А или СВ-10Г2

Хромоникелевые нержавеющие стали сваривают нормальным пламенем мощностью 75дм 3 ацетилена на 1мм толщины металла. Применяют проволоку СВ-02Х10Н9, СВ-06-Х19Н9Т. При сварке жаропрочной нержавеющей стали, применяют проволоку содержащую 21% никеля 25% хрома.

Сварка чугуна

Чугун сваривают при исправлении дефектов отливок, а так же восстановлении и ремонте деталей: заварке трещин, раковин, при варке отколовшихся частей и пр.

Сварочное пламя должно быть нормальным или науглероживающим, так как окислительное вызывает местное выгорание кремния, и в металле шва образуются зерна белого чугуна.

Сварка меди

Медь обладает высокой теплопроводностью, поэтому при ее сварке к месту расплавления металла приходится проводить большое количество тепла, чем при сварке стали.

Одним из свойств меди затрудняющим сварку, является ее повышенная текучесть в расплавленном состоянии. Поэтому при сварке меди не оставляют зазора между кромками. В качестве присадочного металла используют проволоку из чистой меди. Для раскисления меди и удаления шлака применяют флюсы.

Сварка латуни и бронзы

Сварка латуни. Газовую сварку широко используют для сварки латуни, которая труднее поддается сварке электрической дугой. Основное затруднение при сварке состоит в значительном испарении из латуни цинка, которое начинается при 900С. Если латунь перегреть, то вследствие испарения цинка, шов получится пористым. При газовой сварке может испаряется до 25% содержащегося в латуни цинка.

Для уменьшения испарения цинка сварку латуни ведут пламени с избытком кислорода до 30-40%. В качестве присадочного металла используют латунную проволоку. В качестве флюсов применяют прокаленную буру или газообразный флюс БМ-1

Сварка бронзы

Газовую сварку бронзы применяют при ремонте литых изделий из бронзы, наплавке работающих на трение поверхностей деталей слоем антифрикционных бронзовых сплавов и пр.

Сварочное пламя должно иметь восстановительный характер, так как при окислительном пламени увеличиваются выгорание из бронзы олова, кремния, алюминия. В качестве присадочного материала используют прутки или проволоку, близкие по составу к свариваемому металлу. Для раскисления в присадочную проволоку вводят до 0.4% кремния.

Для защиты металла от окисления и удаления окислов в шлаки применяют флюсы тех же составов, что и при сварке меди и латуни.

Список литературы

Глизманенко Д.А. Газовая сварка и резка металлов.-М.: Высш. школа, 1969.-304с.

Технология газовой сварки стали

Вы здесь: Главная Газовая сварка

Main Menu

Газовая сварка — Технология газовой сварки

Сущность газовой сварки

Газовая сварка — это сварка плавлением, при которой металл в зоне соединения нагревают до расплавления газовым пламенем (рис. 33). При нагреве газовым пламенем 4 кромки свариваемых заготовок 1 расплавляются вместе с присадочным металлом 2, который может дополнительно вводиться в пламя горелки 3. После затвердевания жидкого металла образуется сварной шов. К преимуществам газовой сварки относятся: простота способа, несложность оборудования, отсутствие источника электрической энергии . Оборудование поста для газовой сварки показано на рис. 34. К недостаткам газовой сварки относятся: меньшая производительность, сложность механизации, большая зона нагрева и более низкие механические свойства сварных соединений, чем при дуговой сварке. Газовую сварку используют при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали толщиной 1—3 мм, сварке чугуна, алюминия, меди, латуни, наплавке твердых сплавов, исправлении дефектов литья и др. Параметры режима. В зависимости от свариваемого материала, его толщины и типа изделия выбирают следующие основные параметры режима сварки: мощность сварочного пламени, вид пламени, марку и диаметр присадочной проволоки, флюс, способ и технику сварки. Тепловую мощность сварочного пламени определяют расходом ацетилена, проходящего за один час через горелку. Она регулируется сменными наконечниками горелки (номером наконечника). Мощность определяют по эмпирической формуле Qa=AS, где Qa — расход ацетилена, дм8; S — толщина металла, мм; А — коэффициент, определяемый опытным путем, дм3/(ч -мм); для углеродистых сталей Л = 100—130, для меди — 150, для алюминия — 75. Для сварки различных металлов требуется определенный вид пламени — нормальное ($==V0JVc2н2=1—1,3), окислительное (Р>1,3) или науглероживающее (Р<С1). Газосварщик устанавливает и регулирует вид сварочного пламени на глаз. Нормальным пламенем сваривают большинство сталей. Окислительным пламенем, которое имеет голубоватый оттенок и заостренную форму ядра, используют при сварке латуни. Науглероживающее пламя, которое становится коптящим, удлиняется и имеет красноватый оттенок, используют в основном для сварки чугуна для компенсации выгорающего при сварке углерода. Перед сваркой кромки соединяемых элементов и примыкающие к ним поверхности на участке 20—40 мм (с каждой стороны) должны быть зачищены до металлического блеска от ржавчины, масла и других загрязнений металлическими или круглыми приводными щетками, иногда напильниками или наждачной бумагой. При сварке ответственных деталей применяют пескоструйную или дробеструйную обработку, механический режущий инструмент, реже — химическую очистку специальными пастами на кислотной основе. Присадочный материал для газовой сварки применяют в виде проволоки, литых прутков и гранулированного порошкообразного металла (при наплавке твердыми сплавами). Сварочная проволока для газовой сварки и наплавки поставляется по тем же техническим условиям, что и для дуговой сварки: стальная сварочная проволока из низкоуглеродистых, легированных и высоколегированных сталей — по ГОСТ 2246—70; сварочная проволока из алюминия и алюминиевых сплавов — по ГОСТ 7871—75, сварочная проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе — по ГОСТ 16130—72. Прутки чугунные для сварки и наплавки выпускаются по ГОСТ 2671—70 и в зависимости от назначения изготовляются следующих марок: А — для горячей газовой сварки (с общим подогревом изделия); Б — для газовой сварки с местным подогревом и для электродных стержней; НЧ-1 и НЧ-2 для низкотемпературной газовой сварки толстостенных отливок; БЧ и ХЧ — для износостойкой наплавки. Для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образующихся окислов при газовой сварке применяют легкоплавкие сварочные флюсы. Флюсы можно вводить в сварочную ванну различными способами: подсыпать в зону сварки рукой, ложечкой; составлять пасты и наносить их на кромки свариваемых деталей и присадочный материал; вводить в порошкообразном и газообразном виде непосредственно в сварочное пламя через горелку. В качестве флюсов используют буру, борную кислоту, , окислы и соли бария, калия, лития, натрия, фтора и др. Например, при сварке чугуна чаще всего в качестве флюса используют порошкообразную прокаленную буру (Na2B407) или смесь ее с другими легкоплавкими солями щелочных металлов. Бура при разложении в зоне сварки выделяет Na20 и В203, которые активно взаимодействуют с окислами, переводя их в шлак. При сварке алюминия и его сплавов применяют флюс марки АФ-4а, содержащий 50% хлористого калия, 14% хлористого лития, 8% фтористого натрия и 28% хлористого натрия. Флюс разводят дистиллированной водой и наносят на свариваемые кромки и присадочный пруток в виде пасты. При сварке меди и ее сплавов наряду с порошкообразными флюсами на основе буры хорошее качество достигается применением флюса БМ-1, состоящего из 25% метилового спирта и 75% метилбората, или флюса БМ-2, состоящего из одного метилбората В(СН30)

Эти флюсы вводятся в сварочную ванну в виде паров вместе с ацетиленом с помощью специального флюсопитателя, через который пропускается ацетилен перед поступлением в горелку. В пламени флюс сгорает по реакции 2В(СН30)3+202=В203+2С02+ЗН20. Борный ангидрид В203 является флюсующим веществом. Ориентировочные расходы газов при сварке газовыми горелками различной мощности приведены в табл. 4. Техника сварки. В практике применяют два способа сварки — правый и левый (см. рис. 33). При правом способе сварку ведут слева направо, сварочное пламя направляют на сваренный участок шва, а присадочную проволоку перемещают вслед за горелкой. Так как при правом способе пламя направлено на сваренный шов, то обеспечиваются лучшая защита сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, большая глубина проплавления, замедленное охлаждение металла шва в процессе кристаллизации. Теплота пламени рассеивается меньше, чем при левом способе, поэтому угол разделки кромок делается не 90 а 60—70°, что уменьшает количество наплавленного металла и коробление. При правом способе производительность на 20—25% выше, а расход газов на 15—20% меньше, чем при левом. Правый способ целесообразно применять при сварке металла толщиной более 5 мм и металлов с большой теплопроводностью. При левом способе сварку ведут справа налево, сварочное пламя направляют на еще не сваренные кромки металла, а присадочную проволоку перемещают впереди пламени. При левом способе сварщик хорошо видит свариваемый металл, поэтому внешний вид шва лучше, чем при правом способе; предварительный подогрев кромок свариваемого металла обеспечивает хорошее перемешивание сварочной ванны. Благодаря этим свойствам левый способ наиболее распространен и применяется для сварки тонколистовых материалов и легкоплавких металлов. Мощность сварочной горелки при правом способе выбирают из расчета 120—150 дм3/ч ацетилена, а при левом — 100—130 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. При правом способе сварки диаметр присадочной проволоки d=SI2 мм, но не более 6 мм, при левом d=S/2+1 мм, где S — толщина свариваемого металла, мм. Скорость нагрева регулируют изменением угла наклона а мундштука к поверхности свариваемого металла (рис. 35, а). Чем толще металл и больше его теплопроводность, тем больше угол наклона мундштука к поверхности свариваемого металла. В процессе сварки газосварщик концом мундштука горелки совершает одновременно два движения: поперечное (перпендикулярно оси шва) и продольное (вдоль оси шва; рис. 35). Основным является продольное движение. Поперечное движение служит для равномерного прогрева кромок основного металла и получения шва необходимой ширины. Газовой сваркой можно выполнять нижние, горизонтальные (на вертикальной плоскости), вертикальные и потолочные швы. Горизонтальные и потолочные швы обычно выполняют правым способом сварки, вертикальные снизу вверх — левым способом. Наплавку газокислородным пламене м применяют редко из-за относительно больших деформаций наплавляемых деталей. Газокислородное пламя используют главным образом для наплавки литыми твердыми сплавами. § 16. Технология кислородной резки Сущность кислородной резки. Кислородной резкой называют способ разделения металла, основанный на исполь зовании для его нагрева до температуры воспламенениятеплоты газового пламени и экзотермической (с выделением теплоты) реакции окисления металла, а для удаления окислов — кинетической энергии режущего кислорода. По характеру и направленности кислородной струи различают три основных вида резки: разделительная, при которой образуются сквозные разрезы; поверхностная, при которой снимается поверхностный слой металла; кислородным копьем, заключающаяся в прожигании в металле глубоких отверстий. На рис. 36 показана схема разделительной резки. Металл 3 нагревается в начальной точке реза до температуры воспламенения (в кислороде для стали до 1000—1200°С) подогревающим ацетилено-кислородным пламенем 2, затем направляется струя режущего кислорода /, и нагретый металл начинает гореть с выделением значительного количества теплоты по реакции 2Fe+20 2=Fe304+Q. Теплота от горения железа Q вместе с подогревающим пламенем разогревает лежащие ниже слои и распространя ется на всю толщину металла. Чем меньше толщина разрезаемого металла, тем больше роль подогревающего пламени (при толщине 5 мм — до 80% общего количества теплоты, выделяемой при резке, при толщине более 50 мм — только 10%). Образующиеся окислы 5, а также частично расплавленный металл удаляются из зоны реза 4 под действием кинетической энергии струи кислорода. Непрерывный подвод теплоты и режущего кислорода обеспечивают непрерывность процесса. Условия резки и разрезаемость.

Технология газовой сварки стали

Технология газовой сварки и резки

Газовую ручную сварку применяют для соединения тонкостенных (до 3,5 мм) стальных труб с условным проходом до 80 мм, где не может быть использована электродуговая сварка. Ограниченность применения газовой сварки объясняется тем, что механические свойства сварного шва при газовой сварке ниже, чем при электродуговой. При газовой сварке наплавленный металл сварного шва в исходном состоянии имеет меньшее удлинение и меньшую ударную вязкость, чем основной металл.

Технология газовой сварки заключается в том, что кромки свариваемых деталей нагреваются газокислородным пламенем и расплавляются, зазор между ними заполняется металлом присадочной проволоки, вводимой в зону нагрева. Газовое пламя расплавляет участок, шириной в 2,5—3 раза превышающий глубину. Проплавление на глубину более 4—5 мм затруднено из-за избытка жидкого металла. Поэтому при сварке труб с толщиной стенки более 4 мм делают скос кромок. Легче и быстрее осуществляется сварка в нижнем положении шва. При газовой сварке труб из углеродистой стали применяют сварочную проволоку Св-08А, Св-08ГА или Св-08ГС,

Процесс кислородной резки основан на сгорании некоторого объема обрабатываемого металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся окислов (шлаков). Кислородной резке могут подвергаться металлы, температура воспламенения которых в кислороде ниже температуры их плавления. В наибольшей степени этому условию удовлетворяет малоуглеродистая сталь, температура воспламенения которой около 1350° С, а температура плавления 1500° С. Чугун, большинство высоколегированных сталей и цветных металлов не удовлетворяют этому условию.

Кислород поставляют в стальных баллонах, окрашенных в голубой цвет, емкостью 40 л под давлением 150 кгс/см 2 . Вес баллона 67 кг.

Ацетилен поставляют в баллонах под давлением 16 кгс/см 2 , или получают на месте в ацетиленовых генераторах из карбида кальция. Из 1 кг карбида кальция получают 230— 280 л ацетилена. Емкость ацетиленовых баллонов 40 и 50 л, диаметр 219 мм, вес 52 и 64 кг. Баллоны окрашивают в белый цвет с надписью «ацетилен».

В качестве горючих газов, кроме ацетилена, применяют (главным образом, при кислородной резке) сжиженные нефтяные газы (пропано-бутановая смесь), природный газ (метан), пары керосина, бензина.

Смеси горючих газов с воздухом и кислородом взрывоопасны, поэтому газовую сварку и резку надо выполнять в хорошо проветриваемых помещениях.

Пропано-бутановые смеси получают в качестве побочных продуктов при добыче и переработке естественных нефтяных газов и нефти. Смеси пропана и бутана сжижаются при небольшом давлении (от 1 до 8 кгс/см 2 ). Хранят и транспортируют их в тонкостенных стальных баллонах емкостью 40—55 л при давлении до 17 кгс/см 2 .

При испарении 1 кг жидкой смеси образуется около 500 л газа. Баллон окрашивают в красный цвет.

Природные газы, получаемые из газовых месторождений, состоят в основном из метана (до 90% по объему) и примеси других газов. На место потребления природные газы подают, как правило, по газопроводам, и сравнительно редко транспортируют в баллонах, окрашенных в красный цвет.

Для ацетилено-кислородной сварки и резки требуется следующее оборудование : генераторы для получения ацетилена или баллоны с ацетиленом, баллоны с кислородом, редукторы для снижения давления, газовые горелки или резаки.

Ацетиленовые генераторы предназначены для получения ацетилена из карбида кальция под действием воды.

Газосварочные горелки предназначены для смешивания кислорода и горючего газа в требуемом соотношении и обеспечения образования устойчивого сварочного пламени. По принципу действия горелки классифицируют на инжекторные и безинжекторные. В табл. 10 приведены общие сведения о сварочных горелках.

Резаки, используемые для кислородной резки, отличаются от горелок наличием трубки и вентиля режущего кислорода, а также особым устройством головки. Резаки классифицируют по роду горючего (ацетиленовые, для газов — заменителей ацетилена, для жидких горючих) и по принципу действия (инжекторные и безинжекторные). Наибольшее применение нашли универсальные ацетиленокислородные резаки РР-53, а. также вставные ацетиленокислородные резаки РГС-53 и РГМ-53 к горелкам ГС-53 и ГСМ-53. Вставные резаки особенно удобны при выполнении монтажных и строительных работ, когда сравнительно часто переходят от сварки к резке и обратно.

В табл. 11 приведены общие сведения о резаках.

Редукторы предназначены для понижения давления газа, отбираемого из баллона, до рабочего, требующегося при сварке или резке, и поддержания этого давления постоянным, независимо от давления в баллоне и расхода газа.

1. Какие металлы можно подвергать кислородной резке?

2. Где применяют газовую сварку?

3. Какие газы используют для газовой резки и сварки металлов?

4. В какие цвета окрашивают баллоны с газами?

5. Какое основное оборудование применяют для газовой сварки и резки металлов?