Ацетиленовая сварка — оборудование, технология, принцип действия

Ацетиленовая сварка – это наиболее популярный способ газопламенного соединения. Технология имеет богатую историю, поэтому оборудование для выполнения работ не отличается высокой технологической сложностью.

Общая информация

Ацетиленовая сварка — метод соединения металлов, при котором ключевым компонентом является газ ацетилен. Ацетилен получают путем смешивания карбида кальция с водой. Ранее смешивание выполнялось вручную в специальном генераторе. Дополнительно использовался баллон с кислородом, шланги, горелка. Применение ацетилена и кислорода при сварке получило широкое распространение.

Всегда было одно «но»: генератор и необходимость смешивать ацетилен вручную. Эта процедура была трудоемкой и проводилась перед каждой сваркой. Но был один плюс: после сварки можно было слить оставшийся газ и использовать его повторно. Но вскоре газовая сварка ацетиленом начала производиться применением специальным баллонов, содержавших газ ацетилен. Так что сейчас нет нужды вручную сменить карбид кальция и воду.

Содержание

Ацетиленовый генератор — аппарат, синтезирующий ацетилен путём химического взаимодействия карбида кальция с водой при их смешивании. Они применяются в составе передвижных и стационарных газосварочных постов в качестве источника ацетилена — горючего газа для газовой сварки. Об их назначении мы уже говорили на странице «Оборудование для газовой сварки. Газосварочное оборудование».

Принцип ацетиленовой сварки

Принцип работы газопламенной сварки основан на высокотемпературном горении газов, в основном таких, как углеводороды с добавлением чистого кислорода.

При применении ацетиленовой сварки используется искусственный газ ацетилен, что при переводе с латыни, по иронии судьбы, означает уксус.

Вся особенность ацетилена, как химического вещества, заключается в строении его молекулы C2H2, которая имеет, кроме двух слабых водородных связей, еще и неустойчивую, но высокоэнергетическую тройную связь между атомами углерода.

Ацетилен получается при простой химической реакции карбида кальция СаС2 с водой. А вот само производство карбида кальция имеет довольно дешевый, с точки зрения промышленного производства, способ. Его получают путем прокаливания негашеной извести СаО и кокса (практически чистого углерода) в специальных печах. Получаемое при этом серое вещество с характерным запахом чеснока и является необходимым сырьем для дальнейшего получения газа ацетилена.

Классификация ацетиленовых генераторов

Согласно ГОСТ 5190, классификация ацетиленовых генераторов может происходить по следующим параметрам: по давлению ацетилена, по производительности, по способу применения, по принципу действия.

1. По давлению получаемого ацетилена различают генераторы низкого давления — до 0,01МПа, среднего давления — от 0,07МПа до 0,15МПа и высокого давления — свыше 0,15МПа.

2. По производительности, существующие ацетиленовые генераторы синтезируют от 0,3 до 160м3/ч ацетилена.

3. По способу применения генераторы подразделяются на передвижные и стационарные. Производительность передвижных генераторов составляет 0,3-3м3/ч, а производительность стационарных генераторов составляет 5-160м3/ч.

4. По принципу действия ацетиленовые генераторы классифицируются на работающие по принципам:

а) КВ — карбид в воду;

б) ВК — вода на карбид с вариантом «мокрого» процесса;

в) ВК — вода на карбид с вариантом «сухого» процесса;

г) ВВ — вытеснение воды;

д) ПК — принцип комбинированный, сочетающий схемы «вода на карбид» и «вытеснение воды».

Именно от принципа действия зависит устройство и работа ацетиленовых генераторов.

Этапы сварки труб

Подготавливается металл, проводится зачистка, разметка, разрезаются и собираются трубы. Резка круглого сечения трубы должна выполняться термическим резаком.

Большую часть работы занимает именно подготовка. Это замеры, разметки, резка и многое другое. Сборку конструкции выполняют с помощью прихватки газовой сваркой, это предотвратит смещение и деформацию отрезков труб, что может сказаться на появлении трещин.

В результате неспешного нагрева зона воздействия при газосварке значительней, чем при дуговой. Пласты основного материала, непосредственно прилегающие к сварочной ванночке, постоянны и имеют крупнозернистую структуру.

У самой близости у границы шва располагается зона неполного расплавления металла с крупной структурой, типичной для ненагретого материала. В этой зоне прочность ниже, чем у металла шва, потому здесь и происходит разрушение сварочного соединения.

Резка проводится при использовании металлов и сплавов, которые могут гореть в струе чистого кислорода. Этот вид резки проделывается двумя способами: поверхностно и разделительно. Можно вырезать заготовки, разметить металл, разделать кромку будущего шва под сварку.

При помощи поверхностной резки удаляется поверхностный металл, заделываются канавки, удаляются дефекты. Такой вид работы выполняется специальными резакам

Оборудование и материалы для ацетиленовой сварки

При газовой сварке в качестве горючего газа чаще всего применяется ацетилен, но из-за ряда причин его так же и заменяют другими газами. Кроме того ацетилен является не единственным газом и расходным материалом, который необходим для получения качественного соединения металлов.

Расходные материалы при газовой сварке

• Ацетилен или заменяющий его газ

Он может быть в готовом виде (в баллоне), а так же в получаемом при разложении жидкости под действием электродугового разряда или при разложении карбида кальция водой. Остальные газы-заменители с низкой теплопроводностью применяются для отдельных металлов в качестве раскислителей. На их сгорание требуется разное количество кислорода, но они не являются экономичными.

• Кислород

Для обеспечения достаточных температур и быстрого расплавления металлов пары горючих газов или сам газ сжигается с добавлением чистого кислорода. Для сварки используют технический кислород трех сортов, который оценивается по объему при атмосферном давлении:

1. высший сорт — частота 99.5% + 0.5% азот;
2. первый сорт — частота 99.2% + азот, аргон;
3. второй сорт — частота 98.5% + азот и аргон.

Жидкий кислород при сварке не используется, но он более удобен и безопасен для транспортировки в теплоизолированных емкостях.

• Присадочная проволока

Сварочная проволока используется в соответствии с химическим составом свариваемых металлов. Главным критерием ее подбора является температура плавления, которая должна быть чуть ниже температуры плавления металлов. В виде исключения для стали, меди, латуни и свинца проволока может быть заменена нарезанными тонкими полосками металла той же марки.

• Флюсы

Сварочные пасты или порошки, называемые флюсами, применяются при сварке ацетиленом и его заменителями для защиты расплавленного металла от окисления и быстрого удаления уже образовавшихся пленок-окислов.

Проволока и края металлов обрабатываются флюсами, которые при нагреве образуют шлаки и всплывают на поверхность жидкого металла. Шлаковая пленка защищает сварочную ванну жидкого металла от окисления. выбор состава флюсов, как и присадочная проволока, зависит от вида свариваемых металлов.

Аппаратура для сварки

Применение газовой сварки требует одинакового набора аппаратуры вне зависимости от вида используемого горючего газа. Основным набором сварщика на сварочном посту является:

• Водяной затвор. Он необходим для предотвращения воспламенения ацетилено-кислородной смеси в газовых каналах при так называемом обратном ударе. Защитный затвор всегда подсоединяется между горелкой или резаком и газопроводом к баллону или ацетиленовому генератору.

• Ацетиленовый генератор. Используется для получения ацетилена из карбида кальция путем добавления воды.
• Баллоны. Стальные бесшовные сосуды с запорным вентилем. Они необходимы для сжатого кислорода, а так же ацетилена, который находится под давлением и растворен в ацетоне. Все баллоны различаются по цветам.

• Вентили для баллонов. Используются только латунные для кислородных баллонов и только стальные для ацетиленовых. Запрещается использовать медь, так как ацетилен и медь образуют взрывчатое соединение.
• Редукторы. Используются для понижения давления отбираемого из баллона ацетилена и поддержания его на необходимом уровне. По конструкции они бывают однокамерные и двухкамерные.
• Рукава (шланги). Для подачи газа применяются шланги из вулканизированной резины и прокладками из ткани. Рукава для ацетилена и кислорода отличаются, но можно использовать и трубопровод с защитным клапаном.
• Газовые горелки. При ручной газовой сварки используются разнообразные горелки, которые необходимы для смешивания кислорода и ацетилена, то есть для регулировки мощности пламени.

• Средства защиты сварщика и инструмент. Сварочная маска, очки, рукавицы, ключи баллонные, молоток и щетка по металлу для зачистки сварных швов.

Весь этот набор оборудования и расходных материалов является обязательным, но не минимальным. Для кислородной резки используют еще и горелку-резак. Из-за опасности проведения сварочных работ взрывоопасной смесью все оборудование должно проходить регулярные проверки и быть в полной исправности.

Устройство и принцип действия ацетиленового генератора низкого давления АНВ-1,25

На рисунке показано внутреннее устройство однопостового передвижного ацетиленового генератора АНВ-1,25 и его внешний вид. Генератор работает по принципу действия «вода на карбид», производительность ацетилена равна 1,25м3/ч, а давление газа не превышает 0,01МПа.

Корпус генератора (поз.7) состоит из двух камер: верхней и нижней. Верхняя камера называется водосборник (поз.6), а нижняя — газосборник (поз.9). Камеры разделены между собой горизонтальной перегородкой (поз.8).

Внизу газосборной камеры предусмотрена реторта (поз.14), в которую помещают корзину с карбидом. После загрузки карбида, реторта герметично закрывается крышкой (поз.12) с резиновой подкладкой.

Сверху в корпус подаётся вода, подача которой в реторту осуществляется при помощи крана (поз.10). При поступлении воды в реторту, она вступает в реакцию с карбидом, образуя ацетилен, который, проходя по трубе (поз.11), собирается в газосборной камере. Затем, ацетилен проходит через осушитель (поз.5) и водяной затвор (поз.3) и по шлангу (поз.2), подаётся из генератора в газовую горелку или газовый резак.

Регуляция давления в ацетиленовом генераторе происходит автоматически. Когда давление газа в корпусе возрастает, вода начинает вытесняться из реторты в вытеснитель (поз.4). Когда уровень воды становится ниже уровня крана (поз.10), вода перестаёт поступать в реторту и образование ацетилена резко снижается. Давление газа начинает уменьшаться и вода, вытесненная им, возвращается из вытеснителя (поз.4) в реторту (поз.14).

Генератор типа АНВ-1,25 работает при температуре до -25°C, т.к. его система подачи воды располагается внутри корпуса и нагревается за счёт теплоты, выделяющейся при химической реакции воды и карбида кальция. При работе в зимних условиях, водяной предохранительный затвор закрепляют внутри корпуса, в циркуляционной трубе (поз.1). При работе летом, затвор крепят снаружи корпуса.

Какое газосварочное оборудование понадобится для кислородной  сварки

Вам понадобится:

• рукав ацетиленовый (далее по тексту C2H2) 1-й категории для подачи ацетилена с давлением до 0,63 МПа
• кислородный (далее О2) 3-й категории для подачи кислорода под давлением до 2 МПа
• Редуктор к О2 (БКО-50ДМ)
• Редуктор C2H2 (БАО- 5ДМ)

• два соответствующих баллона объемом 40 л
• газовая горелка Донмет Г3 с мундштуком №3

Плюсы и минусы ацетиленовой сварки

Прежде всего, любая ручная газовая сварка отличается большими возможностями по сравнению с электродуговой сваркой. Но это же преимущество требует и большего контроля со стороны сварщика, а значит, повышает возможность возникновения ошибки и нарушения целостности соединения.

Преимущества:

• Удобство использования в строительных и монтажных условиях, где нет силового кабеля и источника энергии. Оборудование для сварки достаточно мобильное и легко транспортируется.
• Возможность соединить несколько видов металлов с разными температурами плавления при использовании одного вида оборудования. Только за счет регулирования пламени и концентрации ацетилена в горючей смеси.
• Незаменимость при сваривании чугуна, латуни, меди.
• Повышение качества шва за счет использования правильно подобранной проволоки.
• Возможность регулировки скорости нагрева металла при сваривании ацетиленом.

Недостатки:

• Человеческий фактор: требуется высокая квалификация сварщика для достаточного уровня производительности.
• Большая зона термического влияния, что в машиностроении является неприемлемым.
• При сваривании металлов толщиной более 5 мм дуговая сварка является более выгодной м по затратам, и по скорости получения соединения.
• процесс газовой сварки не поддается механизации и автоматизации.
• Газовая сварка не обеспечивает качественного соединения высокоуглеродистых сталей.
• Возникновение напряжений в металле, что приводит к деформации при сваривании внахлест.
• Экономически не выгодный по сравнению с использованием дуговой сварки вариант получения качественного и надежного сварного соединения.
• Взрывоопасность применяемых материалов, которые невозможно использовать в определенных условиях.

Особенности сварки ацетиленом:

• Идеально подходит для стыковых, а не торцевых соединений.
• Производительность сварки прямо пропорционально зависит от чистоты кислорода и ацетилена.

При всех недостатках и опасностях при использовании и хранении ацетилен, он был и остается главным горючим газом для сварки. В свою очередь, газовая сварка никогда полностью не сдаст позиции и не утратит свою популярность, так как в некоторых условиях она является просто незаменимой и многие отрасли промышленности уже не смогут обойтись без нее.

Высокая квалификация сварщика и многочисленный опыт работы позволяет процессу ацетиленовой сварки стать не только выгодный по расходу материалов, но и по производительности получения сварных соединений различных деталей металлоконструкций. Строгое соблюдение техники безопасности и всех мер предосторожности сводит к минимуму возникновение опасных ситуаций при использовании сварки ацетиленом.

Устройство и принцип действия ацетиленового генератора среднего давления АСМ-1,25-3

Передвижные ацетиленовые генераторы среднего давления были разработаны исследовательским институтом ВНИИавтогенмаш. На рисунке показано устройство и внешний вид ацетиленовых генераторов АСМ-1,25-3, принцип действия которых — «вытеснение воды». Производительность таких генераторов составляет 1,25 м3/ч, наибольшее давление газа составляет 0,15МПа.

Корпус генератора (поз.1) состоит из двух камер: верхнюю, газообразовательную (поз.5), и нижнюю, промывочную (поз.2). К газообразовательной камере приварена крышка (поз.7) с отверстием в горловине для подачи в короб (поз.6) корзины с карбидом (поз.8). Корзина прикреплена к крышке (поз.9). Крышка герметично притягивается к горловине с помощью рычага (поз.11) и закрепляется винтом (поз.10).

Генератор заполняется водой через короб. Образующийся в результате реакции ацетилен, проходит по трубке (поз.12), нижний край которой помещён в воду, находящуюся в промывочной камере. Ацетилен, проходя через эту воду, охлаждается и через клапан (поз.4) выходит в шланг (поз.3) и оттуда, через водный затвор (поз.14), поступает в газовый резак или горелку.

На корпусе генератора смонтирован манометр и имеются ручки для перемещения. Загрузка карбида составляет 2,2кг. Масса пустого генератора составляет 16кг. Минимальная температура работы генератора -25°C. Для работы при отрицательных температурах, комплектуется утеплительным чехлом.

Технологический процесс

Рассмотрим основные особенности процесса.

Выбор сварочного пламени

Технологический процесс предусматривает использование трех типов пламени, которые напрямую влияют на качественные характеристики шва:

1. Нейтральный. Данный тип и его строение было описано выше.
2. С избытком ацетилена. Его называют науглероживающим. Применяют при работе с металлами повышенной твердости, а также магниевыми сплавами.
3. С избытком кислорода. Другое название – окислительное пламя. Незаменимо при проведении разделки металла, а также создания неразъемных соединений с латунными сплавами.

Металлургические процессы

Под действием ацетиленовой сварки происходят следующие металлургические процессы:

• Образуется зона расплава.
• В точке контакта концентрируется тепловая энергия.
• Происходит расплавление и охлаждение металла.

При электродуговом соединении поверхность охлаждается интенсивнее.

• Расплавленный металл перемешивается с газовой смесью, что обеспечивает гладкую поверхность будущего шва. При взаимодействии происходит химическая реакция, которая восстанавливает железо, никель и прочие металлы.
• Металлы с повышенным сродством к кислороду, активно окисляются.

Требования, предъявляемые к конструкции и работе ацетиленовых генераторов

1. Возможность работы в широких диапазонах температур, (для передвижных генераторов от -25°C до +40°C)

2. Ацетиленовые генераторы, независимо от устройства и принципа действия, должны иметь газообразовательную камеру, в которой происходит смешивание карбида кальция с водой.

3. Во всех ацетиленовых генераторах должна быть газосборная камера для хранения выделяющегося ацетилена,.

4. Для регулирования объёма вырабатываемого ацетилена, необходимо устройство, для автоматической регуляции процесса газообразования.

5. Ацетилен относится к взрывоопасным и пожароопасным газам. Поэтому, в конструкции ацетиленовых генераторов не должно быть элементов, способных образовывать искры.

6. Конструкция генераторов должна исключать самопроизвольный выход ацетилена в атмосферу и препятствовать попаданию воздуха из атмосферы в генератор.

7. Для измерения давления ацетилена, генераторы низкого и среднего давления должны быть оснащены манометрами или другими измерительными приборами, показывающими давление газа.

8. Надёжность работы генератора при выработке ацетилена, давление которого составляет 0,2-1,1 от номинального давления.

9. Для ограничения давления газа в пределах, установленных для данного генератора, необходимо специальное предохранительное устройство.

10. Для защиты генератора от взрыва газокислородного пламени при обратном ударе, необходимо применять предохранительные затворы. Подробная информация о них на странице «Предохранительные затворы ацетиленовых генераторов».

Дополнительные материалы по теме:

Работа с чугуном, медью и латунью

Перед сваркой чугуна необходимо разогреть место стыка и только затем проводить работу. В противном случае, в структуре основного металла образовывается белый чугун, и стык становится хрупким. Работа производится нормальным пламенем.

Сварку деталей из меди ведут без разрывов и предварительных прихваток. Между деталями зазор не выставляется. Медь очень текучий материал при нагреве и очень теплопроводный материал. Поэтому необходимо выставлять более мощное пламя горелки. Лучше вести ацетиленовую сварку под слоем флюса, для предотвращения окисления стыка.

Сварка латуни с помощью ацетилена и кислорода – это самый оптимальный вариант для данного материала. Температура расплава не должна превышать 9000, при этом не полностью испаряется цинк. Благодаря ацетиленовой сварке формируется надежный шов, удаляя из сварочной ванны 25% этого металла.

Необходимо поддерживать низкое содержание горючего газа в смеси, это позволит испарять цинк в необходимом объеме. Для лучшего результата необходимо использовать флюсы и качественную присадку. С помощью газосварки можно также варить бронзовые детали и другие металлы.

Расходные материалы

Основным расходным материалом является горючий газ. Для выполнения работ чаще всего используют ацетилен, однако допустимо использование и других элементов:

• водород;
• метан;
• пропан;
• пары керосина.

Помимо летучих углеводородов требуются следующие материалы:

1. Кислород. Техническая разновидность необходима для достижения рабочей температуры. Существует три сорта, которые отличаются степенью чистоты.
2. Присадочный материал. Выпускается в виде электродной проволоки или коротких прутков. Отличается температурой плавления, которая должна быть ниже, чем у базовой детали.
3. Флюс. Специальные пасты или порошки защищают зону расплава от окисления.

Закрытие горелки

После того, как вы выполните сварку нужно закрыть горелку в следующем порядке:

• закрываем C2H2 вентиль
• продуваем и закрываем О2 вентиль.

Проконтролировать качества шва можно визуально.  Шов должен быть плотным, а чешуйки – равномерными, его ширина 5-6 мм, высота 1-2 мм.

Порядок завершения работ

Закрывается барашек  баллона с C2H2, затем выкручивается регулировочный винт редуктора. Затем та же процедура по  баллону с О2

После нужно спустить остаточный газ с рукавов. Для этого нужно открыть оба вентиля на горелке, на манометрах рабочего давления можно увидеть, как газ сходит с рукавов, стрелка будет медленно опускаться до нуля. Закройте вентили на горелке.

Структурные изменения

По сравнению с прочими способами соединения, зона влияния, при проведении газосварки, гораздо выше. Благодаря этому имеется возможность производить работы с толстостенными элементами.

Структура металла, расположенная рядом со швом, после температурного воздействия, приобретает крупнозернистую структуру.

Зона предварительного расплава – наиболее слабая часть поверхности. Она подвержена деформациям и характеризуется слабой устойчивостью к механическим воздействиям.

Для снижения негативных эффектов выполняют предварительную подготовку поверхности, отжигая соединяемую плоскость и присадочную проволоку.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...