Использование ацетилена в сварке — один из старейших методов получения качественного эстетичного шва. С помощью этого метода можно варить любые металлы, в том числе черные и цветные. Вам даже не нужно использовать для этого электричество! Словом, это крайне интересный метод соединения однородных и разнородных металлов.
В этой статье мы кратко расскажем, что такое ацетиленовая сварка, какие есть достоинства и недостатки у этой технологии, какие особенности учесть, чтобы получить максимально качественный шов.
Достоинства
Почему именно ацетилен основной газ при газовой сварке металлов? Температура его горения превышает градус плавления стали и других материалов. При высокой квалификации газосварщика, выгода ацетиленовой сварки заключается в большой производительности при небольших затратах на газ и материалы. Остальные плюсы и минусы рассмотрим ниже.
Главным преимуществом ацетилено-кислородной сварки является мобильность и контроль за сварочными работами. Есть и другие преимущества:
- при ацетиленовой сварке баллоны легко транспортируются на тележке. Удобно варить неповоротный шов, при небольшом расстоянии до стены. В этом случае не требуется делать операционный стык;
- с помощью газовой горелки можно проводить неразъемное соединение металлов с различными температурами расплава. Осуществляя регулировку силы и вида пламени, можно добиться оптимальных условий ацетиленовой сварки;
- при сваривании деталей небольшой толщины из конструкционной стали, меди, чугуна, латуни ацетиленовый способ незаменим;
- можно повысить качество шва путем использования проволоки из легирующей стали или других добавок.
Осуществляя регулировку температуры нагрева, можно предотвратить сильную деформацию конструкции и стыка. При этом достигается еще и оптимальная скорость сваривания металлов.
Содержание:
Карбид для сварки или полное наименование карбид кальция – это главное вещество для получения ацетиленового газа. На самом деле, это активное химическое соединение кальция и углерода и в готовом виде представляет собой твердый состав с темно – серым или коричневым оттенком. По запаху, карбид напоминает резкий запах чеснока и вступает в реакцию водой с выделением тепла.
Для сварки карбид кальция является идеальным веществом, так как выделяет при контакте с водой ацетилен – летучий газ, основа кислородной сварки, напайки, металлизации и прочих процессов, связанных с обработкой металлов. Карбид кальция создают при температуре до 2300 градусов Цельсия с помощью сплавления кокса и негашеной извести в электрической дуговой печи (рис. 1). После этого, расплавленное вещество выливают на изложницы, и в них он остывает и принимает твердое состояние. После этого карбид для сварки дробят по кускам, размер которых не превышает 8 см. В результате вещество будет состоять из 75 процентов карбида кальция, а остальная часть – примеси, окиси извести и прочее.
Недостатки
Но есть у ацетиленового вида сварки и некоторые минусы. К ним относятся:
- при нагреве образуется большая площадь с изменениями в свойствах материала, поэтому ацетиленовая сварка не применяется в машиностроении;
- при соединении деталей толщиной более 5 мм газосварку лучше заменить ручной или полуавтоматической электросваркой;
- соединение высокоуглеродистой стали не для кислородно-ацетиленовой сварки;
- при соединении внахлест, металл будет значительно деформироваться, и в нем будут образовываться участки со значительным напряжением;
- требует повышенных затрат на материалы и оборудование, по сравнению с электродуговым типом сварки.
Самый главный недостаток – это высокая взрывоопасность. Но многое в этом зависит от человеческого фактора.
Несоблюдение правил безопасности, неправильных действиях при обратном ударе – это основные ошибки, приводящие к авариям. Сварщик при работе с ацетиленом должен обладать навыками выше тех, которые достаточны для полуавтоматической и автоматической сварки.
Способ ацетиленовой сварки наиболее подходит для стыковых соединений деталей. А качество шва напрямую зависит от качества и чистоты ацетилена и кислорода.
При всех недостатках и высокой взрывоопасности, данный вид является основным для сваривания тонкостенных деталей и некоторых цветных материалов. К этому можно добавить наполненность и аккуратность шва.
Стык электродуговой сварки не может быть таким красивым и надежным как у газосварки, особенно при неповоротном стыке.
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.
Инструменты и материалы
Для ацетиленовой сварки потребуется вполне доступное и относительно недорогое оборудование. Ранее для получения газа применялись газовые генераторы, но сейчас более распространен баллонный ацетилен.
Баллон окрашен в белый цвет. Для поддержания горения используется баллонный кислород. Как правило, их перевозят на специальных тележках.
В зависимости от толщины свариваемого металла предусмотрено использование нескольких размеров горелки и сопла. Самый маленький размер, который может иметь горелка – нулевой, а самый большой – пятый.
При необходимости сильного нагрева толстого металла используется наибольший номер с отверстием, позволяющим подавать газовую смесь в сварочную ванну и обеспечивающую нормальный прогрев стыка.
К горелке подходят шланги с ацетиленом и кислородом. Крепятся с помощью резьбового соединения.
Редукторы позволяют регулировать подачу газа и понижать давление газа, поступающего из баллона. Давление в кислородном баллоне порядка 150 атм. К тому же редукторы защищают баллон от обратного удара.
В зависимости от вида свариваемого материала, присадочная проволока может выполняться из стали или других металлов с добавлением легирующих добавок. Они улучшают качество шва. Для ацетиленовой сварки стальных водопроводных труб используют оббитые электроды для ручной электросварки, но это более дорогой вариант.
Краткая характеристика
Сварка ацетиленом является древним методом сваривания деталей из металла. Ацетилен получают в результате соединения карбида кальция и воды. Раньше смешивание производилось вручную с использованием специального генератора. Дополнительно применялся баллон с кислородом, шланги, горелка.
Главная особенность ацетилена, как химического элемента, состоит в строении его молекулы C2H2. Она обладает двумя слабыми водородными связями и высокоэнергичной тройной связью между атомами углерода. Именно эти свойства позволили использовать газ при проведении сварочной технологии. Он производит качественное и прочное соединение конструкций из разных видов металла.
Однако у этой технологии был большой недостаток — использование генератора и ручное смешивание ацетилена. Эта мера отличалась сложностью, и ее требовалось выполнять перед каждым свариванием. Но не все так плохо, положительные моменты все же имелись, остатки газа после сливались, они применялись снова.
Однако через некоторое время сварка ацетиленом и кислородом начала проводиться с использованием специальных баллонов с необходимым газом. По этой причине сейчас нет необходимости производить ручное соединение карбида кальция и воды.
Технологический процесс газосварки
Процесс работы начинается с открывания вентилей на баллонах и регулировки давления газа с помощью редукторов. Оптимальное значение напора газов – 2 атмосферы. При большем давлении, может быть затруднена регулировка пламени.
На горелке открываем вентиль подачи ацетилена и поджигаем газ. Затем постепенно открывая кислородный вентиль, регулируем пламя. Для сваривания черных металлов наиболее часто применяется нейтральное пламя горелки. Сам факел состоит из трех, хорошо видимых невооруженным глазом, частей.
Голубой цвет с незначительным зеленоватым отливом имеет ядро, которое расположено внутри пламени.
Далее идет рабочая область, отвечающая за нагрев и качество шва в процессе ацетиленовой сварки. Это восстановительное пламя и оно, как правило, светло-голубого цвета.
Самая большая часть – это факел горелки. Он отвечает за нагрев металла.
Для настройки нейтрального пламени, необходимо прислонить горелку к любой металлической поверхности и отрегулировать его вентилями подачи газа. Ядро не должно быть очень большим, а восстановительное пламя регулируется до определенного цвета.
Сначала выставляется размер факела. Это делается подачей ацетилена. Затем постепенно увеличивая подачу кислорода, добиваемся нормального пламени.
При этом не следует делать очень мощное пламя. Оно увеличит не только скорость ацетиленовой сварки, но и повысит количество прожогов и подрезов шва. Поэтому регулировка – это одна из основных операций, которая облегчает выполнение сварочных работ.
Нельзя выставлять длинный и оранжевый цвет факела. Такое горение будет снижать качество шва, внося в сварочную ванну избыток углерода.
Карбид кальция как «топливо» для сварки.
Как уже было выше сказано, карбид при сварке вступает в активную реакцию с водой, выделяя огромное количество тепла и ацетиленового газа. Эта его особенность усложняет хранение карбида, поэтому для его сохранности вещество помещают в герметичные баки из кровельной стали вместимостью 100 и 130 килограмм. Так как карбид выделяет легковоспламеняющийся ацетилен, то жизненно важно при открытии данных бидонов избежать искр и открытого огня.
Пыль карбида кальция – частицы до 2 миллиметров – не годится для использования, так как практически сразу растворяется в воде и при этом, возрастает вероятность, что использование такого состава приведет к взрыву всего баллона.
Для любознательных – один килограмм карбида кальция, в зависимости от чистоты и размера кусков, при контакте с водой может выделить более 250 дм 3 ацетилена!
Карбид кальция активно применяется во время газовой сварки и резки. Во время горения с кислородом, ацетилен может достигнуть наивысшей температуры плавления до 3150 градусов Цельсия, что делает его незаменимым в работе с тугоплавкими металлами, потому что для сваривания или резки необходима температура, вдвое превышающая градус плавления самого металла.
Для безопасного использования, ацетилен производят в специальных генераторах (рис. 2) на основе карбида кальция или природного газа, нефти и угля.
Второй способ получения ацетилена из природного газа, нефти и угля – более дешевый, чем применение карбида кальция, примерно на 30 – 40%.
Основные способы ведения горелки и присадочного материала
Специалисты применяют два способа ведения инструмента: «от себя» и «на себя».
При ведении от себя впереди горелки располагается проволока. Такой метод применяется при сваривании конструкций больших по толщине. В этом случае расплавленный металл деталей и присадки одновременно заполняет сварочную ванну.
Этот способ требует от сварщика обеспечения равномерного перемешивания основного и присадочного металла. При недостаточном количестве расплава проволоки шов получается ослабленным.
При способе ацетиленовой сварки «на себя» первой идет горелка, и при расплавлении основного металла в ванночку добавляется металл с проволоки. Здесь надо правильно расположить горелку.
Она должна идти под острым углом по отношению к деталям. Этот способ наиболее прост. Надо разогреть металл, снять с проволоки каплю и растянуть ее по шву. По этому принципу формируется катет шва.
Для большего удобства и предохранения образования прожогов, горелку ведут либо полумесяцем или круговыми движениями.
Большую роль в качестве соединения играет правильная стыковка деталей, отсутствие больших зазоров при сварке тонких листов или труб. Следует помнить – перед ацетиленовой сваркой детали необходимо прихватить в нескольких местах. На трубах небольшого диаметра, прихватки делаются примерно через 1200.
На проведение сварочных работ оказывает влияние и характеристики свариваемого металла.
Выбор режимов
Для увеличения качества шва и его герметичности в зависимости от материала необходимо знать некоторые секреты профессиональных газосварщиков.
Высокоуглеродистые стали с помощью ацетиленовой сварки варят очень редко. А вот низкоуглеродистые, конструкционные стали – это область применения газосварки.
При этом достигаются хорошие результаты при любом пространственном положении шва. Средняя мощность горения не должна превышать 120 кубических дециметров в час.
Лучшим будет способ ведения горелки от себя. Присадку надо использовать из низкоуглеродистой стали, но можно оббивать электроды для электросварки. При расплавлении металла, из него выходит кремний, марганец и образуется крупнозернистое строение стали. Проволока из СТ.2, с содержанием кремния меньше 1%, марганца 1,1% обеспечит однородный, по структуре шов.
Легированную сталь не рекомендуется варить с помощью ацетиленового метода. При сильном нагреве происходит деформация деталей, поэтому при сваривании некоторых марок стали, необходимо выполнять следующие рекомендации.
Для соединения низколегированных сталей необходимо использовать флюсы. Сварка ацетиленом осуществляется нормальным пламенем. Горелка должна работать на низкой мощности, подавая слабое пламя, если сваривают с сталь с высоким содержанием хрома и никеля.
Для соединения жаропрочных сталей применяется присадка с содержанием 21% никеля и хрома 25%. Сварить сталь с высокой стойкостью к образованию коррозий будет проще, если использовать проволоку с содержанием никеля, хрома и молибдена.
Особенности
Перед тем как приступать к ацетиленовой сварке стоит изучить технологию данного процесса. Существуют некоторые важные особенности, от которых зависит качество и надежность сварных соединений.
Этот вид получил известность и востребованность благодаря простому получению ацетиленового газа и его дешевизне. Качественных характеристики соединения зависят от трех основных факторов — показателя мощности пламени, угла сварки, диаметра присадочной проволоки.
По этой причине стоит наиболее подробно рассмотреть основные особенности ацетиленовой технологии:
- Мощность пламени газовой горелки выбирается в соответствии со свойствами металла, который будет свариваться.
- Существует определенное правило, на которое стоит опираться при выборе мощностных параметров пламени. Толстое изделие обладает высокой теплопроводностью и температурой плавления, это значит, что для нее потребуется большая мощность пламени. А вот с тонкими изделиями проводится по-другому. Однако стоит помнить, что чем больше мощность пламени, тем выше будет расход газа.
- Показатели угла наклона сварки зависят от показателей толщины свариваемой детали. Для элементов с толщиной от 1 до 155 мм рекомендуется угол от 10 до 80 градусов.
- Угол наклона требуется увеличивать в зависимости от толщины заготовки.
- Чтобы изделие равномерно прогрелось, на начальном этапе сварочного процесса горелку нужно удерживать под углом в 90 градусов. При этом не имеет значения, какая толщина у детали.
- Обязательно нужно учитывать, что на качество соединения влияют параметры диаметра присадочной проволоки. Диаметр этого элемента также должен выбираться в соответствии с толщиной металлического изделия.
- Сварщики советуют при расчете диаметра проволоки использовать хитрое правило — для начала нужно узнать показатель толщины детали в мм, затем он разделяется пополам. К полученному результату прибавляется 1 мм, это и будет показатель диаметра присадочной проволоки.
- Горелка для сварки ацетиленом может водиться от себя или на себя. Если сварщик ее ведет от себя, то сначала должна двигаться горелка, а затем за ней должна идти присадочная проволока. Это позволит полностью разогреть металл и сформировать сварочную ванну.
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.
Ядовитость ацетилена
Ядовитость ацетилена обусловлена наличием в нем вредных примесей. Ацетилен вызывает сонливость, а вредные примеси, находящиеся в нем, при продолжительном вдыхании отравляют организм и вызывают тошноту, головокружение, а иногда сильное общее отравление.
Поэтому помещения, где получают ацетилен и где ведутся работы с его применением, должны иметь хорошую вентиляцию.
