В качестве горючих газов для газовой сварки применяют ацетилен, водород, природный газ и другие. Также применяются газовые смеси для сварки, такие как нефтяной газ, пропанобутановая газовая смесь, пиролизный газ. Кроме того, для газовой сварки используют пары горючих жидкостей — бензина и керосина.
В таблице представлены наиболее распространенные газы и газовые смеси для газовой сварки и газовой резки, указаны их основные свойства и область применения:
Газ
| Плотность при нормальных условиях, кг/м2 | Теплота сгорания при нормальных условиях, кДж/м3 | Температура пламени в смеси с кислородом, °C | Коэффициент замены ацетилена | Предел взрываемости (%) при смешивании с: | Область применения | ||
| воздухом | кислородом | ||||||
| Ацетилен | 1,09 | 529200 | 3200 | 1 | 2,2-81,0 | 2,3-93,0 | Все виды газосварки |
| Водород | 0,084 | 10080 | 2400 | 5,2 | 3,3-81,5 | 2,6-95,0 | Для сварки тонкого металла (до 2мм), сварки чугуна, алюминия, латуни |
| Коксовый | 0,4-0,55 | 14700-18480 | 2000-2300 | 3,2 | 4,5-40,0 | 40,0-75,0 | Для пайки, сварки легкоплавких металлов, кислородной резки |
| Нефтяной | 0,87-1,37 | 36540-62160 | 2000-2400 | 3,0 | 3,8-24,6 | 10,0-73,6 | То же |
| Метан | 0,67 | 33600 | 2400-2700 | 1,6 | 4,8-16,7 | 5,0-59,2 | То же |
| Пропан | 1,88 | 87360 | 2600-2800 | 0,6 | 2,0-9,5 | 2,0-48,0 | Пайка и сварка цветных металлов, газовая резка, сварка сталей толщиной до 6мм, правка, огневая зачистка |
| Бутан | 2,54 | 116760 | 2400-2500 | 0,45 | 1,5-8,5 | 2,0-45,0 | То же |
| Бензин | 0,7-0,76 | 42840 | 2400 | 1,4 | 0,7-6,0 | 2,1-28,4 | Газовая резка сталей, пайка и сварка легкоплавких металлов |
| Керосин | 0,82-0,84 | 42000 | 2300 | 1,6 | 1,4-5,5 | 2,0-28,0 | То же |
Выбор того, или иного газа для сварки зависит не только от температуры пламени, но и от количества теплоты (теплотворной способности), которое получается при его сгорании. Коэффициент замены ацетилена, указанный в таблице, это отношение расхода газа-заменителя к расходу ацетилена при одинаковой эффективной тепловой мощности. Данный коэффициент необходим, если потребуется заменить ацетилен другим горючим газом.
Водород
Ниже представлена лишь справочная информация о водороде, для более подробной информации читайте статью плотность, формула, масса, получение и другие характеристики водорода
Водород H2 в нормальных условиях представляет собой горючий газ без цвета и запаха. Это один из самых легких газов, он в 14,5 раза легче воздуха. Водород способен образовывать в определенных пропорциях взрывоопасные смеси с воздухом и кислородом. Поэтому при сварочных работах необходимо строго соблюдать правила безопасности труда. Получают водород разложением воды электрическим током. К месту сварки водород доставляют в стальных баллонах в газообразном состоянии под давлением 15 МПа. Баллоны для водорода окрашивают в зеленый цвет. Водород, применяемый для сварочных работ, должен удовлетворять требованиям ГОСТ 3022-80. Водородно-кислородное пламя имеет синюю окраску и не имеет четких очертаний зон пламени, что затрудняет, его регулировку.
Достоинства и недостатки
Метод газосварки имеет следующие достоинства:
- доступность расходных материалов;
- простота транспортировки баллонов с газом и другого оборудования к месту работы;
- обеспечение нужного диапазона температур для плавления;
- допустимость применения для сварки многих видов металлов;
- регуляция скорости горения и вида пламени при использовании флюса или припоя.
К преимуществам такого метода относится равномерное прогревание и остывание обрабатываемых поверхностей. Это препятствует появлению пустот и трещин в готовом покрытии. Достоинством газовой сварки считается и низкая цена расходных материалов.
У этого способа сварки немало недостатков. Использование открытого пламени приводит к нагреву большого участка металла. Повышается риск повреждения элементов с низкой термической устойчивостью.
Кроме того, такой метод сварки не применяют для обработки заготовок, толщина которых больше 5 мм, т.к. это становится причиной снижения производительности работ.
Существуют особенности и ограничения на применение этой технологии. Газопламенная сварка не рекомендована для создания нахлестного соединения. Она создает дополнительное напряжение в металле и в дальнейшем может спровоцировать деформацию или разгерметизацию шва.
К недостаткам этого вида сварки относится невозможность автоматизации процесса и необходимость строгого соблюдения правил техники безопасности для недопущения взрыва и пожара.
Рекомендуем к прочтению Что такое MIG, MAG и MMA-сварка
Коксовый газ
Коксовый газ — бесцветный горючий газ с запахом сероводорода. Коксовый газ получают при выработке кокса из каменного угля, состоит он из смеси газообразных горючих продуктов водорода, метана и других непредельных углеводородов. Применяют в основном для резки сталей, сварки и пайки легкоплавких цветных металлов. Для сварки и резки применяют коксовый газ, очищенный от сернистых соединений и смолистых веществ. Для полного сгорания 1 м3 необходимо 0,9 м3 кислорода. К месту сварки и резки коксовый газ подают по трубопроводам под давлением 1,3-1,5 кПа.
Область применения для полуавтоматов
При электродуговой сварке полуавтоматическим аппаратом облако защитного газа необходимо предотвратить контакт расплавленного металла в сварочной ванне с кислородом, азотом и водяными парами, содержащимися в атмосферном воздухе. Такой контакт приводит к образованию окислов и других нежелательных соединений, ухудшающих качество шва, ведущих к образованию пористости, трещин и других дефектов. Облако защитного газа вытесняет воздух из рабочей зоны и надежно закрывает ее. Газ необходимо постоянно подавать в рабочую зону.
Электродуговая сварка в облаке защитных газов используется для практически всех металлов и их сплавов — от черных до цветных, легких, таких как алюминий или магний, и редкоземельных.
Такую технологию используют как на промышленных предприятиях, в полуавтоматических и автоматических агрегатах, так и в небольших ремонтных мастерских. В последнее время оборудование стало доступно и домашним мастерам.
Городской газ
Городской газ является составным горючим газом. Обычно основным компонентом городского газа является природный газ, к нему добавляют коксовый и генераторный газы. Состав городского газа непостоянен, газ типа московского имеет следующий состав: метан (70-95%), водород (до 25%), тяжелые углеводороды (до 1%), азот (до 3%), оксид углерода (до 3%), двуокись углерода (до 1%), кислород (до 0,5%). К месту сварки городской газ доставляют по трубопроводам. Как заменитель ацетилена он используется для резки сталей, сварки и пайки легкоплавких цветных металлов.
Что использовать для резки?
Резка предполагает абсолютно другой принцип использования газа. Здесь нужно использовать те же газы, какие вступают в реакцию с кислородом с металлом, для того, чтобы как можно быстрее разрушать рабочую поверхность.
- Кислород. Самый дешёвый, но, в то же время, самый неэффективный газ.
- Ацетилен. Оптимальный выбор для всех типов сварки. Не подойдёт для слишком тонких поверхностей.
- Псевдо-ацетилен или его заменители. Не дешёвый вариант, особенно, если речь идёт о больших партиях. Обеспечивает премиальное качество и высокую скорость работы.
Пропан
Пропан технический — бесцветный горючий газ с резким запахом, состоящий из пропана С3Н8 или из пропана и пропилена С3Н8, суммарное содержание которых должно быть не менее 93%. Получают пропан при переработке нефтепродуктов. При нормальных условиях пропан находится в газообразном состоянии, а при понижении температуры или повышении давления переходит в жидкое состояние. Так, при температуре 293 К пропан переходит в жидкое состояние при давлении 0,85 МПа. Испарение 1 кг жидкого пропана дает 0,53 м3 паров.
Пропан-бутановая смесь — бесцветный горючий газ с резким запахом, является побочным продуктом при переработке нефти.
Смесь легко превращается в жидкое состояние, например при температуре 233 К пропан-бутановая смесь сжижается при атмосферном давлении. Сжиженные газы хранят только в закрытых емкостях, так как испарение жидкости происходит даже при 273 К.
Плотность пропан-бутана больше плотности воздуха, поэтому необходимо тщательно следить за герметичностью аппаратуры и коммуникаций во избежание образования взрывоопасной смеси газа с воздухом внизу помещения. Заполнение емкостей пропаном и пропан-бутановой смесью, транспортирование их, а также слив газа должны выполняться в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», утвержденными Госгортехнадзором.
Пропан-бутановые смеси широко применяются при резке сталей, сварке и пайке легкоплавких цветных металлов, закалке, газовой сварке пластмасс. К месту сварки смесь поставляют в стальных баллонах под давлением 1,6 МПа или по газопроводам через перепускную рампу. При испарении 1 кг пропана образуется 500 дм3 газа.
Особенности выполнения
Для разогрева заготовки и оплавления кромок применяется тепло сгорания пропана или ацетилена. При сварке различных материалов существуют свои нюансы:
- обычная конструкционная сталь сваривается практически любым газом, для присадочного материала используют низкоуглеродистую проволоку;
- нержавейка требует газов с высокой теплоотдачей и проволоки, легированной Mo, Ni или Cr;
- меди нужно пламя особо большой мощности;
- сваривание латуни осложняется выгоранием легкоплавкого цинка, поэтому в проволоке его должно быть больше, чем в заготовках;
- бронзу сваривают восстановительным пламенем, в присадке повышено содержание кремния в качестве раскислителя.
Для всех металлов необходимо соблюдать баланс между глубоким проплавлением кромок и возможным пережогом.
Керосин
Керосин также является продуктом переработки нефти и представляет собой бесцветную желтоватую легко испаряющуюся жидкость. Керосин, применяемый для сварки и резки металлов, должен удовлетворять требованиям ТУ 38.71-58-10-90. Керосин применяют также для сварки и пайки легкоплавких цветных металлов.
Итак, мы узнали, что ацетилен является основным горючим газом для газовой сварки, но для газовой резки применяют другие, менее дорогие газы, которые позволяют осуществлять процесс резки без существенной потери производительности и качества.
Влияние на процесс
Защитный газ применяемые для сварки оказывают огромное влияние как на сам процесс, так и на результат – качество сварного соединения. Неправильный выбор газов приведёт либо к многочисленным дефектом, либо к ненужному удорожанию процесса.
Приведём несколько примеров:
Применение аргона или гелия для сварки металлоконструкций из Ст3пс. Сварное соединение получится качественным, но затраты необоснованно высокими. Или же другой пример: сварка титанового сплава ВТ9 в среде углекислого газа. В этом случае финансовые затраты будут минимальны, но соединение будет однозначно бракованным и скорее всего даст трещину еще до того, как сварщик завершит работу.
Полезная статья – Все что нужно знать про клей поксипол, чтобы обойтись без сварки.
Оборудование для газовой сварки
Для проведения газосварочных работ требуется комплект оборудования, включающий:
- редуктор;
- кислородный баллон;
- предохранительные клапаны;
- горелка;
- газовый генератор;
- шланг;
- флюсы и припои.
Понадобится специальная тележка, предназначенная для размещения всего оборудования. Она обеспечит лучшую мобильность при проведении работ.
Разновидности горелок
Горелки выполняют ряд важных функций. Они участвуют в смешении газа, стабилизации фронта воспламенения, регулируют подачу горючей смеси и интенсивность горения.
В зависимости от конструкционных особенностей горелки бывают инженерными, диффузными, оснащенными системами принудительного нагнетания кислорода, а также комбинированными.
Кроме того, они классифицируются по:
- характеристикам нагнетания давления;
- способу подачи кислорода;
- варианту сжигания газа;
- излучающей способности и т.д.
В зависимости от особенностей конструкции они могут выдерживать от 5 000 Па до 0,3 МПа.
Баллоны с газом
Для каждого вида газа выпускаются баллоны отдельного цвета. В процессе эксплуатации их нельзя окрашивать, чтобы избежать нежелательных реакций. Баллоны, предназначенные для ацетилена, не следует оснащать медными вентилями, т.к. это может спровоцировать взрыв.
Специальные шланги
В процессе сварочных работ применяют специальные шланги. Они предназначены для подачи горячих жидкостей и газов. К этим элементам оборудования предъявляются особые требования.
Они должны выдерживать большое давление. Если на шланге присутствует желтая полоса, он может использоваться для горячих жидкостей. Шланги с красной отметкой выдерживают 6 атмосфер, а с синей – до 20.
Водяной затвор
Водяной затвор предназначен для защиты генератора, трубы и других элементов газосварочного оборудования. Его располагают между ацетиленовой трубой и горелкой.
Пост для сварки газом
Это специальный стол, который можно фиксировать и поворачивать. Некоторые модели оснащены вентиляцией и системой для хранения инструментов.
Проволока и присадки
Для проведения работ используют особую присадочную проволоку. Ее диаметр подбирают в зависимости от толщины детали. В процессе сварки применяют флюсы. Эти вещества производят на основе кремниевой и борной кислоты и выпускают в виде растворов, порошков и паст.
Редуктор
Это важнейший элемент конструкции. Он необходим для снижения давления газа, исходящего из баллона. Редукторы бывают прямого и непрямого действия. Некоторые из них имеют устройства, предотвращающие замерзание газа при его выходе из баллона.
