ГАЗОВЕ ЗВАРЮВАННЯ
Газове зварювання (за способом 311) - це зварювання плавленням, при якому джерелом тепла для плавлення зварюваного матеріалу і присадочного матеріалу є полум'я, в якому горить суміш горючого газу і газу, що підтримує горіння.
Гази, що використовуються для зварювання
а) горючі гази
b) гази, що підтримують горіння
Легкозаймисті (горючі) гази - це гази, які горять у присутності повітря або кисню. Крім водню та оксиду вуглецю, горючими газами є вуглеводні, найвідоміші з яких представлені в таблиці 4.1.
Ацетилен(C2H2) — горючий вуглеводневий газ із характерним запахом. Це безбарвний, неотруйний газ, легший за повітря. На практиці цей газ найчастіше використовують для зварювання, через найвищу температуру полум'я. З киснем і повітрям утворює вибухову суміш у широкому діапазоні концентрацій. Його температура спалаху становить 305°C. Його отримують шляхом розкладання карбіду кальцію під дією води в проявниках. Молекула ацетилену не дуже стабільна. У разі пожежі або удару тиску він розкладається на вуглець і водень. Зростання об'єму при розкладанні призводить до вибухової реакції з можливими руйнівними наслідками.
Він поставляється розчиненим в ацетоні в пляшках як кисень. На відміну від кисню, балони не порожні всередині, а наповнені пористою речовиною, яка зупиняє можливе розкладання ацетилену. У 40-літрову пляшку додають 18 кг ацетону або диметилформаміду, які служать розчинником. Пляшки наповнюють під тиском 1,8 МПа. Максимальний робочий тиск ацетилену може становити 150 кПа.
Гази, що підтримують горіння, це повітря і кисень
Повітря являє собою суміш азоту, кисню, інертних газів і вуглекислого газу. Основними компонентами є азот (78%) і кисень (21%). Температура полум'я суміші горючого газу і повітря недостатня для зварювання, але вона широко використовується при пайці і нагріванні матеріалів.
Кисень O2 є безбарвним, без смаку і запаху, нетоксичним газом, що підтримує горіння. Його отримують шляхом поділу зрідженого повітря за допомогою низькотемпературної ректифікації та електролізу води. Кисень зріджується при температурі -183 °C. Він переходить у твердий стан при -218,9 °C.
Найважливішою властивістю кисню є його реакційна здатність. Є кілька елементів, з якими кисень не зв'язується. У збагаченому киснем середовищі процеси окислення і горіння відбуваються значно швидше, ніж на повітрі. Через сильний окислювальний ефект він не повинен контактувати з жирами органічного походження. Радикальне окислення жирів може призвести до їх займання і вибуху. Поставляється в газоподібному або рідкому вигляді. У газі подається в сталевих балонах об'ємом 6 м3 під тиском 15 МПа.
Процес газового зварювання
Під час зварювання основний (зварюваний) матеріал і додатковий матеріал повинні бути розплавлені теплом. Необхідне тепло для зварювання виробляється спалюванням горючого газу (ацетилену) з киснем.
У полум'ї відбуваються наступні екзотермічні первинні та вторинні хімічні реакції.
Первинне горіння суміші ацетилену і кисню
C2H2 + O2 = 2CO + H2 + 21134,2 kJ.m-3 (4.4)
Первинна фаза горіння - т. зв неповне згоряння. Він проходить навколо поверхні конічної серцевини полум’я. На відстані до 10 мм від верхньої частини серцевини є зона полум’я з негативним редукційним впливом на зварювальну ванну. Ця зона редукції захищає зварювальну ванну від атмосферного кисню.
Вторинні хімічні реакції з навколишнім середовищем, які створюють зовнішню область полум’я:
CO + ½ O2 + 2N2 = CO2 + 2N2 + Q (4.5)
H2 + ½ O2 + 2N2 = H2O + 2N2 + Q (4.6)
C + ½ O2 + 2N2 = CO + 2N2 + Q (4.7)
Усі ці реакції є екзотермічними.
Вторинна стадія горіння - досконале згоряння. Він оточує зону редукції полум'я. Щоб спалити відходи з цієї області, вона отримує необхідний кисень з навколишньої атмосфери. ЇЇ також називають областю окислення полум'я. Він утворює хвіст полум'я і надає окислювальну дію на зварювальну ванну.
4.5.1 Види киснево-ацетиленового полум'я
Ми поділяємо киснево-ацетиленове полум'я за двома основними аспектами:
- за співвідношенням суміші газів, або за кількістю O2 і C2H2 в суміші
- за швидкістю виходу суміші O2 і C2H2 з пальника
За співвідношенням суміші газів:
Нейтральне полум'я - має співвідношення газів O2:C2H2 1-1,2: 1. Зварювальний конус різко виражений із закругленим кінцем. Найбільш поширене його застосування для звичайного зварювання. Не змінює хімічний склад наплавленого металу.
Редукційне (цементаційне) полум'я - при надлишку ацетилену зварювальний конус покривається білою вуалю. Довжина вуалі залежить від надлишку ацетилену. Полум'я цементує наплавлений метал. Зварний шов крихкий, твердий і пористий. Застосовується для зварювання алюмінію, магнію та їх сплавів, також використовується для зварювання твердих металів і для цементування.
Окислювальне полум'я - при надлишку кисню зварювальний конус коротший і при надлишку кисню забарвлюється в синьо-фіолетовий колір. Надлишок кисню вже спалює CO до вуглекислого газу, а область редукції звужується, доки вона повністю не зникне, і полум’я стає окислювальним. Застосовується для зварювання латуні і деяких видів бронзи.
За швидкістю виходу полум'я:
Мяке - вихідна швидкість 70 – 100 м.с-1, нестабільне, схильне до збивання, використовується мінімально.
Середнє - вихідна швидкість 100 – 120 м.с-1, стабільне, має достатній динамічний ефект, гарантує хорошу якість зварювання та достатню продуктивність.
Гостре - вихідна швидкість > 120 м.с-1, має великий динамічний вплив полум'я на зварювальну ванну і на збільшення теплового впливу. Вища продуктивність зварювання відбувається за рахунок якості зварювання.
4.5.2 Способи газового зварювання
За способом направлення пальника і додаткового матеріалу в залежності від напрямку зварювання розрізняють:
- Зварювання «кутом вперед» (лівостороннє) obr. 10
- Зварювання «кутом назад» (правостороннє) obr. 11
Підготовка зварних поверхонь до газового зварювання
На якість зварних з'єднань істотно впливає також попередня обробка зварних поверхонь. Підготовка передбачає очищення поверхні в місці зварювання та відповідну обробку зварних поверхонь залежно від товщини матеріалу. Очищення зварних поверхонь проводять механічним і хімічним методами.
Підготовка зварних поверхонь передбачена стандартом STN EN ISO 9692-1.
Додаткові матеріали для газового зварювання визначаються згідно з STN EN 12536
Для газового зварювання використовуються додаткові матеріали у вигляді дроту, що поставляється в метрових бухтах або прутків діаметром ø 1,6; 2; 2,5; 3.15; 4; 5, 6 і 8 мм.
Діаметр додаткового дроту залежить від товщини основного матеріалу, що зварюється.
Додатковий матеріал вказано напр. : дріт EN 12536 – O III
O = позначення дроту для газового зварювання
III = символ хімічного складу дроту / від I до VI /
