Plynové svařování kovů: technologie, vlastnosti, použité zařízení

Zpracování kovů plynovým plamenem je řada technologických procesů spojených se zpracováním kovů vysokoteplotním plynovým plamenem.

Mezi tyto procesy patří také tavné svařování plynem. Při tomto typu svařování jsou okraje spojovaných dílů ohřívány plamenem plynů spalovaných na výstupu z plynového svařovacího hořáku.

Plynový plamen vzniká nejčastěji v důsledku spalování (oxidace) hořlavých plynů s technicky čistým kyslíkem (čistota ne nižší než 98,5 %). Jako hořlavé plyny se používají acetylen, vodík, metan, propan, směs propan-butan, benzín a petrolej.

Rýže. 1. Rozložení teploty podél osy normálního plynového plamene

Plamenné zóny při svařování plynem

Plynový svařovací acetylen-kyslíkový „normální“ plamen má podobný tvar jako schéma na obrázku 1.

Plynná směs vycházející z trysky se ve vnitřní části jádra plamene 1 zahřívá na zápalnou teplotu. Ve vnějším plášti jádra dochází k částečnému rozkladu acetylenu. Uvolněné uhlíkové částice jsou horké, jasně září a jasně zvýrazňují obrysy pláště jádra – teplota plynů v jádru je nízká a nepřesahuje 1500 °C.

Zóna 2 neboli svařovací zóna je nejdůležitější částí svařovacího plamene. První stupeň spalování acetylenu v něm nastává kvůli kyslíku, který vstupuje do trysky z válce. Proto se zde vyvíjí maximální teplota. Plyny ve svařovací zóně mají redukční vlastnosti vůči oxidům mnoha kovů, včetně oxidů železa. Proto ji lze nazvat obnovující. Obsah uhlíku ve svarovém kovu se mírně mění.

V zóně 3 nebo plamenném hořáku plyny hoří díky kyslíku ve vzduchu. Plyny obsažené v hořáku a jejich produkty disociace oxidují kovy, tzn. zóna oxiduje. Typ acetylen-kyslíkového plamene závisí na poměru kyslíku k acetylenu v plynné směsi přiváděné do hořáku. Tento poměr se nazývá koeficient β.

Rýže. 2. Struktura acetylen-kyslíkového plamene

Při β = 1,1. 1,2 je plamen normální (viz obr. 1). Jak se tento poměr zvyšuje, tj. relativní zvýšení obsahu kyslíku (oxidační plamen) – mění se tvar a struktura plamene (obr. 2). Oxidační reakce se zrychlují a jádro plamene bledne, zkracuje se a získává kuželovitý, špičatý tvar. Poté svarová zóna ztrácí své redukční vlastnosti a získává oxidační charakter – obsah uhlíku ve svarovém kovu klesá a dochází k vyhoření.

Při poklesu koeficientu β – tzn. zvýšení obsahu acetylenu ve směsi plynů – oxidační reakce se zpomalují. Jádro se prodlužuje a jeho obrysy se rozmazávají. Množství volného uhlíku se zvyšuje, jeho částice se objevují v zóně svařování. Při silném přebytku acetylenu se v plameni objevují i ​​částice uhlíku. V tomto případě se svařovací zóna nauhličí – obsah uhlíku ve svarovém kovu se zvyšuje.

Plamen acetylenových náhražek je v zásadě podobný acetylenu-kyslíku a má tři zóny. Na rozdíl od uhlovodíkových plynů nemá vodíkovo-kyslíkový plamen svítící jádro, protože neobsahuje svítící uhlíkové částice.

Teplota plamene při svařování plynem

Jedním z nejdůležitějších parametrů, které určují tepelné a technologické vlastnosti plamene, je jeho teplota. Liší se v různých částech, jak v délce podél své osy (obr. 1), tak v příčném řezu. Záleží na složení plynné směsi a stupni čistoty použitých plynů.

Nejvyšší teplota je pozorována podél osy plamene a dosahuje maxima v zóně svařování ve vzdálenosti 2. 3 mm od konce jádra. Toto je hlavní oblast svařování pro tavení kovu. Jak se β zvyšuje, zvyšuje se maximální teplota a posouvá se směrem k náustku hořáku. K tomu dochází v důsledku zvýšení rychlosti spalování směsi s přebytkem kyslíku. Při přebytku acetylenu (β menší než 1) se naopak maximální teplota vzdaluje od náustku a klesá na hodnotě.

Hořlavé plyny nahrazující acetylen jsou levnější a není jich nedostatek. Ale jejich výhřevnost je nižší než u acetylenu. Maximální teploty plamene jsou také výrazně nižší.

Náhradní plyny se proto v omezeném množství používají v technologických procesech, které nevyžadují vysokoteplotní plamen: svařování hliníku, hořčíku a jejich slitin, olova; pájení, svařování tenkých ocelových plechů; řezání plynem atd. Například při použití směsí propanu a propan-butanu je maximální teplota v plameni 2400. 2500 0C. Takové směsi se používají při svařování oceli do tloušťky 6 mm; svařování litiny, některých neželezných kovů a slitin; navařování, řezání plynem atd.

Při použití vodíku je maximální teplota plamene 2100 °C. Ohřívání kovu plamenem je způsobeno sálavou a převážně konvekční výměnou tepla mezi proudem horkých plynů a povrchem kovu, který je s ním v kontaktu. Když je plamen ve svislé poloze, jeho šířící se proud tvoří na povrchu kovu symetrické vzhledem ke středu topné místo. Při naklonění plamene se topné místo rozprostírá podél osy a příčně se zužuje. Intenzita ohřevu před jádrem je vyšší než za ním.

Při svařování plynem se teplo přivádí do výrobku na větší ploše topného bodu. Zdroj tepla je méně koncentrovaný než u jiných metod tavného svařování. Vzhledem k rozsáhlé topné ploše základního kovu je tepelně ovlivněná zóna – tepelně ovlivněná zóna – velká. To vede ke vzniku zvýšených deformací svarových spojů (deformace).

Vliv plynné fáze na kov svarové lázně

Při svařování plynem je kov svarové lázně aktivně ovlivňován plynnou fází celého plamene a zejména svařovací zóny. Plynná fáze obsahuje hlavně CO + H2 a částečně vodní páru, dále CO2, H2, O2 a N2 a trochu volného uhlíku. Jeho složení určuje poměr kyslíku a hořlavého plynu ve směsi plynů a také teplotu plamene. V různých zónách fáze je složení také odlišné.

Metalurgické interakce plynné fáze s kovem svarové lázně závisí na složení. Hlavní reakce při svařování jsou oxidace a redukce. Směr reakce závisí na koncentraci kyslíku v plynné fázi – oxidační a karburační plameny – interakční teplotě a vlastnostech oxidu.

Při svařování ocelí dochází především k interakci plynné fáze se železem, tzn. jeho oxidy se tvoří nebo redukují. Prvky s větší afinitou ke kyslíku oproti železu (Al, Si, Mn, Cr aj.) mohou být intenzivně oxidovány, když nedochází k oxidačním reakcím železa. Snadno se oxidují nejen v čisté formě, ale i ve formě legujících přísad a čím vyšší je jejich obsah, tím je oxidace intenzivnější. Oxidaci prvků jako Al, Ti, Mg, Si nelze zcela eliminovat. Ke snížení jejich plýtvání by se kromě regulace složení plynné směsi měla používat tavidla.

Dezoxidace a struktura kovu při svařování plynem

Ochranný a obnovující účinek plamene je relativně nízký. Proto se dezoxidace kovu ve svarové lázni při svařování ocelí dosahuje zavedením manganu, křemíku a dalších dezoxidantů do ní přes přídavný drát.

Deoxidanty tvoří tekuté strusky, které podporují samotavení svarové lázně. To znamená, že na povrchu svarové lázně vznikají strusky, které chrání roztavený kov před kyslíkem, vodíkem a dusíkem, plynným prostředím plamene a nasávaným vzduchem.

Jinak se nelze vyhnout negativním důsledkům. Například vodík obsažený v plameni se může rozpustit v roztaveném kovu svarové lázně. Když kov krystalizuje, část vodíku, který se ještě nevyvinul, může tvořit póry. Dusík vstupující do roztaveného kovu ze vzduchu v něm tvoří nitridy.

Strukturální přeměny ve svarovém kovu a tepelně ovlivněné oblasti při svařování plynem jsou stejného charakteru jako při jiných metodách tavného svařování. Ale díky pomalému zahřívání a ochlazování má svarový kov více hrubší krystalickou strukturu s rovnovážnými, nepravidelně tvarovanými zrny. Při svařování ocelí obsahujících 0,15. 0,3 uhlíku a rychlém ochlazení v něm může vzniknout Widmanstättenova struktura. Čím vyšší je rychlost ochlazování kovu, tím jemnější je zrno v něm a tím vyšší jsou mechanické vlastnosti svarového kovu. Proto by mělo být svařování provedeno co nejrychleji.

Tepelně ovlivněná zóna se skládá ze stejných charakteristických oblastí jako při obloukovém svařování. Jeho šířka je však mnohem větší – až 30 mm při svařování tlusté oceli – a závisí na režimu svařování plynem.

Typy spojů pro svařování plynem

Během procesu svařování se základní a přídavné kovy roztaví. Stupeň jejich natavení je dán výkonem hořáku, tloušťkou kovu a jeho termofyzikálními vlastnostmi. Plynové svařování se používá k výrobě svarových spojů různých typů.

Kov do tloušťky 2 mm se spojuje bez řezných hran a bez mezer nebo ideálně s lemovanými hranami bez přídavného kovu.

Kov o tloušťce 2. 5 mm s přídavným kovem je svařován natupo bez řezání hran s mezerou mezi hranami.

Při svařování kovu nad 5 mm se používá příprava hrany ve tvaru V nebo X.

T-spojky a přeplátované spoje jsou přípustné pouze pro kovy do tloušťky 3 mm. Při velkých tloušťkách vede nerovnoměrný ohřev k výrazným deformacím, zbytkovým napětím a možnosti vzniku trhlin.

Svařované hrany se mechanicky nebo plynovým plamenem očistí od nečistot o 30. 50 mm. Díly svarového spoje se před svařováním zajistí v montážně-svařovacím přípravku nebo se spojí pomocí krátkých lepivých svarů.

Metody svařování vlevo a vpravo

Směr pohybu hořáku a jeho sklon ke kovovému povrchu mají velký vliv na účinnost ohřevu kovu, produktivitu svařování a kvalitu švu. Existují dva způsoby svařování: pravý a levý (obr. 3).

Vzhled švu je lepší u metody svařování vlevo, protože svářeč vidí proces tvorby švu. Pro tloušťky kovu do 3 mm je také levostranný způsob svařování produktivnější z důvodu předehřívání hran.

Ale úhel zkosení hran při použití správné metody svařování je o 10. 150 menší než u levého – při velké tloušťce kovu a svařování řeznými hranami. Úhel sklonu náustku může být i o 10. 150 menší. Výsledkem je zvýšení produktivity svařování. Tepelný účinek plamene na kov závisí na úhlu sklonu osy plamene k povrchu kovu (obr. 4).

Rýže. 3. Způsoby pohybu hořáku (metody svařování plynem)

Rýže. 4. Úhly hořáku v závislosti na tloušťce kovu

Technika svařování plynem

Během svařování jsou hořáku udělovány oscilační pohyby. Konec náustku popisuje klikatou dráhu. Svářeč drží hořák v pravé ruce a v levé ruce při použití přídavného kovu mačká přídavnou tyč. Plnicí tyč je umístěna pod úhlem 45° ke kovovému povrchu. Roztavený konec plnicí tyče je vystaven cik-cak vibracím ve směru opačném k pohybu náustku (obr. 5).

Svařování plynem lze provádět ve spodní, svislé a nad hlavou. Při svařování svislých švů „do kopce“ je výhodnější provést proces levou metodou a při svařování vodorovných a stropních švů je výhodnější provést proces správnou metodou.

Rýže. 5. Pohyby hořáku a drátu: a) při svařování oceli o tloušťce větší než 3 mm ve spodní poloze; b) při svařování koutových svarů; 1 – pohyb drátu; 2 — pohyb hořáku; 3 – místa zdržení dopravy

Pokud potřebujete použít tavidlo, mělo by být aplikováno na hrany, které mají být svařeny, nebo zavedeno do svarové lázně staveným koncem plnicí tyče. Tavidla mohou být také použita v plynné formě, když jsou dodávána do svařovací zóny s hořlavým plynem.

Plazmový oblouk se vyznačuje extrémně vysokými teplotami (až 30000 XNUMX °C) a širokým rozsahem kontroly technologických vlastností.

Svařování elektronovým paprskem využívá kinetickou energii proudu elektronů pohybujících se vysokou rychlostí ve vakuu.

Třecí svařování je druh tlakového svařování, při kterém se ohřev provádí třením způsobeným pohybem (rotací) jedné ze spojovaných částí svařovaného výrobku.

Když je povrch tělesa ozářen světlem, energie kvant (částí) světla je tímto povrchem pohlcena. Vzniká teplo a povrchová teplota stoupá. Pokud se světelná energie soustředí na malou plochu povrchu, lze dosáhnout vysokých teplot. To je základ pro svařování světelným paprskem z optického kvantového generátoru – laseru.

Při svařování vysokofrekvenčními proudy (HFC) je výrobek před svařovací jednotkou vytvořen ve formě polotovaru s mezerou ve tvaru V mezi svařovanými hranami.

Studené svařování je metoda spojování dílů při pokojové (a dokonce záporné) teplotě, bez ohřevu z vnějších zdrojů.

Svařování výbuchem je relativně nový a perspektivní technologický proces. Umožňuje vyrábět bimetalové polotovary a výrobky téměř neomezených velikostí z různých kovů a slitin, včetně těch, které se jinými metodami obtížně svařují.

Magneticko-pulzní svařování kovů využívá sil elektromechanické interakce mezi vířivými proudy indukovanými ve stěnách obrobku, když protínají magnetické siločáry pulzního magnetického pole a samotného magnetického toku.

Promluvme si o tom, co je svařování plynem, kde se používá a jaké zařízení je k tomu zapotřebí.

Plynové svařování je jedním z nejjednodušších způsobů, jak získat pevné svary. Tato metoda umožňuje spojovat nejen ocel, ale také kovy, které jsou citlivé na změny teploty, například litinu, bronz a některé druhy legované oceli. Na rozdíl od elektrického svařování, které je každému známější, se zde nepoužívá složité a drahé zařízení. Vše, co potřebujete, je hořák, lahve s hořlavým plynem a kyslíkem a plnicí tyče.

• Co je svařování plynem
• Podstata svařování plynem
• Výhody a nevýhody svařování plynem
• Rozsah svařování plynem
• Seznam běžně používaných plynů
• Zařízení pro svařování plynem
• Technika a technologie svařování plynem
• Druhy plamenů a plynů při svařování plynem
• Bezpečnostní opatření
• Doporučení pro optimalizaci svařovacího procesu

Co je svařování plynem

Hlavní výhodou svařování plynem je schopnost získat krásný a spolehlivý svar, který nevyžaduje další zpracování.

Proces zahřívání a tavení kovu nastává pod vlivem vysoké teploty vznikající při spalování směsi kyslíku s propanem, acetylenem nebo jiným hořlavým plynem.

To vám umožní lokalizovat oblast ohřevu pracovní plochy a snížit pravděpodobnost vzniku trhlin, což je zvláště důležité v případě svařování kovů citlivých na změny teploty, například litiny, bronzu a některých druhů slitin. ocel.

Podstata svařování plynem

Samotná podstata svařování plynem spočívá v roztavení okrajů spojovaných dílů nebo plnicí tyče otevřeným plamenem. Hořící hořák nejen roztaví kov, ale také vytlačí vzduch ze svarové lázně a účinně ji chrání před oxidací a kontaktem s okolím.

V zásadě se jako palivo pro svařování plynem používá propan nebo acetylen, jehož teplota hoření může dosáhnout 3000 C. To umožňuje svařovat ocelové výrobky, ale není vhodné pro práci s barevnými kovy. V tomto případě se používá petrolej, vodík, metan nebo jiné plyny, jejichž měrná teplota spalování je mnohem nižší.

Výhody a nevýhody svařování plynem

Jako každá jiná metoda má svařování plynem řadu výhod, včetně:

Nízké náklady na vybavení a spotřební materiál.

Volba požadované teploty tavení kovu.

Možnost spojování široké škály kovů.

Plynulý ohřev, který zabraňuje kolísání teplot a vzniku trhlin ve svaru.

Navzdory svým výhodám není tato metoda bez nevýhod:

Nízká účinnost díky velkému rozptylu tepla po povrchu výrobku.

Zbytková pnutí kovu v zóně svaru.

Při svařování překrývajících se částí je vysoká pravděpodobnost deformace.

Nebezpečí požáru v důsledku otevřeného ohně.

Rozsah svařování plynem

Zvláštnosti procesu umožňují spojit většinu kovů svařováním plynem, ale nejčastěji se používá při svařování:

• cín a kovy s tloušťkou stěny do 5 mm;
• neželezné kovy;
• litina;
• jakosti nástrojové oceli.

Seznam běžně používaných plynů

Každý kov má určitý soubor vlastností a bod tání, takže k získání vysoce kvalitních svarů lze použít různé hořlavé plyny.

Pro větší přehlednost jsme sestavili tabulku, která vám pomůže vybrat ten správný plyn pro svařování konkrétního kovu.

Zařízení pro svařování plynem

Sada zařízení používaných pro svařování plynem se nazývá stanice pro svařování plynem a zahrnuje:

zařízení pro svařování plynem

výplňový materiál

Maskovací svářeč

pomocné vybavení

Při svařování plynem byste neměli zapomínat na vlastní bezpečnost, proto při práci musíte používat osobní ochranné prostředky – masku nebo svářečské brýle, ochranný oblek a legíny.

Technika a technologie svařování plynem

Proces svařování plynem vyžaduje určité zkušenosti a dovednosti, stejně jako přísné dodržování technologického postupu.

Nejprve je nutné svařované hrany očistit od rzi, nečistot a zbytků starých nátěrů. K tomu je třeba je zpracovat brusným papírem, pilníkem nebo dokonce bruskou. Samotný proces svařování lze provést dvěma hlavními způsoby:

1. Že jo. Hořák se pohybuje vzhledem k obrobku zleva doprava. Plamen plynového hořáku je nasměrován do svarové lázně a následuje přídavný materiál. Tato metoda je složitější, ale poskytuje lepší ochranu svaru.
2. Vlevo, odjet. Nejčastěji používaný způsob svařování, při kterém se hořák pohybuje zprava doleva a plnicí tyč se pohybuje mírně před plamenem a dotýká se nesvařených oblastí kovu.

Druhy plamenů a plynů při svařování plynem

Intenzita ohřevu a tavení kovu závisí nejen na typu hořlavého plynu, ale také na typu plamene, který se tvoří v hořáku:

• normální plamen. Vzniká smícháním jednoho dílu acetylenu se dvěma díly kyslíku. Tento plamen využívají svářeči při spojování oceli, hliníku, bronzu a slitin s nečistotami cínu;
• oxidační plamen. Takový hořák se vytvoří, když se zvýší kyslík ve směsi plynů. používá se pro svařování mosazi nebo při použití tvrdých pájek;
• karburační plamen. Vyznačuje se vysokou koncentrací hořlavých plynů a umožňuje efektivní navařování nebo svařování hliníkových a litinových výrobků.

Bezpečnostní opatření

Stejně jako jiné druhy svařování je i svařování plynem vysoce riziková práce. To je způsobeno především používáním otevřeného ohně a plynových lahví, ve kterých je plyn skladován pod tlakem.

Tato kombinace faktorů vyžaduje přísné dodržování bezpečnostních norem a předpisů:

• pracoviště musí být zbaveno hořlavých materiálů a vybaveno hasicím přístrojem;
• pracovník musí být oblečen do ochranného obleku a kamaše a svářečské masky na ochranu očí a pokožky hlavy;
• pracovat v dešti, sněhu nebo podmínkách vysoké vlhkosti.

Doporučení pro optimalizaci svařovacího procesu

Při zahájení svařování plynem musíte vždy pamatovat na rizika, která vznikají při provádění takové práce. Následující doporučení vám pomohou vyhnout se nehodám a zraněním:

• pro výcvik a rozvoj potřebných svařovacích dovedností je lepší používat směs acetylenu a kyslíku;
• při práci s propanem je nutný hořák GZU 3-02 a drát Sv08G2S;
• okraje spojovaných výrobků musí být očištěny od nečistot;
• výběr metody svařování – vlevo nebo vpravo – je určen s ohledem na daný úkol a dovednosti svářeče, protože obě metody mají výhody a nevýhody.

Odpovědi na otázky: svařování kovů plynem: technologie, vlastnosti, použité zařízení
Je možné svařovat litinu pomocí svařování plynem?
Skrýt Další podrobnosti

Ano, svařování litiny plynem se provádí horkou metodou, tedy předehřátím okrajů svařovaných dílů. Aby byl šev co nejsilnější, je nutné dosáhnout vytvoření normálního plamene a jeho jádro by mělo být ve vzdálenosti 2-3 mm od povrchu kovu.

Jaký přídavný materiál se používá pro svařování?
Skrýt Další podrobnosti

Jako přídavný materiál můžete použít svařovací drát nebo obalenou elektrodu, předem očištěnou od povlaku.

Jaká metoda svařování je nejlepší pro svařování karoserie automobilu?
Skrýt Další podrobnosti

Prvky karoserie je lepší svařovat pomocí poloautomatického stroje MIG/MAG. Plynové svařování není v tomto případě vhodné, protože silné teplo může deformovat tenký kov těla.

Jaký je rozdíl mezi svářečkou a elektrickou svářečkou na plyn?
Skrýt Další podrobnosti

Obyčejný svářeč umí svařovat pouze elektrickým obloukem, zatímco elektrosvářeč na plyn je univerzální specialista, který pracuje stejně dobře jak při elektrickém, tak plynovém svařování.

Jaké jsou výhody svařování plynem oproti svařování elektrickým obloukem?
Skrýt Další podrobnosti

Mezi výhody této metody patří rovnoměrné zahřívání a ochlazování ošetřených povrchů, což zabraňuje vzniku dutin a prasklin v naneseném kovu. Další výhodou svařování plynem je nízká cena spotřebního materiálu.