Современные виды сварки. Часть 3

Традиционные способы сварки плавлением.

Газопламенная сварка

Газопламенная сварка, принадлежащая к методам сварки с расплавлением, выделяется своей способностью обеспечивать плавный и относительно неторопливый нагрев металла. Подобная особенность в ряде случаев превращается в преимущество, но в других может стать ограничением. На практике этот способ наиболее эффективен при работе со сталями небольшой толщины в пределах примерно от 0,2 до 5 мм, при соединении цветных металлов, чугуна, инструментальных и специальных сталей, а также при выполнении наплавочных операций. Удобство метода объясняется универсальным и довольно простым в использовании оборудованием, которое к тому же легко транспортировать, что делает газопламенную сварку особенно востребованной в ремонтных работах. Однако недостаточно высокая скорость нагрева ограничивает производительность, и когда толщина металла превышает 8-10 мм, газовая сварка обычно оказывается экономически неоправданной. Кроме того, нагревание больших участков металла вокруг сварочной ванны нередко приводит к значительным деформациям.

Если говорить о природе сварочного пламени, то его формирование основано на реакции горения горючего газа в кислороде или на воздухе. В контексте газопламенной сварки критическим фактором становится именно горение газов, вступающих в реакцию с кислородом, поскольку с момента воспламенения процесс в дальнейшем поддерживается за счет тепла, высвобождаемого при сгорании. Ацетиленокислородное пламя, наиболее востребованное в этом методе, имеет характерную форму. Внутри пламени расположена так называемая ядровая зона, где газовая смесь, достигая нужной температуры, постепенно разлагается и вступает в реакцию.

При формировании сварного соединения пламя горелки расплавляет не только кромки соединяемых деталей, но и присадочный материал, который в расплавленном виде объединяется с металлом кромок в сварочную ванну. Именно в этом жидком объеме протекают процессы смачивания, удаления поверхностных пленок и взаимодействия на межатомном уровне. По мере того, как горелка сдвигается вдоль соединяемых кромок, сварочная ванна перемещается вслед за ней, а расплавленный металл постепенно кристаллизуется, превращаясь в сварной шов. Поскольку объем жидкого металла значительно меньше объема всей детали, тепло быстро отводится, и для стабильного протекания процесса важны высокая температура и достаточная тепловая мощность пламени.

Материалы, применяемые при газопламенной сварке, включают кислород, горючие газы, присадочную проволоку и флюсы. Кислород, являясь химически активным элементом, самостоятельно не горит, зато усиливает реакцию горения других веществ. Горючие газы (ацетилен, водород, метан и др.) в смеси с кислородом или воздухом способны образовывать мощно детонирующие составы при определенных концентрациях и температурах. Водород, например, крайне легок и в смеси с кислородом известен как гремучий газ с высокой взрывоопасностью. Метан, который не имеет цвета и запаха, тоже создает опасные для воспламенения смеси при определенных долях содержания в воздухе, а поскольку он составляет основную часть природных газов, его используют повсеместно, в том числе для сварочных работ.

Присадочные материалы — это проволока или другие металлические заготовки, состав которых соответствует или близок к материалу свариваемых деталей. Для сварки сталей, согласно действующим стандартам (например, ГОСТ 2246–70), применяют низкоуглеродистую, легированную и высоколегированную холоднотянутую проволоку различных марок и диаметров. При работе с чугуном используют специальные чугунные прутки, обозначаемые буквами и цифрами, чтобы указать, при каком типе подогрева и для каких целей они подходят. Соединение алюминия, меди и латуни требует особой присадки, соответствующей химическому составу основного металла. Для латуни обычно предпочтительны проволоки с добавками кремния и олова, поскольку они снижают испарение цинка и облегчают формирование качественного расплава. Если речь идет о медных сплавах, то включение в присадочный материал бора придает ему самофлюсующиеся свойства: борный ангидрид связывает оксиды меди и цинка, переводит их в шлак, и в некоторых случаях можно обходиться без добавления флюса.

Любой присадочный материал должен удовлетворять общим для газопламенной сварки требованиям: иметь температуру плавления не выше, чем у основного металла, обладать чистой поверхностью без ржавчины и окалины, спокойно плавиться без чрезмерного разбрызгивания и, разумеется, формировать металл сварного шва с химическими и механическими характеристиками, максимально близкими к свойствам исходного металла. Содержание вредных примесей в присадке сводится к минимуму.

Флюсы, применяемые при газопламенной сварке, выполняют несколько важных функций: они разрушают оксидные пленки на поверхности металла, защищают сам металл от окисления, удаляют из расплава нежелательные примеси и оксиды, которые ухудшают механические свойства сварного соединения. В идеале флюс должен иметь меньшую плотность, чем расплавленный металл, чтобы образовавшийся шлак поднимался к поверхности сварочной ванны и не оставался внутри шва. Легкоплавкость, способность к активному раскислению и хорошая текучесть также входят в число обязательных свойств. При этом для безопасности работы важно, чтобы флюс не выделял при нагреве ядовитых газов и не провоцировал коррозию после остывания металла. Не менее значимым остается вопрос стабильности флюса при высоких температурах и его доступности в плане цены и поставок.

• Современные виды сварки.
• Современные виды сварки. Часть 2