Автогенная сварка

Автогенная сваркаАВТОГЕННАЯ СВАРКА, горячее соединение двух частей металла за счет собственного материала или материала, прибавляемого извне, путем сплавления концентрированным пламенем, без применения механического усилия. При автогенной сварке необходимое нагревание и расплавление свариваемого места и присаживаемого материала достигается сжиганием различных газов-горючих в струе кислорода. В зависимости от газа-горючего различают следующие виды автогенной сварки: 1) ацетилено-кислородная сварка, 2) водородо-кислородная сварка, 3) блаугазо-кислородная сварка, 4) бензольно-бензино-кислородная сварка, 5) сварка светильным газом в струе кислорода, 6) сварка одноатомным водородом. Помещенная на ниже таблица характеризует различные виды сварки.

Различные виды сварки

Кислород. Степень химической чистоты применяемого для сварки кислорода д. б. не ниже 98%. Применение кислорода плохого качества значительно ухудшает качество сваренного шва и увеличивает время работы. Кислород хранится в стальных баллонах (бутылях) под давлением 125—150 atm. Баллоны представляют собою цельнотянутые стальные трубы с одним донышком и горловиной, с ввернутым в нее вентилем (фиг. 1 и 2). Водяная емкость баллона: 5, 10, 30, 40 и 50 л. Газовая емкость: 0,75—7,50 м3 свободного газа (приведенного к 1 atm).

Кислород хранится в стальных баллонах (бутылях) под давлением

Кислород хранится в стальных баллонах (бутылях) под давлением

Кислородные баллоны снабжаются в верхней своей части надписью с указанием пробного давления (225—250 atm), допускаемого давления (125—150 atm), даты последнего испытания и водяной емкости баллона в литрах. Единицей измерения газовой емкости служит 1 литр или 1 м3 кислорода при р = 1 atm. Газовая емкость кислородного баллона определяется умножением водяной емкости его на давление газа по манометру в atm. Кислородные баллоны, для отличия от водородных и ацетиленовых, окрашиваются в синюю краску. Бутылочный вентиль кислородного баллона снабжен правой нарезкой - на штуцере для манодетандера и левой - для водородных баллонов. Кислородные баллоны требуют большой осторожности в обращении с собой; бутыли, а также весь сварочный инструмент необходимо предохранять от соприкосновения с жиром, маслом. Эти вещества дают моментальное возгорание в кислороде, с большим выделением тепла, вследствие чего может произойти взрыв баллона. Бутыли со всякого рода газом следует держать вдали от очагов тепла и предохранять от толчков и ударов. Открытие вентиля для выпуска газа должно производить медленно: быстрое открытие может вызвать возгорание прокладок вентиля и манодетандера. Пределы рабочего давления кислорода 0,2—3,5 atm. Редуцирование газа производится специальным сварочным редуктором, или манодетандером, устройство которого показано на фиг. 3.

Редуцирование газа производится специальным сварочным редуктором, или манодетандером

Для пуска в ход и эксплуатации баллона следует: 1) перед открытием бутылочного вентиля повернуть регулирующий винт до момента нажатия пружины; 2) медленно открыть бутылочный вентиль; 3) открыть дроссель-клапан манодетандера; 4) установить рабочее давление; 5) при коротком перерыве в работе, закрыть дроссель-клапан; 6) при длительном перерыве закрыть бутылочный вентиль и ослабить регулирующий винт; 7) остерегаться масла и жира; 8) замерзший вентиль отогревать горячей водой (на фиг. 4 изображено приспособление для предохранения от замерзания - конструкции германского завода Drager-Werke).

Приспособление для предохранения от замерзания - конструкции германского завода Drager-Werke

Ацетилен, принципы получения его и аппараты. Наиболее широкое применение в автогенном деле имеет ацетилен С2Н2, который получается в результате реакции:

avtogennaja svarka f1

По этой формуле из 1 кг чистого карбида получается 340 л ацетилена при 1,15 кг ила (шлама). Практически 1 кг карбида дает 250—300 л ацетилена, или 4 кг карбида дают 1 м3 ацетилена. На практике для разложения 1 кг карбида требуется 10 л воды, что объясняется необходимостью предохранить газ от перегревания и вместе с тем избежать ухудшения качества сваренного шва. Предельная температура воды в ацетиленовых аппаратах 40—50°С. Наиболее ходовая грануляция карбида 20—50 мм. Наличие карбидной пыли может вызвать взрыв аппарата и значительно понижает газопроизводительность кускового карбида. Ацетилен под давлением выше 2 atm и смесь ацетилена с воздухом при содержании в смеси от 3 до 65% ацетилена также легко взрывается; эта смесь самовозгорается при 400—450°С. Промышленный ацетилен содержит сернистый водород, фосфористый водород, аммиак и кремнистый водород - вредные для качества сварки примеси. Все они, за исключением фосфористого водорода, удаляются из газа промывкой в холодной воде. Для окисления фосфористого водорода применяются соединения хрома и хлора или патентованный препарат гератол и пр. Для очистки 20 м3 ацетилена требуется 1 кг гератола.

Ацетиленовые аппараты. Ацетилен добывается в особого рода генераторах подвижного типа и стационарных аппаратах. Все ацетиленовые аппараты делятся на две группы: а) система «карбид в воду» и б) система «вода в карбид». Аппарат для получения ацетилена, основанный на принципе «вода в карбид», представляет цилиндрический сосуд, в нижней части которого расположены две реторты для загрузки карбида, вода подводится к ретортам. Фиг. 5 изображает стационарный аппарат, построенный по принципу «карбид в воду».

Стационарный аппарат, построенный по принципу «карбид в воду»

Из загрузочной коробки, с помощью механизма подачи карбид попадает через трубу водяной камеры генератора, газгольдер, откуда по трубопроводу, через очиститель и водяной затвор, направляется к месту работы. Аппарат указанной конструкции имеет большой КПД при условии параллельной работы 2 генераторов и является в настоящее время наиболее совершенной конструкцией для больших сварочных мастерских. Аппарат этот воздухонепроницаем при загрузке карбида, спуске ила, наливе воды и пр. На фиг. 6 изображен воздухонепроницаемый спускной клапан для шлама.

Воздухонепроницаемый спускной клапан для шлама

Водяной очиститель служит для очистки сырого ацетилена от примесей. Построен он по принципу водяного затвора. Водяной затвор (фиг. 7) должен быть обязательно установлен на каждом сварочном посту и аппарате. От ухода за ним зависит безопасность сварочных работ.

Водяной затвор

Химический очиститель и осушитель (фиг. 8). На решетках F помещают известь, кокс, гератол - все с прослойками ваты. Ацетилен, получаемый из аппаратов, генераторов, имеет давление в 50—200 мм водяного столба.

Химический очиститель и осушитель

Ацетилен под давлением. В практике автогенного дела применяют также ацетилен под высоким давлением, до 20 atm. Ацетилен под давлением, или диссугаз, поступает в продажу в стальных баллонах. В виду большой опасности, представляемой ацетиленом под давлением, его растворяют в ацетоне. Баллон заполняется на 25% своего объема инфузорной землей, на 40% ацетоном. Приблизительный подсчет газовой емкости ацетиленового баллона производится умножением водяной емкости баллона в л на давление газа в atm и на постоянное число 10. Точный подсчет рекомендуется производить по весу газа. Удельный вес его 1,16. Растворенный в ацетоне ацетилен относительно безопасен в обращении; даже в случае вспышки газа, выходящего из баллона, взрыва ожидать не приходится, если немедленно закрыть бутылочный вентиль металлического баллона.

Горелки и шланги. Основным инструментом сварщика является сварочная горелка, которая должна удовлетворять требованиям: 1) безопасности, 2) экономичности, 3) регулируемости, 4) минимального веса. По средней трубке горелки течет кислород и силой инжекции сопла засасывает горючий газ из наружной трубки. На фиг. 9 изображен разрез ацетилено-кислородной горелки.

Разрез ацетилено-кислородной горелки

Сварочное пламя. Температура сварочного пламени (восстановительная зона) равна 3000—3500°С. В горелку кислород и ацетилен поступают по резиновым шлангам диаметром 7—9 мм для горючего газа и 8—10 мм для кислорода. Схема стационарного ацетилено-кислородного устройства дана на фиг. 10.

Схема стационарного ацетилено-кислородного устройства

Сварочное пламя своей яркостью и благодаря наличию значительного количества ультрафиолетовых лучей ослепляюще действует на органы зрения рабочих. При автогенной сварке, а в особенности при автогенной резке металлов, от свариваемого предмета отделяется большое количество раскаленных частиц металла, могущих произвести ожоги лица и одежды работников. При автогенной сварке медных сплавов - бронзы, латуни, фосфористой бронзы - происходит выделение паров цинка, сернистых газов, окиси углерода, отравляющих воздух и вредно действующих на здоровье рабочих. Для предотвращения вредных последствий работы по автогенной сварке необходимы тщательная вентиляция рабочих помещений и снабжение работников специальной одеждой и очками.

Сварка различных металлов. Во всех случаях сварки необходимо, для заполнения и усиления шва, применять припой или сварочную проволоку одинакового с основным материалом качества. Так, для железа, стали и стального литья применяют мягкую малоуглеродистую, чистую от вредных примесей железную проволоку диаметром 0,5—6 мм. Рекомендуется применение шведской проволоки. Ее анализ: С—0,08%, Р—0,06%, Мn—0,02%, S—0,006%, Si—0,01%. Для сварки чугуна применяют сильнокремнистый чугун, отлитый в бруски диаметром 3—20 мм. Для сварки красной меди находит применение электролитическая проволока и специальные припои (Kanzlerdraht). Для сварки различных сплавов меди применяют проволоку тех же составов, что и основной материал. Алюминий сваривается чистой алюминиевой проволокой. В целях предупреждения окисления места сварки необходимо образование в процессе сварки легкоплавких шлаков, которые появляются лишь в присутствии соответствующих флюсов - сварочных порошков. Практика сварочного дела знает следующие сварочные порошки: 1) для чугуна - обезвоженная бура; 2) для красной меди и ее сплавов - обезвоженная бура и специальный сварочный порошок состава: Na2B4O7∙10H2O - 23,4%; Na2HPО4∙12H2О - 17,2%; Na23∙10Н2О - 53,8%; NaCl - 5,6%; 3) для алюминия сварочный порошок состава: КСl- 45%; NaCl - 30%; LiCl - 15%; KF - 7%; NaHSO4 - 3%.    .

Механические качества шва. Автогенный метод сварки получил широкое распространение как при ремонтах, так и при изготовлении новых изделий. Отсюда - большое значение механических качеств сварки. Фиг. 11, 12,13 показывают разновидности конструкций сварочных швов и примеры изготовленных изделий.

Конструкции сварочных швов и примеры изготовленных изделий

Конструкции сварочных швов и примеры изготовленных изделий

Конструкции сварочных швов и примеры изготовленных изделий

Механические свойства шва определяются путем сравнения временного сопротивления и удлинения материала шва с соответствующими значениями этих величин для целого места испытуемого материала. Практика дает следующие результаты: временное сопротивление 50—100% от сопротивления целого материала, удлинение 20—90% от удлинения целого материала.

Экономические факторы ацетилено-кислородной сварки. В таблице ниже приведены приблизительные данные для калькуляции ацетилено-кислородных сварочных работ.

Экономические факторы ацетилено-кислородной сварки

Водородно-кислородная сварка. Подвижная установка. Состоит из 2 бутылей (одной для кислорода, другой для водорода), 2 манодетандеров (для водорода и кислорода), 2 рукавов и горелки. Автогенная сварка с применением в качестве горючего водорода значительно удлиняет время работы. Применима при сварке свинца.

Сварка светильным газом. Сварочный пост имеет такой же внешний вид, как при ацетилено-кислородной сварке. Давление газа - 30 мм водяного столба. Область применения светильного газа указана в следующей таблице.

Область применения светильного газа

Блаугазо-кислородная сварка. На фиг. 14 показан сварочный аппарат на тележке.

Блаугазо-кислородная сварка - сварочный аппарат на тележке

В баллоне А находится блаугаз под давлением в 100 atm. Для понижения давления блаугаза до рабочего (от 0,5 до 6 atm) служит расширитель В. Блаугазо-кислородная сварка по своей экономичности значительно уступает ацетилено-кислородной. Производительность сварщика падает в 2,5 раза, причем расход блаугаза в 1,4 раза больше, чем ацетилена и расход кислорода в 2,5 раза больше, нежели при ацетилене. Блаугаз рекомендуют при сварке чугуна.

Бензольно-кислородная сварка. Сварка с помощью жидких горючих - бензола, бензина и пр., благодаря применению аппарата Фернгольца, должна найти более широкое распространение, нежели сварка светильным газом, блаугазом и водородом. Хотя экономический эффект несколько отстает от экономического эффекта сварки ацетиленом, все же этот вид сварки можно рекомендовать при монтажных работах, в виду легкости передвижения и большой портативности аппарата.

Атомно-водородная сварка основана на том, что водород, пропущенный сквозь пламя вольтовой дуги - между двумя вольфрамовыми электродами, - переходит из состояния молекулярного в атомное. Атомы водородной молекулы под влиянием высокой температуры вольтовой дуги отделяются друг от друга, поглощая при этом энергию дуги. Удаляясь от дуги, атомы вновь соединяются в молекулы. Освобождаемая при этом энергия дает водородное пламя чрезвычайно высокой температуры, при которой плавится даже высокоплавкий молибден. Вместо чистого газообразного водорода применяют метан, этиловый спирт и водяной газ. В Германии вместо вольфрамовых применены с успехом стальные электроды, а вместо газообразного водорода - древесный спирт.

В заключение должно сказать, что первенствующее положение среди всех видов автогенной сварки остается за ацетилено-кислородным способом. Что же касается остальных видов, то применение их оправдывается исключительно или невозможностью осуществления сварки ацетиленом или чрезвычайной дешевизной других горючих.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 1 - 1927 г.