Газовая сварка и резка металлов осуществляются с помощью различных газов, их смесей, паров бензина и керосина.

1. Кислород при обычных температуре и давлении – это прозрачный газ, имеющий следующие физические характеристики:

– без вкуса, запаха, цвета;

– масса 1 м³ при 20 °C и атмосферном давлении составляет 1,33 кг;

– при нормальном давлении горит при температуре 182,9 °C.

Химическая активность кислорода очень высока: он взаимодействует со всеми химическими элементами, за исключением инертных газов, причем эти реакции относятся к экзотермическим.

Для сварки и резки применяют технический кислород, который в зависимости от содержания чистого кислорода (остальное приходится на азот и аргон) различается по сортам:

– I сорт – содержание чистого кислорода составляет 99,7 %;

– II сорт – не менее 99,5 %;

– III сорт – 99,2 %.

Чистота кислорода – это очень важный показатель, особенно для резки металлов. При его повышении улучшается качество обработки металла и снижается расход самого газа.

Кислород требует осторожного обращения, поскольку при контакте с органическими веществами (маслами, угольной пылью и пр.) он склонен к самовоспламенению и взрыву в результате их быстрого окисления. Кроме того, он может взаимодействовать с горючими газами и парами, что тоже может закончиться взрывом.

2. Ацетилен (C₂H₂) относится к горючим газам и чаще всего используется при газовой сварке. При горении в кислороде его температура повышается до 3050–3150 °C. Физические характеристики ацетилена:

– бесцветный газ с резким запахом;

– легче воздуха (масса 1 м³ -1,09 кг);

– сжижается при температуре -82 °C;

– переходит в твердое состояние при температуре -85 °C;

– взрывоопасен (температура самовоспламенения – 240–630 °C; при повышении давления она может быть и ниже, если, например, при давлении 0,3 МПа температура воспламенения составляет 530 °C, то при давлении 2,2 МПа – 350 °C), особенно в смеси с кислородом или воздухом.

Технический ацетилен производят двумя способами – из карбида кальция либо из природного газа, нефти или угля. Причем второй вариант обходится гораздо дешевле (примерно на 30–40 %).

3. Пропан-бутановая смесь, или технический пропан (бесцветный газ, с резким неприятным запахом, несколько тяжелее воздуха), количество бутана в котором составляет 5-30 %. Эту смесь получают в процессе газодобычи или переработки нефти. Температура, которую дает пропан-бутановая смесь, составляет 2400 °C, поэтому ее применяют при сварке стали толщиной не более 3 мм (в этом отношении она не уступает по результативности ацетилену), в противном случае металл не удается прогреть до такой степени, чтобы получить прочное соединение. Но низкотемпературное пламя применяют при резке, правке и очистке металла. Для сварочных работ пропан-бутановая смесь доставляется в баллонах в жидком состоянии. В верхней части емкости он самопроизвольно меняет свое агрегатное состояние на газообразное.

4. Природный газ, 77–98 % которого составляет метан (газ без цвета и запаха), остальное количество приходится на бутан, пропилен, пропан и др. Так как температура метан-кислородной смеси составляет 2100–2200 °C, сфера ее применения достаточно узкая.

5. Водород (H₂) – самый легкий газ, горючий, не имеет ни цвета, ни запаха. В смеси с кислородом становится взрывоопасным, поэтому его применение при сварочных работах требует строжайшего соблюдения техники безопасности.

Кроме перечисленных веществ, в сварке находят применение и другие горючие газы, например коксовый газ, городской газ, нефтяной газ, пары бензина и керосина.

Для осуществления газовой сварки необходимо специальное оборудование.

1. Ацетиленовый генератор, предназначенный для получения ацетилена в процессе взаимодействия карбида кальция с водой. Согласно ГОСТу 5190-78 такие устройства различаются по следующим параметрам:

– давление получаемого газа (генераторы низкого и среднего давления – до 0,02 МПа и 0,02-0,15 МПа соответственно);

– способ установки (стационарные и передвижные);

– производительность (стационарные – 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320 или 640 м³/ч, а передвижные – 1,25 и 3 м³/ч). Чаще всего используют генераторы производительностью 1,25 м³/ч;

– характер взаимодействия карбида с водой. Различаются генератора типов КК («карбид в воду»), ВК («вода на карбид»), К (контактный), ВВ («вытеснение воды»), ВК + ВВ (комбинированный).

Независимо от системы функционирования все генераторы состоят из газообразователя, газосборника, предохранительного затвора и автомата для регулировки вырабатываемого ацетилена. В качестве примера можно привести ацетиленовый генератор ГВР-1,25 М, конструкция которого представлена на рис. 87.

Рис. 87. Устройство ГВР-1,25 М: а – общий вид; б – устройство в разрезе: 1 – контрольный кран; 2 – газовое пространство; 3 – воронка; 4 – горловина; 5 – предохранительный клапан; 6 – бачок; 7 – трубка; 8 – корпус; 9 – мембранный регулятор; 10 – маховичок; 11 – контрольный кран; 12 – реторта; 13 – загрузочная корзина; 14 – траверсы; 15 – винт; 16 – крышка; 17 – обратный клапан; 18 – предохранительный затвор; 19 – предохранительная мембрана; 20 – манометр

Технические характеристики передвижных ацетиленовых генераторов наиболее распространенных марок представлены в табл. 37.

2. Предохранительные затворы, устанавливаемые на ацетиленовые генераторы для предупреждения обратного удара, возникающего при попадании в трубопроводы и шланги, через которые поступают горючие газы, взрывной волны и пламени. Если это происходит с высокой скоростью, то удар может дойти до генератора и вызвать его взрыв.

Предохранительные затворы бывают сухими и жидкостными (обычно водяными) (рис. 88). Последние распространены в большей степени.

Рис. 88. Предохранительные затворы: а – жидкостного типа ЗСГ-1,25-4: 1 – корпус; 2 – колпачок обратного клапана; 3 – гуммированный клапан; 4 – корпус обратного клапана; 5 – сетка; 6 – пробка для слива воды из обратного клапана; 7 – ниппель для ввода ацетилена в затвор; 8 – пробка; 9 – контрольная пробка; 10 – пламяпреградитель; 11 – штуцер; 12 – накидная гайка; 13 – ниппель; б – сухого типа ЗСН-1,25: 1 – корпус; 2 – мембрана; 3 – крышка; 4 – отсечный сферический клапан; 5 – стакан; 6 – уплотнитель; 7 – обратный клапан

Для генераторов низкого давления предназначены затворы открытого типа, для генераторов среднего давления – закрытого типа. Принцип действия такого устройства заключается в том, что взрывная волна и пламя, не доходя до потока горючего газа, либо стравливаются в атмосферу, либо гасятся внутри затвора.

3. Баллоны для сжатых газов. Принципиальное отличие баллонов для ацетилена от баллонов для других горючих газов состоит в том, что этот газ содержится в ацетилен-ацетоновом растворе, поглощенном специальной пористой массой (активированным углем марки БАУ-А (ГОСТ 6217-74)), которой и заполнен весь баллон. Это позволяет безопасно хранить, транспортировать и использовать ацетилен. Сейчас все чаще применяют литую пористую массу на основе силикатов.

Вентиль для баллона под ацетилен сделан из стали и выдерживает давление 25 кгс/см². Маховик у него отсутствует (с ним нельзя было бы надеть присоединительный хомут с натяжным винтом). Для открывания и закрывания вентиля используется специальный ключ, надевающийся на шпиндель. На седле в корпусе вентиля имеется эбонитовый уплотнитель, который открывает и блокирует выход ацетилена.

Баллоны для ацетилена бывают разного объема, но, как правило, используют баллоны емкостью 40 л (5,5 м³ ацетилена, с пористой массой – 7 м³).

Баллон для пропан-бутановой смеси сваривается из листовой стали толщиной 3 мм и имеет один продольный и два кольцевых шва. Сверху приварена горловина, внизу – башмак, обеспечивающий устойчивость. Баллон заполняется смесью примерно на 85 %.

Вентиль для пропанового баллона изготовлен из стали и, в отличие от других конструкций, имеет запорное устройство в виде мембраны, выполненной из пружинной стали. Если стоит неметаллический уплотнитель, то вся шпиндельная система вентиля уплотняется ниппелем.

Кислородный баллон – это цилиндр с выпуклым днищем и сферической горловиной, в которой имеется сквозное отверстие с конической резьбой, куда вкручивается запорный вентиль. Производятся баллоны малой (до 12 л) и средней (12–40 л) вместимости с условным давлением 200 кгс/м².

Корпус кислородного вентиля сделан из латуни. Его герметичность обеспечивают сальник и прокладка (сейчас чаще всего используют капроновую).

Основные характеристики баллонов для горючих и сжатых газов представлены в табл. 38.

4. Редуктор. Это прибор, функции которого заключаются в понижении давления газа из баллона (газопровода) до рабочего и поддержании его на таком уровне. Редукторы бывают одно– и двухкамерными. В последних давление понижается сначала до промежуточного значения (с 15 до 4 МПа), потом до рабочего – 0,3–1,5 МПа. Двухкамерные редукторы имеют более сложную конструкцию, стоят дороже, но способны поддерживать давление практически на постоянном уровне.

В настоящее время производят семнадцать типов редукторов. Обозначение марок редукторов включает в себя:

– буквы: Б (баллонный), С (сетевой), Р (рамповый), А (ацетилен), В (водород), К (кислород), М (метан), П (пропан), О (одна ступень с пружинным заданием), Д (две ступени с пружинным заданием), З (одна ступень с пневматическим задатчиком);

– цифры, по которым судят о максимальной пропускной способности редуктора.

Параметры некоторых наиболее часто применяемых редукторов приведены в табл. 39.

Корпус редуктора имеет такой же цвет, что и баллоны, т. е. для кислорода – голубой, для ацетилена – белый, для пропана – красный.

5. Сварочная горелка с комплектом сменных наконечников, которые по ГОСТу 1077-79 классифицируются:

1) по роду используемого газа или жидкости:

– для ацетилена;

– для газов-заменителей;

– для водорода;

– для горючих жидкостей;

2) по назначению:

– универсальные (для сварки, резки и пр.);

– специализированные;

3) по способу подачи газа и кислорода в смеситель:

– инжекторные;

– безынжекторные (в нашей стране производятся только горелки микромощности);

4) по количеству пламени:

– однопламенные;

– многопламенные;

5) по мощности пламени:

– микромощные (расход ацетилена 5-50 л/ч) Г1;

– малой мощности (25-600 л/ч) Г2;

– средней мощности (50-2200 л/ч) Г3;

– большой мощности (2200–7000 л/ч) Г4;

6) по способу использования:

– ручные;

– машинные.

Горелки выпускают с набором наконечников от 0 до 7. Горелки Г1 и Г4 используются редко, поэтому наконечники к ним поставляются по специальному заказу. Наибольшим спросом пользуются малые и средние горелки. В комплект входят наконечники:

– Г2 – № 1, 2, 3 (№ 0 – по заказу);

– Г3 – № 3, 4, 6 (№ 1, 2, 5, 7 – по заказу).

Конструкция инжекторной горелки наглядно представлена на рис. 89.

Рис. 89. Устройство инжекторной горелки: 1 – мундштук; 2 – наконечник; 3 – смесительная камера; 4 – инжектор; 5 – кислородный вентиль; 6 – ниппель; 7 – ацетиленовый вентиль

6. Шланги (рукава) для подачи газа в горелку или резак. Рукава с нитяным каркасом изготавливаются по ТУ и в соответствии с назначением делятся на следующие классы:

– для подачи ацетилена, пропана, бутана или городского газа под давлением 0,63 МПа;

– для подачи жидкого топлива (керосина, бензина А-72 и др.) под давлением 0,63 МПа;

– для подачи кислорода под давлением 2 МПа.

Основные характеристики резиновых рукавов представлены в табл. 40.

Условное обозначение «Рукав 1-16-0,63 ГОСТ 9356-74» расшифровывается следующим образом:

– I – класс;

– 16 – внутренний диаметр (мм);

– 0,63 – рабочее давление (МПа);

Отсутствие какой-либо буквы перед обозначением ГОСТа указывает на то, что рукав предназначен для использования в умеренном климате; если перед ним стоит буква Т – в тропическом; если ХЛ – в холодном.

Рукав, так же как баллоны и редукторы, окрашивают в определенный цвет:

– красный – для рукавов I класса для ацетилена, пропана, бутана и городского газа;

– желтый – для рукавов II класса для жидкого топлива;

– синий – для рукавов III класса для кислорода.

Допускается использование черного цвета (для резиновых рукавов любого класса, предназначенных для работы в названных выше климатических условиях) или двух резиновых цветных полосок (для работы в любых климатических поясах).

7. Присадочный материал. Проволоку поставляют в мотках, поэтому ее разрезают на части необходимой длины. Как правило, присадочная проволока и свариваемый металл близки по химическому составу. Ее поверхность должна быть свободна от различных загрязнений (ржавчины и т. п.), расплавляться равномерно, с минимальным разбрызгиванием и давать однородный наплавленный металл без посторонних включений.

8. Флюсы (порошки, пасты). Чаще всего применяют буру, борный шлак, борную кислоту и т. д. При газовой сварке флюсом покрывают присадочную проволоку или пруток и вводят его в сварочную ванну. Состав флюса определяется видом и свойствами металла и подбирается так, чтобы он расплавлялся раньше металла, растекался, не воздействовал негативно на шов и качественно очищал металл от окислов.

По отраслевым стандартам каждому флюсу присваивается определенный номер, по которому становится понятным состав данного материала (табл. 41).

9. Сварочный стол.

10. Приспособления для сборки изделий.

11. Инструменты и принадлежности (очки и пр.).