Сварка и резка металла при высокой температуре

Левый и правый способы газовой сварки

В практике различают два способа ручной газовой : правый и левый.

Левым способом газовой сварки называется такой способ, при котором сварку ведут справа налево, сварочное пламя направляют на еще несваренные металла, а присадочную перемещают впереди пламени. Левый способ наиболее распространен и применяется при сварке тонких и легкоплавких металлов. При левом способе сварки кромки основного металла предварительно подогревают, что обеспечивает хорошее перемешивание сварочной ванны. При этом способе хорошо видит свариваемый шов, поэтому внешний вид шва лучше, чем при правом способе.

Правым способом газовой сварки называется такой способ, когда сварку выполняют слева направо, сварочное пламя направляют на сваренный участок шва, а присадочную проволоку перемещают вслед за горелкой. Мундштуком горелки при правом способе выполняют незначительные поперечные колебания. Так как при правом способе пламя направлено на сваренный шов, то обеспечивается лучшая защита сварочной ванны от кислорода и азота воздуха и замедленное охлаждение металла шва в процессе кристаллизации. шва при правом способе выше, чем при левом. Теплота пламени рассеивается меньше, чем при левом способе. Поэтому при правом способе сварки шва делается не 90°, а 60-70°, что уменьшает количество наплавляемого металла и коробление изделия.

а – левый, б – правый

Рисунок 1 – Способы газовой сварки

Правый способ экономичнее левого, производительность сварки при правом способе на 20-25% выше, а расход газов на 15-20% меньше, чем при левом. Правый способ целесообразно применять при сварке деталей толщиной более. 5 мм и при сварке металлов с большой теплопроводностью. При сварке металла толщиной до 3 мм более производителен левый способ.

Мощность сварочной горелки для стали при правом способе выбирается из расчета ацетилена 120-150 дм3/ч, а при левом – 100-130 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла.

Диаметр присадочной выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. При левом способе сварки диаметр присадочной проволоки d=S/2+1 мм, а при правом d-S/2 мм, где S – толщина свариваемого металла, мм.

Приступаем к работе

Сначала необходимо перевести кислородный редуктор в позицию, соответствующую 5 атмосфер, газовый — 0,5. Также нужно убедиться, что каждый вентиль находится в закрытом положении. После этого нужно взять пропановый резак и слегка приоткрыть пропан, а затем поджечь его. Сопло резака нужно расположить таким образом, чтобы оно упиралось в металл, после чего нужно не спеша открыть регулирующий кислород. Далее следует настроить эти вентили один за другим, тем самым будет обеспечена требуемая сила подачи пламени. Во время подобной настройки нужно последовательно открывать газ, кислород, газ, кислород.

При выборе силы пламени необходимо ориентироваться на толщину металла. С увеличением толщины листа придется увеличить силу пламени, что приведет к повышению расхода кислорода и пропана. После настройки силы пламени можно приступать к резке металла. Сопло необходимо держать по отношению к краю металла таким образом, чтобы оно было удалено от разрезаемого предмета на расстоянии 5 мм, а само оно должно располагаться под углом 90 градусов. В некоторых случаях может понадобиться прорезать лист или изделие в центре. В этом случае за стартовую точку выбирают то место, от которого пойдет разрез.

Суть процедуры сводится к разогреву верхней кромки до температуры 1000-1300 градусов Цельсия. Точная температура определяется с учетом металла. На практике подобная работа будет иметь вид, когда поверхность как будто «намокает». На сам разогрев потребуется не более 10 секунд. Дождавшись воспламенения металла, нужно открыть вентиль режущего кислорода, после чего начнет поступать мощная узконаправленная струя.

Особенности резки

При открывании вентиля пропанового резака не стоит спешить. В этом случае зажигание кислорода произойдет естественным путем в результате взаимодействия с разогретым металлом. Действуя подобным образом, вы исключите риск обратного удара пламени, во время которого можно наблюдать хлопок. Нужно медленно вести кислородную струю строго параллельно заданной линии

Здесь важно не ошибиться с углом наклона. Сперва его выдерживают величиной 90 градусов, после чего необходимо создать незначительное отклонение на 5-6 градусов в направлении, которое противоположно движению резака

Если приходится иметь дело с металлом, толщина которого составляет более 95 мм, то разрешается увеличить отклонение до 70 градусов. После того как прорез в металле достигнет 15-20 мм, угол наклона начинают увеличивать до 20-30 градусов.

Виды пламени и их использование

Состав горючей смеси влияет на внешний вид и температуру сварочного пламени. Оно имеет 3 зоны: ядро, восстановительную (среднюю), факел-окислительную. Ядро включает механическую смесь нагретого до высокой температуры кислорода и разложенного ацетилена.

В зависимости от пропорции ацетилена и кислорода различают 3 вида пламени:

• окислительное;
• восстановительное;
• с повышенным содержанием горючего газа.

Окислительное

Пламя формируется при увеличении подачи в горелку кислорода или уменьшении количества ацетилена. На 1 объемную часть ацетилена должно приходиться 1.3 и более части кислорода. Характерные черты:

1. Укороченное заостренное ядро бледной окраски с расплывчатыми очертаниями границ.
2. Сокращение длины средней зоны и факела.
3. Окраска пламени — синевато-фиолетовая.
4. Горение происходит с шумом.
5. Температура пламени превышает норму.

Этот тип пламени применяется для соединения низкоуглеродистой стали и сварки латуни.

Восстановительное (нормальное)

Соотношение ацетилена к кислороду может находиться в пределах от 1:1 до 1:1.3. В пламени происходит образование углерода и водорода, благодаря которым металл раскисляется и восстанавливается. В таких условиях формируется однородный металлический шов без газовых пузырей и пор.

Ядро пламени – светлое, восстановительная зона и факел имеют более темный оттенок. При увеличении давления кислорода ядро удлиняется. Факел имеет температуру намного ниже восстановительной зоны. Нормальное пламя используют для сваривания большинства видов металлов.

С повышенным содержимым горючего газа

Имеет название — науглероживающее или ацетиленистое пламя. Для него характерно увеличение подачи ацетилена или уменьшение кислорода. На 1 часть ацетилена берется 0.95 и менее части кислорода. Характерные признаки:

• увеличение размеров зоны сгорания;
• расплывчатость очертаний ядра, возникновение на его конце зеленого венчика;
• посветление восстановительной зоны почти до ее соединения с ядром;
• пожелтение пламени.

Пламя с небольшим избытком горючего газа используют для сварки магниевых и алюминиевых сплавов, чугуна.

Оборудование для газовой сварки

Основы газовой сварки требуют использования необходимого оборудования. Оно должно соответствовать всем нормам и стандартам, которые указываются в технологии данного сварочного процесса. Кроме этого сварщик обязательно должен уметь им пользоваться и знать принципы его работы.

Сварка пропаном, кислородом, ацетиленом и его заменителями предполагает использование следующего оборудования:

1. Водяной затвор. Этот элемент защищает генератор ацетилена и трубы от обратной тяги огня из горелки. Он должен быть исправным, его обязательно заполняют водой вровень с краном.
2. Газовый баллон. У баллона предусмотрена конусная резьба на области отверстия, на которую устанавливается закрывающий вентиль. Снаружи баллон окрашивается в определенный цвет в зависимости от вида газа. Для ацетилена можно применять вентиль из любого металла, кроме меди, с ней газ образует взрывоопасную смесь.
3. Редуктор. Он вызывает снижение показателей давления выходящего газа. Он может быть одно- и двухкамерным, последний позволяет удерживать стабильное давление. Редуктор может быть прямого и обратного действия.
4. Шланги. Шланги, которые применяются для горючих газовых смесей. На них часто наносится сплошная линия красного цвета (это обозначение). Их можно применять при давлении в 6 атм. Это шланги первого класса, а вот второго класса используются для передачи горючих жидкостей (бензина, керосина). На них имеется линия желтого цвета. Шланги третьего класса способны выдерживать давление в 20 атм ( на них нанесена линия синего цвета).
5. Горелка. Данное оборудование производит смешивание газов, выпускает из мундштука под необходимым давлением смесь, которая плавить металлические заготовки. Горелки могут быть инжекторными и безинжекторными. Этот элемент состоит из таких элементов, как ниппель, мундштук, наконечник, камера-смеситель, гайки, инжектор, корпус с рукоятью.
6. Пост. Это место для проведения сварочного процесса. Оно имеет стол, тумбы для хранения требуемых элементов, сварочного оборудования. Пост может иметь поворотную и неповоротную столешницу. Для работы на крупных производствах может использоваться передвижной или стационарный пост.

Но все же перед тем как приступать к использованию вышеперечисленных элементов стоит разобраться в том, как варить газовой сваркой. Это ответственной процесс, который требует обязательное соблюдение важных мер защиты.  Опытные сварщики советуют применять защитную маску, форму из плотной ткани, краги.

Процесс резки металла с помощью электродов

Так как ручной дуговой способ резки металлов с помощью специальных электродов и инвертора является наиболее востребованным, рассмотрим основные этапы данного рабочего процесса:

• предварительная подготовка включает проверку исправности использующихся кабелей;
• зажигание дуги осуществляется постукиванием или чирканьем электрода о поверхность металла;
• ток на инверторе устанавливается исходя из диаметра электрода, толщины разрезаемого металла и вида реза: тонкий металл следует разрезать стержнем диаметром 3 мм.;
• для металла большей толщины – 4 или 5 мм.

Важно!

При резке тонкого металла, следует увеличить показатель тока (можно вплоть до в два раза выше обычного).

Видео

Очень хороший ролик, где наглядно можно посмотреть и научиться этой простой операции.

Ниже представлены марки специальных электродов для резки и строжки металлов.

Один из наиболее популярных методов резки металла. Этот метод применяют и опытные мастера, и начинающие сварщики.

Популярность этого способа обусловлена его относительной простой: все, что вам необходимо, это сварочный аппарат (чаще всего ) и правильно подобранные электроды для резки металла. В этой статье мы расскажем вам все о выборе и эксплуатации , используемых для резки.

Металлические электроды

Для резки часто используют обычные металлические электроды с покрытием. Это может быть или основное покрытие. В целом, благодаря покрытию рез получается более ровным. горит стабильнее и долго не гаснет, металл практически не окисляется. Но мы не рекомендуем использовать такие электроды на постоянной основе, поскольку они изначально не предназначены для резки. Их можно применять для разделки трещин или удаления с дефектами. Также рекомендуем перед началом работ прокалить электроды в печи.

Угольные электроды

Из недостатков отметим, что скорость резки будет напрямую зависеть не от ваших навыков и умений, а от толщины металла. Так что для резки толстых деталей запаситесь терпением. Также качество реза оставляет желать лучшего. Разрез получается неаккуратным и неровным. Поэтому этот способ не подойдет для резки деталей, используемых при оформлении распашных ворот, например.

Электроды для резки

При сварке и резке металлов используют специальные электроды. Отличие от обычных электродов заключается в большем количестве тепла, создаваемого сварной дугой, и повышенной теплостойкости обмазки.

Резка металлов с помощью сварки может производиться разными видами электродов:

1. Неплавящийся. Изготовляется из вольфрама. При процессе с неплавящимся электродом разрез получается довольно грубый. При процессе необходима защитная газовая среда. Используется для легированной стали и цветных металлов.
2. Плавящийся. Для получения аккуратного внешнего вида применяют плавящиеся электроды.
3. Угольный. Иначе их называют графитовыми. Угольные электроды применяют для неответственных деталей. Их достоинством является более медленное плавление. Особенностью является то, что они не расплавляются, а сгорают. Это уменьшает количество шлака, и срез получается более чистым. Еще одной особенностью является способность разогреваться до очень высокой температуры при небольшом токе.
4. Трубчатый. Трубчатые электроды находят применение, когда резка происходит кислородно-дуговым способом. Основой электрода является особая трубка с толстыми стенками полая изнутри.

При решении, как резать сваркой металл, следует сделать выбор между этими видами электродов. Резка может осуществляться и обычными электродами. В этом случае ток следует увеличить на 30-40%. Это потребует большего расхода электроэнергии, и соответственно, увеличит расходы на проведение процесса.

Осмотр резака

Осмотр резака на примере Р1 «ДОНМЕТ» 150П

Внимание! В случае появления непрерывных хлопков или обратного удара, быстро закрыть вентили горючего газа, затем кислорода и охладить резак. После возникновения обратного удара прочистить и продуть инжектор, смесительную камеру и мундштуки, подтянуть мундштуки и гайки, проверить герметичность резака.
Запрещается!

• Продолжать работы в случае возникновения обратного удара пламени; при невозможности регулировки состава пламени по горючему газу или выявления неисправности аппаратуры, приборов и защитных средств, нарушения крепления баллонов.
• Держать во время работы рукава на плечах, ногах, под мышками или обмотанными вокруг пояса.
• Перемещаться с зажженным пламенем резака. Выполнять резку сосудов, находящихся под давлением или содержащим легко воспламеняющиеся и взрывчатые вещества.
• Оставлять резак с зажженным пламенем при вынужденном прекращении работ или удалении рабочего от рабочего места.

Для того чтобы получить качественный рез, выполните порядок действий, указанный на рисунке.

• Закройте кислородный вентиль, и затем вентиль горючего газа на резаке. Если сделать в обратном порядке, то может произойти «хлопок». «Хлопок» отбрасывает углеродистую сажу назад в горелку и может со временем частично забить газовые проходы.
• Закройте вентили на баллонах.
• Откройте кислородный вентиль на стволе резака. Выпустите кислород из системы. Закройте кислородный вентиль резака.
• Поверните регулировочный винт на редукторе кислорода против часовой стрелки, чтобы освободить пружину.
• Откройте вентиль горючего газа ствола резака. Выпустите газ из системы. Закройте газовый вентиль резака.
• Повернуть регулировочный винт на редукторе горючего газа против часовой стрелки, чтобы освободить пружину.
• Проверьте манометры высокого давления на редукторах через несколько минут, чтобы убедиться, что вентили баллона полностью закрыты.
• Содержите резак в чистоте, периодически очищайте мундштуки от нагара и брызг металла.
• Отсоедините резак от рукавов.
• Аккуратно сверните рукава.
• Уберите с рабочего места инструменты и средства индивидуальной защиты.
• Уберите рабочее место от шлака, обрезков металла и прочего мусора
• По окончании работ не покидайте рабочее место, не убедившись в отсутствии очага, способного вызвать пожар на месте проведения работы.

Необходимые инструменты и оборудование

Перед тем, как резать металл приобретенным сварочным инвертором, необходимо подготовить требующееся для этого оборудование и инструмент:

• непосредственно сварочный аппарат (представлен на рынке строительного и промышленного оборудования в различных вариантах от самых разных производителей);
• молоток и щетка;
• электроды. Резка металла дуговой сваркой до последнего времени выполнялась с применением самых обычных электродов. Сейчас чаще используются специальные электроды, применяемые для резки электросваркой и обозначаемые маркировкой ОЗР. Они отличаются высокой теплоустойчивостью покрытия, обеспечивающего ускорение резки, увеличение производительности и качеств реза. Использование специальных электродов ОЗР позволяет разрезать материал таким образом, что выделяется намного большее количество тепла, а дуга получается стабильной и устойчивой.

Для безопасной работы требуется приобретение защитной экипировки, включающей в себя:

• специальный костюм (роба);
• рукавицы (краги);
• защитная маска, оборудованная светофильтром;
• ботинки, подошва которых сделана из резины;
• при работе в замкнутом и небольшом по объемам пространстве — респиратор.

Экипировка сварщика Все перечисленное выше оборудование, материалы и экипировка доступны и могут быть с легкостью приобретены практически в любом специализированном магазине.

Технология выполнения

Методика проста, ее суть в том, что металл нагревается до температуры горения, а затем место нагрева поддается действию чистого кислорода, который и «разрезает» лист.

Важно знать, что если у металла температура плавления будет ниже, чем температура горения, то расплавленные остатки будет тяжело удалить, изделие будет испорчено. Перед обработкой необходимо очистить металлический лист от грязи, ржавчины и лакокрасочных материалов

Это можно сделать при помощи щетки по металлу или специальных агрегатов

Перед обработкой необходимо очистить металлический лист от грязи, ржавчины и лакокрасочных материалов. Это можно сделать при помощи щетки по металлу или специальных агрегатов.

Особенности кислородной резки

Этапы газовой резки металла:

• Нагревание металла до высоких температур.
• Окисление.
• Выдувание шлака из места реза.

Технология газовой резки

На первом этапе необходимо нагреть материал. Через сопла горелки подается пламя, которое получается в результате горения газовой смеси (кислорода и ацетилена). Это пламя направляется на нужный участок (он должен прогреться до 1100 ˚С). Во время нагревания выделяется кислота, которая способствует прогреванию нижних слоев материала.

По достижению высоких температурных показателей на участок обработки направляется только струя технического кислорода. Металл вступает в реакцию с кислородом и получается расплавленный оксид. Горячая струя приводит к тому, что материал в месте резки сгорает. Если на этом этапе возникнут проблемы с подачей кислорода, возможно возникновение дефектов.

Способы сварки

Газовая сварка может вестись несколькими способами. Первый – это левая сварка, которая наиболее распространена. Она применяется при работе с тонкими и легкоплавкими металлами. Горелка перемещается справа налево, а присадочная проволока ведется впереди пламени, направленного на несваренный участок шва. При правой сварке горелка ведется слева направо, а присадочная проволока перемещается за горелкой. При данном способе тепло пламени рассеивается в меньшей степени, поэтому и угол раскрытия шва – не 90 градусов, а меньше – 60-70.

Правую сварку целесообразно использовать для соединения металла, толщина которого – от 3 мм и выше, а также металлов с высоким уровнем теплопроводности. Рекомендуется использовать присадочную проволоку, диаметр которой равен половине толщины свариваемого металла.

Технология газовой сварки предполагает и процесс, который ведется сквозным валиком. В этом случае листы устанавливаются вертикально зазору – он по размеру равен половине толщины листа. С помощью горелки расплавляются кромки, чтобы образовалось круглое отверстие. Затем оно со всех сторон оплавляется, пока шов не будет сварен. Такой способ хорош тем, что свариваемые листы имеют плотный шов без пор и шлаковых включений.

Сварка ванночками хороша для сваривания стыков и углов соединения металлов, которые имеют толщину максимум 3 мм. Как только на шве образуется ванночка, в нее вводится конец присадочной проволоки, которая слегка расплавляется, затем конец проволоки перемещается на другой участок шва. Особенность такого подхода – в шве отличного качества, особенно если сваривались тонкие листы и трубы из стали (малоуглеродистой и низколегированной).

Газовая сварка и резка могут вестись на основе многослойной сварки. Этот способ имеет ряд особенностей:

• зона нагрева небольшая;
• нижележащие слои при наплавке последующих просто отжигаются;
• каждый шов можно проковать, прежде чем наложить на него следующий.

Это сказывается на улучшении качества шва. С другой стороны, такой способ отличается небольшой производительностью, требует высокого расхода газов по сравнению с однослойной сваркой, поэтому применяется он при необходимости создания ответственных и качественных изделий.

Виды холодной сварки

Существует несколько разновидностей, которые отличаются не только по параметрам, таким как, какую максимальную температуру выдерживает холодная сварка, но и по внешнему виду. Следует выделить основные виды:

• Жидкий состав – как правило, состоит из двух компонентов, которые следует тщательно перемешивать в одну однородную массу непосредственно перед началом работ;
• Пластилинообразное вещество – представлено в виде брусков, которые состоят их одного или нескольких слоев, что также требует перемешивание перед непосредственным использованием;
• Универсальный состав, которые может использоваться как склеивающий элемент для ПВХ, древесины, металла и других вещей;
• Массы с добавлением металлического компонента, усиливающего прочность и придающего другие дополнительные свойства;
• Материалы, которые создаются специально для работы с автомобильным транспортом;
• Вещества для работы под водой.

Очистка металла

Очистка металла перед сваркой бывает трех видов:
механическая, химическая, тепловая.

Для механической очистки применяются ножи, острые зубила,
отвертки, скребки, щетки, наждачная бумага.

Наиболее эффективна механическая очистка с использованием
дрели и отрезной машинки. За счет высоких скоростей оборота насадок происходит
эффективное удаление краски и прочих загрязнений.

При сварке цветных металлов, в особенности алюминия,
обязательным дополнением к механической очистке является очистка химическая. Ее
задача – полностью удалить жир с места будущей сварки. С такой задачей
лучше всего справляется ацетон.

Бывают случаи, когда ремонтируемая деталь покрыта
несколькими слоями краски или гудрона. Здесь требуется огневая, а затем
механическая очистка. Сгоревшая краска или гудрон легко удаляются скребком и
металлической щеткой.

Резка низколегированных сплавов

В том случае, если температура горения стального сплава не превышает порог, при котором материал переходит в жидкое состояние, а продукты окисления преобразуются в шлак и легко удаляются из рабочей зоны, для разделения металла может применяться стандартная технология ручной кислородной резки.

Процесс является актуальным для сталей с уровнем легирования не выше, чем 0,7%. Низколегированные сплавы удовлетворяют необходимым условиям использования оборудования и позволяют эффективно использовать методику при раскрое листовых, трубных, сортовых изделий проката.

При этом используется стандартное оборудование в виде резака и двух компонентов в виде горючего газа и кислорода. Горючие газы выбираются в зависимости от индивидуальных задач. Наиболее эффективным является ацетилен, который отличается повышенной температурой горения и аналогичной стоимостью по сравнению аналогами. Экономичным, но наименее эффективным остается пропан. При ручной резке кислородом при помощи газов формируется подогревающее пламя. Термическое воздействие нагревает металл до заданного порога, который в среднем составляет 1100 Сº, после которого материал готов к процессу резки. Разделение металла осуществляется посредством подачи чистого кислорода под высоким давлением, которое в зависимости от толщины стали может варьироваться в пределах от 3 до 12 атмосфер.

При воспламенении кислорода происходит экзотермическая реакция, в результате которой сталь окисляется. Продукты горения в виде шлаков в жидком виде удаляются потоком кислорода, обеспечивая доступ для горения низшим слоям металла до полного прорезания.

Универсальные резаки

В некоторых случаях использовать резак газовый ацетиленовый экономически нецелесообразно. При этом иметь два резака, работающих на разных типах топлива, неразумно. Поэтому на крупных производственных объектах особой популярностью пользуются универсальные газокислородные ножи. Их главная особенность заключается в способности работать от разных видов топлива.

Подавляющее большинство универсальных агрегатов используется для ручной резки нелегированных изделий или сталей с низким процентом углерода в их составе. Наибольшее распространение получил пропановый/ацетиленовый резак. Первый тип газа используется для обработки материалов толщиной до 200 мм, а второй – свыше 300 мм.

Промышленные виды резки металла

Наиболее популярны технологии резки, позволяющие производить максимальное количество деталей высокой точности за короткий промежуток времени. На крупных предприятиях чаще всего используются:

• плазменная;
• лазерная;
• газовая;
• гидроабразивная
• резка металла на станках с ЧПУ

Плазменная резка — обработка токопроводящих металлов и диэлектриков любой твердости струей раскаленного газа (плазмы) при температуре 5-30 тысяч градусов Цельсия, разогнанной электрическим полем до скорости около 1500 м/с. Режется, в основном, листовой металл толщиной до 200 мм. После прохода струи плазмы получается очень тонкий, ровный и гладкий разрез, не требующий дополнительной обработки кромок. Технология плазменной резки одна из самых точных и быстрых. Прилегающая к разрезу зона металла не перегревается и структура ее не нарушается.

Технология лазерной резки

Лазерная резка — не уступает по точности обработке плазмой. В этом случае рабочим органом выступает мощный лазерный луч высокой точности фокусировки. Металл мгновенно плавиться, сгорает и испаряется, оставляя чистый узкий рез. Если производится обработка листов толщиной более 15 мм, то зона реза дополнительно обдувается инертным газом, воздухом или охлаждается водой. Чаще всего применяется лазерная резка при изготовлении сложных по контуру деталей из цветных металлов, сплавов и сталей толщиной 12-20 мм. Преимущество — возможность резки сверхтонких и очень хрупких материалов.

Гидроабразивная резка металла на станках ЧПУ позволяет обрабатывать пакеты из нескольких листов, что очень удобно при крупносерийном производстве. Недостаток — возможность коррозионных воздействий.

Газовая резка металла, как и резка сваркой (электродной), предполагает воздействие на материал температуры, которая значительно выше точки плавления в ограниченной зоне действия кислородно-пропанового потока. Отличается невысокой точностью реза, но не требует чрезмерно сложного оборудования и может производиться в любых условиях. Резка электродами приносит те же результаты, но требует подключения оборудования к электросети.