Введение

Ацетилен (C 2 H 2) – химическое газообразное соединение углерода с водородом, без цвета, со слабым эфирным запахом и сладковатым вкусом.

Ацетилен в газосварочном производстве получил наибольшее распространение благодаря важным для сварки качествам (высокая температура пламени, большая теплота сгорания). Так, при разложении 1 кг ацетилена выделяется 8473,6 кДж теплоты. Это единственный газ, горение которого возможно при отсутствии кислорода (или окислителя вообще).

Выделение тепла при сгорании ацетилена обусловлено следующими процессами:

• распад ацетилена: C 2 H 2 = 2C + H 2
• сгорание углерода: 2С + O 2 = 2CO, 2CO + O 2 = 2CO 2
• сгорание водорода: H 2 + 1/2O 2 = H 2 O

Ацетилен легче воздуха, масса 1 м 3 ацетилена при температуре 20 °С (273 К) и нормальном атмосферном давлении составляет 1,09 кг. При нормальном давлении и температуре от –82,4 °С (190,6 К) до –84,0 °С (189 К) ацетилен переходит в жидкое состояние, а при температуре –85 °С (188 К) затвердевает, образуя кристаллы.

Технический ацетилен выпускается двух видов: растворенный и газообразный.

Технический растворенный ацетилен марки А предназначается для питания осветительных установок, технический растворенный ацетилен марки Б и технический газообразный ацетилен предназначаются в качестве горючего газа при газопламенной обработке металлов.

Технический ацетилен получают из карбида кальция путем разложения последнего водой. При этом из карбида кальция в ацетилен переходят вредные примеси, загрязняющие ацетилен: сероводород, аммиак, фосфорный водород, кремнистый водород. Эти примеси могут ухудшать свойства наплавленного металла и поэтому удаляются из ацетилена промывкой в воде и химической очисткой. Особенно нежелательна примесь фосфористого водорода, содержание более 0,7 % в ацетилене повышает взрывоопасность последнего.

Свойства ацетилена

Основные свойства ацетилена приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные свойства ацетилена

Показатель	Данные показателя
Формула	С 2 H 2
Молекулярная масса	26,038
Плотность (при 0 °С и давлении 760 мм рт. ст.), кг/м 3	1,17
Плотность (при 20 °С и давлении 760 мм рт. ст.), кг/м 3	1,09
Критическая температура, °С	35,9
Критическое давление, кгс/см 2	61,6
Температура пламени, °С	3150-3200
Температура кипения (при 760 мм рт. ст.), °С	-81,8
Температура плавления (затвердевания) (при 760 мм рт. ст.), °С	-85
Высшая удельная теплота сгорания, кДж/м 3	58660
Низшая удельная теплота сгорания, кДж/м 3	55890
Температура самовоспламенения, °С	335
Давление самовоспламенения, МПа	0,14–0,16

По физико-химическим показателям технический ацетилен должен соответствовать нормам, указанным в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-химические показатели технического ацетилена

Показатель	Для ацетилена
	растворенного			газообразного
	марки А	марки Б
	высшей категории качества	высшей категории качества	первой категории качества
Объемная доля ацетилена, % не менее	99,5	99,1	98,8	98,5
Объемная доля воздуха и других малорастворимых в воде газов, % не более	0,5	0,8	1,0	1,4
Объемная доля фосфористого водорода, % не более	0,005	0,02	0,05	0,08
Объемная доля сероводорода, % не более	0,002	0,005	0,05	0,05
Массовая концентрация водяных паров при температуре 20 °С и давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), г/м 3 , не более Что соответствует температуре насыщения, °С, не выше	0,4	0,5	0,6	Не нормируется

Растворимость ацетилена

Газообразный ацетилен может растворятся во многих жидкостях. Данные о растворимости ацетилена в некоторых жидкостях при атмосферном давлении и температуре 15 °С приведены в таблице 3.

Растворимость ацетилена в жидкостях с понижением температуры увеличивается. Данные о растворимости ацетилена в ацетоне при различных температурах приведены в таблице 4.

Растворенным ацетиленом называется ацетилен, находящийся в баллоне, заполненном пористой массой, пропитанной растворителем – ацетоном. Искусственное охлаждение баллонов ускоряет процесс их наполнения. В порах пористой массы ацетилен растворен в ацетоне. При открывании вентиля баллона ацетилен выделяется из ацетона в виде газа. Растворенный ацетилен предназначен для его хранения и транспортирования.

Взрывоопасность ацетилена

При использовании ацетилена необходимо учитывать его взрывоопасные свойства. Это единственный широко применяемый в промышленности газ, горение и взрыв которого возможны даже при отсутствии кислорода или других окислителей.

Температура самовоспламенения ацетилена зависит от давления (таблица 5).

Повышение давления существенно уменьшает температуру самовоспламенения ацетилена. Частицы других веществ, присутствующие в ацетилене, увеличивают поверхность его контакта и тем самым снижают температуру самовоспламенения при атмосферном давлении до следующих значений, °С (К):

• железная стружка – 520 (793);
• латунная стружка – 500–520 (773–793);
• карбид кальция – 500 (773);
• оксид алюминия – 490 (763);
• медная стружка – 460 (733);
• активированный уголь – 400 (673);
• гидрат оксида железа (ржавчина) – 280–300 (553–573);
• оксид железа – 280 (553);
• оксид меди – 250 (523).

Если ацетилен медленно нагревать до температуры 700–800 °С (973–1073 К) при атмосферном давлении, то происходит его полимеризация, при которой молекулы уплотняются и образуют более сложные соединения: бензол C 6 H 6 , стирол C 8 H 8 , нафталин C 10 H 8 , толуол C 7 H 8 и др. Полимеризация всегда сопровождается выделением теплоты и при быстром нагреве ацетилена может перейти в его самовоспламенение или взрывчатый распад.

Если при сжатии ацетилена в компрессоре до давления 29 кгс/м 3 (2,9 МПа) температура при завершении этого процесса не превышает 275 °С (548 К), то воспламенения не происходит, что позволяет наполнять баллоны ацетоном с целью его длительного хранения и транспортирования. С повышением давления температура, при которой начинается процесс полимеризации, понижается (рис.1).

При практическом использовании ацетилена допустим его нагрев до следующих значений температуры, °С (К):

• 300 (573) – при давлении 1 кгс/см 2 (0,1 МПа);
• 150–180 (423–453) – при 2,5 кгс/см 2 (0,25 МПа);
• 100 (373) – при более высоких давлениях.

Одним из важных показателей взрывоопасности горючих газов и паров является энергия зажигания. Чем меньше эта величина, тем взрывоопаснее данной вещество. Значения энергии зажигания ацетилена (при нормальных условиях): с воздухом – 19 кДж; в кислородом – 0,3 кДж.

Водяной пар служит флегматизатором для ацетилена, т.е. его присутствие существенно снижает способность ацетилена к самовоспламенению при наличии случайных источников теплоты и взрывчатому распаду. Согласно действующим нормам для ацетиленовых генераторов, в которых ацетилен всегда насыщен парами воды, предельное избыточное давление составляет 150 кПа, а абсолютное – 250 кПа.

При атмосферном давлении смесь ацетилена с воздухом взрывоопасна, если в ней содержатся 2,2 % ацетилена и более, смесь с кислородом – 2,8 % ацетилена и более (верхних пределов концентрации ацетилена для его смесей с воздухом и кислородом не существует, так как при достаточной энергии зажигания способен взрываться и чистый ацетилен).

Получение ацетилена

В промышленности ацетилен получают при разложении жидких горючих, таких как нефть, керосин, воздействием электродугового разряда. Применяется также способ производства ацетилена из природного газа (метана). Смесь метана с кислородом сжигают в специальных реакторах при температуре 1300–1500 °С. Из полученной смеси с помощью растворителя извлекается концентрированный ацетилен. Получение ацетилена промышленным способом на 30–40 % дешевле, чем из карбида калия. Промышленный ацетилен закачивается в баллоны, где находится в порах специальный массы растворенным в ацетоне. В таком виде потребители получают баллонный промышленный ацетилен. Свойства ацетилена не зависят от способа его получения. Остаточное давление в ацетиленовом баллоне при температуре 20 °С должно быть 0,05–0,1 МПа (0,5–1,0 кгс/см 2). Рабочее давление в наполненном баллоне не должно превышать 1,9 МПа (19 кгс/см 2) при 20 °С.

Для сохранности наполнительной массы нельзя отбирать ацетилен из баллона со скоростью 1700 дм 3 /ч.

Рассмотрим подробнее способ получения ацетилена в генераторе из карбида кальция. Карбид кальция получают путем сплавления кокса и негашеной извести в электрических дуговых печах при температуре 1900–2300 °С, при которой протекает реакция:

Ca + 3C = CaC 2 + CO

Расплавленный карбид кальция сливают из печи в формы-изложницы, где он остывает. Далее его дробят и сортируют на куски размером от 2 до 80 мм. Готовый карбид кальция упаковывают в герметически закрываемые кальция не должно быть более 3 % частиц размером менее 2 мм (пыль). По ГОСТу 1460-81 устанавливаются размеры (грануляция) кусков карбида кальция: 2×8; 8×15; 15×25; 25×80 мм.

При взаимодействии с водой карбид кальция выделяет газообразный ацетилен и образует в остатке гашеную известь, являющуюся отходом.

Реакция разложения карбида кальция водой происходит по схеме:

Из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 372 дм 3 (литра) ацетилена. Практически из-за наличия примесей в карбиде кальция выход ацетилена составляет до 280 дм 3 (литров). В среднем для получения 1000 дм 3 (литров) ацетилена расходуется 4,3–4,5 кг карбида кальция.

Карбидная пыль при смачивании водой разлагается почти мгновенно. Карбидную пыль нельзя применять в обычных ацетиленовых генераторах, рассчитанных для работы на кусковом карбиде кальция. Для разложения карбидной пыли применяются генераторы специальной конструкции. Для охлаждения ацетилена при разложении карбида кальция. Применяют также от 5 до 20 дм 3 (литров) воды на 1 кг карбида кальция. Применяют также «сухой» способ разложения карбида кальция. На 1 кг мелко раздробленного карбида кальция в генератор подают 0,2–1 дм 3 (литра) воды. В этом процессе гашения известь получается не в виде жидкого известкового ила, а в виде сухой «пушонки», удаление, транспортировка и утилизация которой значительно упрощается.

Транспортирование и хранение

Технический газообразный ацетилен транспортируют по трубопроводам из стальных бесшовных труб по ГОСТ 8731 и ГОСТ 8734. Давление ацетилена в трубопроводе должно быть не более 0,15 МПа (1,5 кгс/см 2). Окраска трубопроводов – по ГОСТ 14202.

Давление газа в трубопроводе должно измеряться манометром класса точности 2,5 по ГОСТ 8625, на циферблате которого должна стоять надпись «Ацетилен».

Техническим растворенным ацетиленом наполняют стальные баллоны для растворенного ацетилена с пористой массой (активным углем или литой пористой массой) и ацетиленом.

Баллоны должны быть оснащены вентилями специальных типов, предназначенными для ацетиленовых баллонов.

Давление газа в баллоне должно измеряться манометром класса точности не ниже 4 по ГОСТ 8625. Температуру газа в баллоне принимают равной температуре окружающей среды, в которой наполненный баллон должен быть выдержан не менее 8 ч.

При номинальном давлении 1,9 МПа (19,0 кгс/см 2) при 20 °С давление газа в баллоне в интервале температур от минус 5 до плюс 40 °С должно соответствовать указанному в таблице 6.

Таблица 6 - Давление ацетилена в баллоне в интервале температур

Температура газа, °С	Давление газа в баллоне, МПа (кгс/см 2), не более
-5	1,34 (13,4)
0	1,40 (14,0)
+5	1,50 (15,0)
+10	1,65 (16,5)
+15	1,80 (18,0)
+20	1,90 (19,0)
+25	2,15 (21,5)
+30	2,35 (23,5)
+35	2,60 (26,0)
+40	3,00 (30,0)

Остаточное давление газа в баллоне измеряют манометром класса точности 2,5 диаметром шкалы не менее 100 мм по ГОСТ 8625.

Баллоны от потребителя должны поступать с остаточным давлением, соответствующим указанному в таблице 7.

Растворенный ацетилен в баллонах перевозят всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки опасных грузов, действующими на данном виде транспорта, и правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

По железной дороге баллоны, наполненные растворенным ацетиленом, транспортируют повагонными и мелкими отправками в крытых вагонах. При транспортировании мелкими отправками колпаки баллонов должны быть опломбированы.

Для механизации погрузочно-разгрузочных работ и укрупнения перевозок автомобильным транспортом баллоны среднего объема помещают в металлические специальные контейнеры.

При транспортировании баллонов малого объема всеми видами транспорта они должны быть дополнительно упакованы в дощатые решетчатые ящики типа VII по ГОСТ 2991. Баллоны должны укладываться в ящики горизонтально, вентилями в одну сторону с обязательными прокладками между баллонами, предохраняющими их от ударов друг о друга.

Баллоны, наполненные ацетиленом, хранят в специальных складских помещениях или на открытых площадках под навесом, защищающим их от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей, по группе ОЖ 2 ГОСТ 15150.

Требования безопасности

Ацетилен – взрывоопасный газ. Взрывы ацетилена обладают большой разрушительной силой.

С воздухом образует взрывоопасную смесь с нижним концентрационным пределом воспламенения при атмосферном давлении, приведенным к температуре 25 °С, – 2,5 % (по объему) по ГОСТ 12.1.004-85.

Температура самовоспламенения 335 °С.

Давление самовоспламенения 0,14–0,16 МПа.

При определенных условиях ацетилен реагирует с медью, образуя взрывоопасные соединения, поэтому категорически запрещается при изготовлении ацетиленового обо-рудования применение сплавов, содержащих более 70 % меди.

Давление, образующееся при взрыве ацетилена, зависит от начальных параметров и характера взрыва. Оно может увеличиться примерно в 10-12 раз по сравнению с начальным при взрыве в небольших сосудах и возрасти при детонации чистого ацетилена в 22 раза, а при детонации ацетилено-кислородной смеси в 50 раз.

Технический ацетилен (с примесями) имеет резкий неприятный запах; длительное вдыхание его вызывает тошноту, головокружение и даже отравление. Ацетилен обладает наркотическим действием. Отравление вызывает, главным образом, фосфористый водород, находящийся в карбидном ацетилене.

Газообразный ацетилен легче воздуха и накапливается в высших точках слабо проветриваемых помещений, где возможно образование ацетилено-воздушной смеси.

Производство ацетилена по пожарной опасности относится к категории А, по классам взрывоопасных зон – к классам В1; В1а; В1б; В1г.

Помещения ацетиленового производства должны иметь приточную и вытяжную вентиляцию.

В качестве средств пожаротушения следует использовать сжатый азот, углекислотные огнетушители, асбестовое полотно, песок.

Кислородно-ацетиленовая сварка называется автогенной, так как соединеняет детали из одинакового металла путем их плавления. Жесткое неразъемное соединение получается путем местного плавления кромок соединяемых деталей при нагреве пламенем кислородно-ацетиленовой горелки. Жидкий металл, получаемый при этом, образует неразрывный расплав, в который при необходимости вводится присадочный металл.

Пламя кислородно-ацетиленовой горелки создается горением ацетилена в другом газе – кислороде.

Ацетилен получают в ацетиленовых генераторах и тут же его используют. Как и кислород, ацетилен может быть в баллоне. Из баллона газ проходит через редуктор, затем смешивается в сварочной горелке, на выходе которой его поджигают, создавая кислородно-ацетиленовое пламя.

Сырьем для получения ацетилена являются карбид кальция и вода. Карбид кальция представляет собой твердое вещество, по внешнему виду и твердости напоминающее камень. Его получают путем соединения углерода с известью в электрической печи при температуре 3000°С. Затем дробят и укладывают в бочки, на которых указывается размер камней, что является важной характеристикой для использования карбида в генераторах. Бочку необходимо закрывать герметично, так как карбид кальция сильно поглощает пары воды, содержащиеся в воздухе. При этом скорость реакции намного медленнее, чем в генераторе, тем не менее, в результате ее также получается ацетилен, который может смешиваться с воздухом, находящимся в бочке, и образовывать взрывчатую смесь.

Ацетилен получается в результате реакции карбида кальция с водой. Этот газ обладает особым запахом, возникающим особенно в генераторах, в которых не происходит очистка ацетилена от сероводорода. При сварке кузова обычно используют контактные генераторы высокого давления. Генераторы выполнены с жестким газометром и имеют камеру для заполнения водой. По мере увеличения давления ацетилена он выжимает воду в камеру нагнетания и отделяет воду от контакта с карбидом кальция. При понижении давления в газометре зеркало воды поднимается и реакция возобновляется. Образующаяся известь выпадает в осадок на дно бачка и должна удаляться при каждой новой зарядке генератора. Сухие клапаны и водяные затворы предназначены для предотвращения возврата кислорода в газометр. В баллонах ацетилен растворен в ацетоне, которым пропитана пористая ткань. Максимальная емкость баллона составляет 1000 л/ч.

На станциях автосервиса в зависимости от их мощности применяют ацетиленовые генераторы – стационарные или передвижные. Наибольшее применение из передвижных нашли однопостовые ацетиленовые генераторы марок АСМ– 1,25-3; АСВ-1,25; АНВ-1,25 производительностью 1,25 м 3 /ч. Из стационарных применяют генераторы марок ГРК-10-68 производительностью 10 м 3 /ч. В этом случае сварочные посты снабжаются ацетиленом по трубопроводам централизованной раздачи.

Широко применяются для обеспечения работы газосварочных постов находят баллоны со сжиженным газом, в том числе и с ацетиленом. Ацетилен поставляют в баллонах типа 100 или БАС-158, кислород – в баллонах типа 150 и 150Л. Углекислый газ хранят и транспортируют в баллонах типа 150.

Редукторы для понижения давления газа, отбираемого из баллона, выпускают 18 типоразмеров (на различные давления и производительность). При газопламенной сварке кузовных деталей применяют редукторы марок ДКП-1-65 – для кислорода, ДАП-1-65 – для ацетилена, ДЗД-1-59М – для углекислого газа. Для централизованного питания постов кислородом от распределительных рамп применяют рамповые редукторы марки КРР 61.

Шланги изготовляют из вулканизированной резины с тканевой прослойкой или нитяной оплеткой, снаружи oтделанной резиновым слоем. Шланги выпускают трех типов: тип I – для ацетилена с рабочим давлением не более 0,608 МПа; тип II – для бензина и керосина с рабочим давлением не более 0,608 МПа; тип III – для кислорода с рабочим давлением не более 1,520 МПа.

Для горелок малой мощности применяют облегченные шланги с внутренним диаметром 6 мм, для горелок большой мощности с внутренним диаметром 16 и 18 мм.

Наружный слой ацетиленовых шлангов имеет красный цвет, шлангов для жидкого топлива – желтый, для кислорода – синий. Длина шланга при работе от баллона должна быть не менее 8 м, а при работе от генератора – не менее 10 м.

Сварочные горелки – основной инструмент при ручной газовой сварке. Они позволяют регулировать тепловую мощность пламени путем изменения расхода горючего газа и кислорода.

Для сварки тонколистовых металлов (0,2-4 мм) применяют горелки малой мощности (Г2; ГС-2; «Звездочка»; «Малютка») с комплектом наконечников № 0; 1; 2; 3. Малые горелки имеют массу 360-400 г и рассчитаны на работу со шлангами внутренним диаметром 6 мм.

К недостаткам газопламенной сварки следует отнести повышенную возможность пожаро– и взрывоопасности, повышенную загазованность рабочих мест. Кроме того, при сварке тонколистовых кузовных деталей наблюдаются их значительные коробления, перегрев и пережог. Трудоемкость доводки такой поверхности до требований товарного вида высока, а срок службы сварочного соединения низок из-за слабой коррозионной стойкости.

Ацетилен в горелке засасывается кислородом, который выходит из инжектора с большой скоростью. В расширяющемся канале газы смешиваются. Набор различных сопел обеспечивает получение пламени различной тепловой интенсивности. Зоной, осуществляющей сварку, является остроконечное пламя.

Подготовка кромок для сварки осуществляется с учетом толщины свариваемого металла и способа применяемой сварки. На практике при кузовных автомобильных работах газовая сварка выполняется на тонких листах. Чтобы после сварки можно было произвести рихтовку, свариваемые листы необходимо выставить в одной плоскости. Способ сварки, применяемый в этом случае, называют левой сваркой.

По возможности и в особенности для выполнения сварки с высокой надежностью, например, сварки лонжеронов, применяют вертикальную сварку с двойным швом.

Сварка внутренних или наружных углов не позволяет производить рихтовку сварных швов тонких листов, однако она может быть очень полезной при соединении труб.

В настоящее время листы толщиной, равной или более 2 мм, обычно сваривают дуговой сваркой.

Подготовка тонких листов под сварку очень простая. Кромки листов обрезаются ножницами или пилой, обеспечивающими прямой рез. Листы плотно состыковывают друг с другом. Если листы подогнаны не точно, их разъединяют и подгоняют, а затем снова состыковывают для выполнения сварки. Если сварочный шов должен быть расположен в углу, то в зависимости от формы детали предпочтительнее применить такой метод, при котором сварку можно выполнять встык отогнутой кромки одного листа с прямой кромкой другого листа, предвидя выполнение в последующем рихтовки.

Сварщик, работающий правой рукой, держит горелку в правой руке, при этом горелку располагает вдоль оси сварного шва, наклоняя ее так, чтобы пламя было направлено налево. Конец пламени удерживают на расстоянии около 1 мм от зеркала расплавленного металла. Горелку перемещают справа налево. В этом случае сопло наклонено в сторону выполненного сварного шва, а струя пламени прогревает линию сварки.

На практике иногда бывает невозможно производить поперечную сварку. Независимо от направления перемещения сопла горелки, оно всегда наклоняется в сторону выполненного сварного шва.

Если сварка производится с присадочным металлом, то его удерживают симметрично соплу, погружая конец присадочного металла короткими быстрыми движениями в расплавленный металл шва.

Сварку без присадочного металла применяют, в частности, в кузовных жестяных работах. Способ левой продольной сварки часто называют кузовной.

Сварка точками. Это предварительная прихватка, заключающаяся в скреплении двух соединяемых деталей короткими сварными строчками, которые называют сварными точками. Эти точки удерживают кромки в необходимом положении в процессе сварки. Сварные точки должны быть достаточно прочными, чтобы под действием расширения при сварке не происходило их разрыва. Однако сварные точки не должны быть и длинными, чтобы их можно было легко разрушить при необходимости подгонки деталей. Сварные точки не должны сильно превышать толщину свариваемой детали, чтобы не являться помехой в процессе выполнения окончательной сварки. Первую точку желательно выполнить посередине линии сварки.

Если сварной шов формирует угол, то первую точку следует выполнить в вершине угла. Если сварка предназначена для ремонта излома, то первую сварную точку выполняют в месте начала излома на листе. Далее сварные точки располагают с интервалом 30 толщин свариваемого листа, однако в большинстве случаев их следует сближать больше (сжатая точечная сварка).

Сварные точки выполняют, начиная от первой, направляя горелку в направлении не схваченных точками участков. При нагреве кромок происходит их расхождение, однако при охлаждении, следующем после плавления, происходит усадка, вызывающая сближение кромок.

Не следует вначале соединять точками два конца сварного шва, а затем выполнять промежуточные точки, так как при этом будет возникать расширение в противоположных направлениях, которое приведет к деформации кромок, вызывающей либо их перекрещивание, либо изменение уровня расположения.

При сварке точками замкнутого шва прямоугольной формы вначале выполняют точки на двух наиболее плоских сторонах, расположенных противоположно друг другу, а затем на двух других более выпуклых сторонах, так как в результате неизбежного защемления деформация, вызванная удлинением будет временно акцентироваться в центре.

При сварке точками без присадочного металла острие пламени приближают к кромкам и расплавляют.

Если расплав металла каждой кромки с трудом соединяется друг с другом, нужно немного поднять горелку, что обычно приводит к образованию единого расплава металла. Следует дать сварной точке затвердеть до ее почернения.

Если нарушился уровень расположения кромок или кромки, не прихваченные точками, налезают друг на друга, нужно подрихтовать последнюю точку. Если несоединенные точками кромки слишком толстые, необходимо полностью охладить последнюю точку, что приведет к максимальной усадке металла. Если этого окажется недостаточным, следует произвести сварку более близко расположенными точками, расплавляя небольшие капли присадочного металла.

Сварка намного облегчается, если подгонка кромок и соединение точками выполнены очень тщательно. В равной степени можно производить сварку кузовных деталей без прихвата точками. Один из свариваемых листов при этом является неподвижным, а другой приваривают сразу, держа горелку в одной руке и направляя второй рукой привариваемый лист так, чтобы кромка листа была установлена для сварки точно.

Выполнение сварки на горизонтально располагаемых деталях кузова. Для выполнения такой сварки, так же как и для прихватки точками, на горелку необходимо установить сопло, соответствующее толщине сварки. Нормальный расход газа 100 л/ч на 1 мм толщины сварки. На практике стандартный расход составляет 50-70 л. Для меньшей горелки принимают и меньший расход. В действительности листовая обшивка кузовов легковых автомобилей имеет толщину менее 1 мм.

После точечного прихвата следует произвести подрихтовку всей линии стыка, соединенного сварочными точками. Нельзя начинать сварку с края листа, так как кромки расходятся. Начинают сварку с внутренней части шва и направляются к краю листа, т.е. выполняют закраину. Затем производят сварку, начиная от закраины, и ведут ее к другому краю.

Если вырез, который подлежит сварке, имеет форму угла, то сварку начинают с вершины угла и ведут ее в направлении одного края, а затем другого. Если производят сварку детали, образующий отверстие посередине панели, то сваривают попарно две противоположные стороны. Перед сваркой производят тщательную регулировку пламени, а затем подводят его на расстояние около 1 мм до поверхности металла. Сопло наклоняют под углом приблизительно равным 45° к оси сварного шва. Как только металл расплавится, горелку равномерно перемещают без смещения в боковом направлении. Поддерживают нормальное плавление металла путем изменения скорости подачи и корректировки угла наклона горелки.

При увеличении наклона сопла проникновение зоны расплавленного металла уменьшается. Поэтому при сварке угол наклона сопла изменяется в пределах 15-45°. Во всех случаях надо иметь наготове пруток присадочного металла, чтобы заполнить случайно образовавшееся при сварке отверстие.

С внутренней стороны сварочный шов должен представлять собой тонкую линию непрерывно расплавленного металла. Сварочный шов должен иметь небольшую ширину – ширина шва должна быть ориентировочно в пределах 3-4 толщин свариваемого листа. После сварки металлу дают охладиться, не смачивая его. Сварочные швы и их закраины необходимо затем отрихтовать, следя за тем, чтобы металл сильно не вытягивался.

Немного иначе выглядит левая сварка.

Она применяется на несъемных деталях автомобиля, особенно в том случае, когда деталь невозможно расположить так, чтобы произвести горизонтальную сварку.

Иными словами, сварочный шов может располагаться в наклонной или вертикальной плоскости. Для выполнения такой сварки, которая еще называется сваркой по месту, устанавливают сопло, производительность которого приблизительно на 30 % меньше той, которая необходима для горизонтальной сварки листов такой же толщины.

Вертикальная сварка двойным швом. Этот тип сварки с высокой надежностью подходит лишь для сварки внутренних деталей, например лонжеронов. Применяют сопло с расходом 60 л/ч. Для прихватывания сварными точками зазор между листами принимают равным двум толщинам. Горелку удерживают под углом около 30° к горизонтали, а присадочный металл – под углом 20° к горизонтали.

В противоположность тому, что было определено для других способов, сварку начинают с создания отверстия. Затем начинают подачу горелки и присадочного металла. Отверстие необходимо сохранять в течение всего процесса сварки. Таким образом, расплавленный металл удерживается отверстием в процессе затвердевания, проникновение расплавленного металла в шов уверенное.

Сварка по внутреннему углу. Горелку перемещают в том же направлении, что и при левой сварке. Устанавливают сопло с расходом 125 л/ч. Сопло наклоняют под углом 45° и удерживают его в плоскости, проходящей через биссектрису внутреннего угла. Присадочный металл располагают симметрично под тем же углом и перемещают по небольшому участку круговой дуги, чтобы заполнить сварочный шов вдоль вертикального листа, а затем остальную часть шва. Это делается для компенсации стекания жидкого металла на горизонтальный лист, в результате чего на вертикальном листе могут образовываться желобки, а иногда и отверстия.

При необходимости для обеспечения равномерного плавки двух соединяемых кромок, производят корректировку расположения сопла горелки. Каждый раз, если это только возможно, свариваемые детали располагают таким образом, чтобы поверхность жидкого металла сварного шва располагалась горизонтально. В этом случае легче выполнять сварку.

Сварка по наружному углу. Перемещение горелки при данном способе производится так же, как и при левой сварке. Используют сопло с расходом 75 л/ч. Свариваемые листы располагают так, чтобы их края образовывали фаску. При возможности следует размещать свариваемые детали так, чтобы фаска располагалась плашмя. В противном случае необходимо удерживать сопло горелки почти горизонтально, что задерживает расплавленный металл.

Эту способ сварки можно практиковать с присадочным металлом или без него. Сварной шов трудно подвергается рихтовке, следовательно, кромка шва остается деформированной.

Влияние температуры сварки на свариваемые детали. Нагрев, позволяющий довести металл до местного плавления, вызывает местное значительное удлинение, пока происходит изменение состояния металла, который из твердого состояния переходит в пластичное, затем в пастообразное и, наконец, в жидкое. За зоной жидкого металла начинается охлаждение металла, которое приводит к уменьшению объема – усадке, пока металл из жидкого состояния переходит в пастообразное, затем в пластическое и твердое.

Экспериментально влияние удлинения и усадки можно наблюдать с использованием оснастки, имеющейся в любой мастерской. Берут С-образный корпус небольшой струбцины, с расстоянием между плечами корпуса, например, 70 мм. Вырезают два образца из листа толщиной 1,5 или 2 мм. Один образец А имеет ширину 15 мм, другой В шириной 60 мм. Длина образцов выбирается равной расстоянию между плечами струбцины. Образец подгоняют так, чтобы он вошел в струбцину без усилия и без зазора.

Теперь можно экспериментировать. Более узкий образец А располагают между плечами корпуса струбцины. Подводят пламя горелки так, чтобы нагревалась центральная часть образца. Под действием теплоты образец расширяется и удлиняется, однако перемещение концов образца блокировано, так они упираются в корпус струбцины. В результате этого образец выгибается. Однако как только температура небольшого участка достигнет значения 550 °С и он станет красным, пластичность этого участка приводит к тому, что деформация, вызванная продольным изгибом, концентрируется на этом участке и становится постоянной. После охлаждения образец сохраняет свою форму. По сравнению с исходной формой стрела прогиба образца составляет 3 мм, а длина становится короче приблизительно на 0,5 мм.

Затем устанавливаем образец В так, чтобы один из его концов встал в одной плоскости с торцами струбцины. Нагревают, как и в предыдущем случае, центральную часть ленточного участка, соединяющего два плеча струбцины. Возникает небольшой продольный прогиб образца, однако гораздо меньший, чем в предыдущем случае, так как остальная часть образца нагревается медленнее и блокирует нагретую зону.

Как только металл нагреется докрасна, образец получает незначительный продольный прогиб. Длина металла между плечами струбцины остается постоянной, а удлинение сопровождается увеличением толщины.

При охлаждении утолщение остается, хотя величина его не настолько большая, чтобы его можно было увидеть, однако путем ощупывания листа большим и указательным пальцами можно ощутить небольшое утолщение. Соседний с нагреваемым участком металл стягивается к его центру. Чтобы восстановить первоначальную форму образца достаточно отбить молотком утолщенный участок и привести его к первоначальной толщине.

Попробуем применить этот опыт на практике. При выполнении соединения сварными точками, мы наблюдаем, что как только металл нагревается, происходит удлинение двух состыкованных кромок, которые давят друг на друга, их длина возрастает, а свободные края временно расходятся. Таким образом, происходит частичное смещение металла соединенных кромок в зоне сварных точек. При охлаждении сварные точки стягивают два листа и могут привести к перехлестыванию несваренных кромок. Это явление можно устранить легким выстукиванием последней сварной точки навесными ударами. Если схваченные сварными точками детали сваривают, то установленные встык кромки при нагреве расширяются. Пока металл не достиг температуры 500° С удлинение небольшой нагретой поверхности вызывает деформацию всего листа при условии, что он тонкий (листовая обшивка кузовов автомобилей) и легко деформируется в направлении предварительно выполненной формы. Если форма листовой детали выпуклая, то лист поднимается. Если форма вогнутая, то лист прогибается. После того, как температура нагрева достигнет 500°С, металл становится пластичным и деформируется на всем протяжении. Повышение температуры сопровождается выдавливанием, т.е. утолщением металла, которое затем поглощается сварочным швом. За жидким расплавом металла ранее расплавленный металл начинает охлаждаться и проходит непрерывно пастообразное состояние, затем пластическое и твердое с уменьшением в объеме (усадкой).

В пастообразном состоянии металл не обладает никакой прочностью. Поэтому необходимо создать очень прочную зону за пастообразным металлом, чтобы удлинение зоны жидкого расплава, расположенного в непосредственной близости с ним, не вызывало расхождения металла. Вот причина, по которой закраину выполняют сплошным швом в направлении края листов. Затем производят сварку от начала закраины в направлении второго конца свариваемых листов. Если требуется заварить трещину, то конец трещины играет роль закраины.

В процессе охлаждения сварочного шва его металл уменьшается в объеме и стягивает окружающий металл. Пока металл сварного шва обладает пластичностью, он может вытягиваться, однако при температуре ниже 500° он сжимается (усаживается) и вызывает растяжение и деформацию соседнего со швом металла. Именно поэтому необходимо производить рихтовку сварного шва, что позволяет восстановить внутреннее равновесие металла.

После медленного охлаждения (для мягкой стали) жестянщик берет наковаленку, прижимает ее с усилием к одной из сторон шва и простукивает шов молотком короткими навесными ударами для уменьшения толщины зоны сварки, что приводит к увеличению поверхности при постоянном объеме. Поверхность сварного шва выравнивается, а металл нагартовывается, что в значительной степени повышает его механическую прочность.

Обращаем внимание: если обработка молотком будет слишком грубая, то почти определенно удлинение металла будет слишком большое, что приведет к образованию пузыря – дефекта, хорошо известного жестянщикам. Этот дефект придется устранять путем выполнения усадочных точек.

Деформации будут значительно меньше, если листы могут свободно удлиняться. Поэтому во всех возможных случаях практикуют сварку без предварительного прихватывания сварными точками. По той же причине нельзя закреплять некоторые детали в процессе сварки, например при замене поврежденной части кузова, закрепленной на стенде. После прихвата детали сварными точками ее необходимо освободить для выполнения сварки, а затем снова закрепить для окончательной рихтовки, что позволяет металлу восстановить свою форму и внутреннее равновесие.

Обработка сварного шва молотком выполняется только на листах, сваренных встык. Она может выполняться на плоских или изогнутых участках, но нельзя обрабатывать молотком кромочные швы, соединения в угол или внахлестку.

Вообще говоря, влияние процесса расширения и усадки является более сложным, чем показано в данном разделе. Тем не менее, рассказанного для специалистов по кузовным работам достаточно.

Дефекты кислородно-ацетиленовой сварки. Основным дефектом при этом является непровар, возникающий вследствие большой скорости перемещения, при котором металл расплавляется не на всю толщину. При осмотре изнаночной стороны сварного шва будет отсутствовать след провара металла.

При сварке плашмя или под наклоном хороший провар определяется по внешнему виду зоны расправленного металла. Поверхность расплава должна быть слегка вогнутой. Если поверхность расплава плоская и очень узкая, то провара не произошло. Если расплав металла шва оседает и становится широким, необходимо на короткое время поднять горелку, чтобы избежать прожигания металла.

Другим основным дефектом при сварке с присадочным металлом является налипание расплавленного металла на металл свариваемых деталей, нагретых до красного цвета, но не доведенных до плавления. Этот дефект виден при небольшом разъединении краев сварного шва. В этом случае разошедшиеся стыки следует снова проварить. Этот дефект можно заметить и во время сварки, если пруток присадочного металла слишком наклонен к поверхности свариваемых деталей. Желобки или бороздки вдоль сварного шва возникают при очень сильном пламени и недостаточной наплавке. Искажение свойств металла заключается в том, что в результате разрегулировки пламени может происходить насыщение его углеродом или окисление, тогда сварка является некачественной и не подлежит восстановлению.

Одна из старых разновидностей получения неразъемного соединения деталей, но не потерявшая своей актуальности – это ацетиленовая сварка металла. Применяется для сваривания практически любых материалов, особенно привлекательно при сваривании тонкостенных трубопроводов и других конструкций.

Почему именно ацетилен основной газ при газовой сварке металлов? Температура его горения превышает градус плавления стали и других материалов. При высокой квалификации газосварщика, выгода ацетиленовой сварки заключается в большой производительности при небольших затратах на газ и материалы. Остальные плюсы и минусы рассмотрим ниже.

Главным преимуществом ацетилено-кислородной сварки является мобильность и контроль за сварочными работами. Есть и другие преимущества:

• при ацетиленовой сварке баллоны легко транспортируются на тележке. Удобно варить неповоротный шов, при небольшом расстоянии до стены. В этом случае не требуется делать операционный стык;
• с помощью газовой горелки можно проводить неразъемное соединение металлов с различными температурами расплава. Осуществляя регулировку силы и вида пламени, можно добиться оптимальных условий ацетиленовой сварки;
• при сваривании деталей небольшой толщины из конструкционной стали, меди, чугуна, латуни ацетиленовый способ незаменим;
• можно повысить качество шва путем использования проволоки из легирующей стали или других добавок.

Осуществляя регулировку температуры нагрева, можно предотвратить сильную деформацию конструкции и стыка. При этом достигается еще и оптимальная скорость сваривания металлов.

Недостатки

Но есть у ацетиленового вида сварки и некоторые минусы. К ним относятся:

• при нагреве образуется большая площадь с изменениями в свойствах материала, поэтому ацетиленовая сварка не применяется в машиностроении;
• при соединении деталей толщиной более 5 мм газосварку лучше заменить ручной или полуавтоматической электросваркой;
• соединение высокоуглеродистой стали не для кислородно-ацетиленовой сварки;
• при соединении внахлест, металл будет значительно деформироваться, и в нем будут образовываться участки со значительным напряжением;
• требует повышенных затрат на материалы и оборудование, по сравнению с электродуговым типом сварки.

Самый главный недостаток – это высокая взрывоопасность. Но многое в этом зависит от человеческого фактора.

Несоблюдение правил безопасности, неправильных действиях при обратном ударе – это основные ошибки, приводящие к авариям. Сварщик при работе с ацетиленом должен обладать навыками выше тех, которые достаточны для полуавтоматической и автоматической сварки.

Способ ацетиленовой сварки наиболее подходит для стыковых соединений деталей. А качество шва напрямую зависит от качества и чистоты ацетилена и кислорода.

При всех недостатках и высокой взрывоопасности, данный вид является основным для сваривания тонкостенных деталей и некоторых цветных материалов. К этому можно добавить наполненность и аккуратность шва.

Стык электродуговой сварки не может быть таким красивым и надежным как у газосварки, особенно при неповоротном стыке.

Инструменты и материалы

Для ацетиленовой сварки потребуется вполне доступное и относительно недорогое оборудование. Ранее для получения газа применялись газовые генераторы, но сейчас более распространен баллонный ацетилен.

Баллон окрашен в белый цвет. Для поддержания горения используется баллонный кислород. Как правило, их перевозят на специальных тележках.

В зависимости от толщины свариваемого металла предусмотрено использование нескольких размеров горелки и сопла. Самый маленький размер, который может иметь горелка – нулевой, а самый большой – пятый.

При необходимости сильного нагрева толстого металла используется наибольший номер с отверстием, позволяющим подавать газовую смесь в сварочную ванну и обеспечивающую нормальный прогрев стыка.

К горелке подходят шланги с ацетиленом и кислородом. Крепятся с помощью резьбового соединения.

Редукторы позволяют регулировать подачу газа и понижать давление газа, поступающего из баллона. Давление в кислородном баллоне порядка 150 атм. К тому же редукторы защищают баллон от обратного удара.

В зависимости от вида свариваемого материала, присадочная проволока может выполняться из стали или других металлов с добавлением легирующих добавок. Они улучшают качество шва. Для ацетиленовой сварки стальных водопроводных труб используют оббитые электроды для ручной электросварки, но это более дорогой вариант.

Технологический процесс газосварки

Процесс работы начинается с открывания вентилей на баллонах и регулировки давления газа с помощью редукторов. Оптимальное значение напора газов – 2 атмосферы. При большем давлении, может быть затруднена регулировка пламени.

На горелке открываем вентиль подачи ацетилена и поджигаем газ. Затем постепенно открывая кислородный вентиль, регулируем пламя. Для сваривания черных металлов наиболее часто применяется нейтральное пламя горелки. Сам факел состоит из трех, хорошо видимых невооруженным глазом, частей.

Голубой цвет с незначительным зеленоватым отливом имеет ядро, которое расположено внутри пламени.

Самая большая часть – это факел горелки. Он отвечает за нагрев металла.

Для настройки нейтрального пламени, необходимо прислонить горелку к любой металлической поверхности и отрегулировать его вентилями подачи газа. Ядро не должно быть очень большим, а восстановительное пламя регулируется до определенного цвета.

Сначала выставляется размер факела. Это делается подачей ацетилена. Затем постепенно увеличивая подачу кислорода, добиваемся нормального пламени.

При этом не следует делать очень мощное пламя. Оно увеличит не только скорость ацетиленовой сварки, но и повысит количество прожогов и подрезов шва. Поэтому регулировка – это одна из основных операций, которая облегчает выполнение сварочных работ.

Нельзя выставлять длинный и оранжевый цвет факела. Такое горение будет снижать качество шва, внося в сварочную ванну избыток углерода.

Основные способы ведения горелки и присадочного материала

Специалисты применяют два способа ведения инструмента: «от себя» и «на себя».

При ведении от себя впереди горелки располагается проволока. Такой метод применяется при сваривании конструкций больших по толщине. В этом случае расплавленный металл деталей и присадки одновременно заполняет сварочную ванну.

Этот способ требует от сварщика обеспечения равномерного перемешивания основного и присадочного металла. При недостаточном количестве расплава проволоки шов получается ослабленным.

При способе ацетиленовой сварки «на себя» первой идет горелка, и при расплавлении основного металла в ванночку добавляется металл с проволоки. Здесь надо правильно расположить горелку.

Она должна идти под острым углом по отношению к деталям. Этот способ наиболее прост. Надо разогреть металл, снять с проволоки каплю и растянуть ее по шву. По этому принципу формируется катет шва.

Для большего удобства и предохранения образования прожогов, горелку ведут либо полумесяцем или круговыми движениями.

Большую роль в качестве соединения играет правильная стыковка деталей, отсутствие больших зазоров при сварке тонких листов или труб. Следует помнить – перед ацетиленовой сваркой детали необходимо прихватить в нескольких местах. На трубах небольшого диаметра, прихватки делаются примерно через 1200.

На проведение сварочных работ оказывает влияние и характеристики свариваемого металла.

Выбор режимов

Для увеличения качества шва и его герметичности в зависимости от материала необходимо знать некоторые секреты профессиональных газосварщиков.

Высокоуглеродистые стали с помощью ацетиленовой сварки варят очень редко. А вот низкоуглеродистые, конструкционные стали – это область применения газосварки.

При этом достигаются хорошие результаты при любом пространственном положении шва. Средняя мощность горения не должна превышать 120 кубических дециметров в час.

Лучшим будет способ ведения горелки от себя. Присадку надо использовать из низкоуглеродистой стали, но можно оббивать электроды для электросварки. При расплавлении металла, из него выходит кремний, марганец и образуется крупнозернистое строение стали. Проволока из СТ.2, с содержанием кремния меньше 1%, марганца 1,1% обеспечит однородный, по структуре шов.

Для соединения низколегированных сталей необходимо использовать флюсы. Сварка ацетиленом осуществляется нормальным пламенем. Горелка должна работать на низкой мощности, подавая слабое пламя, если сваривают с сталь с высоким содержанием хрома и никеля.

Для соединения жаропрочных сталей применяется присадка с содержанием 21% никеля и хрома 25%. Сварить сталь с высокой стойкостью к образованию коррозий будет проще, если использовать проволоку с содержанием никеля, хрома и молибдена.

Работа с чугуном, медью и латунью

Перед необходимо разогреть место стыка и только затем проводить работу. В противном случае, в структуре основного металла образовывается белый чугун, и стык становится хрупким. Работа производится нормальным пламенем.

Ведут без разрывов и предварительных прихваток. Между деталями зазор не выставляется. Медь очень текучий материал при нагреве и очень теплопроводный материал. Поэтому необходимо выставлять более мощное пламя горелки. Лучше вести ацетиленовую сварку , для предотвращения окисления стыка.

Сварка латуни с помощью ацетилена и кислорода – это самый оптимальный вариант для данного материала. Температура расплава не должна превышать 9000, при этом не полностью испаряется цинк. Благодаря ацетиленовой сварке формируется надежный шов, удаляя из сварочной ванны 25% этого металла.

Необходимо поддерживать низкое содержание горючего газа в смеси, это позволит испарять цинк в необходимом объеме. Для лучшего результата необходимо использовать флюсы и качественную присадку. С помощью газосварки можно также варить бронзовые детали и другие металлы.

Для газовой сварки необходимы два вида газов, первый - это кислород и второй- ацетилен. Кислородное соединение необходимо для содействия горению ацетилена во и других видов работ. Сам же ацетилен является горючим веществом. Иногда эту смесь стала заменять водородно кислородная смесь для сварки, производимая электролизно–водными агрегатами. При горении эта смесь дает более высокую температуру, но использование ее возможно только при наличии надежного оборудования для изготовления водородно кислородной смеси на месте.

Сварочное оснащение состоит непосредственно из баллонов с кислородом и ацетиленом. Наверху ёмкостей находится редуктор давления. К нему идет кислородная трубка темного цвета, а для ацетилена - обязательно красная. Оба эти шланга присоединены к горелке, с ее помощью и ведутся работы по металлу.

Кислородно ацетиленовая сварка и оборудование для нее

Баллон

Ёмкость для кислорода несколько массивнее ацетиленового. Все это обусловлено тем, что при работе со сваркой, кислорода уходит больше. Вверху ёмкости есть клапан отсечки, внизу которого приделан редуктор давления. Он необходим для контроля над давлением на некоторых этапах работы. Также стоит всегда помнить, что работать с сильным напором обоих веществ не рекомендуется.

Регулятор и его составные:

• Входной патрубок регулятора
• Кран регулятора давления
• Два манометра для измерения низкого и высокого давления в баллоне
• Выходной патрубок регулятора
• Винт для регулирования давления
• Кран регулятора давления
• Соединение входа
• Соединение выхода.

Перед тем, как приступить к работе, необходимо внимательно изучить составные части оборудования, чтобы не было сюрпризов во время работы. Контакты у ацетиленового редуктора и шлангов с левой нарезкой, а у кислородных - с правой. Гайки соединений для ацетилена имеют V-образное углубление, которое окружает центр ровного участка для распознавания.

Манометры прикреплены к каждому регулятору - это приборы для измерения и требуют бережного обращения. Манометр для измерения высокого давления имеет повышенные величины и измеряется в кгс/см 2 . Этот же прибор для низкого давления имеет те же величины. Редуктор держит линейное давление в точных рамках, даже если с уменьшением количества вещества в баллоне, уменьшается его напор. Когда давление очень понижается, линейное так же начинает уменьшаться. После чего его придется заново отладить для дальнейшей работы.

Корректирующие краны напора вещества

Для управления линейным давлением в шлангах и горелке имеются специальные корректирующие краны редуктора. Чтобы давление сделать больше, кран стоит повернуть вправо, что способствует подачи газов через шланги в горелку.

Стыки на выходах

Шланги для сварки прикрепляются к выходным патрубкам регулятора горелки. Для мер предосторожности стоит применять пламегаситель между редуктором и шлангами, чтобы предотвратить продвижению огня по шлангу в баллон для газа. Надо помнить на зубок, что насечка на кислородных соединениях - правая. Смазку использовать нельзя. Все должно быть сухое.

Шланги

Они необходимы, чтобы поставлять газы от редуктора к горелке под пониженным давлением, для чего их связали вместе.

Как можно прочитать выше, они разного цвета - темный для кислорода и красный для ацетилена. Шланги для сварки состоят из нескольких слоев резины и оплетки. В его середине - резина, вокруг которой прорезиненная ткань и впоследствии покрытая провулканезированным защитным слоем из резины. Шланги не подвержены горению, но если такое случается, то они сами гаснут при удалении источника жара.

Условия пользования шлангами

Необходимо придерживаться нескольких несложных правил, все это увеличит время службы данного материала:

• Перед вводом в работу нового шланга, очистите его от талька посредством выдувания.
• Хранить их надо в защищенном от огня и искр месте.
• Содержите в чистоте и не кладите куда попало.
• Вовремя удаляйте поврежденные участки шланга и соединяйте их в том месте с помощью специальных муфт.
• Всегда помните, какой из них кислородный, а какой ацетиленовый.
• Если шланг старый или имеет множество стыков муфтами, смените его на новый.

Сварочная горелка и ее оболочка

Состоит она из двух трубок и клапанов, которыми можно управлять. Один клапан с трубкой для управления ацетиленом, соответственно второй - для кислорода. В самой оболочке не происходит смешение газов, это происходит при помощи отрезного наконечника, который прикреплен к горелке. Сама же оболочка предназначена для поступления вещества к наконечнику и в качестве держателя. На самой оболочке имеются два колец для усиления сварочного наконечника. Одно большее - для усиления канала поступления кислорода, второе - маленькое, чтобы усилить канал подачи ацетилена.

Управляющие клапаны

У горелки в корпусе имеются два укрепляющих клапана на концах шлангов. Время от времени подтягивайте скрепляющие гайки, очищайте от загрязнений чистым материалом, смазывать нельзя.

Цилиндр (держатель) горелки

Он играет роль помощника, что помогает подавать вещества раздельно к сварочному наконечнику. В середине находится кислородная трубка, вокруг которой сконцентрировано, расположены отверстия для выхода ацетилена.

Наконечник

Сварочный наконечник или головка насаживается на цилиндр горелки посредством накручивания. Через канал в середине кислород поступает в наконечнике, а ацетилен - вокруг кислородного канала через отверстия. Для уплотнения соединения поверхность конуса внутри головки усилена кольцом. Резьба снаружи и корпус внутри могут быть восстановлены при необходимости. По мере загрязнения стоит очищать поверхность чистой ветошью.

Запуск горелки в работу

Чтобы рассказать, как правильно пользоваться таким оборудованием, как ацетилено кислородная сварка, рассмотрим данный пример. Предположим, что металлический лист толщиной 0,8 мм необходимо сварить. В руководстве по использованию данным оборудованием рекомендовано пользоваться наконечником №0 при ацетиленовом и кислородном линейном давлении 0,2 кгс/см 2 . Для начала необходимо открыть баллон с помощью клапана, но клапаны горелки при этом не надо трогать. Затем давление в редукторе настроить до значения примерно 0,35 кгс/см2. Если вдруг возникнет такая необходимость, как замена наконечника на другой размер, то нужно будет заново установить параметры линейного давления редуктора.

Убедитесь, что все правильно сделано и включайте горелку. Но сначала надо надеть защитные очки. Для подачи ацетилена откройте клапан на горелке на столько оборотов, как и кислородный. Зажигайте горелку, воспользовавшись специальной зажигалкой, только ни в коем случае не спичками, прикуривателем или подобным. Нельзя зажигать в сторону рядом стоящих людей или легко воспламеняющихся приборов и материалов. Откручивайте кислородный клапан баллона, пока не пропадет сажа или дым. Только потом выставьте значение редуктора до нужного напора. Необходимо, чтобы пламя горелки было нейтральным.

Есть 4 типа сварочного пламени и каждое имеет свое предназначение. Чаще всего применяется нейтральное, именно оно необходимо для сварочных работ.

Надо настроить клапан горелки так, чтобы в результате получить пламя яркого светло-голубого цвета. Если она отрегулирована правильно, то не слышно шипения и виден только острый внутренний конус. При неправильной настройке горелки пламя будет сжигать металл, а не сваривать его. Концентрированное ацетиленом пламя можно определить по длинному грубо-оранжевому концу. Такой огонь вводит в металл избыточный углерод. Это неправильно. Огонь должен быть светло-голубой с четким внутренним конусом. После получения нейтрального огня можно приступать к работе.

Способы сварки

Сварка «на себя»

Этот способ предназначен для создания шва, когда горелка направлена под углом в 450 к металлу. Сварочный электрод и расплавленное место движутся вместе. При этом наконечник совершает круговые и полукруговые движения вдоль сварочного шва. Электрод двигается по месту нагрева внутрь и наружу. Получается ровное и прочное соединение посредством равномерного распределения тепла.

Сварка способом «от себя»

Осуществляется аналогично, как и в методе «на себя», но имеет различие в направлении наложения сварочного шва (стрелки).

Применяется, как правило, для сваривания элементов толстой стали. Принцип заключается в поддержании температуры расплавленного пятна горелкой (можно агрегат и баллон с газом и кислородом), за которым следует электрод. Другими словами образуется расплавленный шов, в котором и базовый метал и электрод расплавляются непосредственно в шве в единую взаимопроникающую массу и полностью заполняют пространство свариваемых деталей. При этом важно добиться именно взаимопроникновения, поскольку в противном случае качество сварки будет на низком уровне.

В случае использования этого метода при газовой сварке (например, кислородно-ацетиленовая сварка), электрод и горелку размещают под углом 40-45 градусов к свариваемой поверхности таким образом, чтобы угол между горелкой и электродом ровнялся 90 градусам. Далее горелку следует передвигать по контуру шва изнутри в наружу для контроля прогреваемого участка и заполнять расплавленное пятно электродом.

Очень важный момент в достижении высокого качества сварки является пенетрация, или другими словами взаимопроникновение расплавленного металла свариваемых между собой деталей и соединителя (электрода). Таким образом, получается, что при недостаточном проникновении сварочный шов может хорошо выглядеть, но прочность будет желать лучшего. И наоборот, отличная пенетрация при неаккуратно проделанной сварочной работе может гарантировать отличное качество соединения металлических элементов. Для достижения максимального результата необходимо предварительно «прихватывать» сварочные поверхности с целью уменьшения зазоров между ними.

Сварка с использованием флюса (понадобится баллон с кислородом и газом)

Теперь пришла очередь рассмотреть сварку с применением флюса, которую еще называют пайкой твердым припоем. Суть процесса называется именно пайкой, поскольку в качестве электрода используется металл с более низкой температурой плавления, нежели элементы, которые следует соединить.

Как правило, электроходом или припоем в таких случаях служит бронзовые или латунные стержни. Сварка производится путем разогрева металлических деталей до температуры плавления латунного или бронзового электрода, который благодаря действию папиллярного эффекта плотно заполняет шов, а диффузия припоя обеспечивает плотное и надежное соединение. При этом в качестве смеси для газовой сварки используется топливо (пропан, метан, ацетилен и т.д.) и кислородный газовый баллон.

Особую роль при такой сварке играет флюс, поскольку очищая и обезжиривая сварочные поверхности, именно он обеспечивает физическое явление папиллярного эффекта и диффузии, без которых пайка не была бы возможной. По сути, это явление пенетрации (взаимопроникновения), которое происходит при сварке тугоплавких металлов.

Вышеописанный метод может использовать для нагрева обычную газовую сварку, но сама процедура спаивания происходит при более низких температурах, что бывает в некоторых случаях очень полезным (например, при кузовных работах). Поэтому, при необходимости частого использования подобной сварки нужно держать про запас кислородный и газовый баллон.

В то же время, использовать пайку крайне не рекомендуется при необходимости соединения деталей, берущих на себя значительную нагрузку (подвеска шасси, рамы, детали кузова и ходовой части). В этом случае нужна традиционная высокотемпературная сварка.

Сварка с использованием флюса имеет несколько важных моментов:

• Во-первых, спаиваемые поверхности должны быть не только зачищены, но и обезжирены.
• Во-вторых, для достижения этого эффекта необходимо использовать флюс, который бывает в виде порошка или пасты, но лучше всего, когда он уже нанесен на электроды, что значительно упрощает процедуру его применения непосредственно при пайке.

Таким образом, проявлением высокого качества пайки является ровные и блестящие поверхности соединенных деталей и наоборот, пузырьки и белый порошок по краям свидетельствует о допущении распространенной в этих случаях ошибке - перегрева металла и как следствие плохое качество соединения (бывает также в случае, если кислородный баллон неправильно настроен или отрегулирован).

Существует также технология сварки способом «внахлест», который заключается в действии папиллярного эффекта, который заставляет припою или электроду действовать подобно клею без взаимопроникновения металлов (пенетрации).

Газовая (кислородная) сварка металлических сплавов (понадобится баллон с кислородом и газом).

Используется для спаивания цветных или «белых» металлов и их сплавов на основе цинка. В этом случае для припоя флюс не используется. Особенностью пайки эти металлов является удержание спаиваемых материалов и припоя в граничном состоянии между твердым и редким состоянием. Фактически они пребывают в пастообразном состоянии и сложность этого процесса как раз, и состоит в поддержании именно этой, «граничной» температуры деталей и электрода (в пределах 390 градусов).

Контроль температуры при пайке

Кислородная газовая горелка должна быть отрегулирована на пламя самой минимальной интенсивности. При этом удерживая горелку на расстоянии примерно 5-ти сантиметров от деталей на протяжении 10-ти секунд, вы должны заметить размягчение металла.

Нагревать спаиваемые детали и припой следует не спеша и равномерно, кислородная газовая горелка позволяет это делать без проблем, и со временем трудностей у вас будет возникать все меньше (но до этого момента вам придется израсходовать не один кислородный газовый баллон). Доведя, таким образом, основной металл и припой до пастообразного состояния поступаем как с замазкой для окон – разогревая понемногу электрод, вставляем (замазываем) его в проемы меж деталями, при этом, то приближая, то отдаляя пламя для поддержания «рабочей» температуры.

Налаживать припой следует в проемы с небольшим избытком, при этом важно использовать низкое давление газов, соответствующим образом отрегулировав баллон, при которой кислородная газовая сварка не будет выдавать избыточное давление, которое может сдуть спаиваемый шов.

Перед переходом метала в жидкое состояние, на нем появляются видимые маленькие блестки, что свидетельствует о необходимой «рабочей» температуре. Достаточно потренироваться пару часов, и вы без труда освоите эту технологию, при этом кислородная газовая сварка перестанет быть для вас проблемой.

Не нужно также держать горелку слишком близко, дабы не допустить перегрева металла, но и вовсе убирать тоже нельзя, чтобы не допустить остывания. Кроме того, температура должна быть более-менее постоянной в пределах рабочих градусов.

Газовая сварка алюминия

При этом кислородный сварочный агрегат необходимо полностью заменить газовым (понадобится баллон с газом метаном, пропаном и т.д.).

Для начала необходимо тщательно зачистить сварочные поверхности, потом нанести по обе стороны зачищенных участков специальный для алюминия сварочный флюс и дать ему время подсохнуть.
Пока он подсыхает необходимо вырезать шириной в 5-6 миллиметров и длиной в 25-30 сантиметров алюминиевую полоску, которая будет служить нам электродом (припоем). Здесь очень важно, чтобы температура плавления основного металла и припоя были идентичны.
Теперь необходимо настроить кислородный агрегат (баллон) и отрегулировать горелку. Использовать надо нейтральное пламя, поскольку алюминий легко поддается окислению. Линейное давление нужно отрегулировать в пределах от 0,15 до 0,3 кгс/см 2 , при этом, чем меньше толщина спаиваемого материала, тем ниже должно быть давление для предотвращения прожигания поверхностей.

Теория
Температура пламени зависит от теплоты сгорания топлива и теплоемкости продуктов реакции. Когда мы сжигаем что-то в воздухе - нагревать приходится и азот (которого почти 80%), потому температура пламени в воздухе обычно не высокая (~1500-2000C и ниже). А вот в чистом кислороде, при правильном соотношении объема горючего и кислорода - греть нужно только продукты реакции, и достижимы намного более высокие температуры.
Как топливо обычно рассматривают углеводороды. Углерод при сгорании дает углекислый газ, а водород - воду. Вода имеет очень большую теплоемкость (4.183 против 1.4 кДж/(кг*К)), соответственно, чем больше в горючем будет углерода, и меньше водорода - тем выше в первом приближении потенциально достижимая температура.
Наилучшее сочетание - у ацетилена C2H2, а например у метана CH4 и пропана C3H8 - это соотношение намного хуже.
Но существуют и другие соединения с равным количеством углерода и водорода - например бензол, C6H6. Помимо токсичности бензола, при его сгорании выделяется меньше энергии, т.к. в ацетилене "лишняя" энергия запасена в нестабильной тройной углеродной связи, что и обеспечивает ему одну из наибольших температур горения в кислороде - 3150 °C.
Эта лишняя энергия (~16%) может выделится во время самопроизвольной детонации сжатого ацетилена даже без доступа воздуха (продуктом реакции будет как раз бензол и винилацетилен). Wikipedia утверждает, что для этого нужно давление всего в 2 атмосферы - но я в шприце сжимал ацетилен до 4-5 атмосфер и ничего не происходило (видимо нужны катализаторы, удар или повышенная температура). В любом случае, из-за этого эффекта ацетилен в сжатом виде не хранят, а растворяют его в баллонах в ацетоне. Но есть и более простой и безопасный при маленьких объемах способ получения ацетилена - реакция карбида кальция с водой. Именно этот способ и будет использоваться.
Что примечательно, достигнуть еще бОльшей температуры можно - если использовать как топливо вещества, не содержащие водорода вообще: cyanogen (привет Android), (CN)2 - горит при 4525 °C и dicyanoacetylene C4N2, горит при 4990 °C (опять благодаря тройным углеродным связям, и меньшему относительному количеству лишнего азота). Но практически с этой целью их не используют из-за токсичности.

Безопасность
Сжатые кислород и ацетилен в баллонах - могут быть очень опасны при малейших нарушениях правил эксплуатации, потому их я конечно использовать не буду.
Ацетилен будет генерироваться из небольшого количества карбида кальция (~100г на одну сессию), в бутылке объемом 0.5л. Изначально я хотел использовать 2л, чтобы давление было более равномерное - но посмотрев на YouTube как взрывается литр ацетилена с кислородом - решил урезать осетра. Чтобы не создавалось опасного давление в генераторе - выход ацетилена на горелке никогда нельзя перекрывать. Генератор ацетилена нужно охлаждать - иначе будет "саморазгон" реакции из-за нагрева.
Кислород - будет генерироваться медицинским концентратором кислорода, что относительно безопасно.
Могла быть еще опасность накачать кислорода в генератор ацетилена с последующим хлопком - но для этого нужно, чтобы не сработал защитный клапан в генераторе кислорода, и был заблокирован (грязью например) выход газа из горелки.
И конечно работать нужно в специальных очках - не только для защиты от брызг металла, но и ультрафиолетового излучения пламени (т.е. прозрачные пластиковые защитные очки тут не подойдут).
Чтобы не допустить скапливания взрывоопасной концентрации ацетилена в случае утечек - вентилятор постоянно обдувал рабочее место + все операции проводились на свежем воздухе.
Также существует проблема "обратного удара" (в видео в конце статьи показан на 1:30): когда скорость течения газа в горелке становится слишком маленькая, пламя уходит внутрь горелки с хлопком, и если в ацетилене есть воздух - пламя может дойти до генератора ацетилена. Потому я не поджигал ацетилен сразу после начала реакции, а ждал ~15-30 секунд пока воздух не будет вытеснен. Также эта проблема может быть решена добавлением водяного клапана на пути ацетилена.

Конструкция
Итак, нам понадобится генератор кислорода. В моем случае - медицинский кислородный концентратор Atmung (цена порядка 20к рублей - но он, к счастью, уже был в наличии). Может генерировать 1 литр в минуту 95% кислорода, и бОльшие объемы при снижении концентрации. Работает по принципу короткоцикловой безнагревной адсорбции - за счет различной скорости прохождения газов через поры цеолита:

Далее - стандартная ацетиленовая горелка "Малютка", у неё самое маленькое сопло, куплена в интернет-магазине (960 рублей):

Мой генератор ацетилена работает следующим образом: вода из банки, стоящей на высоте 1-2 метра (для создания давления) через иглу инсулинового шприца маленькими каплями капает на карбид кальция в бутылке. Как только давление вырастает из-за выделившегося газа - вода капать перестает, до тех пор пока давление не снизится. Таким образом система стабилизирует сама себя. Тем не менее, генератор в банке с холодной водой - чтобы не допустить излишнего нагрева:

Результат
Пламя ацетилена в воздухе сильно коптит, и выглядит вполне заурядно:

С включением кислорода все меняется:

Можно плавить и поджигать сталь, резать все-таки не хватает мощности (надо брать более толстый наконечник, увеличивать давление):

Оказалось, гибкое стеклянное "оптоволокно" получается автомагически - когда расплавленное стекло капает, как только толщина шейки становится достаточно маленькой, оно очень быстро остывает и дальше не утончается.

Можно плавить стекло как масло, запаивать капсулы из стеклянных трубок:

Видео самодельного кислородно-ацетиленового сварочного аппарата:

Енвд