Учебное пособие

Слесарь - сантехник

§ 10. Ручная газовая сварка

При монтаже санитарно-технических систем наиболее широко применяют ручную газовую сварку. В процессе сварки пламя газов, сжигаемых на выходе из горелки, нагревает кромки соединяемых деталей. Температура пламени достигает 3150°С. Пламя газовой горелки имеет три зоны: ядро, восстановительную зону и факел. Сварку ведут восстановительной зоной пламени, где металл не подвергается окислению и науглероживанию. Для газовой сварки используют горючие газы: кислород, ацетилен и пропан-бутановые смеси.

Кислород — газ без цвета и запаха. Кислород получают из воздуха и доставляют в стальных баллонах, окрашенных в голубой цвет. Кислород в баллонах находится под давлением до 15 МПа.

Ацетилен — бесцветный газ с резким характерным запахом, представляющий собой химическое соединение углерода и водорода. Длительное вдыхание его может привести к отравлению. Раствор ацетилена в ацетоне под давлением 1,5—1,8 МПа доставляют к месту сварки в баллонах, окрашенных в белый цвет. Чтобы предохранить ацетилен от взрыва, в баллон набивают пористую массу из специального угля. Ацетилен можно получить также из карбида кальция СаС₂ в ацетиленовых генераторах.

Пропан-бутановая смесь — бесцветный горючий газ с резким запахом. Плотность его больше плотности воздуха, поэтому он собирается внизу помещения, где может образоваться взрывоопасная смесь. Смесь в сжиженном состоянии под давлением 1,6 МПа доставляют в стальных баллонах, окрашенных в красный цвет.

Рис. 34. Оборудование для газовой сварки:
1,4 — баллоны, 2, 3 — редукторы, 5 — шланги; 6 — труба; 7 — горелка

Давление горючих газов, находящихся в баллонах, снижают до давления, необходимого для работы горелки (0,1—0,4 МПа), ацетиленовыми и кислородными редукторами. Из баллона можно отбирать газ до остаточного давления не ниже 0,05 МПа. Полностью выпускать газ из баллона нельзя, так как при этом на заводе потребуется проверка баллона.

Принцип действия всех редукторов таков: газ подается в камеру высокого давления. Клапан, прижатый пружиной, не пропускает газ в камеру низкого давления. Чтобы открыть подачу газа, поворачивают регулировочный винт, который сжимает пружину и поднимает клапан над седлом. Так газ поступает в камеру и через вентиль в горелку. При движении через седло давление газа, который преодолевает большое сопротивление, под клапаном снижается до 0,1—0,4 МПа. Если при заданном положении винта расход и поступление газа равны, то рабочее давление остается постоянным и мембрана находится в одном положении. Если расход газа больше, чем его поступление, то давление понижается. При этом давление на мембрану и пружину уменьшится, пружина удлинится, клапан откроется, поступление газа увеличится и давление возрастет до первоначального значения. При уменьшении расхода газа происходит обратный процесс.

Давление на входе и выходе редуктора контролируется манометрами. Чтобы исключить поломку редуктора при негерметичности клапана и повышении давления в камере, установлен предохранительный клапан. Есть и двухступенчатые редукторы, в которых давление газа вначале снижается до 3—5 МПа, а затем до рабочего. Эти редукторы более точно поддерживают заданное давление и не нуждаются в частом регулировании (рис. 35).

Рис. 35. Схема одноступенчатого редуктора:
а — редуктор закрыт; б — редуктор открыт; 1 — клапан; 2,6 — манометры; 3, 8 — камеры; 4, 10 — пружины; 5 — предохранительный клапан; 7 — вентиль; 11 — винт

Сварочная горелка служит для смешения горючего газа с кислородом и получения сварочного пламени. Количество кислорода и ацетилена, подаваемое к горелке, регулируют соответственно вентилями. В инжекторе кислород и ацетилен смешиваются, и через наконечник горючая смесь поступает в мундштук. Смесь сгорает на выходе из мундштука, создавая пламя, которое расплавляет металл. Горелки комплектуются несколькими сменными наконечниками, позволяющими сваривать детали различной толщины (рис. 36).

Рис. 36. Газовая горелка:
а — общий вид; б — разрез; в — сменные наконечники; 1 — мундштук; 2 — наконечник; 3 — инжектор; 4,7 — вентили; 5, 6 — ниппеля

Газовую сварку применяют для соединения труб со стенками толщиной до 4 мм без скоса их кромок. При толщине стенки более 4 мм на торцах труб должны быть сняты фаски под углом 40—50° с притуплением кромок на 0,5—1 мм. Для заполнения шва в качестве присадочного материала используют мягкую стальную проволоку, поверхность которой должна быть чистой и ровной, без окалины, ржавчины и грязи. Для газовой сварки труб из низкоуглеродистой стали применяют низкоуглеродистую проволоку Св-08 или Св-08А, для труб из легированной стали — легированную проволоку Св-08ГС, Св-12ГС; для оцинкованных труб — сварочную проволоку Св-15ГСТЮЦА диаметром 0,8—1,2 мм. Диаметр проволоки должен соответствовать толщине свариваемого металла: 2—3 мм — при толщине стенок свариваемых труб до 3 мм; 3—4 мм — при толщине стенок 3—4 мм.

К подготовительным работам относятся разметка, резка, очистка, правка соединяемых деталей, подготовка кромок, установка деталей в монтажное положение.

Разметку и резку выполняют так же, как при гнутье труб. Детали очищают на расстоянии 25—30 мм от места сварки. Их кромки должны быть высушены, очищены от защитного покрытия, грязи, ржавчины, заусенцев. Изогнутые детали правят вручную на правильных плитах ударами кувалды, с помощью ручных или приводных прессов. Подготовка кромок заключается в том, чтобы придать им такую геометрическую форму, которая обеспечивала бы наилучшее качество сварного шва.

Элементы геометрической формы подготовки под сварку:

угол скоса кромок 30—35°, образованный плоскостью скоса кромки и плоскостью торца детали и выполняемый при толщине металла более 3 мм; отсутствие этого элемента может привести к непровару сварного соединения, перегреву и пережогу металла;
притупление кромок — нескошенная часть торца кромок, подлежащих сварке, обеспечивает устойчивое ведение процесса сварки при выполнении первого слоя; если притупление кромок отсутствует, то могут образоваться прожоги.

Для получения качественного сварного шва зазор между кромками свариваемых встык труб при ручной газовой сварке должен быть для труб со стенкой толщиной до 2,75 мм — 0,5—1 мм, от 2,75 до 3,5 мм — 1,0—1,5 и от 3,5 до 6 мм — 1,5—2 мм. Смещение кромок, ухудшающее прочностные свойства сварного соединения и способствующее образованию непровара, допускается до 10% от толщины свариваемых деталей, но не более 3 мм.

Разность толщины свариваемых деталей не должна превышать 1 мм при их толщине не более 3 мм, 2 мм при толщине 3—7 мм и 3 мм при толщине более 7 мм. Если толщина превышает указанные значения, то трубы с большей толщиной стенки обрабатывают механическим способом (опиливают), при этом уклон обработанной поверхности должен быть не более 15° к оси трубы.

После установки и закрепления соединяемых деталей производят прихватку — сварку в двух-трех точках. Длина прихваток для поворотных швов — 10—40 мм, для неповоротных — 10—60 мм; высота прихваток составляет 40—50% толщины стенки трубы. Затем проверяют правильность расположения соединяемых деталей, после чего их сваривают.

Сварной шов выполняют так. В шов помещают присадочную проволоку под углом 30—40° к поверхности деталей и, равномерно прогревая ее и поверхность свариваемых деталей пламенем газовой горелки, расплавляют их. Шов обычно выполняют левой сваркой, при этом присадочная проволока находится перед пламенем горелки, которое направлено на несвариваемую часть шва. Это обеспечивает равномерный прогрев места сварки, равномерную высоту и ширину шва, высокую производительность. Для более равномерного прогрева кромок и лучшего перемешивания металла сварочной ванны совершают зигзагообразные движения наконечника горелки и проволоки.

При толщине стенок труб более 5 мм используют правую сварку, при которой присадочная проволока находится сзади пламени горелки и оно подогревает уже расплавленный металл.

При сварке пламя горелки направляют на металл изделия так, чтобы кромки свариваемых частей находились в восстановительной зоне пламени на расстоянии 2—6 мм от конца ядра. Конец присадочной проволоки должен постоянно находиться в сварочной ванне, защищенной газами восстановительной зоны пламени от окружающего воздуха. Не рекомендуется периодически вынимать проволоку из зоны сварки, так как в момент отрыва от сварочной ванны нагретый конец проволоки может выйти из восстановительной зоны пламени и окислиться.

Скорость нагрева шва регулируют, изменяя угол наклона мундштука горелки по отношению к поверхности металла от 20 до 90°. Малые углы наклона (20—50°) соответствуют толщине металла 1—7 мм, большие (51—90°) — толщине 8—15 мм. Высота швов должна быть не более 2— 2,5 мм, по ширине шов должен перекрывать наружные кромки фасок на 2—2,5 мм и плавно переходить к основному металлу.

Газовую сварку неповоротных стыков при горизонтальном положении труб выполняют в один слой, снизу вверх с каждой стороны трубы, а поворотных стыков — также в один слой и в одном направлении.

Первый слой сварки наиболее ответственный. При его наложении необходимо полностью расплавить кромки и притупления, а затем тщательно проверить, нет ли трещин. Обнаруженные трещины вырубают или выплавляют, а исправленные участки вновь заваривают. Начало и конец каждого из слоев должны быть смещены на 15—30 мм по отношению к началу и концу предыдущего слоя. Последний шов должен иметь ровную поверхность и плавно переходить к основному металлу.

При выполнении многослойного шва каждый последующий слой ведут в обратном направлении по отношению к предшествующему. Замыкающие участки каждого слоя располагают вразбежку по отношению один к другому.

После сварки каждого слоя шов и прилегающую к нему зону очищают от шлака и брызг.

В условиях заготовительных предприятий сварка встык трубопроводов диаметром 15—25 мм разрешается с применением кондукторов, обеспечивающих правильную стыковку концов труб, и осуществлением контроля за качеством стыковки и сварки.

Сварные стыки могут быть поворотными, неповоротными и «козырьком». При сварке поворотных стыков, применяемой на заготовительных предприятиях, объект сварки передвигается, а горелку располагают в наиболее удобном положении (под углом 45°). При сварке неповоротных стыков, наиболее распространенной при монтаже, объект сварки неподвижен, а горелка перемещается вдоль шва. Сварку стыков «козырьком» применяют при соединении труб, когда они расположены близко к стене и выполнить поворотный или неповоротный стык нельзя. Для этого на одной трубе срезают верхнюю часть («козырек»). Затем выполняют нижнюю часть стыкового шва только с внутренней стороны, а далее верхнюю часть стыкового шва и «козырька» только с наружной стороны.

При изготовлении узлов из труб диаметром до 25 мм монтажные стыки, подлежащие сварке в условиях строительства, выполняют нахлесточным соединением с использованием раструбов или муфт. Это предохраняет от попадания расплавленного металла внутрь труб при сварке и позволяет компенсировать неточности в размерах строительных конструкций.

Оцинкованные трубы можно сваривать при условии, если обеспечены местный отсос токсичных выделений и очистка цинкового покрытия на длину 20—30 мм с последующим покрытием поверхности шва и прилегающей зоны краской, содержащей 94% цинковой пыли и 6% синтетических связующих веществ.

При сварке изогнутых труб диаметром 100 мм и менее сварной шов должен располагаться на расстоянии не менее 50 мм от начала изгиба трубы и не менее 100 мм при больших диаметрах. На изгибе трубы допускается приварка одного патрубка диаметром не более 25 мм. Продольные швы свариваемых труб не должны совмещаться, их следует повернуть одна относительно другой на угол не менее 90° (по периметру трубы). Расстояние от края привариваемого штуцера до кольцевого шва должно быть не менее 50 мм.

При сварке угловых соединений отклонение от перпендикулярности не должно превышать 2 мм на 1 м длины соединения. Смещение торцов труб или двух взаимно перпендикулярных образующих поверхностей не должно превышать 2 мм при толщине стенки не более 4 мм и 3 мм — при большей толщине.

При сварке Т-образных и крестообразных соединений оси труб должны быть перпендикулярны, а ось привариваемого патрубка должна совпадать с центром отверстия в трубе. В местах расположения кольцевых швов приваривать патрубки не разрешается. В трубах диаметром до 40 мм отверстия для приварки патрубков должны быть просверлены или проштампованы на прессе. Применять газовое пламя для вырезки отверстий не рекомендуется. Диаметр отверстия в трубе должен отличаться от внутреннего диаметра патрубка не более чем на 1 мм. Вставлять патрубок внутрь отверстия не допускается.

При сварке труб разных диаметров концы труб большего диаметра осаживают. Длина конусной части осаженной трубы должна быть не менее разности диаметров соединяемых груб.

Плоские фланцы приваривают с двух сторон. Приварка фланцев встык производится одним швом. Высота шва, зависящая от диаметра трубы, составляет 5—10 мм.

Сварку трубопроводов в зимних условиях можно производить при температуре не ниже —30° С, при этом перед соединением внутреннюю полость трубопровода очищают от снега, льда, стыки просушивают, место сварки надежно защищают от ветра и снега. При температуре воздуха ниже —10°С стык предварительно прогревают, равномерно перемещая горелку по периметру трубы.

Качество сварки контролируют систематически в процессе сборки и сварки. Внешнему осмотру подлежат все сварные стыки. Сварной стык не должен иметь трещин, раковин, пор, наплывов и подрезов, незаваренных кратеров, подтеков наплавленного металла внутри трубы. Поверхность шва по всей его длине должна быть ровная, слегка выпуклая, а ширина шва — не более 2—2,5 толщины стенки трубы.

Дефекты исправляют так: свищи и трещины вырубают до основного металла, затем заваривают вновь; плохо проваренные места дополнительно проваривают; лишний металл выплавляют газовыми горелками. Исправлять дефекты сварки подчеканкой не допускается.

Кислородная (газовая) резка. Кислородная резка основана на способности металла сгорать в струе технически чистого кислорода. При нагревании металла до температуры горения (воспламенения) он сгорает в струе кислорода с выделением теплоты, которая передается нижележащим слоям, и по всей толщине разрезаемого металла образуется узкая щель (рез). Образующиеся продукты го* рения (оксиды и шлаки) удаляются (выдуваются) из области реза струей кислорода. Кислородную резку металла выполняют с помощью резаков, работающих на ацетилене низкого давления (рис. 37).

Рис. 37. Ацетиленовый резак:
а: 1 — головка; 2, 13 — трубки; 3, 4, 9 — вентили; 5, 6 — ниппеля; 7 — рукоятка; 8 — корпус; 10 — инжектор; 11 — гайка; 12 — камера; 14, 15 — мундштуки; б — приспособление для резки труб; в — приспособление для вырезки фланца

Резак состоит из корпуса, рукоятки и ниппелей для присоединения соответственно кислородного и ацетиленового шлангов. К корпусу с помощью накидной гайки присоединена смесительная камера, в которую ввернут инжектор для засасывания газа. Кислород, поступающий в горелку через ниппель, разветвляется по двум направлениям. Часть кислорода, регулируемая вентилем 4, поступает через инжектор в смесительную камеру 12. В эту же камеру через ниппель 6 и регулирующий вентиль 9 поступает ацетилен. В смесительной камере кислород и ацетилен образуют горючую смесь, которая проходит к головке горелки, выходит через зазор между наружным и внутренним мундштуками и сгорает, образуя пламя.

Другая часть кислорода, регулируемая вентилем 3, проходит через трубку 2 к головке 1, откуда выходит через центральный канал мундштука 14 и образует режущую струю. Чтобы облегчить перемещение резака, используют простейшие приспособления для резки труб и вырезки фланцев.

Вместо ацетилена для резки металла могут быть использованы пары бензина, бензола и керосина. В этом случае применяют бензо- и керосинорезы. Установка для резки парами керосина или бензина состоит из резака, бачка для горючего и кислородного баллона с редуктором.