2.Оборудование и технология газовой сварки

2.1.Горелки и установки для газовой сварки

Основным инструментом газосварщика является сварочная горелка. Она служит для смешивания горючего газа или паров горючей жидкости с кислородом и получения сварочного пламени. Горелка имеет устройство, позволяющее регулировать мощность, состав и форму сварочного пламени. Согласно ГОСТ 1077-79* сварочные горелки подразделяются следующим образом:

- по способу подачи горючего газа и кислорода в смесительную камеру – инжекторные и безинжекторные;

- по роду применяемого горючего газа – ацетиленовые, для газов-заменителей, для горючих жидкостей и водородные;

- по назначению – на универсальные (сварка, наплавка, пайка) и специализированные;

- по числу пламени – однопламенные и многопламенные;

- по мощности пламени – малой мощности, средней мощности и большой мощности.

В инжекторных горелках подача горючего газа низкого давления от 0,001 МПа в смесительную камеру происходит за счет подсоса его струей кислорода, вытекающего из центрального отверстия инжектора. Этот процесс подсоса газа более низкого давления струей кислорода, подводимого с более высоким давлением называется «инжекцией». Инжекторное устройство состоит из смесительной камеры и инжектора. Схема инжекторного устройства приведена на рис. 39.

Рис. 39. Схема инжекторного устройства:

1 – конический торец инжектора; 2 – конус смесительной камеры;

3 – канал подачи горючего газа; 4 – канал подачи кислорода

Для нормальной инжекции большое значение имеет правильный выбор зазора между коническим торцом инжектора и конусом смесительной камеры и размеров ацетиленового и кислородного каналов. Диаметр инжектора можно определить из выражения

где V_к – расход кислорода, м³/ч; P – давление кислорода.

Преимущество инжекторной горелки состоит в том, что она работает на горючем газе как среднего, так и низкого давления. Недостатком инжекторной горелки является непостоянство состава горючей смеси, т. к. нагрев наконечника горелки уменьшает инжекцию кислорода и снижает разрежение в смесительной камере, что уменьшает поступление ацетилена в горелку, в результате чего усиливается окислительное действие сварочного пламени.

По этой схеме работают горелки «Звездочка», «Звезда», ГС-2; ГС-3; ГС-4; «Малютка»; «Москва»; ГЗУ-2 и ГЗМ-2.

Когда необходимо обеспечить строгое постоянство заданного состава горючей смеси (например, при сварке цветных металлов, легированных сталей, автоматической газовой сварке), целесообразно применять безынжекторные горелки равного давления с заранее заданным и автоматически поддерживаемым постоянным составом смеси. В безынжекторной горелке отсутствуют инжектор и смесительная камера, которые заменены простым смесительным соплом, ввертываемым в трубку наконечника горелки. Горючий газ и кислород подаются в горелку примерно под одинаковым давлением. Их недостатком является возможность работать на горючем газе только среднего давления. Рассмотрим условия, обеспечивающие постоянство состава горючей смеси в безынжекторных горелках.

Расход газа через канал горелки можно выразить уравнением:

где  – коэффициент расхода газа; F – площадь сечения канала горелки;  – средняя скорость истечения газа через отверстия в канале горелки.

Расход газов через инжекторную горелку определяется из следующих выражений:

- для кислорода

- для ацетилена

где Р_к и Р_а – давление газов в каналах горелки, они должны быть равны; _к = 1,43 кг/м³ и _а = 1,17 кг/м³ - удельные веса газов.

Считая для простоты _к = _а и подставляя значения _к и _а, получим требуемое соотношение газов в смеси для безынжекторной горелки:

.

Заданный состав газов будет оставаться постоянным до тех пор, пока будут оставаться постоянными давления газов, поступающих в горелку. Для их нормальной работы сварочный пост должен быть снабжен специальным редуктором-регулятором, который уравнивает давление ацетилена и кислорода. К горелкам этого типа относится горелка микромощности ГС-1.

В настоящее время серийно выпускаются вместо горелок ГС-2, «Малютка», «Звездочка» – горелка Г2-04 с четырьмя сменными мундштуками; взамен горелок ГС-3, «Звезда», «Москва» – горелка Г3-03 с семью сменными мундштуками. Для замены горелок ГЗУ-2 и ГЗМ-2 выпускаются горелки ГЗУ-3-02 и ГЗУ-4 с семью сменными мундштуками. Схема устройства инжекторной горелки серии ГЗУ-3-02 приведена на рис. 40. Технические характеристики некоторых горелок приведены в табл. 27.

Таблица 27

Технические характеристики некоторых ацетиленовых газовых горелок

Марка	, мм	n наконечников	Рк, МПа	Ра, МПа	Qк,л/ч	Qа,л/ч	Вес, кг
ГС-1	0,05-0,6	3	0,01-0,08	0,01-0,08	6-65	5-60	0,24
ГС-2	0,2-4	4	0,05-0,4	0,002-0,03	27-440	25-400	0,54
ГС-3	0,5-30	7	0,1-0,4	0,003-0,03	55-3100	50-2800	0,85
Звездочка	0,2-4	4	0,05-0,4	0,002-0,03	27-440	25-400	0,54
Малютка	0,2-4	4	0,05-0,4	0,002-0,03	25-450	27-420	0,54
Звезда	0,5-30	7	0,1-0,4	0,003-0,03	55-3100	50-2800	0,85
Москва	0,5-30	7	0,1-0,45	0,003-0,03	50-3000	50-2800	0,85
ГС-4	30-100	2	0,2-0,4	0,03-0,1	3100-8000	2800-7000	0,85
Г2-04	0,5-7	4	0,15-0,25	0,001-0,1	25-450	60-620	0,5
Г3-03	0,5-7	7	0,15-0,35	0,001-0,1	25-450	60-620	0,65

Для газовой сварки применяются также многосопловые безынжекторные горелки. Такие горелки используются в машинах для автоматической сварки продольных швов труб, обечаек и других подобных изделий. На рис. 41 изображена многосопловая безынжекторная горелка, работающая на ацетилене и кислороде, поступающих под давлением 0,03-0,05 МПа. В колодке горелки имеется 32 сопла диаметром 1,2 мм. Шаг между соплами равен 13 мм. Оси сопел наклонены к вертикали под углом 20. Колодка и смесительная камера охлаждаются водой.

При работе на газах – заменителях ацетилена используются горелки, имеющие отличия в конструкции. Чаще всего подобные горелки работают на пропан-бутановой смеси. Для повышения скорости сгорания и температуры пламени в конструкции горелок с односопловыми наконечниками применяют дополнительный подогрев и перемешивание газов до выхода их из мундштука. Для этого в горелках ГЗУ-2 и ГЗМ-2-М имеется специальный подогреватель и подогревающая камера, распологаемые между трубкой горючей смеси и мундштуком наконечника. Поступающая в мундштук горючая смесь проходит подогреватель и направляется в камеру. Часть потока смеси поступает в боковые каналы и образует факелы, подогревающие камеру. В камере горючая смесь подогревается до 300-360 С и, сгорая на выходе из мундштука, образует острое, ярко очерченное ядро и факел пламени. Температура пламени в этом случае повышается примерно на 300-330 С.

Рис. 41. Схема многосопловой безынжекторной горелки

для сварки продольных швов:

1 – кислородный ниппель; 2 – ацетиленовый ниппель; 3 – корпус; 4 – дозирующая шайба; 5 – смесительная камера; 6 – кожух; 7 – трубка для подвода воды;

8 – ниппель отвода воды; 9 – штуцер; 10,11 – канал для охлаждающей воды; 12 – трубка подачи воды в головку; 13 – пробки для прочистки сопел

Подогревающие камеры изготовляют из нержавеющей стали, так как латунные быстро выходят из строя вследствие выгорания цинка. Схема наконечника горелки ГЗУ-2-62 с подогревателем и подогревающей камерой показана на рис. 42.

Рис. 42. Схема наконечника горелки ГЗУ-2-62 с подогревателем

и подогревающей камерой:

1 – мундштук; 2 – подогревающая камера; 3 – подогреватель; 4 – сопла подогревателя; 5 – трубка для горючей смеси; 6 – факелы подогревающего пламени

Для сварки, пайки и наплавки выпускается керосино-кислородная горелка ГКР-1. Она работает по принципу испарения керосина кислородом и последующего испарения его во внутренней части мундштука. Схема устройства керосино-кислородной горелки ГКР-1 показана на рис. 43.

Рис. 43. Схема устройства керосино-кислородной горелки ГКР-1: 1 – фильтр; 2 – корпус горелки; 3 – керосиновый вентиль; 4 – керосиновая трубка; 5 – пробка; 6 – распылительное устройство; 7 – головка; 8 – стабилизатор; 9 – смесительная камера; 10 – мундштук; 11 – кислородный вентиль

Горелка состоит из корпуса и головки. Керосин из бачка поступает в ствольную трубку и далее в центральный канал распылителя. Выходя из боковых каналов распылителя, кислород распыляет струю керосина, направляя распыленную смесь во внутреннюю полость мундштука. Чем глубже рассверлены отверстия для пламени, тем сильнее нагревается мундштук. При использовании керосина отверстия сверлятся на большую глубину, а бензина – на меньшую, так бензин испаряется при более низкой температуре, чем керосин. Для зажигания пламени сначала открывают вентиль кислорода, а затем вентиль горючей жидкости. Горелка комплектуется тремя сменными однопламенными и двумя сетчатыми мундштуками. Технические характеристики некоторых горелок, работающих на пропан-бутановой смеси и керосине, приведены в табл. 28.

Таблица 28

Технические характеристики газовых горелок, работающих на пропан-бутановой смеси и керосине

Марка	, мм	n наконечников	Рк, МПа	Рг, МПа	Qк,л/ч	Qа,л/ч	Вес, кг
ГЗУ-2	0, 5-4	4	0,01	0,1-0,4	105-1400	30-400	1,5
ГЗМ-2-М	0,2-2	4	0,08-0,4	0,001-0, 4	50-840	15-240	0,9
ГКР-1	1 - 8	4	0,2-0,5	0,15-0,3	50-800	0,3-2,3	0,95

Кроме традиционного оборудования, для поста ручной газовой сварки иногда применяются сварочные установки для механизированной газовой сварки.

Для газовой сварки металлов, таких как медь, никель и их сплавы, были разработаны установки для газофлюсовых процессов КГФ-2 и КГФ-3. Эти установки состоят из флюсопитателя типа ФГФ, представляющего собой прибор для насыщения горючего газа парами газообразного флюса типа БМ-1 или БМ-2, осушителя типа ОАФ и стандартной ручной сварочной горелки. Схема установки КГФ-2 показана на рис. 44, а технические характеристики установок для газофлюсовой сварки приведены в табл. 29.

Рис. 44. Схема газофлюсовой установки КГФ-2: 1 – флюсопитатель; 2 – осушитель; 3 – горелка

Таблица 29

Технические характеристики установок газофлюсовой сварки серии КГФ

Марка	Емкость резервуара, л	Рк, МПа	Рг, МПа не ниже	Qфл. ,л/ч	Qф, г/м3 С2Н2	Вес ,кг
КГФ-2	4,6	0,35-0,45	0,001	до 2800	70	40
КГФ-3	4,5	0,35-0,45	0,001	до 2800	70	45