Сварка автогеном

Как устроен автоген

Классическая основа аппарата состоит из набора:

• баллона с кислородом,
• баллона с горючим газом,
• манометра с редуктором,
• газопроводных шлангов,
• горелки (резака), которая может использоваться как для сварки низколегированной стали, так и для разрезания черных или цветных металлов.

К резаку подведены шланги с кислородом и ацетиленом, вместо которого можно использовать пропан/бутан. Однако пропановый автоген рационально применять для разрезания металлических поверхностей, а процесс сварки с его помощью неэффективен, потому что температура струи пламени ниже, чем при использовании ацетилена.

При сварке деталей с тонкими стенками это незаметно, но при обработке труб и толстостенных деталей замедляет процесс.

Комплектация оборудования

В состав автогенной сварки входят:

• Два баллона: кислородный и ацетиленовый.
• Два редуктора по одному на каждый баллон.
• Пламегасители по одному на баллон.
• Комплект из двух шлангов: один для кислорода, второй для ацетилена.
• Горелка, снабженная насадками с отверстиями разного диаметра.

Баллон для кислорода – это металлическая емкость с толщиною стенки 6 мм, объемом 40 литров, в которую помещается 6000 литров кислорода под давлением 150-200 атмосфер. Баллон является бесшовным, поэтому и выдерживает такие высокие нагрузки давлением. В верхней его части располагается вентиль, к которому закручивается кислородный редуктор. Основное требование безопасной эксплуатации – не допустить попадание масла и жира на вентиль, особенно в место соединения его с редуктором. Кислород быстро взаимодействует с маслами, при этом происходит реакция окисления, которая приводит к взрыву.

Баллон для ацетилена имеет совершенно другую конструкцию. Все дело в том, что сжатие ацетилена обязательно приводит к взрыву. Чтобы этого не происходило, необходимо этот газ разделить на мелкие объемы. А для увеличения самого объема, нужно растворить его в ацетоне, который в больших количествах поглощает ацетилен. Пропорция поглощения – 1 к 360. То есть, один литр ацетона поглощает 360 литров ацетилена. Разбивка смеси на мелкие объемы производится за счет пористой структуры наполнителя баллона. В этом материале и размещается ацетон. Кстати, его количество равно 16 литрам, соответственно количество ацетилена при давлении 15 атмосфер будет равно 6000 литрам.

Пористый материал – это симбиоз асбеста, древесного угля, кизельгура и вяжущих наполнителей. Толщина стенки ацетиленового баллона – 4-5 мм.

Как и в случае с кислородным баллоном, у ацетиленового также есть вентиль, к которому присоединяется свой специальный редуктор. Необходимо отметить, что масла и жиры этой емкости не страшны. Единственное, что нужно учитывать, это при проведении сварки автогеном держать ацетиленовый баллон в вертикальном положении.

Что касается редукторов (ацетиленового и кислородного), то их задача – снижать давление газов до необходимых показателей. Оба приспособления имеют практически одинаковую конструкцию, в основе которой лежит подпружиненный вентиль. В них же установлены по два манометра, один из которых показывает давление внутри баллона, второй давление газа после редуктора, то есть, на горелке.

Показатели давления после редуктора должны быть такими:

• Кислород – 2,5-3,0 атм.
• Ацетилен – 0,3-0,7 атм.

Данные показатели не являются абсолютными, потому что газосварка используется для соединения разных по толщине металлов. И чем толще заготовки, тем больше давления газов должно быть на горелке. К тому же резка металла автогеном также производится при повышенных показателях давления.

Пламегасители или обратный клапан – это устройство, которое защищает от обратного удара. Их устанавливают сразу после редукторов, к нему же подключаются и сами шланги. Что значит, обратный удар.

Существуют ситуации, когда ацетилен начинает подниматься по кислородному шлангу, достигая его редуктора. Если в этом месте произойдет смешивание двух газов, то это гарантия большого взрыва. Избежать этого помогают пламегасительные клапаны. Кроме этого существуют определенные действия самого сварщика, обеспечивающие безопасность работы автогеном. Но об этом чуть ниже.

Теперь о шлангах. Какие к ним предъявляются требования.

• Это резиновые изделия с тканевым кордом внутри.
• Цвет кислородного шланга – синий, ацетиленового – красный. Менять их местами категорически запрещается.
• Соединяются они к устройствам сварочного оборудования только на штуцеры через ниппели.
• Часто используемые шланги имеют внутренний диаметр 9 или 12 мм.
• Минимальная их длина – 8 м, максимальная – 20 м.
• Комплект шлангов – это сдвоенная конструкция из ацетиленового и кислородного.

Горелка – самый важный элемент сварочного оборудования, где происходит смешивание двух газов, и где смесь выходит наружу со сверхзвуковой скоростью. Шланги к горелке подсоединяются посредству штуцеров. Выше по ручке располагаются вентили, с помощью которых регулируется подача каждого газа. При этом кислород проходит через инжектор, в котором за собой тянет ацетилен. Вот почему устанавливается давление ацетиленового редуктора, равным атмосферному давлению или чуть выше.

Классификация

Ассортимент аппаратов для газорезки по назначению делится на модели:

• для специфических работ,
• универсальные,
• переносные автогены.

В них горящая струя может формироваться:

• кислородом,
• парами керосина,
• ацетиленом,
• пропаном/бутаном

Неважно, какая модель автогена в руках у газосварщика, главное, чтобы она соответствовала специфике работы и параметрам элементов для резки или сварки. Универсальные модели могут разрезают металл под любым наклоном. К тому же они очень удобны, отличаются легкостью.. Одна из новейших разработок – пьезоподжиг, позволяющий включать инструмент кнопкой.

Модели сварочного оборудования промышленного производства можно использовать с любым газом. Для домашнего применения лучший вариант – инструмент на пропане/бутане, который купить легче, а опасности меньше.

По конструкции, способу смешивания составляющих оборудование делится на классы:

• инжекторных,
• безинжекторных.

Алгоритм проведения сварки автогеном

Сварка автогеном – это достаточно сложна процедура, выполнять которую нужно поэтапно. Каждый шаг будет описан в нижеизложенном списке. Стоит отметить, что процедуры нужно выполнять именно в таком порядке, в котором они указаны.

1. Изначально нужно открыть  баллоны с кислородом и ацетиленом. После чего зажечь дугу на сварочном оборудовании. Нужно учитывать одну особенность. В том случае, если сварочные рукава длительное время не были подсоединены к баллонам, то дуга сварочного аппарата может зажечься не с первого раза. Если это произошло, то необходимо подождать буквально пару минут и повторить процедуру.
2. После запуска сварочного оборудования выполняется его настройка, которая заключается в достижении требуемой температуры (в зависимости от конкретной процедуры и типа металла требуемого значения может изменяться).
3. Далее с помощью сварочного аппарата нужно раскалить рабочую поверхность металлического изделия до такой степени, чтобы нагреваемая поверхность окрасилась в белый цвет.
4. В случае проведения восстановительных сварочных процедур требуется использование дополнительных сварочных материалов, которые подвергаются плавлению и тем самым заполняют пустое пространство между деталями.
5. После окончания работ, металлическое изделие со свежим сварным соединением требуется полностью поместить в резервуар с холодной водой для его охлаждения до комнатной температуры.
6. После того как металл охладился, с помощью специального молотка требуется отбить шлак возникший в области сварного соединения.
7. Последний шаг заключается в проверке качество итогового результата соединения.

Процесс сварки автогеном

Автогенная сварка без присадочного прутка или проволоки невозможна. В этом случае происходит только прожигание металла и его резка на отдельные фрагменты. Смешиваясь в горелке, ацетилен и кислород сгорают и выбрасываются из сопла с высокой скоростью. Струя газа достигает температуры более 3000 0С. Ее можно регулировать в определенных пределах путем добавления или снижения пропорций подающихся газов.

Сначала в горелку подается кислород, затем ацетилен или пропан и смесь поджигается. После появления устойчивого пламени, поворотом регулирующих вентилей устанавливается требуемая температура. Как правило, измерить ее сложно, поэтому уровень определяется по косвенным признакам — цвету пламени, звуку газового потока, интенсивности прогревания металла.

Как происходит процесс сваривания показано на картинке:

Сначала свариваемые детали устанавливаются в нужном положении, затем их кромки разогреваются до белого цвета и уже потом в пламя горелки вносится присадочный пруток. Он расплавляется и заливает шов между деталями.Купить присадочный пруток марки LNG (I, II, IIIили IV) и другие модификации, а также сварочную проволоку для автогенной сварки можно в любом магазине сварочного оборудования.

Сварка автогеном по своей технике довольно сложный процесс и браться за сваривание ответственных деталей без подготовки не следует. Лучше всего потренироваться на обрезках труб, швеллеров и другого профильного проката, чтобы набраться опыта и освоить практические приемы работы.

Конечно, и кислород, и ацетилен или пропан стоят денег, поэтому расходовать их зря не стоит. Но и сварка автогеном без опыта такой работы может привести к таким же, а то и более ощутимым убыткам.

Принцип действия

Разумеется, работа идет строго «горячим» способом. Стык металла вырабатывается на основе собственно расплавляемых веществ или с частичной добавкой извне. Никакие механические усилия к заготовкам применяться не могут. Разогрев и плавление свариваемых веществ и присадок достигается за счет сгорания специально подбираемых газов в подаваемой кислородной струе.

Специалисты при выборе газа учитывают температуру его горения, а уже затем – безопасность и другие характеристики.

Правила сварки автогеном

Выполнения сварочных процедур с металлическими изделиями, которое требует соблюдение всего технологического процесса и техники безопасности. Ни в коем случае нельзя ими пренебрегать. Перед началом процесса сварки в обязательном порядке требуется ознакомиться со следующими мерами безопасности:

• баллоны ни в коем случае не должны контактировать с другими горючими материалами, в частности с маслом, если произойдет контакт, то баллоны просто-напросто «взлетят на воздух»;
• транспортировка всех материалов, в частности баллонов с газами, выполняется только на специально подготовленном для этого транспорте;
• сварка аргоном должна выполняться на безопасном расстоянии от жилых зданий и других построек и помещений;
• после окончания сварочных работ хранить баллоны нужно в хорошо проветриваемом металлическом шкафу на открытой местности, ни в коем случае нельзя располагать его в помещениях;
• во время сварочных процедур время от времени следует проверять баллоны на предмет утечки газа;
• в обязательном порядке во время сварки рядом с рабочим местом должен находиться огнетушитель и другие средства противопожарной безопасности;
• выполнять сварочные работы следует вдали от легко-воспламеняемых предметов, изделий и материалов.

Техника сварки

Очень важный момент – это правильно поджигать газовую смесь и отключать ее. Подключение делается вот в такой последовательности.

• Сначала открывается на горелке кислородный вентиль.
• Затем ацетиленовый.
• Горелка отводится в сторону и поджигается.
• При этом пламя будет иметь красный оттенок, оно будет длинным, и обязательно будет коптить.
• Чуть больше открывается подача кислорода и уменьшается подача ацетилена. Визуально можно проконтролировать настройку, пламя должно стать синеватым.

Выключается горелка в обратной последовательности: сначала закрывается ацетиленовый вентиль, после 10 секунд кислородный. Именно такой порядок отключения подачи газов обеспечивает безопасность эксплуатации сварочного оборудования. То есть, предотвращается возникновения того самого обратного удара.

Что касается ведения процесса сварки, то его можно проводить слева направо или наоборот. Первый вариант – это когда горелка движется вдоль сварочного шва, а за ней перемещается присадочная проволока. Второй вариант – проволока движется впереди горелки. Первый вариант предпочтительнее, потому что сварочный стык сначала прогревается, а затем в него поступает расплавленный металл проволоки. При этом пламя оттесняет из зоны сварки кислород и азот, которые негативно сказываются на качестве конечного результата.

Качество сварного шва – это не только техника и правильно выбранные параметры давления газов. Это достаточно большой список дополнительных критериев, зависящих в основном от толщины свариваемых заготовок. А именно:

• толщина используемой проволоки;
• правильно подобранный диаметр сопла горелки;
• скорость движения горелки вдоль шва;
• скорость подачи проволоки в зону сваривания;
• процентное содержание каждого газа в подаваемой смеси.

При этом необходимо учитывать, что температура в зоне сварки при использовании ацетиленовой горелки в несколько раз меньше, чем при сварке электродами. Поэтому сварка автогенным способом должна проводиться медленнее. А соответственно сам процесс должен производиться более аккуратно. В противном случае дефектов в сварочном шве не избежать. К примеру, может образоваться не проваренный пласт, который сварщики называют холодным. Могут появиться поры, включения оксидного типа или подрезы. Нередко встречаются и зазубрину у самого корня шва.

Где используется?

Автоген применяют для сварки:

• меди;
• низкоуглеродистой стали;
• конструкционных сталей;
• латуни;
• чугуна (эти два металла свариваются не слишком хорошо);
• бронзы (при этом высокоуглеродистую сталь варить ацетиленом нельзя).

Требования безопасности

При сваривании металлических изделий с помощью автогена требуется предельная осторожность и выполнение правил эксплуатации аппарата:

• во избежание взрыва запрещается контакт кислородного баллона и горюче-смазочных материалов, особенно масла,
• во время сварки периодически проводить проверку баллонов на утечку газа,
• на месте сварки должен быть огнетушитель,
• следует работать на отдалении от воспламеняющихся предметов.
• перевозку баллонов осуществлять на транспорте, оборудованном для транспортировки взрывоопасных материалов,
• баллоны должны храниться на открытом воздухе или в вентилируемом шкафу.

Нежелательно надевать одежду из синтетики, неудобную обувь, чтобы ничто не мешало передвижению при непредвиденной ситуации.

Простой мини-автоген

Рисунок 1. Схема электролизера для автогена.

Мини-автоген можно изготовить самостоятельно по принципу использования кислорода и водорода, полученных методом электролиза щелочного водного раствора. Такой генератор газа имеет небольшие габариты. В качестве источника электроэнергии для электролиза рекомендуется обычный выпрямитель, с помощью которого производится подзарядка аккумуляторов. Технология позволяет генерировать нужное количество горючей смеси, не требует сложного запорного оборудования и соответствует всем мерам безопасности.

Электролизер представляет собой две основные пластины, между которыми расположен ряд электродов в виде стальных пластин. Собранная таким образом батарея помещается в электролит – водный раствор КОН или NaOH. При подаче на электроды напряжения постоянного тока начинается процесс электролиза с выделением водорода и кислорода. Выработанные газы отводятся через полимерную трубку в промежуточную емкость, из которой подаются на водный затвор. В затвор заливается смесь дистиллированной воды с ацетоном в равных пропорциях. Пройдя через затвор, газ насыщается горючей составляющей и поступает в форсунку горелки в виде готовой для горения газовой смеси. На рис.1 приведена схема электролизера.

1.Трубка диаметром 10 мм; 2. Шпилька М8; 3. Гайка М8; 4 и 11. Основная пластина; 5. Болт М10; 6. Пластина-электрод; 7. Кольцо резиновое; 8. Штуцер; 9. Шайба; 10. Пластиковая трубка диаметром 5 мм; 12. Штуцер; 13. Емкость промежуточная; 14. Основание; 15. Клемма; 16. Трубка; 17. Форсунка; 18. Затвор.

Рисунок 2. Схема простой газовой горелки.

Корпус электролизера рекомендуется выполнять из оргстекла толщиной не менее 10 мм, что позволит контролировать уровень электролита в емкости. Электроды можно изготовить в виде пластин толщиной 0,7-0,8 мм из листовой нержавеющей стали, трансформаторного железа, никеля. Всего устанавливается 9 электродов. Между пластинами закрепляются изолирующие кольца толщиной порядка 6 мм из резины, стойкой к щелочам и кислотам, а также с маслобензостойкими свойствами. Шпильки, крепящие основные пластины, в количестве 4 штук следует изолировать кембриком.

Электрическое питание обеспечивается зарядным устройством, выдающим напряжение в расчете по 2 В на один электрод (до 24 В). Хорошие результаты по объему газа показывает устройство для зарядки автомобильных аккумуляторов типа ВА-2. В качестве электролита целесообразно применять щелочной водный раствор с концентрацией щелочи 6-8%.

Для корпусов промежуточной емкости и затвора можно применять баллончики для газовых зажигалок. Штуцеры обеих емкостей лучше всего изготовить из медных или латунных трубок диаметром 4-6 мм и закрепить их на верхней части баллончиков, на резьбе.

Корпус электролизера, емкости соединяются между собой полихлорвиниловой трубкой. Для надежности крепления и герметичности вводов целесообразно установить штуцеры, и трубку крепить на них. В корпус затвора заливается предварительно подготовленная смесь воды с ацетоном (соотношение 1:1). Если создастся возможность вместо нее залить метиловый спирт, то это позволит увеличить температуру пламени горелки до 2 600ºС. Емкость водного затвора соединяется поливинилхлоридной трубкой с форсункой горелки, куда и поступает генерированная и обогащенная газовая смесь.

Изготовление газовой горелки

Для простой газовой горелки потребуются иглы от капельницы, снабженные ограничительными зажимами.

Для домашнего мини-автогена можно изготовить достаточно надежную газовую горелку очень простой конструкции. На рис. 2 приведена схема такой конструкции.

Для подачи газовой смеси рекомендуется использовать иглу для накачивания футбольных мячей. На расстоянии до 20 мм с помощью надфиля делается надрез, через который вводится более тонкая игла от капельницы, предварительно изогнутая под 45ºС на расстоянии 15-20 мм. Конструкция фиксируется медной проволокой и тщательно паяется, все зазоры герметизируются лаком.

Выход большой иглы соединяется с электролизером, т.е. предназначен для подачи горючей газовой смеси. Дополнительное обогащение ее кислородом производится через малую иглу, которая соединяется с емкостью, заполненной сжатым воздухом.

Самой простой емкостью может служить камера мяча, накаченная насосом или полимерная бутылка, в которую загнан воздух тем же насосом.

Использование игл от капельницы целесообразно еще и тем, что они снабжены ограничительными зажимами, которые можно применить для регулировки подачи газа в зону сварки.

На этом изготовление простого мини-автогена закончено. После обеспечения подачи обоих потоков газа в горелку они, соединяясь, направляются одним потоком через иглу наружу; производится поджигание вырывающегося газа и происходит сварка. Температура в зоне сварки достигает 1 600ºС, что достаточно для расплавления кромок металлов и присадочного прутка.

Как сделать автоген в домашних условиях

В первую очередь следует рассказать о строение данного аппарата. Две специальные платы соединяются при помощи 4 шпилек. Между этими платами устанавливают батарею, состоящую из пластин-электродов, которые изготовляются из стали и разделяются специальными кольцами из резины.

Внутрь батареи закачивают раствор гидроксида натрия. Электролиз воды, который провоцируется постоянным напряжением, способствует выделению водорода и кислорода, что и позволяет осуществлять работы по резке металла.

Когда газ, который проходит через специальную смесь воды и ацетона, получает необходимые для возгорания кондиции, его подают на форсунку (например, медицинская игла). Температура горения такого газа при выходе с этой форсунки составляет не менее 1800 градусов по Цельсию. Вот список всех деталей мини-автогена, созданного своими руками:

1. Форсунка.
2. Трубка барботажного типа.
3. Основа.
4. Трубка из полихлорвинила.
5. Патрубок.
6. Шайба.
7. Основа водяного затвора.
8. Клеммы.
9. Короткий патрубок (3 шт.).
10. Резиновое кольцо.
11. Две платы (правая и левая).
12. Болтовая пробка.
13. Гайки и шпильки (М8, по 4 штуки).

Чаще всего для плат на мини-горелке используют крепкое стекло. Оно довольно легко поддается обработке и обеспечивает оператору хороший контроль над уровнем воды, который при необходимости можно менять. Пластины часто изготовляют из тонкой листовой стали (0,7-0,8 мм). Пластины должны быть с небольшими углублениями (2-3 мм) для размещения уплотняющих колец, с толщиной от 5-6 мм.

Заизолировать пластины можно при помощи резины, которая должна быть кислото- и маслобензостойкой. В батарее автогена должно находиться 9 пластин, а шпильки следует также заизолировать. Клеммы надо присоединить к первой, седьмой, восьмой и девятой пластинам.

Напряжение зарядного устройства, которое подключается через 8 пластин, должно составлять 17 V. Такие показатели и конструкция устройства обеспечат плавное прогревание металла и качественную его обработку.

 

С целью предохранения от распространения пламени, на газовых горелках устанавливают обыкновенный водяной затвор (чаще всего из пустых баллончиков для зажигалок). Специально для предотвращения смешивания составов водяного затвора и электролитов в составе горелки предусмотрена промежуточная емкость. Патрубки следует подбирать исключительно из меди, а их диаметр должен составлять от 4 до 6 мм.