Cварочная газовая горелка для сварки и резки металла

Апрель 28, 2017

Изучаем устройство горелки для сварки

Сварочная газовая горелка представляет собой специализированную конструкцию, в которой осуществляется перемешивание горючего газа или паров специальной жидкости с кислородом из окружающей среды. Благодаря этому происходит возникновение стабильного сварочного пламени требуемой мощности. В принципе, принято считать, что это оборудования является одним из главных рабочих инструментов газосварщика.

Разновидностей горелок для сварки довольно-таки много. Несмотря на то что принцип их работы примерно одинаковый, они могут обладать рядом особенностей:

• Инжекторные и безынжекторные конструкции – они отличаются друг от друга по технологии подачи кислорода к участку горения;
• Газовые или жидкостные. В первых для получения пламени требуемой температуры используется специальный горючий газ, а вторые работают на парах бензина или керосина;
• Специализированные или универсальные, причем последние могут применяться для любых работ, связанных с резкой или сваркой металла;
• Однопламенные и многопламенные дифференцируются в зависимости от потоков подаваемого пламени;
• Машинные и ручные;
• Газосварочные горелки могут классифицироваться по мощности: малая, средняя, высокая.

Принцип работы безынжекторной работы

Если сварочная горелка работает на высоком давлении и имеет инжектор, то ее конструкция будет значительно проще по сравнению с конструкцией, где давление значительно ниже. Технология ее работы следующая:

• Кислород поступает в нее через специальные шейки, выполненные из резины, проходя через вентиль, а затем направляется в смеситель;
• В смесителе весь поток разделяется на множество небольших струй и направляется в сопло смесителя. По такой же технологии он направляется в специальный вентиль;
• Полученная смесь в сварочных горелках MIG-MAG проходит по газовому потоку значительного сечения, где завершается циркуляция, на выходе она получается наиболее однородной;
• На трубке наконечника расположен мундштук, который производится из долговечной не окисляющейся меди. Смесь на выходе будет сразу полностью сгорать, причем температура получается довольно высокой, которая будет значительно выше по сравнению с температурой плавления металла.

Чтобы в горелке, предназначенной для газосварки, газовый поток должен выходить равномерно с максимально точно выверенной скоростью, причем смесь должна будет полностью сгорать. Если скорость выхода газа небольшая, то пламя может переходить в верхнюю часть горелки – это довольно опасно, так как внутри горелки зачастую случается взрыв этой смеси.

При чересчур сильной скорости пламя будет отрываться от мундштука, станет отходить все дальше и дальше от среза, что в конечном счете приведет к его затуханию. Для определения требуемой скорости, необходимо принимать во внимание несколько важных данных: из чего состоит горючая смесь, какой внутренний диаметр у сопла, как устроен мундштук. Рассчитать правильную скорость подачи горючего можно только при условии, если известны все эти данные.

Усредненным считается значение в пределах от 70 до 160 м/с. Чтобы в конечном счете на выходе получилась подходящая скорость, придется создать давление порядка 0,5 атмосферы, причем давление для газа или паров и кислорода примерно будет одним и тем же.

Инжекторные горелки

Устройство сварочной горелки подразумевает использование в качестве горючего ацетилен, водород или метан, причем ею очень легко пользоваться. Принцип работы следующий: кислород из баллона поступает через специальный вентиль, проходя через конус инжектора, и попадает в смесительную камеру. Через инжектор закачивается горючий газ и интенсивно перемешивается с кислородом. После этого сформированная смесь отправляется по трубке наконечника в мундштук. Во многом благодаря кислороду давление вырывающегося из сопла мундштука газа становится значительно меньше по сравнению с атмосферным.

Однако для качественного горения и получения нормальной температуры оно должно быть хотя бы 3,5 атмосферы. Стоит отметить, что инжекторная горелка обладает одним очень серьезным недостатком: состав горючей смеси остается непостоянным, что не позволяет обеспечить качественное и постоянное ее горение.

Несмотря на то что данное изделие работает на низких давлениях, его используют значительно чаще, нежели конструкции, рассчитанные на высокое давление. Устроена данная продукция несколько сложнее, так как в ней предусмотрен специальный блок охлаждения сварочной горелки. Дело в том, что низкое давление вызывает довольно сильный нагрев сопла и других элементов. Главное здесь - не допустить, чтобы камера, где образуется горючая смесь, не перегрелась и не взорвалась.

Особенности проведения сварочных работ с помощью газовой горелки

Прежде всего, газовые горелки отличаются тем, что они прекрасно подходят для полуавтоматических или автоматических сварных работ, когда сварная проволока подается без использования рук, что в значительной степени облегчает технологический процесс.

Благодаря автоматической сварке можно качественно проварить все труднодоступные участки, причем усилий придется прилагать минимальное количество. Отходов от таких работ минимальное количество. Сварной шов получается довольно прочным за гораздо меньший промежуток времени, нежели во время дуговой электросварки. Минусов у данной технологии не слишком много, они касаются, прежде всего, довольно высокой стоимости оборудования и комплектующих. Вся система отличается сложностью в плане устройства, продукция весьма тяжелая и громоздкая, поэтому перемещать ее с одного места на другое будет очень проблематично.

Технологический процесс сварки состоит из следующих этапов:

• Участки свариваемых деталей нужно тщательно зачистить от всех следов ржавчины или коррозии. Можно сделать это с помощью специальной металлической щетки, насадки на угловую шлифовальную машину.
• Обязательно следует обезжирить поверхность с помощью ТИГа или иных составов, иначе плавящийся электрод будет не слишком плотно прилегать к металлу;
• Активируется газовая горелка, запускается полуавтоматический механизм подачи электрода и начинается непосредственная работа по соединению металлических элементов;
• Обязательно следует установить скорость подачи электрода. Она зависит от типа свариваемых металлов, их толщины и целого ряда других факторов.

Как правильно обращаться с горелкой?

Перед тем как приступить к непосредственному выполнению работ, необходимо проверить, насколько хорошо работает инжекторная составляющая оборудования. Для этого к ниппелю, который подает кислород, подключают шланг кислородного редуктора. Осторожно поднимают давление в системе до рабочего.

Когда кислород будет проходить через инжектор, в ацетиленовом канале должно возникнуть разрежение. Если оно будет, то палец будет присасываться к ацетиленовому ниппелю. В этом случае подключают оба шланга и тщательно закрепляют их, только после этого можно поджигать горючую смесь и регулировать величину пламени.

При окончании работ сначала перекрывают вентиль ацетиленового баллона, а затем закрывают и кислородный вентиль. Если поступить наоборот, то может случиться удар огня в шланг, по которому подается ацетилен, что чревато взрывом. При соблюдении технологии работ удастся получить надежное соединение, которое будет долго сохранять свою прочность.

Инжекторная горелка горелка, в которой подача горючего газа в смесительную камеру осуществляется за счет подсоса его струей кислорода, вытекающего с большой скоростью из отверстия сопла. Этот процесс подсоса газа более низкого давления струей кислорода, подводимого с более высоким давлением, называется инжекцией, а горелки данного типа - инжекторными .

Для нормальной работы инжекторных горелок необходимо, чтобы давление кислорода было 0,15-0,5 МПа, а давление ацетилена значительно ниже - 0,001- 0,12 МПа. Схема инжекторной горелки представлена на рисунке 1, а. Кислород из баллона под рабочим давлением через ниппель, трубку и вентиль 5 поступает в сопло инжектора 4. Выходя из сопла инжектора с большой скоростью, кислород создает разрежение в ацетиленовом канале, в результате этого , проходя через ниппель 6, трубку и вентиль 7, подсасывается в смесительную камеру 3. В этой камере кислород, смешиваясь с горючим газом, образует горючую смесь. Горючая смесь, выходя через 1, поджигается и, сгорая, образует сварочное пламя. Подача газов в горелку регулируется кислородным вентилем 5 и ацетиленовым 7, расположенными на корпусе горелки. Сменные наконечники 2 подсоединяются к корпусу горелки накидной гайкой.

Рисунок 1 - Схема инжекторной горелки (а) и инжекторного устройства (б)

Инжекторное устройство состоит из инжектора 1 и смесительной камеры 2. Для нормальной инжекции большое значение имеют правильный выбор между коническим торцом инжектора 1 и конусом смесительной камеры 2 и размеров ацетиленового 3 и кислородного 4 каналов. Нарушение работы устройства приводит к возникновению обратных ударов пламени, снижению запаса ацетилена в горючей смеси и др. кислород подаются примерно под одинаковым давлением 0,05-0,1 МПа. В них отсутствует , который заменен простым смесительным соплом, ввертываемым в трубку наконечника горелки. Схема безынжекторной горелки приведена на рисунке. по резиновому рукаву через ниппель 4, регулировочный 3 и специальные дозирующие каналы поступает в смеситель горелки. Аналогично через ниппель 5 и вентиль 6 поступает в смеситель и ацетилен. Из смесительной камеры горючая смесь, проходя по трубке наконечника 2, выходит из мундштука 1 и, сгорая, образует сварочное пламя.

Для образования нормального сварочного пламени горючая смесь должна вытекать из канала мундштука горелки с определенной скоростью. Эта скорость должна быть равна скорости горения. Если скорость истечения больше скорости горения, то пламя отрывается от мундштука и гаснет. Когда скорость истечения газовой смеси меньше скорости горения, горючая смесь загорается внутри наконечника. Следовательно, безынжекторные горелки менее универсальны, так как работают только на горючем среднего давления. Для нормальной работы безынжекторных горелок дополнительно снабжают регулятором равного давления, автоматически обеспечивающим равенство рабочих давлений кислорода и ацетилена.

Газовой сварочной горелкой называют устройство, позволяющее правильно смешивать горючий газ (или пары горючей жидкости) с кислородом и получить стабильное сварочное пламя нужной мощности. Сварочные горелки входят в состав .

Классификация сварочных горелок

Сварочные горелки классифицируются по нескольким признакам:

а) по способу подачи кислорода и горючего различают инжекторные и безынжекторные газовые горелки;

б) по роду горючего вещества горелки делятся на газовые (в которые подаётся горючий газ) и жидкостные (в которых распыляется бензин или керосин);

в) в зависимости от своего назначения горелки бывают универсальные и специализированные;

г) в зависимости от количества потоков газового пламени грелки делятся на однопламенные и многопламенные;

д) по способу применения горелки делятся на ручные и машинные;

е) по мощности горелки бывают малой мощности (с расходом ацетилена с расходом ацетилена 25-400л/ч, средней мощности (в них расход ацетилена составляет 400-2800л/ч) и большой мощности (с расходом газа 2800-7000л/ч).

Классификация и область применения горелок для ацетиленокислородной сварки

Согласно ГОСТ1077, однопламенные универсальные газовые горелки для ацетиленокислородной сварки делятся на четыре вида: Г1 (микромощности), Г2 (малой мощности), Г3 (средней мощности,) и Г4 (горелки большой мощности).

Наибольшее применение получили горелки малой и средней мощности. Горелки малой мощности используют , толщиной 0,2-07мм. В комплекте с ними идут четыре наконечника разной величины.

Горелки средней мощности применяют при ручной газовой сварке, или же для наплавки, пайки и предварительного подогрева металлов. В комплекте с горелками средней мощности имеется ствол и семь сменных насадок различной величины. Насадки крепятся и фиксируются на стволе с помощью накидной гайки.

Такая комплектация горелок позволяет регулировать мощность сварочного пламени в большом диапазоне и производить толщиной 0,5-30мм.

Устройство и принцип действия инжекторных и безынжекторных сварочных горелок

На рисунке ниже показано устройство инжекторных (вверху) и безынжекторных (внизу) сварочных горелок.

Наибольшее распространение на практике получили инжекторные горелки. Инжектор представляет собой цилиндр, в котором по центру выполнен канал небольшого диаметра для кислорода, и выполнены радиально расположенные каналы для горючего газа. Подача кислорода осуществляется с давлением, превышающим давление горючего газа. Таким образом, с помощью кислородного потока горючий газ подсасывается в смесительную камеру. Подобный принцип подачи называется инжекцией.

Кислород из подаётся в сварочную горелку и через присоединительный штуцер (поз.5) проходит к инжектору (поз.7). Регулировочный вентиль (поз.6) позволяет контролировать количество подаваемого кислорода.

Проходя через центральное отверстие инжектора (поз.7) под большим давлением, кислород создаёт разряженное пространство в смесительной камере (поз.8) и засасывает в неё горючий газ, который подаётся через радиальные каналы инжектора. Образующаяся в смесительной камере горючая смесь по наконечнику (поз.2) направляется к мундштуку (поз.1). На выходе из мундштука газовая смесь сгорает, образуя сварочное пламя. Наконечник соединяется со стволом сварочной горелки при помощи накидной гайки (поз.3).

Инжекторные сварочные горелки идут в комплекте со сменными наконечниками. Сменные наконечники различаются диаметрами отверстий в мундштуке и инжекторе, благодаря чему можно изменять мощность сварочного пламени.

В безынжекторных горелках отсутствует инжектор. Кислород и горючий газ в них подаётся под одинаковым давлением (около 100кПа). В таких горелках вместо инжектора установлено обычное смесительное сопло, которое вворачивается в наконечник.

Инжекторные горелки. Сварочная горелка - основной инструмент при газовой сварке. Наибольшее применение находят инжекторные горелки, работающие на ацетилене низкого и среднего давления (рис. 80, а).

Кислород под давлением поступает по трубке 5 через вентиль 6 в сопло инжектора 3. При истечении кислорода из сопла с большой скоростью создается разрежение в трубке 4, в которую через вентиль 7 засасывается ацетилен. Кислород и ацетилен далее поступают в смесительную камеру 2, где образуют горючую смесь, выходящую из мундштука 1 и дающую при сгорании сварочное пламя. Разрез инжекторного устройства горелки показан на рис. 80, б.

Для нормальной работы инжекторной горелки давление поступающего в нее кислорода должно быть 2-4 кгс/см 2 . Давление ацетилена может быть значительно ниже - от 0,01 до 0,1 кгс/см 2 (от 100 до 1000 мм вод. ст.).

Инжекторные горелки могут работать и при среднем давлении (от 0,1 до 1,5 кгс/см 2) ацетилена. Более высокое давление облегчает работу инжектора и регулирование пламени, однако при слишком высоком давлении приходится сильно прикрывать вентиль горючего газа на горелке, что увеличивает возможность хлопков и обратных ударов пламени. Поэтому при работе от баллона давление ацетилена перед горелкой должно поддерживаться в пределах 0,2-0,5 кгс/см 2 .

Диаметр канала инжектора определяют по формуле

где d u — диаметр канала инжектора, мм; V K — расход кислорода, м 3 /ч; р— давление кислорода, кгс/см 2 .

Пример. Расход кислорода V к = 4 м 3 /ч, давление р=3 кгс/см 2 . Подставляя эти значения в формулу, определяем диаметр канала инжектора

Зная диаметр канала инжектора (d и), определяют диаметр входного канала смесительной камеры (d c м) и выходного канала мундштука (d M) из соотношения

Для нормальной величины подсоса (т. е. разрежения в ацетиленовых каналах) в горелке имеет значение расстояние а между концом сопла инжектора и входом в смесительную камеру (см. рис. 80, а). При увеличении этого расстояния до некоторого предела подсос возрастает, а при уменьшении — падает.

Устойчивое горение пламени при нормальном составе смеси для ацетилено-кислородных горелок и мундштуков обеспечивается при скорости истечения смеси из сопла мундштука в пределах от 50 до 170 м/сек (для мундштуков с диаметром выходного канала d M от 0,6 до 3,5 мм) при этом избыточное давление смеси в трубке перед мундштуком должно быть в пределах 0,03—0,27 кгс/см 2 . При скорости истечения 20—40 м/сек возникают хлопки и обратные удары пламени, а при скорости 140—240 м/сек возможен отрыв пламени от мундштука горелки.

Для лучшего отвода тепла мундштуки изготовляют из теплостойких, высокотеплопроводных материалов - меди М3 или хромистой бронзы Брх0,5 (ЦМТУ3299-53), к которой в меньшей степени прилипают брызги расплавленного металла. Мундштуки горелок малой мощности и имеющие водяное охлаждение изготовляют из латуни ЛC59-1. Для устойчивого горения и правильной формы пламени требуется тщательная обработка поверхности выходного канала мундштука; недопустимы заусенцы, вмятины и другие повреждения, могущие вызвать отрыв, хлопок или обратный удар пламени. Снаружи мундштуки полируют для предупреждения налипания брызг металла.

В соответствии с ГОСТ 1077-69 и 5191-69 инжекторные ацетилено-кислородные сварочные горелки и резаки должны обеспечивать запас ацетилена не менее: горелки - 15%, резаки - 10% от максимального расхода газа.

На рис. 81 показаны инжекторные горелки средней мощности ГС-3 и малой мощности ГС-2. Горелки снабжаются сменным набором наконечников различных номеров, отличающихся расходом газа и предназначенных для сварки металла различной толщины. Номер наконечника подбирается в соответствии с толщиной свариваемого металла (стали) или требуемым удельным расходом ацетилена в дм 3 /ч на 1 мм толщины по данным табл. 9.

Промышленностью выпускались также горелки ГС-53 и «Москва» с характеристикой, аналогичной горелке ГС-3, и горелка «Малютка», соответствующая горелке ГС-2.

Для сварки и наплавки черных и цветных металлов большой толщины, заварки дефектов в крупногабаритных чугунных деталях, нагрева при правке, гибке и выдавливании металла и других подобных работах применяют горелки большой мощности ГС-4.

Они имеют два наконечника: № 8 для металла толщиной 30- 50 мм, на расход ацетилена 2,8-4,5 и кислорода 3,1-5 м 3 1ч, № 9 для толщин 50-100 мм, на расход ацетилена 4,5-7, кислорода 5-8 м 3 /ч. В этих наконечниках инжектор и смесительная камера установлены непосредственно перед мундштуком, а горючий газ подается в инжектор по трубке, расположенной внутри трубки для подачи кислорода. Этим предупреждается нагревание горючего газа и смеси отраженным теплом пламени, что уменьшает возможность обратных ударов и хлопков при работе в тяжелых условиях нагрева. Для работы на пропан-бутане горелка ГС-4 имеет два наконечника с сетчатыми мундштуками на расходы: № 8 - пропан-бутана 1,7-2,7, кислорода 6-9,5 л* 3 /ч; № 9 - пропан-бутана 2,7-4,2, кислорода 9,5-14,7 м 3 /ч.

К рукоятке (стволу) универсальных горелок ГС-3 можно присоединять также наконечники специального типа: многопламенные, для подогрева, паяния и др.

При сварке крупных деталей (например, заварке чугуна с подогревом и др.) применяются специальные теплоустойчивые наконечники НАТ-5-6 и НАТ-5-7, снабженные теплоизоляционной прослойкой из асбеста и экранирующим кожухом из жаростойкой стали Х25Т, отличающейся повышенной теплоустойчивостью и сопротивляемостью окислению при высоких температурах. Такие наконечники могут длительное время выдерживать сильный нагрев, не давая при этом хлопков и обратных ударов пламени. Для этих же работ на Бежицком сталелитейном заводе используются обычные наконечники, но снабженные дополнительной трубкой для подвода к ним охлаждающего воздуха. Такой наконечник № 6 требует для своего охлаждения 90 м 3 /ч воздуха при давлении 5 кгс/см 2 и может работать непрерывно в течение 15-20 мин.

Горелки ГС-2 применяют для сварки металла малых толщин от 0,3 до 4 мм. Эти горелки имеют вес 360-400 г и комплект наконечников № 0; 1; 2 и 3. Для них используют шланги с внутренним диаметром 6 мм.

Техническая характеристика наконечников № 1, 2 и 3 горелок ГС-2 такая же, как у соответствующих номеров наконечников нормальной горелки (см. табл. 9). Наконечник № 0 применяют для сварки металла толщиной от 0,3 до 0,6 мм, он рассчитан на расход ацетилена от 25 до 60 дм 3 /ч, кислорода от 28 до 70 дм 3 /ч, давление кислорода от 0,8 до 4 кгс/см 2 . Диаметры каналов наконечника следующие: инжектора - 0,18 мм, смесительной камеры - 0,6 мм, мундштука - 0,6 мм.

Для сварки, пайки и нагрева металлов очень малой толщины (0,1-0,6 мм) применяют горелки микромощности ГС-1 с наконечниками № 00 и 0. Наконечник № 00, предназначенный для толщин 0,1-0,25 мм, рассчитан на расход ацетилена 10-25 дм 3 /ч, кислорода 13-34 дм 3 /ч. Характеристика наконечника № 0 дана выше.

Безынжекторные горелки. В инжекторных горелках при сильном нагревании мундштука инжектирующее действие струи кислорода, вытекающей из сопла инжектора, ухудшается. В этом случае в инжекторной горелке состав горючей смеси изменяется и в ней появляется избыток кислорода, из-за чего приходится прерывать сварку и охлаждать мундштук.

Более постоянный состав горючей смеси дают безынжекторные горелки, в которые оба газа - кислород и ацетилен - поступают под одинаковым давлением - 0,5 - 1,0 кгс/см 2 . Горелки большой мощности и многопламенные, работающие в тяжелых условиях и при высокой температуре, обычно делаются безынжекторными и снабжаются устройствами для водяного охлаждения мундштука.

Схема безынжекторной горелки изображена на рис. 82, а. Кислород и ацетилен поступают в горелку под равными давлениями, а количество газов регулируют вентилями горелки.

ВНИИАвтогенмаш разработана газосварочная аппаратура, состоящая из постового беспружинного регулятора ДКР, автоматически обеспечивающего равенство рабочих давлений кислорода и ацетилена в безынжекторной горелке ГАР (равного давления). Горелка ГАР укомплектована семью наконечниками, рассчитанными на расход ацетилена от 50 до 2800 дм 3 /ч. Каждый наконечник имеет смесительную камеру с двумя калиброванными отверстиями: боковыми для ацетилена и центральным для кислорода. Кислород и ацетилен поступают в горелку из регулятора под одинаковыми давлениями (рис. 82,6). Регулирующим газом является ацетилен; при изменении давления ацетилена регулятор соответственно изменяет давление кислорода так, что оно всегда остается равным давлению ацетилена, поступающего в горелку. Поэтому состав горючей смеси в горелке остается постоянным.

Для повышения скорости сгорания и температуры пламени в пропан-бутан-кислородных горелках с односопловыми наконечниками применяется дополнительный подогрев и перемешивание газов до выхода их из мундштука. С этой целью в горелках ГЗУ-2-62 и ГЗМ-2-62М, разработанных ВНИИАвтогенмаш, имеются специальный подогреватель и подогревающая камера, располагаемые между трубкой горючей смеси и мундштуком наконечника (рис. 83, а).

Поступающая в мундштук 1 по трубке 5 смесь пропан-бутан-кислород проходит подогреватель 3 и направляется в камеру 2. Часть (5—10%) потока смеси поступает в каналы сопел 4 и образует факелы 6, нагревающие камеру 2. В камере 2 смесь подогревается до 300—360° С и, сгорая на выходе из мундштука 1, образует острое, резко очерченное ядро и факел пламени. Температура пламени в этом случае повышается примерно на 300—330° С. Подогревающие камеры изготовляют из нержавеющей стали IX18H9, так как латунные быстро выходят из строя вследствие выгорания цинка.

Горелками с подогревателями можно выполнять сварку стали толщиной до 5 мм пропан-бутан-кислородным пламенем при всех положениях шва в пространстве, а также сваривать чугун. Вместо пропан-бутана могут использоваться и другие газы-заменители: метан, природный и городской газы. Горелка ГЗУ-2-62 имеет четыре односопловых наконечника (№ 1, 2, 3 и 4) для сварки и три (№ 5, 6 и 7) сетчатых для подогрева. Сетчатые наконечники не имеют подогревателей и подогревающих камер. Горелка ГЗМ-2-62М снабжена только четырьмя односрпловыми наконечниками: № 0, 1, 2 и 3.

Расход газов для наконечников различных номеров составляет (в дм 3 /ч):

Для сварки и наплавки пропан-бутан-кислородным пламенем на Копейском машиностроительном заводе им. С. М. Кирова успешно применяют мундштуки, конструкция которых показана на рис. 83, б. Размеры мундштуков (мм) следующие:

Камерно-вихревые горелки. Для ряда процессов (нагрева, пайки, сварки пластмасс и др.) не требуется высокая температура, даваемая ацетилено-кислородным пламенем. Для этих процессов могут применяться камерно-вихревые горелки, работающие на пропано-воздушной смеси, разработанные и исследованные Ю. И. Некрасовым во ВНИИАвгогенмаше. Эти горелки имеют вместо мундштука камеру сгорания, в которую раздельно подаются пропан и воздух под давлением от 0,5 до 2 кгс/см 2 . Пропан подается в камеру через центральный канал сопла, а воздух, являющийся также вихреобразующим газом, поступает по многозаходным ленточным винтовым каналам, обеспечивающим «закрутку» газовой смеси в камере сгорания. Смесь пропана и воздуха сгорает в камере и выходит через ее концевое сопло с большой скоростью, образуя пламя необходимой температуры. Длина рабочей части пламени в зависимости от расхода газов равна от 5 до 25 мм. Регулируя коэффициент избытка воздуха в смеси от 1 до 4 можно получить пламя с температурой (соответственно) от 1700 до 350° С. Камера сгорания изготовляется из теплостойкой стали.

Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2011.05.31

Сварочная горелка является основным инструментом газосварщика при сварке и наплавке. Сварочной горелкой называется устройство, служащее для смешивания горючего газа и глаза или паров горючей жидкости с кислородом и получения сварочного пламени. Каждая горелка имеет устройство, позволяющее регулировать мощность, состав и форму сварочного пламени. Сварочные горелки согласно ГОСТ 1077-79 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 жидких горючих и водородные;

По назначению – на универсальные (сварка, резка, пайка, наплавка) и специализированные (выполнение одной операции);

По числу пламени – однопламенные и многопламенные;

По мощности пламени – горелки микромощности (расход ацетилена 5 -60 л\ч), малой мощности (25 -700 л\ч), средней мощности (50 -2500 л\ч), большой мощности (2500 -7000 л\ч);

По способу применения – ручные и машинные.

Сварочные горелки должны быть просты и удобны в эксплуатации, обеспечивать безопасность в работе и устойчивое горение сварочного пламени.

Инжекторная горелка – это такая горелка, в которой подача горючего газа в смесительную камеру осуществляется за счет подсоса его струей кислорода, вытекающего с большой скоростью из отверстия сопла. Этот процесс подсоса газа более низкого давления струей кислорода, подводимого с более высоким давлением, называется инжекцией, а горелка данного типа – инжекторными.

Для нормальной работы инжекторных горелок необходимо, чтобы давление кислорода было 0,15 -0,5 МПа, а давление ацетилена значительно ниже – 0,001-0,12 МПа. Схема инжекторной горелки представлена на рис.1,а. кислород из баллона под рабочим давлением через ниппель, трубку и вентиль 5 поступает в сопло инжектора 4. Выходя из сопла инжектора с большой скоростью, кислород создает разрежение в ацетиленовом канале, в результате этого ацетилен, проходя через ниппель, трубку и вентиль 7, подсасывается в смесительную камеру 3. В этой камере кислород, смешиваясь с горючим газом, образует горючую смесь. Горючая смесь, выходя через мундштук 1, поджигается и, сгорая, образует сварочное пламя. Подача газов в горелку регулируется кислородным вентилем 5 и ацетиленовым 7, расположенными на корпусе горелки. Сменные наконечники 2 подсоединяются к корпусу горелки накидной гайкой.

Инжекторное устройство рис.1,б состоит из инжектора 1 и смесительной камеры 2. Для нормальной нижекции большое значение имеют правельный выбор зазора между коническим торцом инжектора 1 и конусом смесительной камеры 2 и размеров ацетиленового 3 и кислородного 4 каналов. Нарушение работы устройства приводит к возникновению обратных ударов пламени, снижению запаса ацетилена в горючей смеси и др.

Устойчивое горение пламени обеспечивается при скорости истечения горючей смеси от 50 до 170 м\с.

Нагрев наконечника горелки уменьшает инжекцию кислорода и снижает разрежение в камере инжектора, что уменьшает поступление ацетилена в горелку. Так как поступление ацетилена в горелку при этом остается постоянным, то уменьшается содержание и ацетилена в газовой смеси и, следовательно, усиливается окислительное действие сварочного пламени. Для восстановления нормального состава сварочного пламени сварщик по мере нагревания наконечника горелки должен увеличивать поступление ацетилена в горелку, открывая ацетиленовый вентиль горелки.

При засорении мундштука горелки увеличивается давление горючей смеси в смесительной камере, горючая смесь обогащается кислородом, что ведет к усилению окислительного действия сварочного пламени.

Диаметр канала инжектора можно определить следующим расчетом:

Р – давление кислорода, МПа.

Недостатком инжекторной горелки является непостоянство состава горючей смеси, преимущество ее в том, что она работает на горючем газе как среднего, так и низкого давления.

Сварочная универсальная однопламенная горелка ГС -3 (рис.2) относится к инжекторному типу. Она предназначена для ручной ацетилено – кислородной сварки, пайки, наплавке, подогрева и других видов газопламенной обработке металлов. Горелкой можно сваривать металл толщиной от 0,5 до 30 мм. Она имеет семь сменных наконечников от № 1 до 7, присоединяемых к стволу горелки накидной гайкой. Горелка работает как все инжекторные горелки, описанные выше; техническая характеристика приведена в табл. 1

К горелке присоединяют кислородный (III класс) рукав ниппелем и гайкой к штуцеру, имеющему правую резьбу, и ацетиленовый (I класс) рукав внутренним диаметром 9 мм к штуцеру, имеющему левую резьбу. На штуцере с ацетиленовой резьбой имеются соответствующие метки.

Перед присоединением ацетиленового рукава необходимо проверить наличие разрежения (подсоса) в ацетиленовом канале горелки. Нормальное пламя устанавливают при неполном открывании вентиля горелки, оно имеет ядро ярко очерченной правильной формы, В случае неправильной формы ядра необходимо прочистить и продуть выходной канал мундштука.

По мере нагревания мундштука горелки периодически необходимо регулировать пламя, не прекращая работы. Также можно снимать мелкой наждачной шкуркой или мелким напильником.

В настоящее время для сварки металла малых толщин применяют однопламенную горелку ГС-2 малой мощности, относящуюся к инжекторному типу. Конструкция горелки ГС-2 аналогична горелки ГС-3, отличаются эти горелки только габаритными размерами и размерами присоединительных штуцеров. Горелки ГС-2 выпускают в комплекте с четырьмя наконечниками № 0, 1, 2, 3. Они снабжены игольчатыми ацетиленовыми и кислородными вентилями, которые обеспечивают точную регулировку газов. Для подсоединения горелок используют рукава с внутренним диаметром 6,3 мм. Техническая характеристика горелки ГС-2 приведена в №2.

Горелка ГС-4 отличается от других инжекторных горелок тем, что узел инжекции и смесительная камера расположены непосредственно около мундштука. Наконечник горелки состоит из двух концентрично расположенных трубок, которые вставляются одна в другую. Горючий газ подается по внутренней трубке, кислород- между наружной и внутренней, что исключает нагревание горючего газа теплом пламени горелки и уменьшает возможность образования обратных ударов и хлопков.

Горелка ГС -4 работает устойчивее по сравнению с другими инжекторными горелками. Недостатком горелки является ее малая длина и нечеткое очертание ядра пламени. Горелками комплектуют двумя сменными наконечниками № 8 и 9. Техническая характеристика горелки ГС -4 приведена в табл.3. она предназначена для сварки больших толщин и массивных изделий.

Горелки Г2 – 02 малой мощности и Г3 – 02 средней мощности предназначены для ручной сварки и пайки черных и цветных металлов. Каждая горелка (рис. 3) состоит из корпуса 12, ацетиленового и кислородного вентилей 13, 14. Кислород подается через ниппель 8 и трубку 6. Ниппель 8 накидной гайкой 7 крепится к корпусу горелки. Ацетилен подается через ниппель 9, штуцер 10 и трубку 11. К корпусу горелки накидной гайкой прикрепляется наконечник 15, состоящий из смесительной камеры 4 с инжектором 5, трубки 3, ниппеля 2 и мундштука 1.

Кислород подается через ниппель 8, вентиль 13 и далее через инжектор в смесительную камеру. При прохождении кислорода через узкий канал инжектор создает разрежение, что способствует засасыванию в смесительную камеру ацетилена, поступающего через ниппель 9 и штуцер 10. В трубке наконечника ацетилен смешивается с кислородом. Образовавшаяся горючая смесь поступает в выходной канал мундштука. Принцип действия горелок идентичен, они отличаются только габаритными размерами комплектующих деталей.

Горелки Г2 – 02 комплектуют четырьмя номерами наконечников (№ 1,2,3 и 4), нулевой наконечник (№ 0) поставляется по особому заказу. Горелки Г3 – 02 комплектуют тремя наконечниками № 3,4, и 6, наконечники № 1,2,5,7 поставляются по особому заказу. Масса горелки Г2 – 02 колеблется в пределах 0,45 – 0,485 кг, Г3 – 02-0,71-0,97 кг в зависимости от номера присоединяемого наконечника. Горелка Г2-02 предназначена для сварки низкоуглеродной стали толщиной от 0,2 до 7 мм. Давление кислорода от0,15 до 0,3 МПа, давление ацетилена не ниже 1 кПа.

Горелку ГЗМ-3 используют для ручной газовой сварки, наплавки, пайки и нагрева деталей из черных и цветных металлов и сплавов (кроме меди). Горелка – инжекторного типа, состоит из трех сменных наконечников, ствола горелки ГС-2 с регулировочным вентилем для кислорода и горючего газа и штуцеров с ниппелем для присоединения резинотканевых рукавов с диаметром 6 мм. Горелка работает на пропан- бутане или на других газах- заменителях ацетилена. Толщина свариваемых деталей из низкоуглеродистой стали от 0,5 до 4 мм. Давление кислорода 0,1 -0,4 МПа, пропан - бутан – не менее 0,03 МПа. Масса горелки 0,577- 0,644 кг в зависимости от номера наконечника.

Горелки Г2-04 и Г2-03. Горелки предназначены для ацетилено- кислородной сварки, пайки, и подогрева черных и цветных металлов. Горелка состоит (рис.4) из корпуса 2, вентиля 1 кислорода, вентиля 7 ацетилена, трубки со штуцером 3 для подачи кислорода, трубки со штуцером 6 для подачи ацетилена, ниппелей 4 и 5 с накидными гайками. К корпусу горелки с помощью накидной гайки прикреплен наконечник, состоящий из смесительной камеры 9 с инжектором 8, трубки 10, ниппелем 11 и мундштука 12. Кислород через ниппель 4 подается к вентилю 1 и далее через ниппель 4 подается к вентилю 1 и далее через инжектор в смесительную камеру. При прохождении кислорода через узкий канал инжектора в смесительной камере перед ее узким цилиндрическим каналом создается разрежение, которое способствует засасыванию в смесительную камеру ацетилена, поступающего через ниппель 5 и штуцер 6. В трубке наконечника происходит смешивание ацетилена с кислородом. Образовавшаяся горючая смесь поступает в выходной канал мундштука, на выходе из которого она загорается.

Горелка Г2-04 комплектуется пятью сменными наконечниками, а горелка Г3-03 – семью сменными наконечниками. Горелкой Г2-04 можно сваривать низкоуглеродистую сталь толщиной от 0,2 до 7 мм, а горелкой Г3-03 – от 0,5 до 30 мм.

Масса горелки Г2-04 колеблется от 0,445 до 0,49 кг, Г3-03 – от 0,695 до 0,955 кг в зависимости от номера присоединяемого наконечника.

Горелка ГНЛ6-73 (рис.5) предназначена для наплавки порошковых гранулированных самофлюсующихся сплавов различного назначения типа СГНН, ПГХН80СР и НГЧ с целью восстановления изношенных и упрочнения новых деталей машин. Горелка состоит из ствола 1 с регулировочными вентилями и присоединительными штуцерами с ниппелями, наконечника 2 с накидной гайкой, бункера 5 для порошка с устройством 4 дозированной подачи и подающей трубки 3, а также узла крепления бункера на стволе горелки. Процесс наплавки осуществляется в две стадии: напыление порошка на подогреваемую поверхность и оплавление сформировавшегося покрытия.

Принцип работы горелки основан на использовании силы тяжести и текучести порошка, находящегося в наклонном бункере, под действием которых частицы порошка через дозирующую щель и подающую трубку направляются в подковообразное пламя на срезе сопл мундштука. Двигаясь в потоке сгорающих газов пламени, частицы порошка нагреваются и при контакте с подогретой поверхностью детали образуют ровный слой требуемой толщины.

Горелка укомплектована двумя укороченными наконечниками для наплавления и оплавления, а также одним наконечником обычных размеров для оплавления. Мундштуки наконечников имеют сетчатое расположение сопл.

Горелка ГВП-5 (рис.6) предназначена для пайки небольших деталей из черных и цветных металлов, это горелка инжекторного типа с принудительной подачей газа и сжатого воздуха.

Горелка состоит из стола 3, серийной сварочной горелки типа Г -2 и трех сменных наконечников 1. Наконечники имеют смесительную камеру 2 с инжектором, соединительную трубку и стабилизатор с рассеивателем. Наконечники №1 и 2 конструктивно идентичны и различаются лишь размерами проходных сечений смесительных камер, инжекторов и стабилизаторов при горении пламени эти наконечники обеспечивают получение удлиненного, корпусной формы ядра и факела пламени, требуемого для пайки ювелирных изделий, сварки легкоплавких сплавов и других целей. Наконечник №3выполнен с дополнительным инжектированием воздуха из атмосферы, обусловливающим уменьшение потребления первичного воздуха и образование широкого фронта пламени. Этот наконечник рекомендуется при отжиге старой краски, сушке земляных форм в литейном производстве, при низкотемпературном нагреве деталей (250-

Материал основных деталей горелки – латунь ЛС -59-1. Давление горючего газа не ниже 0,001 МПа. Масса горелки 0,74 -0,69 кг.

Сварочные горелки работают на ацетилене и газах-заменителях ацетилена, которые образуют взрывоопасные смеси с кислородом и воздухом, поэтому при обращении со сварочными горелками необходимо предварительно ознакомиться с инструкцией по ее эксплуатации.

Не допускается неисправных горелок, так как это может привести к взрывам и пожарам, а также ожогам газосварщика.

Исправная горелка дает нормальное и устойчивое сварочное пламя. Если горение неровное, пламя гаснет или отрывается от мундштука и происходят обратные удары, необходимо отрегулировать и проверить все узлы горелки.

Для проверки инжектора горелки к кислородному ниппелю подсоединяют рукав от кислородного редуктора, а к корпусу горелки – наконечник. Накидную гайку наконечника затягивают ключом, открывают ацетиленовый вентиль и кислородным редуктором устанавливают необходимое давление кислорода соответственно номеру наконечника. Пускают кислород в горелку, открывая кислородный вентиль. Кислород, проходя через инжектор, создает разрежение в ацетиленовых каналах и ацетиленовом ниппеле, которое можно обнаружить, приставляя палец руки к ацетиленовому ниппелю. При наличии разрежения палец будит присасывать к ниппелю. При отсутствии разрежения необходимо закрыть кислородный вентиль, отвернуть наконечник, вывернуть инжектор и проверить, не засорено ли его отверстие. При засорении необходимо его прочистить, при этом надо проверить так же отверстие смесительной камеры и мундштука. Убедившись в их исправности, повторяют испытания на подсос (разрежение).

Величина подсоса зависит от зазора между концом инжектора и входом в смесительную камеру. Если зазор мал, то разрежение в ацетиленовых каналах будет недостаточным, в этом случае следует несколько вывернуть инжектор из смесительной камеры.

Если горелка исправна, перекрывают вентиля горелки и подсоединяют ацетиленовый рукав, закрепляя его на ниппеле специальным хомутиком. Устанавливают необходимое рабочее давление на кислородном и ацетиленовом редукторах. Вначале немного открывают кислородный вентиль горелки, создавая тем самым разрежение в ацетиленовых каналах. Затем открывают ацетиленовый вентиль и зажигают горючую смесь.

Пламя регулируют ацетиленовым вентилем при полностью открытом кислороде. Если при зажигании пламени возникает хлопок, необходимо проверить, хорошо ли затянута накидная гайка наконечника, достаточно ли давление кислорода и нет ли препятствий для прохождения ацетилена в горелку. При хлопках необходимо сначала перекрыть ацетиленовый, а потом кислородный вентили. Хлопки могут наблюдаться и у исправных горелок после и продолжительной работы при сильном нагреве мундштука горелки. В этом случае горелку необходимо погасить и охладить ее водой. Следует помнить, что отверстие мундштука разрабатывается при частой прочистке его иглой (особенно стальной), а так же при обгорании его в процессе сварки. При чрезмерной разработке мундштук следует заменить.