Gasno zavarivanje

Gasnim postupkom zavarivanja stvara se nerazdvojiva veza primenom toplote ostvarene sagorevanjem gorivog gasa, pri čemu se rastapa samo osnovni, ili osnovni i dodatni materijal.

Gasno zavarivanje automobilske karoserije

Razvijena energije sagorevanja koristi se za topljenje samo osnovnog, ili istovremeno osnovnog i dodatnog materijala. Kao rezultat dobija se nerazdvojiva veza. Gorivi gas sagoreva u struji čistog kiseonika (tehnički čist kiseonik), ili kao komponenta mešavine sa čistim kiseonikom ili vazduhom iz atmosfere.

Najčešće se kiseonik i gorivi gas nezavisno dovode do radnog uređaja (gorionik), i u njemu mešaju u željenoj razmeri. Po napuštanju gorionika mešavina se pali i formira plamen potrebnih karakteristika neophodnih za realizaciju zavarivanja. Ukoliko se obezbedi dovoljna količina kiseonika radi potpunog sagorevanja gorivog gasa, onda taj gorivi gas, da bi mogao da se koristi za zavarivanje, treba da ispuni sledeće osnovne uslove:

• temperatura plamena treba da bude znatno viša od temperature topljenja osnovnog i dodatnog materijala,
• obezbeđuje dovoljnu količinu razvijene toplote za topljenje osnovnog i dodatnog materijala, kao i da bude dovoljna da nadoknadi ostvarene gubitke toplote.

Kao gorivi gasovi za tehnologiju zavarivanja i gasnog sečenja koriste se: propan С₃Н₈, butan С₄Н₁₀, metan СН₄, propilen С₃Н₆, metilacetilen-propadijen С₂Н₄, (trgovački naziv MAPP), vodonik Н₂, itd.

Sagorevanje acetilena

Obrazovana smeša acetilena i kiseonika pali se na izlazu iz mlaznice gorionika.

Zone plamena

Na osnovu sagorevanja mešavine, za potpuno sagorevanje acetilena troši se 40% kiseonika iz boce, radi zadovoljenje primarnog sagorevanja, a 60% iz vazduha u fazi sekundarnog sagorevanja. Ukoliko se u difuzoru gorionika (injektoru), formira mešavina drugačija od normalne, neposredno se utiče na toplotnu moć formiranog plamena pri njenom sagorevanju, odnosno menja se struktura plamena (zone) ali i vrsta, odnosno tip plamena. Jezgro plamena, najsvetliji deo, blještavo je bele boje i ima oblik konusa u kome se odvija primarno sagorevanje. Dužina jezgra, pri dobro podešenoj neutralnoj smeši, iznosi oko 3 do 5 mm. Na kraju jezgra, odnosno pri njegovom vrhu, temperatura premašuje 3000°C.

Tipovi plamena

U zavisnosti od odnosa kiseonika i acetilena u smeši, razlikuju se tri osnovna tipa plamena:

• Oksidišući plamen određen je viškom kiseonika u mešavini sa acetilenom. Retko se koristi.
• Neutralni plamen dobija se pri teorijskoj razmeri 1:1, a praktično kiseonika ima za 10 do 20% više od acetilena. Primenjuje se za zavarivanje i najbolje štiti rastopljeni metal od štetnog uticaja kiseonika i azota iz okolnog vazduha. Omogućuje dobijanje najkvalitetnijeg šava.
• Redukujući plamen dobija se sagorevanjem mešavine u kojoj je sadržana manja količina kiseonika u odnosu na onu kojom se obezbeđuje dobijanje normalnog plamena.

Paljenje i podešavanje plamena

Pri prvom korišćenju novih boca acetilena i kiseonika (boce su pune i priključeni su svi elementi instalacije), najpre se proverava njihova i ispravnost razvodne mreže kao i svih elemenata instalacije. Tek pošto se utvrdi ispravnost, otvaraju se ispusni ventili na bocama oba gasa i podešavaju se redukcioni ventili pritiska. Gasovi tada popunjavaju instalaciju razvodne mreže do gorionika za zavarivanje. Zatvoreni ventili na gorioniku sprečavaju slobodno isticanje gasova u atmosferu (ventili na gorioniku zatvaraju se po završetku svake operacije zavarivanja). Tada se obavezno pristupa proveri nepropusnosti mreže i svih priključaka. Ukoliko je pouzdano utvrđeno da nema propuštanja gasova, može da se nastavi sa radom.

Otvaranjem ventila za kiseonik na gorioniku, propušta se njegova mala količina. Potom se laganim otvaranjem ventila za gorivi gas propušta acetilen i pali formirana mešavina gorivog gasa i kiseonika. Važno je da se uvek najpre pušta kiseonik kako ne bi došlo do slučajnog zapaljenja gorivog gasa i raznih, uglavnom, štetnih posledica (kiseonik ne gori već omogućuje i pomaže sagorevanje).

Paljenje mešavine izvodi se specijalnim elektronskim ili mehaničkim upaljačem, na namenskom plamenu acetilena na ekonomizatoru ili fitiljem. Plamen se ne pali šibicom. Upotrebom šibice povećava se opasnost nastajanja opekotina ili prenošenja plamena na odeću zapaljive materije u okolini. U momentu paljenja šibicom plamen je neizvesnog pravca i oblika prostiranja, odnosno izražena je njegova nestabilnost. S druge strane, ruka zavarivača je vrlo blizu plamena u nastajanju i, ukoliko je nezaštićena, odnosno ako radnik ne koristi rukavice, snažan toplotni uticaj proizvodi prirodnu reakciju na principu uslovnog refleksa. Plamenom može da zahvati sopstvenu odeću, zapaljivi materijal u okolini, ali svakako može da proizvede materijalnu štetu i povređivanje. Podešavanju plamena pristupa se neposredno nakon njegovog zapaljenja. Koji će tip plamena da se koristiti zavisi od vrste zavarivanog materijala ali se, najčešće, najpre podešava normalni plamen.

Kada se koristi acetilen niskog pritiska, plamen se podešava tako što se, pri potpuno otvorenom ventilu za acetilen, fina regulacija izvodi ventilom za kiseonik sve do dobijanja željenog tipa plamena, odnosno kiseonikom, kako se uobičajeno kaže. Prekidanje zavarivanja uvek se izvodi tako da se prvo zatvori ventil za acetilen pa odmah ili sa malim zakašnjenjem, zatvara se ventil za kiseonik. Produženim proticanjem kiseonika „ispira“ se gorionik.

Oprema za gasni postupak zavarivanja

Boce za kiseonik

Boca je zapremine 40 litara i može da prihvati oko 6 Nm³ kiseonika. Pritisak gasa u boci je 150 bar (stara) i 200 bar - nova boca. Boce za kiseonik nemaju ispunu - poroznu masu. Obojene su belom bojom. Boca se nikada ne prazni do kraja, već se uvek ostavi odrećena količina kiseonika kako bi se izbegao prodor vazduha i vlage u bocu (minimalno 0,5 bar. Boce se održavaju tako da uvek budu čiste (ne sme da bude nečistoća i masti oko ispusnog i redukcionog ventila pritiska), a otvaranje i zatvaranje ventila izvodi se lagano i pažljivo najviše do pola okreta ručice ili točkića ventila. Kapom se štiti ispusni ventil boce i ona uvek mora da bude postavljena bez razlike da li se boca transportuje ili je van upotrebe. Uklanja se tokom pripreme boce za korišćenje. Tada se, pored kape, odvija i zaštitna navrtka, kojom se od mehaničkih oštećenja štiti navoj priključka za redukcioni ventil. Uklanjanjem zaštitne navrtke oslobađa se izlazni priključak ispusnog ventila i omogućuje priključenje redukcionog ventila pritiska, i to se čini isključivo neposredno pred postavljanje redukcionog ventila. Ispusni ventil je sa vratom boce spojen konusnim navojem i on se nikada ne demontira sa boce od strane korisnika (isključivo pravo demontiranja imaju ovlašćeni serviseri). Redukcioni ventil pritiska priključuje se na ispusni ventil boce za kiseonik navojnom vezom, desnog smera. Na ispusni ventil boce za kiseonik nikada se ne montira redukcioni ventil pritiska pomoću uzengije ili leve zavojnice.

Boca za acetilen

Zapremina boce je 40 litara. Maksimalni pritisak acetilena je 15 bar na 15°C. Obojene su kestenjastom bojom (oksid crvena). Brzina isticanja acetilena, odnosno protok pri pražnjenu boce, manji je od 1 m³ na čas kako ne bi došlo do isparavanja acetona iz boce i zamrzavanja redukcionog ventila. Boca ne sme potpuno da se isprazni, već se u njoj ostavlja određena količina acetilena koja odgovara pritisku na manometru od 1 do 1,5 bar, zavisno od spoljne temperature. Telo ispusnog ventila za acetilen, sa narezanim levim i konusnim navojem, ima zadatak da ostvari nepropusnu vezu sa bocom za acetilen. Acetilen može da protiče kroz telo ventila ka potrošaču u smeru strelice. Redukcioni ventil pritiska na izlazni priključak ispusnog ventila montira se pomoću zavojnice, takođe levog smera. Primenom leve zavojnice, a posebno uzengije, onemogućuje se nenamerna montaža redukcionog ventila za kiseonik na bocu za acetilen. U suprotnom bi mogao nastati požar ili, čak, eksplozija.

Regulatori pritiska

Regulator iritiska je uređaj kojim se redukuje/snižava pritisak sa više na nižu konstantnu vrednost (radni pritisak). Gas u boci uvek je višeg pritiska od onoga koji je neophodan na radnom mestu, bez razlike o kom tehničkom gasu je reč. Pod radnim pritiskom razume se upravo pritisak tehničkog gasa pod kojim se on koristi na radnom mestu. Radni pritisak gasa je nepromenljiv tokom izvođenja tehnologije zavarivanja uprkos tome što opada pritisak gasa u boci zbog njenog pražnjenja.

Radni pritisak

• za acetilen: 0,3. do 1,2 bara,
• za kiseonik: 1,0. do 8,0 bara i
• za propan-butan: 0,4 do 0,8 bara.

Manometar

Manometri su merni elementi kojima se utvrđuje razlika pritiska između spoljnog (atmosferskog) i unutrašnjeg pritiska u sudu u kome se meri pritisak (radni pritisak).

Creva za razvod tehničkih gasova

Izrađuju se od kvalitene specijalne gume i armiraju se platnom. Crevo za razvod gasova koristi se za sprovođenje gasa od redukcionog ventila pritiska do gorionika, odnosno od izvora gasa bez razlike da li je u pitanju boca ili centralni razvod. Izrađuje se od prirodne gume sa tekstilnom armaturom, i obojeno je odgovarajućom bojom kako ne bi došlo do zamene:

• za acetilen, crvene boje, za radni pritisak od 1,2 bara,
• za kiseonik plave boje, za radni pritisak od 1 do 8 bara i
• za propan-butan, narandžaste boje, radni pritisak do 1,2 bara.

Gumena creva za zavarivanje ne nastavljaju se. Izrađuju se u dužinama 3 do 40 m (i do 150 m). U postupku kontrole propusnosti ne sme se koristi plamen. Ukoliko creva iz razloga primene moraju da se previjaju i savijaju, onda to treba da se čini sa što većim poluprečnikom krivine.

Osigurači od povratnog udara plamena

Prodiranje plamena u instalaciju gorivog gasa i njegovo širenje, najčešće započinje u uređaju za stvaranje i održavanje plamena - gorioniku. U cilju sprečavanja prodora plamena ka izvorima gasova primenjuju se osigurači od povratnog udara plamena. Oni su obavezni deo instalacije. Postavljaju se na mestima koja obezbeđuju maksimalno iskorišćenje njihove funkcije, a to su mesta najbliža izvorima gorivih gasova i mesta najbliža mogućem prodoru plamena u instalaciju.

Povratni udar plamena je pojava koju karakteriše kontinualno sagorevanje u unutrašnjosti gorionika sa tendencijom prodora/povratka u instalaciju za napajanje i opasnošću dospevanja u izvor gorivog gasa. Povratni plamen nastaje pri pregrevanju gorionika (tela, rukohvata), usled delimičnog začepljenja mlaznice ili usled smanjenog pritiska gorivog gasa. Povratni udar plamena prepoznaje se po praskanju i oštrom pištavom zvuku, kao i naglom zagrevanju gorionika. Može da bude praćen pucketanjem u gorioniku, gašenjem i ponovnim paljenjem plamena na mlaznici.

Kada se gorivi gas koristi iz čeličnih boca, osigurači od povratnog plamena postavljaju se neposredno iza redukcionog ventila pritiska (u smeru prolaska gasa). U razvodnim mrežama ovi uređaji se postavljaju na priključnim mestima, odnosno mestima od kojih se gorivi gas razvodi gumenim crevima. S obzirom na nisku cenu, danas se oni postavljaju i na priključku creva sa gorionikom.

Ekonomizator

Ekonomizator ima zadatak da omogući štednju tehničkih gasova u industrijskim uslovima primene gasnog postupka. Postavlja se između redukcionog ventila pritiska i gorionika bliže gorioniku. Njegovim delovanjem uspostavljena smeša ostaje uvek ista i prilikom sledećeg paljenja gorionika ne treba podešavati gorionik.

Gorionik za zavarivanje

Gorionik je uređaj koji omogućuje formiranje, regulisanje i sagorevanje mešavine gorivog gasa i oksidatora, kao i upravljanje plamenom prilikom realizacije zavarivanja, termičkog sečenja ili njima srodnih procesa. Priključci za gasove prilagođeni su prečnicima razvodnih creva za kiseonik i gorivi gas, tako da uz primenu stezača/obujmica omogućuju sigurnu zaptivenost spoja i njegovu čvrstinu. Ventilima za kiseonik i acetilen, reguliše se količina gasova koji ulaze u injektor, odnosno vrsta mešavine i plamena koji se kasnije obrazuju. Oni se, naravno, koriste i za zatvaranje protoka tehničkih gasova. Na kraju tela gorionika izrađen je navoj i fino obrađen otvor preko kojega se priključuje plamenik. Cev plamenika, ima različite oblike zavisno od zahteva, odnosno uslova primene. Pošto se plamenici označavaju brojčano ciframa od 0 do 8, očito je da plamenici sa manjom brojnom vrednošću imaju i niži kapacitet sagorevanja.

Provera ispravnosti instalacije

Pre početka izvođenja zavarivanja obavezno se proverava ispravnost instalacija i svih elemenata i uređaja koji je čine. Najpre se proverava raspoloživa količina kiseonika i acetilena u bocama. Ukoliko je boca skoro ispražnjena, što se očitava niskom vrednošću pritiska na manometru visokog pritiska, zavarivanje se ne započinje, već se pristupa zameni jedne ili obe boce. U protivnom, zbog nestanka jednog ili oba gasa, zavarivanje može da bude prekinuto ili, zbog nedovoljnog pritiska gasova u bocama, postaje otežano formiranje i održavanje stabilnim željenog tipa plamena.

Ispravnost osigurača od povratnog udara plamena obavezno se proverava i zavarivanje započinje tek kada se zavarivač pouzdano uveri u njegovu ispravnost ili ga zameni ispravnim. Provera nepropusnosti (zaptivenost) svih spojeva (cevi, creva, ventili, priključci, itd), kao i ispravnost regulacionih elemenata izvodi se isključivo nanošenjem sapunice ili korišćenjem specijalnih sprejova (nezapaljivi). Provera propusnosti instalacije ne sme izvoditi primenom plamena.

Literatura

• Miller, Samuel Wylie (1916). „Oxy-acetylene Welding”. The Industrial press. .
• Jeffus, Larry F. (1997). Welding: Principles and Applications (4th, illustrated izd.). Cengage Learning. ISBN 978-0-8273-8240-4. .
• White, Kent (2008). Authentic Aluminum Gas Welding — The Method Revived. 
• Althouse; Turnquist; Bowditch (1970). Modern Welding. Goodheart - Willcox. 
• The Welding Encyclopedia (ninth izd.). The Welding Engineer staff. 1938. 

Spoljašnje veze

• "Welding and Cutting with Oxyacetylene" Popular Mechanics", December. 1935. str. 948—953. 
• Using Oxy-Fuel Welding on Aircraft Aluminum Sheet Arhivirano na sajtu Wayback Machine (3. avgust 2009)
• More on oxyacetylene
• Welding history at Welding.com
• An e-book about oxy-gas cutting and welding
• Oxy-fuel torch at Everything2.com
• Torch Brazing Information