Какие основные виды сварочного пламени применяются при сварке.

Сварочное пламя образуется при сгорании горючего газа или паров горючей жидкости в кислороде. Пламя нагревает и расплавляет основной и присадочный металл в месте сварки. Наиболее широко при газовой сварке применяется кислородно-ацетиленовое пламя, так как оно имеет высокую температуру (3150 ⁰С) и обеспечивает концентрированный нагрев. Однако в связи с дефицитностью ацетилена часто используются (особенно при резке металлов) газы — заменители ацетилена: пропан-бутан, метан, природный и городской газы, водород.

От состава горючей смеси, т. е. от соотношения кислорода и горючего газа, зависят внешний вид, температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл. С изменением состава горючей смеси изменяются и основные параметры сварочного пламени.

Для получения нормального пламени отношение кислорода к горючему газу должно быть для ацетилена 1,1-1,2, природного газа – 1,5-1,6, пропана – 3,5.

                                   в       б             а  

Рис. 25. Виды сварочного пламени:

а – окислительное; б – нормальное; в –

науглероживающее

Все горючие газы, содержащие углеводороды, образуют сварочное пламя, которое имеет три ярко различимые зоны: ядро, восстановительную зону и факел (рис. 25). Водородное пламя ярко различимых зон не имеет, что затрудняет его регулировку по внешнему виду.

При зажигании газовой струи, вытекающей из сопла, пламя перемешивается по направлению движения струи газовой смеси. Скорость истечения для каждого газа подбирается такой, чтобы пламя не проникало внутрь сопла горелки и не отрывалось от него. Газ в струе должен прогреваться до температуры воспламенения (ацетилен воспламеняется при температуре 450-500 ⁰С, а газы-заменители – при 550-650 ⁰С. Поэтому ядро пламени при сгорании газов-заменителей длиннее, чем при сгорании ацетилена.

Процесс сгорания ацетилена в кислороде можно условно разделить на две стадии. Сначала под влиянием нагрева происходит распад ацетилена на элементы:

С₂Н₂ = 2С + Н₂.

Затем происходит первая стадия сгорания ацетилена за счет кислорода смеси по реакции:

2С + Н₂ + О₂ = 2С0 + Н₂.

Вторая стадия горения протекает за счет кислорода воздуха:

2С0 + Н₂ + 1,5О₂ = 2СО₂ + Н₂О.

Процесс горения горючего газа в кислороде экзотермичен, т. е. идет с выделением тепла.

В зависимости от соотношения между кислородом и ацетиленом получают три основных вида сварочного пламени: нормальное, окислительное и науглероживающее.

 

Что такое нормальное пламя?

Нормальное пламя (рис. 25, б) теоретически получают тогда, когда в горелку на один объем кислорода поступает один объем ацетилена. Практически кислорода в горелку подают несколько больше – 1,1 - 1,3 от объема ацетилена. Нормальное пламя характеризуется отсутствием свободного кислорода и углерода в его восстановительной зоне. Кислорода в горелку подается немного больше из-за небольшой его загрязненности и расхода на сгорание водорода. В нормальном пламени ярко выражены все три зоны.

Ядро имеет резко очерченную форму (близкую к форме цилиндра), плавно закругляющуюся на конце, с ярко светящейся оболочкой. Оболочка состоит из раскаленных частиц углерода, которые сгорают в наружном слое оболочки. Размеры ядра зависят от состава горючей смеси, ее расхода и скорости истечения. Диаметр канала мундштука горелки определяет диаметр ядра пламени, а скорость истечения газовой смеси – его длину.

Площадь поперечного сечения канала мундштука горелки прямо пропорциональна толщине свариваемого металла. Сварочное пламя не должно быть слишком мягким или жестким. Мягкое пламя склонно к обратным ударам и хлопкам, жесткое – свободно выдувать расплавленный металл из сварочной ванны. При увеличении давления кислорода скорость истечения горючей смеси увеличивается и ядро сварочного пламени удлиняется, при уменьшении скорости истечения ядро укорачивается. С увеличением номера мундштука размеры ядра увеличиваются. Температура ядра достигает 1000 ⁰С.

Восстановительная (средняя) зона располагается за ядром и заметно отличается от него более темным цветом. Длина ее зависит от номера мундштука и достигает 20 мм. Зона состоит из продуктов неполного сгорания ацетилена: окиси углерода и водорода. Она называется восстановительной, так как окись углерода и водорода раскисляет расплавленный металл, отнимая кислород его окислов. Если в процессе сварки расплавленный металл сварочной ванны находится в средней зоне, то сварочный шов получается без пор, газовых и шлаковых включений. Этой зоной пламени и производят сварку. Восстановительная зона имеет наиболее высокую температуру (3150 ⁰С) в точке, отстоящей на 3-6 мм от конца ядра.

Зона полного сгорания (факел) располагается за восстановительной зоной. Она состоит из углекислого газа, паров и газа, которые образуются в пламени при сгорании углерода и водорода восстановительной зоны за счет кислорода окружающего воздуха. Температура этой зоны значительно ниже, чем температура восстановительной, и колеблется от 1200 до 2500 ⁰С.