Газокислородное пламя, его строение, коэффициент регулирования.

Газовая сварка – процесс получения не разъемного соединения с плавлением кромок соединяемых металлов и присадочного материала за счет теплоты сжигаемых газов.

Метод газовой сварки прост, универсален, не требует дорогостоящего оборудования и используется в заводских (цеховых) условиях, а так же при строительно-монтажных и ремонтных работах во всех отраслях народного хозяйства.

Газовое пламя – основной источник теплоты при сварке и других процессах газопламенной обработки. Сварочное пламя образуется при сгорании смеси горючего газа или паров горючей жидкости с кислородом.

Наиболее широко используются ацетиленокислородное пламя, хотя возможно применение и других горючих: пропана-бутана, природного газа, керосина и т. д.

Рисунок 1.Строение сварочного пламени.

Сварочное пламя состоит из трех зон:

1.Ядро пламени – с ярко светящейся оболочкой, в наружном слое которой сгорают раскаленные частицы углерода, образующиеся при распаде ацетилена.

2. Область не полного сгорания или восстановительная – она хуже различима и состоит из оксидов углерода и водорода, которые образуются на первой стадии горения ацетилена или горючего газа. Эти продукты сгорания раскаляют расплавленный металл, отнимая кислород от его оксидов.

3.Зона полного сгорания (или факел) пламени – представляет собой объем светящихся газов, в этой зоне происходит полное сгорание продуктов горения за счет кислорода окружающей среды.

Нормальное пламя характеризуется отсутствием свободного кислорода и углерода во второй (восстановительной) зоне и достигается при подаче в горелку 1,1–1,2 объема кислорода и 1 объема ацетилена.

В нормальном пламени ярко выражены все три зоны. Форма ядра – конус с закругленной вершиной, имеющий светящуюся оболочку. Восстановительная зона по своему темному цвету заметно отличается от ядра. В этой зоне наивысшая температура находится на расстоянии 3-5 мм от конца ядра. Факел располагается за восстановительной зоной. Обе последние зоны имеют закругленные вершины (рисунок 2).

Рисунок 2. Нормальное пламя.

Нормальное пламя способствует раскислению металла сварочной ванны и получению качественного сварного шва. Поэтому большинство металлов и сплавов сваривают нормальным пламенем. При сварке нормальным пламенем, когда количество поступающих в зону сварки газов регламентировано, происходят в основном восстановительные реакции:

FeO + СО = Fe + СО2,

FeO + Н2 = Fe + Н2О

Кроме восстановительных реакций оксидов железа аналогичные процессы происходят и с другими оксидами, находящимися в сварочной ванне. По форме ядро пламени напоминает цилиндр с четкими очертаниями и закругленным концом. Диаметр цилиндра зависит от размера мундштука сварочной горелки, а длина - определяется скоростью истечения газовой смеси. Вокруг ядра пламени размещается светлая оболочка, в которой происходит сгорание раскаленных частиц углерода. При высокой скорости подачи газа пламя способствует сгоранию металла и выдуванию его из сварочной ванны. Малая скорость подачи газов чревата обратными ударами и хлопками, а так же проскоком пламени.

Окислительное пламя получается при подаче на 1 объем ацетилена более 1,3 объема кислорода. Ядро такого пламени приобретает конусную форму, значительно короче по длине с недостаточно резким очертанием и более бледной окраской. Восстановительная зона и факел пламени так же резко сокращаются по длине (рисунок 3).

Рисунок 3. Окислительное пламя.

Пламя имеет синевато-фиолетовую окраску и горит с шумом, уровень которого зависит от давления кислорода. Температура окислительного пламени несколько выше нормального.

Однако при сварке низкоуглеродистой стали избыток кислорода способствует окислению железа и металл шва получается пористым и хрупким.

Для получения качественного металла шва с хорошими механическими свойствами необходимо сварку вести с применением проволоки Св-08ГС и Св-12ГС, содержащие раскислители – марганец и кремний.

Науглероживающие пламя характеризуется избытком ацетилена или горючего газа, т. е. когда в горелку подается 0,95 и менее объема кислорода.

Ядро такого пламени теряет резкость своего очертания и на его вершине появляется зеленоватый ореол (венчик), свидетельствующий о наличии избытка ацетилена. Восстановительная зона значительно светлее, а факел получает желтоватую окраску. Очертания зон теряют свою резкость (рисунок 4). При большом избытке ацетилена пламя начинает коптить из-за не достатка кислорода для полного сгорания. Из-за избытка углерода в пламени он поглощается металлом, что ухудшает качество последнего. Температура науглероживающего пламени ниже, чем окислительного и нормального. Науглероживающим пламенем пользуются для науглероживания металла шва или восполнения выгорания углерода.

Рисунок 4. Науглероживающие пламя.

Состав пламени определяется на глаз не только по внешнему виду, но и по количеству брызг, возникающих при сварке, и по поведению сварочной ванны. Сварщик должен следить за составом пламени и регулировать вентилями требуемый расход кислорода и горючего газа.

Сварочное пламя оказывает не только тепловое, но и механическое воздействие на расплавленный металл сварочной ванны. Этому способствует давление горючей смеси, вытекающей из мундштука с большой скоростью (в среднем 135 м/с).

Изменяя угол наклона и расстояние горелки от поверхности свариваемого металла, опытный сварщик управляет механическим воздействием газового потока на жидкий металл сварочной ванны и формирует правильный валик шва.

Рисунок 5.Изменение температуры пламени различных видов.

Нормальное пламя используют, как правило, при газовой сварке, низкоуглеродистых сталей. Окислительное пламя применяется при сварке цветных металлов и их сплавов, имеющих повышенную по сравнению со сталью теплопроводность.

Науглероживающее пламя с избытком ацетилена используют иногда для сварки чугуна, а так же для наплавки твердых сплавов.

Важным показателем сварочного пламени является тепловая мощность.

Мощность пламени принято определять расходом ацетилена (л/ч), а удельную мощность пламени называют часовой расход ацетилена в литрах, приходящийся на 1 мм толщины свариваемого металла. Регулируется наконечниками и вентилями горелки. Потребная мощность пламени зависит от толщины свариваемого металла и его теплопроводности. Например, при сварке углеродистых и низколегированных сталей, чугуна, сплавов меди и алюминия удельная мощность пламени составляет 80-150 л/(ч*мм), а при сварке меди, обладающей высокой теплопроводностью, удельную мощность выбирают в пределах 150-220 л/(ч*мм).

Рисунок 6. Схема механического воздействия пламени на жидкий металл сварочной ванны при различных положениях мундштука: а - вертикальном, б - наклонном, в - схема перемещения жидкого металла в ванне.