Сварочное пламя

ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ

Сварочное пламя

Внешний вид, температура и влияние сварочного пла­мени на расплавленный металл зависят от состава го­рючей смеси, т. е. соотношения в ней кислорода и ацетиле­на. Изменяя состав горючей смеси, сварщик изменяет свойства сварочного пла­мени.

При сгорании ацетиле­на в воздухе без добав­ления кислорода пламя имеет желтоватый цвет и длинный факел без свет­лого ядра. Такое пламя непригодно для сварки, так как имеет низкую температуру и коптит, вы­деляя много сажи (несго-ревшего углерода).

Рис. 46. Виды ацетнлено-кислородного пламени:

Когда в ацетиленовоздушное пламя прибавля­ют кислород, открывая кислородный вентиль горелки, пламя резко меня­ет цвет и форму, а тем­пература его повышается. Изменяя соотношение кис­лорода и ацетилена в смеси, можно получать три основных вида сварочного пламени (рис. 46):

нормальное (называемое также восстановительным);

окислительное (с избытком кислорода);

науглероживающее (с избытком ацетилена).

Для сварки большинства металлов применяют нормаль­ное (восстановительное) пламя (рис. 46, 6), Теоретически оно получается, когда в смесь на один объем ацетилена по­дается один объем кислорода. Ацетилен сгорает за счет кислорода смеси по реакции

Окиси углерода и водород, образующиеся в пламени, раскисляют металл, восстанавливая металл в сварочной ванне из окислов, При этих условиях металл шва получает­ся более однородный, без пор, газовых пузырей и включе­ний окислов.

Практически нормальное восстановительное пламя по­лучается при избытке кислорода в смеси до 30% против тео­ретического, т. е. при отношении ацетилена к кислороду от 1:1 до 1 : 1,3. Нормальное пламя имеет светлое ядро, не­сколько более темную восстановительную зону и факел.

Ядро 1 (см. рис. 46) имеет довольно четко очерченную форму, близкую к форме цилиндра с закругленным концом, и ярко светящуюся оболочку, состоящую из раскаленных частиц углерода, сгорание которых происходит в наружном слое оболочки. Размеры ядра зависят от расхода горючей смеси и скорости ее истечения. Диаметр ядра пламени опре­деляется диаметром канала мундштука, а длина —скоро­стью истечения газовой смеси.

Площадь поперечного сечения канала мундштука прямо пропорциональна толщине свариваемой стали. Скорость ис­течения должна обеспечивать устойчивое горение пламени. • Пламя не должно быть слишком «мягким» или «жестким», так как первое склонно к обратным ударам и хлопкам, а второе — выдувает расплавленный металл из сварочной ванны. Если увеличить давление кислорода, то скорость истечения смеси увеличится, и ядро удлинится. С уменьше­нием скорости истечения смеси ядро укорачивается. С уве­личением номера мундштука размеры ядра соответственно увеличиваются. На рис. 47 приведены длина и диаметр ядра (в миллиметрах) пламени мундштуков разных номеров, а е соответствующие им расходы ацетилена и диаметры каналов.

Восстановленная зона 2 имеет темный цвет, отличаю­щий ее от ядра и остальной части пламени. Она занимает пространство в пределах до 20 мм от конца ядра, в зависимости от номера мундштука. Восстановительная зона состо­ит из окиси углерода и водорода. Эта зона имеет наиболее высокую температуру в точке, отстоящей на 2 — 6 мм от кон­ца ядра. Данной зоной пламени нагревают н расплавляют металл в процессе сварки.

Рис. 47. Схема нормального восстановительно­го ацетилено-кислородного пламени и график распределения температуры по его длине (вни­зу—размеры ядер пламени для наконечников различных номеров)

Остальная часть 3 пламени, расположенная за восстано­вительной зоной, называется факелом и состоит из углекис­лого газа, паров воды и азота, которые появляются в пламени при сгорании окиси углерода и водорода восстанови­тельной зоны за счет кислорода окружающего воздуха, а состав которого входят азот и кислород. Температура фа­кела значительно ниже температуры восстановительной зоны,

Химический состав пламени смеси состава О2:С2Н2=1 приведен в табл. 16.

Таблица 16 Химический состав пламени смеси состава О2:С2Н2=1

Если увеличить поди чу кислорода или уменьшить подачу ацетилена в горелку, то получают окислительное пламя (см. рис. 46, в), образующееся, когда на один объем ацетилена в смеси содержится более 1,3 объема кислорода.

Окислительное пламя имеет укороченное, заостренное ядро с менее резкими очертаниями и бледным цветом. Тем­пература окислительного пламени выше температуры нор­мального восстановительного, однако такое пламя может сильно окислять свариваемый металл, что приводит к получению хрупкого и пористого шва.

Окислительное пламя применяют при сварке стали с целью повышения производительности процесса, по при этом обязательно пользоваться проволокой, содержащей по­вышенные количества марганца и кремния в качестве раскислителей. Окислительное пламя также необходимо при сварке латуни я пайка твер­дым припоем.

При уменьшении подачи кислорода или при увеличении подачи ацетилена получают науглероживающее пламя (см. рис. 46, а). Оно образуется при подаче в горелку 0,95 и менее объема кислорода на один объем ацетилена. В наугле­роживающем (ацетиленистом) пламени размеры зоны сго­рания увеличиваются, ядро теряет резкие очертания, стано­вится расплывчатым, а на конце ядра появляется зеленый венчик, по которому судят о наличии избытка ацетилена. Восстановительная зона светлеет и почти сливается с ядром, пламя принимает желтоватую окраску. При большом избыт­ке ацетилена пламя коптит, так как в нем недостаточно кис­лорода, необходимого для полного сгорания ацетилена.

Содержащийся в ацетиленистом пламени избыточный ацетилен разлагается на водород и углерод. Углерод перехо­дит в расплавленный металл. Поэтому ацетиленистое пламя будет науглероживать металл шва. Температура такого пламени ниже температуры нормального восстановительно­го пламени. Уменьшая подачу ацетилена в горелку до пол­ного исчезновения зеленого венчика на конце ядра, адетиленистое пламя превращают в нормальное, i Пламя с избытком ацетилена применяют при наплавке iтвердыми сплавами. Пламя с незначительным избытком аце­тилена используют для сварки алюминиевых и магниевых сплавов.

Характер сварочного пламени определяется сварщиком, как правило, на глаз. Начинающий сварщик легко обуча­ется достаточно быстро и точно регулировать пламя по его форме и цвету. При регулировании пламени горелки следует обращать внимание на правильность установки давления кислорода и размер ядра пламени. При повышении давле­ния кислорода смесь вытекает из мундштука со слишком большой скоростью и пламя становится «жестким», разду­вает металл сварочной ванны напором струи горящих газов и затрудняет с парку. При слишком большой скорости истечения пламя начинает отрываться от конца мундштука. При слишком низком давлении кислорода пламя становится короче и при приближении к металлу горелка начинает хло­пать. При правильно установленном давлении кислорода горелка даст ровное и устойчивое пламя, не сдувающее рас­плавленный металл с поверхности ванны.

Поскольку горючая смесь вытекает из мундштука горел­ки со значительной скоростью, пламя оказывает механиче­ское воздействие на жидкий металл сварочной ванны и формообразованпе валика шва. Вследствие давления струи га­зов пламени жидкий металл отжимается к краям ванны. Характер перемещения металла зависит от угла наклона мундштука к поверхности металла (рис. 48, а и б),

При передвижении пламени вдоль шва жидкий металл перемещается давлением газов к задней стенке ванны, обра­зуя чешуйки шва (рис. 48, в).

Качество наплавленного металла и прочность сварного шва сильно зависят от состава сварочного пламени. Поэто­му сварщик должен обращать особое внимание на характер и правильности регулирования сварочного пламени.

Рис. 48. Схема механического воздействия плачен на металл при положениях мундштука

Сварочное пламя должно обладать достаточной тепло­вой мощностью, т. е. давать количество тепла, необходимое для расплавления свариваемого и присадочного металла и покрытия потери тепла в окружающую среду. Тепловая мощность пламени определяется количеством сгорающего горючего газа. Чем больше это количество, тем выше тепло­вая мощность. Тепловую мощность пламени выражают ча­совым расходом (дм3/ч) ацетилена или другого горючего.

Тепловую мощность пламени выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и его физических свойств. Металл большой толщины и хорошо проводящий тепло требует более мощного пламени, чем тонкий, менее теплопроводный или более легкоплавкий металл. Изменяя тепловую мощность пламени, можно в широких пределах ре­гулировать скорость нагрева и расплавления металла, что является одним из положительных качеств процесса газовой сварки.

Передана тепла от пламени к металлу происходит в ос­новном двумя путями: 85% тепла передается за счет энер­гичной конвекции продуктов сгорания и 15% —за счет луче­испускания.

Выделяющееся от сгорания ацетилена тепло расходует­ся следующим образом (%):

Таким образом к. п. д, использования теплотворной спо­собности горючего при газовой сварке не превышает 7%.