Каким свойством обладает пламя с избытком ацетилена

Для большинства металлов при сварке применяют нормальное пламя. Из теории оно получается, когда в смесь на один объем ацетилена подается один объем кислорода, т.е. 1:1. За счет кислорода смеси, сгорает ацетилен по реакции: C2H2+O2=2CO+H2 – 1 фаза горения

За счет кислорода, который поступает из окружающего воздуха, уже происходит дальнейшее горение по реакции: 2СО+Н2+1,5О2=2СО2+Н2О – 2 фаза горения

Образующиеся в пламени окиси углерода и водорода, раскисляют металл, восстанавливая из окислов металл в сварочной ванне. Если использовать смеси с соотношением 1:1 объемов кислорода и ацетилена, металл шва получается достаточно однородным, без пор, газовых пузырей и включений окислов. При избытке кислорода в смеси до 30% против теоретического за счет поступления его из окружающего воздуха, можно получить практически нормальное восстановительное пламя. И за счет этого соотношение ацетилена и кислорода изменяется от 1:1 до 1:1,3. Если пламя имеет светлое ядро, несколько темную восстановительную зону и факел, то это пламя нормальное.

Ядро должно иметь четкую форму, близкую к форме цилиндра с закругленным концом и ярко светящуюся оболочку, которая состоит из раскаленных частиц углерода. В наружном слое оболочки происходит сгорание этих частиц. Диаметр и длина являются размерами ядра пламени. Диаметром канала мундштука и расходом горючей смеси определяется диаметр ядра. В комплекте с горелкой присутствует набор мундштуков нескольких номеров. Чем больше номер мундштука и расход горючей смеси, тем больше диаметр ядра.

Скоростью истечения газовой смеси определяется длина ядра пламени. Основным фактором определяющим устойчивость горения пламени является скорость истечения газовой смеси.

Когда происходит маленькая скорость истечения газовой смеси пламя склонно к образованию хлопков и обратных ударов, а когда происходит завышение скорости истечения газовой смеси, пламя выдувает расплавленный металл из сварочной ванны.

Обычно восстановительная зона имеет более темный цвет, отличающийся от цвета ядра и остальной части пламени. В зависимости от номера мундштука она занимает пространство в пределах 20 мм от конца ядра. Сама же восстановительная зона состоит из окиси углерода и водорода и имеет наиболее высокую температуру в точке, отстоящей на 2-6 мм от конца ядра. Именно этой зоной пламени нагревают и расплавляют металл в процессе сварки.

Факелом называется остальная часть пламени, расположенная за восстановительной зоной 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. Температура факела значительно ниже температуры восстановительной зоны.

Итого получается в восстановительной зоне, в точке отстоящей чуть дальше от конца ядра, достигается максимальная температура ацетилено-кислородного пламени 3150°С, а при метан-кислородном пламени максимальная температура, равная 2150°С может быть достигнута на расстоянии 3-3,5 длины ядра от среза мундштука горелки. Максимальная температура пропан-бутан-кислородное пламя достигает 2400°С на расстоянии 2,5 длины ядра от среза мундштука.

Эти ориентировочные данные предоставлены для того, чтобы сварщик мог наиболее рационально использовать пламя горелки при сварке металла заданной толщины.

При увеличении подачи кислорода или уменьшении подачи ацетилена, до величины объема кислорода в смеси, превышающей в 1,3 объем ацетилена получается окислительное пламя. Окислительное пламя имеет укороченное заостренное ядро с менее резкими очертаниями и бледным цветом. Температура окислительного пламени выше, чем температура нормального восстановительного пламени. Свариваемый металл из-за такого пламени сильно окисляется, что приводит к получению хрупкого и пористого шва и выгоранию полезных примесей кремния и марганца. Возможно применение окислительного пламени при сварке сталей, но при этом необходимо использовать присадочную проволоку, в которой содержится повышенное содержание марганца и кремния, являющиеся раскислителями.

При уменьшении подачи кислорода или увеличении подачи ацетилена получается науглероживающее пламя. Данное пламя образуется при подачи в горелку 0,95 и менее объема кислорода на один объем ацетилена. Хотелось бы добавить, что в науглероживающем пламени размеры зоны сгорания увеличиваются, ядро теряет резкие очертания, оно становится расплывчатым, а на конце ядра появляется зеленый венчик, по которому судят о наличии избытка ацетилена. Пламя принимает желтоватую окраску, а восстановительная зона светлеет и почти сливается с ядром. Когда избыток ацетилена очень велик, пламя начинает коптить, так как не хватает кислорода и не получатся полного сгорания ацетилена. Избыточный ацетилен разлагается на водород и углерод. Ацетиленистое пламя будет науглероживать металл шва, так как углерод переходит в металл шва. Температура нормального пламени будет выше температуры этого пламени. Для того чтобы перевести ацетиленистое пламя в нормальное, нужно уменьшать подачу ацетилена в горелку до полного исчезновения зеленого венчика на конце ядра. Применение пламени с избытком ацетилена происходит при наплавке твердых сплавов, а также при сварке алюминиевых сплавов и магниевых.

От состава сварочного пламени зависят качество наплавленного металла и прочность сварного шва. Именно поэтому сварщики должны обращать особое внимание на характер и правильность регулирования сварочного пламени. По форме и цвету пламени, определяется характер пламени сварщиком на глаз. Во время формирования шва учитываются два основных фактора:
-угол наклона мундштука;
-скорость истечения газовой смеси.

Сварочное пламя должно обладать достаточной тепловой мощностью, которую выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и его физических свойств. Во время изменения тепловой мощности пламени, можно в довольно широких пределах регулировать скорость нагрева и расплавления металла, что является одним из их положительных качеств процесса газовой сварки.

Это следует помнить, КПД использования теплотворной способности горючего при газовой сварке равно всего лишь 7%. При сгорании ацетилена, выделяющееся тепло расходуется следующим образом: КПД для расплавления металла равно 6-7%.

Главная → Статьи

Cварочное пламя и его свойства

Сварочное пламя возникает в результате сгорания газообразного горючего или паров горючей жидкости в чистом кислороде. От состава горючей смеси, т. е. от соотношения в ней кислорода и ацетилена зависит внешний вид, температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл. С изменением состава горючей смеси изменяется свойство сварочного пламени.

Схемы различных видов ацетилено-кислородного пламени (нормального, окислительного и науглероживающего) приведены на рис. 1.

Нормальное пламя теоретически получают, когда на один объем ацетилена в горелку подают один объем кислорода.

Рис. 1. Ацетилено-кислородное пламя
а — нормальное; б — окислительное; в — науглерожизающее; 1 — ядро; 2 — восстановительная зона; 3 — факел

В данном случае металл шва получается более однородный, без пор, газовых пузырей и включений.

Практически же, вследствие некоторой загрязненности кислорода, нормальное пламя образуется при несколько большем количестве кислорода — при отношении ацетилена к кислороду от 1 : 1 до 1 : 1,3.

Нормальное ацетилено-кислородное пламя имеет три ярко очерченные зоны. Ядро имеет резко очерченную, несколько бочкообразную форму с закругленным концом. Оболочка ядра ярко светится, так как состоит из раскаленных частиц углерода. Само же ядро имеет синеватый цвет и температуру около 900 °С. Размеры ядра находятся в прямой зависимости от расхода горючей смеси и скорости ее истечения. Диаметр канала мундштука определяет диаметр ядра пламени, а скорость истечения газовой смеси — длину пламени.

Площадь поперечного сечения канала мундштука прямо пропорциональна толщине свариваемого металла. Устойчивое горение пламени зависит от скорости истечения смеси.

Сварочное пламя не должно быть слишком «мягким» или «жестким». Первое склонно к обратным ударам и хлопкам, а второе — выдувает расплавленный металл из сварочной ванны. С увеличением давления кислорода скорость истечения смеси увеличивается и ядро удлиняется, Если уменьшить скорость истечения смеси, то ядро укорачивается. При увеличении номера мундштука размеры ядра соответственно увеличиваются.

Восстановительная зона темного цвета, отличается от ядра и остальной части пламени. Она состоит из продуктов неполного сгорания ацетилена: окиси углерода и водорода. Они раскисляют расплавленный металл, т. е. отнимают кислород от окислов металла, имеющихся в ванне расплавленного металла. Процесс отнятия кислорода от окислов металла называется восстановлением, отсюда данную зону пламени называют восстановительной. Если в процессе сварки расплавленный металл сварочной ванны находится в восстановительной зоне, то металл шва получается без пор, газовых и окисных включений и других дефектов. Восстановительная зона обладает наиболее высокой температурой в точке, отстоящей на 3—6 мм от конца ядра (около 3200 °С). Этой зоной пламени разогревают и расплавляют металл.

Факел (окисная зона) расположен за восстановительной зоной. Факел состоит из углекислого газа (двуокись углерода), паров воды и азота, которые появляются в пламени при сгорании окиси углерода и водорода восстановительной зоны за счет кислорода окружающего воздуха. Температура факела значительно ниже, чем температура восстановительной зоны, и колеблется в пределах 1200—2500 °С.

Окислительное пламя образуется в том случае, когда в горячей смеси на один объем ацетилена приходится более 1,3 объема кислорода. При этом ядро приобретает конусообразную форму, значительно сокращается по длине, приобретает менее резкие очертания, более бледную окраску.

Восстановительная зона и факел сокращаются по длине, пламя становится короче и приобретает синевато-фи-олетовую окраску. Горение идет с шумом, степень которого зависит от давления кислорода и соотношения газовой смеси. При повышении содержания кислорода в газовой смеси пламя горит с большим шумом.

Температура окислительного пламени выше нормального, однако сварить им сталь нельзя из-за наличия в пламени избытка кислорода. Избыток кислорода приводит к окислению, и шов становится пористым и хрупким.

Науглероживающее или ацетиленистое пламя образуется в результате подачи в горелку 0,35 и менее объема кислорода на один объем ацетилена. У конца ядра появляется зеленый венчик, который указывает на избыток ацетилена, а ядро пламени теряет резкие свои очертания и становится расплывчатым.

Восстановительная зона несколько светлее и почти сливается с ядром, совсем исчезает граница между восстановительной зоной и факелом. Факел приобретает желтоватую окраску. При большом избытке ацетилена пламя начинает коптить, так как в нем ощущается недостаток кислорода, необходимого для полного сгорания ацетилена.

Находящийся в ацетиленовом пламени избыток ацетилена разлагается на углерод и водород. Углерод легко переходит в ванночку расплавленного металла и ухудшает качество шва. Температура ацетиленового пламени ниже нормальной. Уменьшая подачу ацетилена в горелку до полного исчезновения зеленого венчика на конце ядра, ацетиленовое пламя превращают в нормальное.

Пламя с избытком ацетилена применяют для наплавки твердых сплавов. Для сварки алюминиевых и магниевых сплавов используют пламя с незначительным избытком ацетилена.

Характер сварочного пламени сварщик определяет на глаз. Как правило, начинающий сварщик очень быстро приобретает навык точно регулировать сварочное пламя по форме и цвету. При регулировании пламени горелки следует обращать внимание на правильность подбора расхода кислорода и размера ядра пламени. С повышением давления кислорода смесь выбрасывается из мундштука со слишком большой скоростью и пламя становится «жестким», выдувая расплавленный металл сварочной ванны напором струи горячих газов и тем самым затрудняя сварку. При большой скорости истечения кислорода пламя отрывается от конца мундштука, а при слишком низком давлении кислорода пламя становится короче, при приближении мундштука горелки к металлу горелка начинает резко хлопать и может возникнуть обратный удар. При правильно подобранном давлении кислорода пламя горит ровно и устойчиво, не сдувая расплавленный металл с поверхности сварочной ванны.

Горючая смесь вытекает из мундштука горелки с большой скоростью, поэтому пламя оказывает механическое воздействие на жидкий металл сварочной ванны и формирование валика шва. Вследствие этого жидкий металл отжимается к краям ванны.

Характер формообразования металла зависит от угла наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла.

Качество наплавленного металла и прочность сварного шва во многом зависят от характера пламени. Поэтому сварщик должен обращать внимание на внешний вид сварочного пламени и правильно его регулировать. В течение всего процесса сварки пламя необходимо регулировать, так как при нагреве наконечника горелки состав газовой смеси изменяется, в частности уменьшается количество ацетилена. В связи с этим при регулировке пламени необходимо оставлять некоторый «запас ацетилена», поэтому ацетиленовый вентиль на горелке не должен открываться полностью. Тогда, по мере нагрева горелки и уменьшения количества ацетилена в газовой смеси, сварщик, не прекращая процесса сварки, добавляет ацетилен в газовую смесь, постепенно открывая вентиль большим пальцем правой руки.

Рис. 2. Схема механического воздействия пламени горелки на расплавленный металл ванны при различных положениях мундштука
а — вертикальном; б — наклонном; в — схема перемещения металла в ванне

Тепловая мощность пламени выражается часовым расходом (дм3/ч) ацетилена или другого горючего газа.

Характер пламени подбирают в зависимости от толщины металла и его физических свойств. Так, например, для сварки чугуна, хромистых сталей и наплавки твердого сплава пламя подбирают с небольшим избытком ацетилена, а для сварки латуни —с избытком кислорода. Изменением тепловой мощности пламени можно в широких пределах регулировать скорость нагрева и плавления металла; это является одним из положительных качеств газовой сварки.

Читать далее:
Эксплуатация газосварочной и газорезательной аппаратуры и оборудования
Эксплуатация переносных ацетиленовых генераторов
Качество сварных соединений
Технология резки
Механизированная резка
Ручная резка
Cварочные деформации и напряжения
Cварка чугуна
Cварка цветных металлов и сплавов
Сварка низкоуглеродистой стали