Сварочное пламя способы его получения

Сварочное пламя. Виды сварочного пламени

Сварочное пламя получается при сгорании смеси горючих газов (или паров горючих жидкостей) и кислорода в мундштуке сварочной горелки. В зависимости от того, какой газ для газовой сварки применяют и от того, в каком соотношении с кислородом он сгорает, различают три вида сварочного пламени: нормальное (или восстановительное), окислительное, науглероживающее.

Структура сварочного пламени

На рисунке показана структура сварочного пламени, которое состоит из трёх зон: ядра пламени (поз.1), восстановительной зоны (поз.2) и окислительной зоны (поз.3).

Ядро пламени состоит из раскалённого кислорода и продуктов распада ацетилена. Ядро имеет достаточно чёткий контур и очень яркое свечение. Длина ядра может быть различной, в зависимости от давления и скорости подачи горючей смеси. Чем больше давление и скорость подачи газа, тем больше длина ядра. Горение газов начинается на внешней стороне ядра и продолжается в восстановительной зоне.

Во второй, восстановительной зоне ацетилен проходит первую стадию сгорания в кислороде, поступающего из кислородного газосварочного баллона. Сгорание происходит по реакции:

При этом сгорание углерода происходит не полностью, а водород в этой зоне не сгорает. Восстановительная зона имеет самую высокую температуру (3000-3200°C) на расстоянии 3-5мм от конца ядра и обладает восстановительными свойствами. Этой частью пламени производят газовую сварку, нагревая и расплавляя металл. При сварке частицы угарного газа и водорода восстанавливают металлы из их окислов. Поэтому вторая зона и получила название восстановительной зоной, а также сварочной или рабочей.

В третьей зоне, факеле, происходит окончательное сгорание ацетилена (точнее, продуктов его распада — угарного газа и водорода) в кислороде из окружающего воздуха по реакции:

Углекислый газ и вода при высоких температурах взаимодействуют со свариваемым металлом, окисляя его. Из-за этого зона факела получила название окислительной зоны.

Для полного сгорания одного объёма ацетилена необходимо два с половиной объёма кислорода. Один объём кислорода поступает из кислородного баллона в горелку, где смешивается с ацетиленом. Ещё полтора объёма кислорода поступает из окружающего воздуха.

Нормальный (восстановительный) вид сварочного пламени

Нормальным считается сварочное пламя, при сгорании ацетилена в кислороде в соотношении О2/С2Н2=1. Но на практике кислород подаётся с примесями, не чистый. Поэтому, нормальным получается пламя, при соотношении кислорода и ацетилена в пределах 1-1,3. Такой вид пламени положительно влияет на раскисление расплавленного металла и достижение высокого качества сварки.

Сварка большинства металлов и сплавов выполняется нормальным пламенем, особенно часто при сварке низкоуглеродистых сталей. При газовой сварке алюминия применяют нормальное сварочное пламя с небольшим избытком ацетилена.

Окислительный вид сварочного пламени

Окислительное сварочное пламя получается при избытке кислорода. Т.е. когда соотношение кислорода к ацетилену больше чем 1,3. Ядро окислительного пламени короче, чем у восстановительного. У него более резкий контур и оно менее яркое. Восстановительная зона и факел также короче по длине, чем у нормального пламени.

Температура окислительного пламени немного выше, чем у нормального. Такой вид пламени не подходит для сварки сталей, т.к. избыток кислорода способствует окислению металла, в результате чего образуются множественные дефекты в сварном шве в виде пор. Сам шов получается хрупким. Окислительное пламя часто используют при сварке латуни.

Науглероживающий вид сварочного пламени

Если в сварочной горелке соотношение кислорода к ацетилену меньше 1, формируется науглероживающее сварочное пламя. Ядро такого пламени не имеет резкого контура, а вершина ядра окрашивается в зелёный цвет, который свидетельствует об избыточном количестве ацетилена.

Восстановительная зона в таком пламени светлее, чем в нормальном пламени, а факел имеет жёлтую окраску. Не видно чёткой границы между зонами. Излишки ацетилена распадаются на углерод и водород. Углерод легко переходит в сварочную ванну, поэтому, науглероживающее пламя используют, если есть необходимость науглероживания металла сварного шва или для восполнения углерода, если при сварке происходит его угар. Такое пламя хорошо подходит для газовой сварки чугуна.

Характеристики сварочного пламени

К тепловым характеристикам сварочного пламени относятся температура, эффективная тепловая мощность, зона распределения нагрева свариваемого металла. Эти показатели определяются от того, какой газ используется при сварке, от чистоты подаваемого кислорода и от соотношения объема кислорода к объёму горючего газа в горелке.

Температура газового пламени различна в разных зонах. Максимума она достигает в конце первой зоны (ядра), 3200°C для ацетилена. Эффективной тепловой мощностью сварочного пламени называется количество теплоты, которое пламя способно передать металлу в единицу времени. Этот показатель повышается, если возрастает расход газа.

Тепловая мощность — важная характеристика пламени, измеряемая в л/ч. Кроме тепловой мощности есть мощность удельная. Удельная тепловая мощность это расход горючего газа (в л/ч), приходящийся на миллиметр свариваемого металла. Необходимая мощность сварочного пламени определяется, исходя из теплопроводности свариваемого металла и его толщины. При сварке низколегированных сталей, углеродистых сталей, сварки чугуна, алюминия, а также при сварке медных сплавов удельная мощность составляет 100-120л/ч. При сварке меди удельная мощность выше из-за её теплопроводности и составляет 150-200л/ч.

У газосварочного пламени довольно большая область нагрева свариваемого металла. Тепловой поток при газовой сварке рассредоточен. Наибольший поток тепла получается по центру пламени и он, примерно, в 10 раз меньше, чем у электрической сварочной дуги при их одинаковой тепловой мощности. Поэтому, при газовой сварке нагрев металла происходит медленнее, чем при ручной дуговой сварке.

Регулировка сварочного пламени

Для регулировки сварочного пламени большое значение имеет выбор давления кислорода. Давление кислорода необходимо подбирать в соответствии номеру наконечника, руководствуясь паспортом на сварочную горелку. Если выбрано слишком большое давление, газовая смесь вытекает очень быстро и пламя отрывается от мундштука. При этом пламя начинает выдувать и разбрызгивать жидкий металл за пределы сварочной ванны.

При давлении кислорода ниже требуемого, скорость подачи газовой смеси падает, сварочное пламя становится короче и возникает опасность возникновения обратного удара, который может привести к взрыву ацетиленового генератора, если газосварочный пост не оборудован водяным предохранительным затвором.

Из короткого окислительного пламени можно получить нормальное. Для этого необходимо медленно и постепенно увеличивать подачу ацетилена до появления яркого пламени и чёткого его ядра.

Из науглероживающего пламени можно получить нормальное, если постепенно перекрывать подачу ацетилена то тех пор, пока не исчезнет зеленоватый цвет пламени на вершине ядра.

Источник

7.1. Сварочное пламя

При газовой сварке происходят разнообразные процессы: физические, связанные с нагревом и расплавлением металла, формированием шва, а также химические, обусловленные горением, взаимодействием флюса и присадочного материала с расплавленным металлом.

Основным инструментом газосварщика является сварочное пламя. Оно образуется при сгорании горючего газа в кислороде. От соотношения объемов кислорода и горючего газа в их смеси зависят внешний вид, температура и характер влияния сварочного пламени на расплавленный металл.

Рассмотрим строение пламени (рис. 7.1). Сварочное пламя имеет три четко различимые области: ядро 7, восстановительную зону 2 и факел 3.

Рис. 7.1. Строение ацетиленового сварочного пламени и распределение температуры по длине факела: 1 — ядро; 2 — восстановительная зона; 3 — факел

Ядро пламени представляет собой ярко светящуюся зону, в наружном слое которой сгорают раскаленные частицы углерода, образующиеся при разложении ацетилена.

Восстановительная зона, более темная, состоит из оксида углерода и водорода, которые раскисляют расплавленный металл, отбирая кислород от его оксидов.

Факел — периферийная часть пламени — представляет собой зону полного сгорания углеводородов в кислороде окружающей среды.

В зависимости от соотношения объемов кислорода и ацетилена получают три основных вида сварочного пламени: нормальное, окислительное и науглероживающее (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Виды сварочного пламени: а — нормальное; б — окислительное; в — науглероживающее; 1 — ядро; 2 — восстановительная зона; 3 — факел

Нормальное сварочное пламя образуется тогда, когда в горелке на один объем кислорода приходится один объем ацетилена. В нормальном пламени ярко выражены все три зоны.

Ядро имеет резко очерченную форму, близкую к цилиндру с ярко светящейся оболочкой. Температура ядра достигает 1000 °С.

В восстановительной зоне, содержащей продукты неполного сгорания ацетилена, проводят сварку. Температура этой зоны в точке, отстоящей на 3. 6 мм от ядра, составляет 3150°С. Факел имеет температуру 1200. 2500 °С.

Нормальным сварочным пламенем осуществляют сварку сталей всех марок, меди, бронзы и алюминия.

Окислительное сварочное пламя получают при избытке кислорода, когда в горелку подают на один объем ацетилена более 1,3 объема кислорода. Ядро такого пламени имеет укороченную, конусообразную форму. Оно приобретает менее резкие очертания и более бледную окраску, чем у нормального пламени. Протяженность восстановительной зоны уменьшается по сравнению с нормальным пламенем. Факел имеет синевато-фиолетовую окраску. Горение сопровождается шумом, уровень которого зависит от давления кислорода. Температура окислительного пламени выше, чем у нормального, однако при сварке таким пламенем из-за избытка кислорода образуются пористые и хрупкие швы.

Окислительное пламя применяют при сварке латуни и пайке твердыми припоями.

Науглероживающее сварочное пламя получают при избытке ацетилена, когда в горелке на один объем ацетилена приходится не более 0,95 объема кислорода. Ядро такого пламени теряет резкость очертаний, на его конце появляется зеленый венчик, по наличию которого судят об избытке ацетилена. Восстановительная зона существенно светлее, чем у нормального пламени, и почти сливается с ядром. Факел приобретает желтую окраску. При значительном избытке ацетилена пламя коптит. Температура науглероживающего пламени ниже, чем у нормального и окислительного.

Слегка науглероживающим пламенем сваривают чугун и осуществляют наплавку твердых сплавов.

Газосварщик регулирует и устанавливает вид сварочного пламени «на глаз».

При выполнении сварочных работ необходимо, чтобы сварочное пламя обладало тепловой мощностью, достаточной для расплавления свариваемого металла.

Мощность пламени при газовой сварке зависит от расхода ацетилена — объема газа, проходящего за один час через горелку. Мощность регулируют подбором наконечника горелки и изменением положения ацетиленового вентиля. Мощность пламени выбирают в соответствии с толщиной свариваемого металла и его теплофизическими свойствами.

Расход ацетилена, дм 3 /ч, необходимый для расплавления слоя свариваемого металла толщиной 1 мм, устанавливают на практике. Так, слой низкоуглеродистой стали толщиной 1 мм расплавляется при расходе ацетилена 100. 130 дм 3 /ч. Чтобы определить расход ацетилена при сварке конкретной детали, нужно умножить расход, соответствующий единичной толщине, на действительную толщину свариваемого металла, мм.

Пример. При сварке низкоуглеродистой стали толщиной 3 мм минимальный расход ацетилена, дм 3 /ч, составит 100х3 = 300, а максимальный — 130х3 = 390.

Источник

Сварочное пламя

Сообщение об ошибке

Сварочное пламя

Сварочное пламя образуется в результате сгорания горючих газов или паров горючих жидкостей в смеси с техническим кислородом. При этом пламя имеет сложную структуру и строение, которое показано на рис.1. Качество газовой сварки во многом зависит от правильности регулировки пламени, которое сварщик выставляет «на глаз» по форме и цвету. Поэтому очень важно знать строение и структуру пламени газовой горелки, чтобы учитывать это в повседневной работе. Форму, цвет и структуру пламени горелки меняют соотношением ацетилена и кислорода, подаваемых в зону горения. В качестве примера рассмотрим ацетилено-кислородное пламя.

Ядро пламени имеет форму цилиндра с заостренным концом, вокруг которого расположена ярко светящаяся оболочка. Длина ядра пламени регулируется скоростью подачи газовой смеси и ее качественным составом. Диаметр ядра зависит от размеров мундштука и расхода горючей смеси.

Строение пламени меняется при изменении соотношения смеси и может быть: нормальным, науглероженным и окислительным (рис.2).

Нормальное пламя получается, когда на один объем горючего газа подается один объем кислорода. Если в качестве горючего газа принят ацетилен, то процесс его нормального сгорания можно записать в следующем виде: С ₂ Н ₂ +О ₂ = 2СО+ Н ₂ .

Рис. 1. Составляющие ацетилено-кислородного пламени: 1 — ядро; 2 — восстановительная зона; 3 — факел пламени

Рис. 2. Разновидности ацетилено-кислородного пламени и зависимость температуры от вида пламени : А — нормальное; Б — науглераживающее; В — окислительное

При этом продукты неполного сгорания догорают за счет кислорода, присутствующего в атмосферном воздухе, по следующей реакции: 2СО +Н₂ + 1,5О₂ = 2С0₂ + Н₂О. Так как абсолютно чистых веществ в природе не бывает и кислород содержит в себе некоторое количество примесей, то нормальное пламя получается при некотором его повышенном значении, то есть при соотношении ацетилена и кислорода, равном 1,1 -1,2. Ядро нормального пламени светлое со слегка затемненной восстановительной зоной и факелом. 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.

Восстановительная зона пламени имеет более темный цвет и располагается в пространстве в пределах 20 мм от конца ядра. Температура пламени в этой зоне может достигать 3150°С (при сгорании ацетилена). Размер восстановительной зоны зависит от номера сварочного мундштука. При помощи этой зоны пламени нагревают метал, плавят его и ведут сварку. Остальная часть пламени, расположенная за восстановительной зоной, состоящая из углекислого газа, паров воды и азота, имеет значительно меньшую температуру.

Науглероженное пламя получается, когда соотношение ацетилена и кислорода превышает указанное соотношение, то есть становится больше значения 1,1. Теоретически науглероженное пламя получается, когда в горелку подается 0,95 объема кислорода и менее. В этом случае ядро пламени увеличивается в объеме и теряет свои очертания. Недостаток кислорода в таком пламени приводит к неполному его сгоранию, и оно начинает коптить. Избыток ацетилена в науглероженном пламени приводит к его разложению на углерод и водород. Углерод из пламени переходит в металл, науглераживая его. Обычно науглероженное пламя применяют для сварки высокоуглеродистых сталей, чугуна, цветных металлов и при наплавке твердых сплавов.

Восстановительная зона науглероженного пламени светлая и практически сливается с ядром. Температура такого пламени ниже, поэтому работать с ним более тяжело. Для перевода пламени в нормальное состояние увеличивают подачу кислорода или снижают подачу ацетилена.

Окислительное пламя получается при недостатке ацетилена, то есть соотношение ацетилен: кислород становится меньше 1,1. Практически окислительное пламя получается при объеме кислорода, превышающем в 1,3 объем ацетилена. Ядро такого пламени укорачивается и заостряется, а его края становятся расплывчатыми, цвет бледнеет. Температура такого пламени выше температуры нормального. Избыточный кислород окисляет железо и примеси, находящиеся в стали, что в конечном итоге приводит к хрупкости сварочного шва, пористости его структуры, обедненной марганцем и кремнием. Поэтому при сварке сталей окислительным пламенем пользуются присадочной проволокой с повышенным содержанием этих элементов, являющихся раскислителями. Самая высокая температура нормального пламени достигается в восстановительной зоне. Окислительное пламя можно применять при сварке латуни и пайке твердым припоем.

Примерный химический состав нормального ацетилено-кислородного пламени приведен в таблице 1. Нужно отметить, что ацетилено-кислородная смесь дает самую высокую температуру пламени. Изменение горючих газов несколько снижает температуру пламени и распределение ее по объему. Графическая зависимость изменения температур метан-кислородного и пропан-бутан-кислородного пламени представлена на рис.3.

Таблица 1. Химический состав нормального ацетилено-кислородного пламени

Часть пламени

Содержание по объему %

СО

Н ₂

CО ₂

Источник