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.

Ваш отзыв