Сварочное пламя и его характеристика

Виды сварочного пламени

Сварочное пламя и его характеристика

Сварочное пламя образуется при сгорании горючего газа или паров горючей жидкости в кислороде. Пламя нагревает и расплавляет основной и присадочный металл в месте сварки. Наибольшее применение при газовой сварке нашло кислородно-ацетиленовое пламя, так как оно имеет высокую температуру (3150°С) и обеспечивает концентрированный нагрев. Однако в связи с дефицитностью ацетилена в настоящее время получили широкое распространение (особенно при резке металлов) газы-заменители ацетилена — пропан-бутан, метан, природный и городской газы.

От состава горючей смеси, т. е. от соотношения кислорода и горючего газа, зависят внешний вид, температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл. Изменяя состав горючей смеси, сварщик тем самым изменяет основные параметры сварочного пламени.

Для получения нормального пламени отношение кислорода к горючему газу должно быть для ацетилена — 1,1-1,2, природного газа — 1,5-1,6, пропана — 3,5.

Все горючие газы, содержащие углеводороды, образуют сварочное пламя, которое имеет три ярко различимые зоны:

  • ядро
  • восстановительная зона
  • факел

Водородное пламя ярко различимых зон не имеет, что затрудняет его регулировку по внешнему виду.

При зажигании газовой струи, вытекающей из сопла, пламя перемещается по направлению движения струи газовой смеси. Скорость истечения для каждого газа подбирается такой, чтобы пламя не проникало внутрь сопла горелки и не отрывалось от него. Газ в струе должен прогреваться до температуры воспламенения, ацетилен воспламеняется при температуре 450-500°С, а газы-заменители — 550-650°С. Поэтому ядро пламени при сгорании газов-заменителей длиннее, чем при сгорании ацетилена.

а — окислительное, б — нормальное, в — науглероживающее; 1 — ядро, 2 — восстановительная зона, 3 — факел

Рисунок 1 — Виды сварочного пламени

Процесс сгорания ацетилена в кислороде можно условно разделить на две стадии. Сначала под влиянием нагрева происходит распад ацетилена на элементы: С2Н2=2С+Н2. Затем происходит первая стадия сгорания ацетилена за счет кислорода смеси по реакции 2С+Н2+O2=2СО+Н2. Вторая стадия горения протекает за счет кислорода воздуха: 2СО+Н2+1,5O2=2СO2+Н2O. Процесс горения горючего газа в кислороде экзотермичен, т.е. идет с выделением теплоты.

Ядро имеет резко очерченную форму (близкую к форме цилиндра), плавно закругляющуюся в конце, с ярко светящейся оболочкой. Оболочка состоит из раскаленных частиц углерода, которые сгорают в наружном слое оболочки. Размеры ядра зависят от состава горючей смеси, ее расхода и скорости истечения. Диаметр канала мундштука горелки определяет диаметр ядра пламени, а скорость истечения газовой смеси — его длину.

Площадь поперечного сечения канала мундштука горелки прямо пропорциональна толщине свариваемого металла. Сварочное пламя не должно быть слишком «мягким» или «жестким». Мягкое пламя склонно к обратным ударам и хлопкам, жесткое — способно выдувать расплавленный металл из сварочной ванны. При увеличении давления кислорода скорость истечения горючей смеси увеличивается и ядро сварочного пламени удлиняется, при уменьшении скорости истечения ядро укорачивается. С увеличением номера мундштука размеры ядра увеличиваются. Температура ядра достигает 1000°С.

Восстановительная (средняя) зона располагается за ядром и по своему более темному цвету заметно отличается от него. Длина ее зависит от номера мундштука и достигает 20 мм. Зона состоит из продуктов неполного сгорания ацетилена — оксид углерода и водорода.

Она называется восстановительной, так как оксид углерода и водорода раскисляют расплавленный металл, отнимая кислород от его оксидов. Если в процессе сварки расплавленный металл сварочной ванны находится в средней зоне, то сварочный шов получается без пор газовых и шлаковых включений. Этой зоной пламени выполняю сварку и поэтому ее называют рабочей.

Восстановительная зона имеет наиболее высокую температуру (3140°С) в точке, отстоящей на 3-6 мм от конца ядра.

Зона полного сгорания (факел) располагается за восстановительной зоной. Она состоит из углекислого газа, паров воды и газа, которые образуются в пламени при сгорании оксида углерода и водорода восстановительной зоны за счет кислорода окружающего воздуха. Температура этой зоны значительно ниже, чем температура восстановительной, и колеблется от 1200 до 2520°С.

В зависимости от соотношения между кислородом и ацетиленом получают три основных вида сварочного пламени: нормальное, окислительное и науглероживающее. Нормальное пламя теоретически получают тогда, когда в горелку на один объем кислорода подают несколько больше от 1,1 до 1,3 объема ацетилена.

Нормальное пламя характеризуется отсутствием свободного кислорода и углерода в его восстановительной зоне. Кислорода в горелку подается немного больше из-за небольшой его загрязненности и расхода на сгорание водорода. В нормальном пламени ярко выражены все три зоны.

Окислительное пламя получается при избытке кислорода, при подаче в горелку на один объем ацетилена более 1,3 объема кислорода. При этом ядро приобретает конусообразную форму, значительно сокращается по длине, становится с менее резкими очертаниями и приобретает более бледную окраску. Сокращаются по длине также восстановительная зона и факел.

Все пламя приобретает синевато-фиолетовую окраску. Пламя горит с шумом, уровень которого зависит от давления кислорода. Температура окислительного пламени выше нормального, однако сваривать стали таким пламенем нельзя из-за наличия в пламени избытка кислорода. Избыток кислорода приводит к окислению металла шва, шов получается пористым и хрупким.

Окислительное пламя можно применять при газовой сварке латуни и пайке твердыми припоями.

Науглероживающее пламя получается при избытке ацетилена, когда в горелку на один объем ацетилена подается 0,95 и менее объема кислорода. Ядро такого пламени теряет резкость своего очертания, на конце его появляется зеленый венчик, по которому судят об избытке ацетилена. Восстановительная зона значительно светлее и почти сливается с ядром, а 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 пламени избыточный углерод легко поглощается расплавленным металлом и ухудшает качество металла шва. Температура науглероживающего пламени ниже, чем нормального и окислительного. Уменьшая подачу ацетилена в горелку до полного исчезновения зеленого венчика на конце ядра, ацетиленовое пламя превращается в нормальное.

Слегка науглероживающее пламя применяют для сварки чугуна и при наплавке твердыми сплавами.

Характер сварочного пламени сварщик определяет на глаз по форме и окраске пламени. При регулировании пламени необходимо обращать внимание на правильность подбора расхода горючего газа и кислорода.

Вытекающая из мундштука горючая смесь оказывает механическое воздействие на расплавленный металл сварочной ванны и формирует валик шва. Жидкий металл отжимается к краям ванны. Характер формообразования металла зависит от угла наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла.

а — вертикальном, б — наклонном, в — схема перемещения жидкого металла в ванне

Рисунок 2 — Схема механического воздействия пламени на жидкий металл сварочный ванны при различных положениях мундштука

Давление газов оказывает влияние на жидкий металл, перемещая его к задней стенке сварочной ванны, образуя чешуйки шва. При большом давлении кислорода горючая смесь вытекает из мундштука с большой скоростью, пламя становится «жестким» и выдувает расплавленный металл из сварочной ванны, затрудняя тем самым сварку.

Качество наплавленного металла и прочность сварного шва зависят от состава пламени, поэтому во время газовой сварки сварщик должен следить за его характером, регулировать его состав в течение всего процесса сварки. Характер пламени подбирают в зависимости от свариваемого металла и его свойства. Для газовой сварки сталей требуется нормальное пламя, для сварки чугуна, наплавки твердых сплавов — науглероживающее, для сварки латуни — окислительное пламя.

Источник: https://weldering.com/vidy-svarochnogo-plameni

Сварочное пламя. Виды сварочного пламени

Сварочное пламя и его характеристика

>>Способы сварки>>Газовая сварка>>Сварочное пламя

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.

Читайте также  Сварочный полуавтомат что нужно для работы?

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:

2С + Н2 + О2 = 2СО + Н2

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:

4СО + 2Н2 + 3О2 = 4СО2+ 2Н2О

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.

Дополнительные материалы по теме:

Источник: https://taina-svarki.ru/sposoby-svarki/gazovaya-svarka/svarochnoe-plamya-vidy-svarochnogo-plameni.php

Сварочное пламя, его строение и характеристики

Сварочное пламя и его характеристика

Реакция горения протекает обычно при соединении твердых, жидких или газообразных веществ с кислородом. Однако некоторые металлы могут гореть не только в кислороде. Для процессов газопламенной обработки наибольшее значение имеет процесс горения различных горючих газов в кислороде или воздухе. Горение любой газовой смеси начинается с воспламенения ее при какой-то определенной температуре, зависящей от условий процесса горения. После того как горение началось, дальнейший нагрев газа внешним источником теплоты становится излишним, так как теплота газа оказывается достаточной для поддержания горения новых порций горючей смеси.

Устойчивый процесс горения возможен лишь в том случае, если выделяющейся при сгорании горючей смеси теплоты достаточно и для нагрева новых порций газа, и для компенсации потерь теплоты в окружающую среду. Необходимое условие горения газа в кислороде или в воздухе — содержание горючего газа в смеси в определенных пределах, называемых пределами воспламенения.

В зависимости от скорости воспламенения горючей смеси (скорость распространения пламени) различают следующие три вида горения: спокойное — со скоростью распространения пламени, не превышающей 10—15 м/с; взрывчатое — со скоростью распространения пламени, достигающей нескольких сот метров в секунду; детонационное — со скоростью распространения пламени свыше 1000 м/с.

Скорость воспламенения (скорость распространения пламени) зависит от состава газовой смеси, давления, под которым газовая смесь находится, характера и объема пространства, в котором происходит горение, термомеханических условий на его границе (например, при горении смеси в трубках, основным параметром, определяющим эти условия, является диаметр трубки), от чистоты горючего газа и кислорода. С увеличением содержания в них примесей скорость воспламенения уменьшается.

Применяемые в процессах газопламенной обработки горючие газы представляют собой преимущественно смеси углеводородов с другими газами. Из всех горючих в чистом виде применяется только водород. Все горючие газы, содержащие углеводороды, образуют пламя со светящимся ядром, аналогичным по строению ацетиленокислородному пламени. Чем больше углерода в составе горючего газа, тем резче очерчено светящееся ядро пламени. В отличие от углеводородных газов водородно-кислородное пламя светящегося ядра не образует, что затрудняет регулировку пламени по внешнему виду.

Читайте также  Кабина сварочного поста должна иметь высоту

Кроме ацетилена к горючим газам, образующим пламя со светящимся ядром, относятся метан, пропан, бутан, пропанобутановые смеси, природные газы, нефтяной газ, пиролизный газ и др.

Реакция горения — это реакция соединения горючего вещества с кислородом. Процесс горения горючего газа начинается с воспламенения газа при определенной температуре, зависящей от условий, в которых протекает процесс горения. После начала горения дальнейший нагрев газа от внешнего источника не нужен, если выделяемой при горении теплоты достаточно для поддержания горения новых порций горючей смеси и компенсации потерь теплоты в окружающую среду.

В зависимости от хода реакции сгорания ацетилена сварочное ацетиленокислородное пламя имеет определенную форму (рис. 1.1). Пламя можно разделить на три зоны: ядро 1, средняя зона 2 и факел 3.

Во внутренней части ядра 1 пламени происходит постепенный подогрев до температуры воспламенения газовой смеси, поступающей из мундштука. В ядре пламени происходит термическое разложение ацетилена, которое ускоряется за счет присутствия в ядре кислорода, подаваемого в горелку.

Образующийся углерод представляет собой мельчайшие твердые частицы, окружающие тонким раскаленным слоем ядро пламени, вызывая его свечение. Оболочка ядра является самой яркой частью сварочного пламени с температурой около 1500 °С. По внешнему виду ядра визуально определяют состав газовой смеси и исправность сварочной горелки.

В средней зоне 2 пламени протекает неполное окисление углерода кислородом.

Рис. 1.1. Строение сварочного пламени: а — нормальное пламя: 1 — ядро;

2 — средняя зона; 3 — факел; б — окислительное пламя (с избытком кислорода); в —науглероживающее пламя (с избытком ацетилена)

Теплота, выделяющаяся в этой зоне пламени, способствует подогреву смеси и ускорению протекающих в ней окислительных процессов. Как видно из рис. 1.2, средняя зона 2 характеризуется максимальной температурой. В факеле 3 пламени происходит догорание оксида углерода и водорода при взаимодействии их с кислородом, поступающим из воздуха. При этом выделяется большое количество теплоты. Однако из-за большого объема зоны факела 3 температура в ней ниже, чем в средней зоне 2.

Для образования нормального пламени (см. рис. 1.1, а) и полного сгорания ацетилена необходимо на каждый его объем подводить в горелку такой же объем кислорода, т.е. отношение р = /Va равно 1.

Нормальное пламя получают при р = 1,1—1,3. При увеличении этого отношения (Р > 1,3) пламя имеет окислительный характер (окислительное пламя), так как оно содержит избыточный кислород, окисляющий металл. В этом случае ядро пламени укорачивается, становится заостренным, с менее резкими очертаниями (см. рис. 2.1, б), бледнеет и приобретает синеватую окраску.

При уменьшении количества поступающего кислорода (избыток ацетилена) получается науглероживающее пламя (см. рис. 1.1, в). Объем средней зоны при этом увеличивается, ядро становится расплывчатым, и за ним появляется «ацетиленовое перо» зеленоватого цвета. При значительном избытке ацетилена частицы углерода появляются и в наружной зоне, пламя становится коптящим, удлиняется и приобретает красноватую окраску.

Рис. 1.2. Распределение температуры Т вдоль оси ацетиленокислородного пламени: 1 — ядро; 2 — средняя зона; 3 — факел

На рис. 1.3 представлена зависимость максимальной температуры пламени от состава газовой смеси (содержания в ней кислорода). Наивысшая температура пламени и наивысшая производительность сварки наблюдаются при некотором избытке кислорода в смеси по сравнению с нормальным пламенем. Максимальную температуру для достаточно чистого кислорода и ацетилена можно принять равной 3 100-3 200 °С.

Свободный углерод, образующийся в ацетиленовом пламени, может поглощаться расплавленным металлом, поэтому такое пламя и называется науглероживающим. Оно имеет более низкую температуру по сравнению с температурой нормального или окислительного пламени.

Строение пламени газов — заменителей ацетилена, в состав которых входят углеводороды, существенно не отличается от строения ацетиленокислородного пламени, но имеет менее четко выраженное светящееся ядро, что затрудняет регулирование состава пламени по внешнему виду.

Рис. 1.3. Зависимость максимальной температуры Т пламени от состава газовой смеси

Page 3

Температура пламени — один из важнейших параметров, определяющих его тепловые свойства. Чем выше температура, тем эффективнее нагрев и плавление металла.

Неоднородность состава пламени вдоль его оси и в поперечном сечении вызывает различие в температуре отдельных его зон. У большинства углеводородных газов наивысшая температура пламени сосредоточена в непосредственной близости к ядру — в средней зоне пламени. Так как средняя зона, имея в своем составе оксид углерода и водород, обладает к тому же и восстановительными свойствами, то сварку, естественно, осуществляют именно этой зоной, располагая горелку так, чтобы ядро пламени отстояло от поверхности металла на расстоянии 2—Змм.

Существенное влияние на температуру пламени оказывает соотношение смеси горючего газа с кислородом. С увеличением |Зо максимум температуры возрастает и смещается влево, в сторону мундштука горелки, что объясняется увеличением скорости процесса горения смеси при избыточном содержании в ней кислорода.

Температура пламени существенно изменяется с изменением соотношения смеси, достигая максимальных значений при повышенном содержании кислорода.

Нагрев металла пламенем обусловлен вынужденным конвективным и лучистым теплообменом между потоком горючей смеси пламени и соприкасающимся с ним участком поверхности металла. Лучистый теплообмен невелик и составляет 5—10% общего теплообмена пламени и металла. Сварочное пламя можно рассматривать как конвективный теплообменный источник.

Интенсивность вынужденного конвективного теплообмена зависит от разности температур пламени и нагреваемой поверхности металла и от скорости перемещения потока пламени относительно этой поверхности.

Направленный на поверхность металла газовый поток пламени деформируется и, растекаясь, нагревает значительный по размерам участок поверхности металла. Этот участок поверхности называют пятном нагрева. Распределение удельного теплового потока пламени по пятну нагрева зависит от угла наклона пламени, расстояния от сопла до нагреваемого металла и средней скорости истечения горючей смеси из сопла горелки.

Эффективная тепловая мощность пламени q есть количество теплоты, вводимой пламенем в металл за единицу времени, и зависит в основном от расхода горючего газа, с увеличением которого она возрастает (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Зависимость эффективной тепловой мощности пламени q от расхода ацетилена 1/а (скорость сварки 30 м/ч, толщина стали 6 мм)

Эффективность нагрева металла газовым пламенем оценивается эффективным КПД г| , представляющим собой отношение эффективной мощности пламени q к полной тепловой мощности пламени qn, подсчитываемой по низшей теплоте сгорания горючего:

Из графика (рис. 1.5), построенного для различных расходов ацетилена (обеспечиваемых семью номерами наконечников простой сварочной горелки), следует, что с увеличением расхода ацетилена вследствие изменения условий теплообмена пламени с поверхностью металла, эффективный КПД пламени г|и, а следовательно, и эффективность нагрева падают.

Рис. 1.5. Зависимость эффективного КПД пламени г|и от расхода ацетилена 1/а

Основным параметром, определяющим производительность процесса проплавления, является расход горючего газа.

Полный КПД при газовой сварке мал. Остальная теплота сжигаемого горючего составляет различные потери. Например, при ацетиленокислородной сварке стали толщиной 3 мм затраты теплоты на нагрев свариваемого металла вокруг расплавляемой зоны (ванны, шва) составляют около 45%. При увеличении толщины свариваемого металла или его теплопроводности составляющая расхода на его нагрев вне расплавляемой зоны увеличивается.

Для проплавления металла и управления сварочной ванной важно механическое действие пламени, достигающее по оси пламени максимальной величины. В сварочных горелках большой мощности давление газов пламени достигает 0,01 МПа.

Газовая сварка плавлением ввиду ее меньшей производительности, тепловой эффективности и сложности автоматизации по сравнению с дуговой применяется для сварки стали малой толщины, чугуна и некоторых цветных металлов.

При большой толщине металла газовая сварка применяется только в тех случаях, когда по каким-либо причинам затруднено применение электросварки.

Производительность газовой сварки можно повысить рациональным использованием тепловой мощности пламени, в частности подбором мощности и регулировки, позволяющим получать хорошее качество сварки при увеличении ее скорости, а также использованием в некоторых случаях теплоты отходящих газов факела пламени.

Page 4

При нагреве пламенем горелки происходит местное расплавление металла соединяемых деталей. Расплавленный металл кромок вместе с металлом присадки образует сварочную ванну. Сварочная ванна находится в границах, определяемых твердым металлом. Жидкий металл смачивает кромки деталей, удаляет пленку, покрывающую их, и создает возможность проявления сил межатомного взаимодействия.

Читайте также  4n90c в блоках питания сварочных инверторов

В процессе сварки газовое пламя перемещается вдоль кромок соединяемых деталей. Вместе с ним перемещается и сварочная ванна. В результате последовательного охлаждения и затвердевания металла сварочной ванны образуется сварное соединение.

Объем сварочной ванны мал по сравнению с объемом соединяемых деталей, поэтому происходит интенсивный отвод теплоты. Для поддержания металла сварочной ванны в жидком состоянии и нормального протекания процесса сварки необходимо, чтобы источник нагрева имел высокую температуру и обладал большой тепловой мощностью. При ацетиленокислородной сварке на полезный нагрев металла затрачивается лишь 10% от общей тепловой мощности пламени, остальное — на возмещение различных потерь теплоты.

Источник: https://bstudy.net/606596/tehnika/svarochnoe_plamya_stroenie_harakteristiki

Состав сварочного пламени

Сварочное пламя и его характеристика

Полуавтоматы для дуговой сварки и их основные узлы

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 не пригодно для сварки, так как имеет низкую температуру и коптит, выделяя много сажи (несгоревшего углерода). Если в та кое пламя добавить кислород, открывая кислородный вентиль горелки, то резко изменятся цвет и форма пламени, температура его повысится.

Изменяя соотношение кислорода и ацетилена в горючей смеси, можно получать три основных вида сварочного пламени (рис. 95): науглероживающее (с избытком ацетилена); нормальное (называемое восстановительным); окислительное (с избытком кислорода). Для сварки большинства металлов применяют нормальное (восстановительное) пламя. Теоретически оно получается, если в смесь на один объем ацетилена подается один объем кислорода.

Ацетилен сгорает за счет кислорода смеси по реакции: С2Н2 + О2 = 2СО + Н2 (1 фаза горения) Дальнейшее горение происходит за счет кислорода, который поступает из окружающего воздуха, по реакции: 2СО+Н2 + 1,5О2 = 2СО2 + H2O.

(2 фаза горения) Окись углерода и водород, образующиеся в пламени, раскисляют металл, восстанавливая из окислов металл в сварочной ванне. При использовании смеси с соотношением объемов кислорода и ацетилена 1:1 металл шва получается достаточно однородный, без пор, газовых пузырей и включений окислов. Практически нормальное восстановительное пламя получается при избытке кислорода в смеси до 30 % против теоретического за счет поступления его из окружающего воздуха. Таким образом, соотношение ацетилена и кислорода изменяется от 1:1 до 1:1,3. Нормальное пламя имеет светлое ядро, несколько темную восстановительную зону и факел.

Рис. 95. Разновидности ацетилено-кислородного пламени: а — науглероживающее; б — нормальное; в — окислительное; 1 — ядро; 2 — восстановительная зона; 3 — факел

Ядро имеет четко очерченную форму, близкую к форме цилиндра с закругленным концом, и ярко светящуюся оболочку, которая состоит из раскаленных частиц углерода. Сгорание этих частиц происходит в наружном слое оболочки. Размерами ядра пламени являются его диаметр и длина. Диаметр ядра пламени определяется диаметром канала мундштука и расходом горючей смеси. Горелки комплектуются набором мундштуков нескольких номеров. Чем больше номер мундштука и расход горючей смеси, тем больше диаметр ядра. Длина ядра пламени определяется скоростью истечения газовой смеси.

Скорость истечения газовой смеси является основным фактором, определяющим устойчивость горения пламени. При малой скорости истечения газовой смеси пламя склонно к образованию хлопков и обратных ударов. При завышенной скорости истечения газовой смеси пламя выдувает расплавленный металл из сварочной ванны. Восстановительная зона имеет более темный цвет, отличающийся от цвета ядра и остальной части пламени. Она занимает пространство в пределах 20 мм от конца ядра, в зависимости от номера мундштука.

Восстановительная зона состоит из окиси углерода и водорода и имеет наиболее высокую температуру в точке, отстоящей на 2—6 мм от конца ядра. Этой зоной пламени нагревают и расплавляют металл в процессе сварки. Остальная часть 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. Температура факела значительно ниже температуры восстановительной зоны.

Таким образом, в восстановительной зоне, в точке, отстоящей чуть дальше от конца ядра, достигается максимальная температура ацетилено-кислородного пламени 3150 °С. При метан-кислородном пламени максимальная температура, равная 2150 °

С, может быть достигнута на расстоянии 3—3,5 длины ядра от среза мундштука горелки. Пропан-бутан-кислородное пламя достигает максимальной температуры 2400 °С на расстоянии 2,5 длины ядра от среза мундштука. Эти ориентировочные данные позволяют сварщику наиболее рационально использовать пламя горелки при сварке металла заданной толщины. Окислительное пламя получается при увеличении подачи кислорода или уменьшении подачи ацетилена до величины объема кислорода в смеси, превышающей в 1,3 раза объем ацетилена.

Окислительное пламя имеет укороченное заостренное ядро с менее резкими очертаниями и бледным цветом. Температура окислительного пламени выше температуры нормального восстановительного пламени. Такое пламя сильно окисляет свариваемый металл, что приводит к получению хрупкого и пористого шва и выгоранию полезных примесей кремния и марганца. Можно применять окислительное пламя при сварке сталей, но при этом необходимо пользоваться присадочной проволокой, в которой повышено содержание марганца и кремния, являющихся раскислителями.

Науглероживающее пламя получается при уменьшении подачи кислорода или увеличении подачи ацетилена. 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 кислорода недостаточно и не получается полного сгорания ацетилена. Избыточный ацетилен разлагается на водород и углерод. Углерод переходит в металл шва, поэтому ацетиленистое пламя будет науглероживать металл шва. Температура этого пламени ниже температуры нормального пламени. Если уменьшать подачу ацетилена в горелку до полного исчезновения зеленого венчика на конце ядра, ацетиленистое пламя можно превратить (перевести) в нормальное.

Пламя с избытком ацетилена применяют при наплавке твердых сплавов, а также при сварке алюминиевых и магниевых сплавов. Качество наплавленного металла и прочность сварного шва зависят от состава сварочного пламени. Поэтому сварщик должен обращать особое внимание на характер и правильность регулирования сварочного пламени. Характер пламени определяется сварщиком на глаз по форме и цвету пламени. При формировании 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 то металла и его физических свойств. Изменяя тепловую мощность пламени, можно в довольно широких пределах регулировать скорость нагрева и расплавления металла, что является одним из положительных качеств процесса газовой сварки. Однако следует помнить, что КПД использования теплотворной способности горючего при газовой сварке равен всего 7 %.

Тепло, выделяющееся при сгорании ацетилена, расходуется следующим образом, %: Полезно используется на сварку для расплавления металла Потери тепла: 6-7 от неполноты сгорания 55­63 с отходящими газами 13-15 на излучение и конвекцию 9-10 на нагрев прилегающих к шву участков 15-18 от угара и разбрызгивания металла

1-2

Методы контроля качества сварных соединений могут быть разделены на две основные группы: методы контроля без разрушения образцов или изделий — неразрушающий контроль; методы контроля с разрушением образцов или производственных стыков …

Наиболее распространенные виды дефектов в сварных швах

Надежность эксплуатации сварных соединений зависит от их соответствия нормативно-технической документации, которая регламентирует конструктивные размеры и форму готовых сварных швов, прочность, пластичность, коррозионную стойкость и свойства сварных соединений. Сварные соединения, выполненные …

Противопожарные мероприятия

Для предупреждения пожаров необходимо соблюдать следующие противопожарные мероприятия. Постоянно следить за наличием и исправным состоянием противопожарных средств (огнетушителей, ящиков с сухим песком, лопат, пожарных рукавов, асбестовых покрывал и т. д.). …

Источник: https://msd.com.ua/poluavtomaty-dlya-dugovoj-svarki-i-ix-osnovnye-uzly/sostav-svarochnogo-plameni/