а. Ацетиленовое пламя
При выходе из наконечника горелки ацетилено-кислородная смесь обладает высокой теплотворной способностью. Теплотворная способность ацетилена при 0° С и давлении 760 мм 11470 кал (на 1 м3), при сварке же используется до 44% тепла. В фокусе пламени горелки развивается температура в 3100—3300° С.
Полное сгорание ацетилена должно протекать по химическому уравнению:
2С2Н2 + 5O2 = 4СO2 + 2Н2O
Из этого уравнения видно, что на единицу объема ацетилена требуется 2,5 единицы кислорода.
Практически сгорание ацетилена протекает в два этапа, которые можно выразить следующими двумя уравнениями:
С2Н2 + O2 = 2СО + Н2,
2СO + Н2 + 1,5O2 = 2СO2 + Н2O.
Из уравнения, характеризующего первый этап горения ацетилена, видно, что количества кислорода и ацетилена равны по своему объему, В действительности же для горения в первом этапе требуется некоторый избыток кислорода. Во втором этапе горения ацетилена кислород берется из воздуха.
В зависимости от соотношения кислорода и ацетилена будут меняться характер пламени и его свойства.
 |
| Фиг. 26. Схема строения нейтрального пламени. |
При соотношении кислорода к ацетилену, равном от 1,1 до 1,2, весь подведенный к горелке кислород пойдет на сжигание С в СO и части водорода в Н2O. В этом случае происходит полное сгорание смеси и получается так называемое нейтральное пламя, обеспечивающее наиболее высокое качество сварки. Оно состоит из трех частей. Первая часть (фиг. 26) имеет вид белого конуса, который по внешнему виду представляет собою ослепительно белый стержень с округленным концом. В небольших горелках порядка номеров О и 1 эта часть имеет форму конического стержня.
Вторая часть, окружающая первую в виде ореола, называется восстановительной зоной.
Третья часть пламени окружает первые две; она называется вторичным пламенем или оболочкой и имеет вид широкого и длинного факела желто-красного цвета.
Размеры каждой зоны пламени меняются в зависимости от величины горелки.
Ниже, в табл. 1, дан размер первой зоны части пламени в зависимости от номера горелки и толщины свариваемого материала.
Таблица 1
| № наконечника |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
| Толщина свариваемого металла в мм |
0.5 — 1 |
1 — 2 |
2 — 4 |
4 — 6 |
6 — 9 |
9 — 14 |
14 — 20 |
20 — 30 |
| Расход ацетилена в л/час |
75 |
150 |
300 |
500 |
750 |
1200 |
1700 |
2500 |
| Расход кислорода в л/час |
90 |
180 |
360 |
600 |
900 |
1400 |
2000 |
3000 |
| Приблизительная длина ядра пламени в мм |
6 |
8 |
12 |
15 |
17 |
19 |
21 |
23 |
При соотношении кислорода и ацетилена, равном или большем 1,2, будет иметь место некоторый излишек кислорода в газовой смеси, в результате чего пламя будет окислительным.
Этот излишек кислорода имеется как в первой, так и во второй частях пламени. Он окисляет свариваемый металл, в результате чего получается низкое качество сварки. Изменение пламени в сторону окислительного можно узнать по внешнему виду: длина пламени уменьшается, внутреннее ядро становится короче и пламя окрашивается в фиолетовый цвет.
Практика показала, что при сварке конструкционных сталей нейтральным пламенем имеет место незначительное выгорание примесей, благодаря чему обеспечивается получение высококачественного шва. Такой шов обладает полным проварим и безукоризненным соединением между основным и наплавленным металлом, Сварной металл, полученный при сварке нейтральным пламенем, чист, не имеет шлаковых включений, окислов и налета в виде сажи. Очень редко внешний вид такого сварного шва имеет следы окислительного и науглероживающего пламени.
Избыток кислорода в горючей смеси ускоряет процесс горения ацетилена и следовательно повышает температуру пламени и скорость сварки.
При избытке кислорода в горючей газовой смеси всегда остается некоторое количество свободного кислорода, сохраняющееся как в первой, так и во второй зоне пламени. Таким образом создаются условия к сильному окислению как присадочного металла, так и той зоны основного металла, которая прилегает к сварному шву.
При сварке сталей опасным является окисление железа, т. е. образование закиси железа; последняя способна растворяться в жидких шлаках и в жидком металле.
Сильное окисление металла приводит к образованию пленок окиси и шлака, которые препятствуют полному сплавлению основного металла с присадочным, т. е. имеет место непровар.
При избытке кислорода происходит в процессе сварки выгорание углерода, в результате чего наблюдается обезуглероживание. Образующаяся окись углерода не успевает улетучиться из жидкого металла и остается в шве в виде мельчайших раковин и пор. При этом наблюдается сильное кипение и разбрызгивание металла.
Часть 1 | Часть 2
