Види зварювального полум’я, зварювання і зварник

Зварювальне полум'я утворюється при згорянні горючого газу або парів горючої рідини в кисні. Полум'я нагріває і розплавляє основний і присадний метал в місці зварювання. Найбільше застосування при газовому зварюванні знайшло киснево-ацетиленове полум'я, так як воно має високу температуру (3150 ° С) і забезпечує концентрований нагрів. Однак у зв'язку з недостатністю ацетилену в даний час набули широкого поширення (особливо при різанні металів) гази-замінники ацетилену - пропан-бутан, метан, природний і міської гази.

Від складу горючої суміші, т. Е. Від співвідношення кисню і пального газу, залежать зовнішній вигляд, температура і вплив зварювального полум'я на розплавлений метал. Змінюючи склад горючої суміші, зварювальник тим самим змінює основні параметри зварювального полум'я.

Для отримання нормального полум'я відношення кисню до пального газу повинно бути для ацетилену - 1,1-1,2, природного газу - 1,5-1,6, пропану - 3,5.

Всі горючі гази, що містять вуглеводні, утворюють зварювальне полум'я, яке має три яскраво помітні зони:

Водневе полум'я яскраво помітних зон не має, що ускладнює його регулювання за зовнішнім виглядом.

При запаленні газового струменя, що витікає з сопла, полум'я переміщується у напрямку руху струменя газової суміші. Швидкість витікання для кожного газу підбирається такий, щоб полум'я не проникало всередину сопла пальника і не відривався від нього. Газ в струмені повинен прогріватися до температури займання, ацетилен запалюється при температурі 450-500 ° С, а гази-замінники - 550-650 ° С. Тому ядро ​​полум'я при згорянні газів-замінників довше, ніж при згорянні ацетилену.

а - окисне, б - нормальне, в - науглероживается; 1 - ядро, 2 - відновлювальна зона, 3 - факел

Малюнок 1 - Види зварювального полум'я

Процес згоряння ацетилену в кисні можна умовно розділити на дві стадії. Спочатку під впливом нагріву відбувається розпад ацетилену на елементи: С2 Н2 = 2С + Н2. Потім відбувається перша стадія згоряння ацетилену за рахунок кисню суміші по реакції 2С + Н2 + O2 = 2СО + Н2. Друга стадія горіння протікає за рахунок кисню повітря: 2СО + Н2 + 1,5O2 = 2СO2 + Н2 O. Процес горіння горючого газу в кисні екзотермічен, тобто йде з виділенням теплоти.

Ядро має різко окреслену форму (близьку до форми циліндра), плавно закруглюється в кінці, з яскраво світиться оболонкою. Оболонка складається з розпечених частинок вуглецю, які згорають у зовнішньому шарі оболонки. Розміри ядра залежать від складу горючої суміші, її витрати і швидкості витікання. Діаметр каналу мундштука пальника визначає діаметр ядра полум'я, а швидкість витікання газової суміші - його довжину.

Площа поперечного перерізу каналу мундштука пальника прямо пропорційна товщині зварюваного металу. Зварювальне полум'я не повинно бути занадто "м'яким" або "жорстким". М'яке полум'я схильне до зворотних ударів і бавовни, жорстке - здатне видувати розплавлений метал зі зварювальної ванни. При збільшенні тиску кисню швидкість витікання горючої суміші збільшується і ядро ​​зварювального полум'я подовжується, при зменшенні швидкості витікання ядро ​​коротшає. Зі збільшенням номера мундштука розміри ядра збільшуються. Температура ядра досягає 1000 ° С.

Відновлювальна (середня) зона розташовується за ядром і за своїм більш темного кольору помітно відрізняється від нього. Довжина її залежить від номера мундштука і досягає 20 мм. Зона складається з продуктів неповного згоряння ацетилену - оксид вуглецю і водню. Вона називається відновної, так як оксид вуглецю і водню раскисляют розплавлений метал, віднімаючи кисень від його оксидів. Якщо в процесі зварювання розплавлений метал зварювальної ванни знаходиться в середній зоні, то зварювальний шов виходить без пор газових і шлакових включень. Цією зоною полум'я виконую зварювання і тому її називають робочої. Відновлювальна зона має найбільш високу температуру (3140 ° С) в точці, віддаленій на 3-6 мм від кінця ядра.

Зона повного згоряння (факел) розташовується за відновної зоною. Вона складається з вуглекислого газу. парів води і газу, які утворюються в полум'ї при згорянні оксиду вуглецю і водню відновної зони за рахунок кисню навколишнього повітря. Температура цієї зони значно нижче, ніж температура відновлювальної, і коливається від 1200 до 2520 ° С.

Залежно від співвідношення між киснем і ацетиленом отримують три основних види зварювального полум'я: нормальне, окисне і науглероживается. Нормальне полум'я теоретично отримують тоді, коли в пальник на один об'єм кисню подають дещо більше від 1,1 до 1,3 обсягу ацетилену.

Нормальне полум'я характеризується відсутністю вільного кисню і вуглецю в його відновної зоні. Кисню в пальник подається трохи більше через невелику його забрудненості і витрати на згоряння водню. У нормальному полум'я яскраво виражені всі три зони.

Окислювальне полум'я виходить при надлишку кисню, при подачі в пальник на один об'єм ацетилену більше 1,3 об'єму кисню. При цьому ядро ​​набуває конусоподібну форму, значно скорочується по довжині, стає з менш різкими обрисами і набуває більш бліде забарвлення. Скорочуються по довжині також відновна зона і факел. Все полум'я набуває синювато-фіолетове забарвлення. Полум'я горить з шумом, рівень якого залежить від тиску кисню. Температура окисного полум'я вище нормального, однак зварювати стали таким полум'ям не можна через наявність в полум'я надлишку кисню. Надлишок кисню призводить до окислення металу шва. шов виходить пористим і крихким. Окислювальне полум'я можна застосовувати при газовому зварюванні латуні і пайку твердими припоями.

Науглероживается полум'я виходить при надлишку ацетилену, коли в пальник на один об'єм ацетилену подається 0,95 і менше обсягу кисню. Ядро такого полум'я втрачає різкість свого обриси, на кінці його з'являється зелений віночок, за яким судять про надлишок ацетилену. Відновлювальна зона значно світліше і майже зливається з ядром, а факел набуває жовтувате забарвлення. При великому надлишку ацетилену полум'я починає коптити, так як в ньому відчувається недолік кисню, необхідного для повного згоряння ацетилену. Що знаходиться в полум'ї надлишковий вуглець легко поглинається розплавленим металом і погіршує якість металу шва. Температура науглероживается полум'я нижче, ніж нормального і окисного. Зменшуючи подачу ацетилену в пальник до повного зникнення зеленого віночка на кінці ядра, ацетиленове полум'я перетворюється в нормальне. Злегка науглероживается полум'я застосовують для зварювання чавуну і при наплавленні твердими сплавами.

Характер зварювального полум'я зварювальник визначає на око за формою і забарвленням полум'я. При регулюванні полум'я необхідно звертати увагу на правильність підбору витрати пального газу і кисню.

Випливає з мундштука горюча суміш надає механічну дію на розплавлений метал зварювальної ванни і формує валик шва. Рідкий метал віджимається до країв ванни. Характер формоутворення металу залежить від кута нахилу мундштука пальника до поверхні зварюваного металу.

а - вертикальному, б - похилому, в - схема переміщення рідкого металу в ванні

Малюнок 2 - Схема механічного впливу полум'я на рідкий метал зварювальний ванни при різних положеннях мундштука

Тиск газів впливає на рідкий метал, переміщаючи його до задньої стінки зварювальної ванни, утворюючи лусочки шва. При великому тиску кисню горюча суміш витікає з мундштука з великою швидкістю, полум'я стає "жорстким" і видуває розплавлений метал зі зварювальної ванни, ускладнюючи тим самим зварювання.

Якість наплавленого металу і міцність зварного шва залежать від складу полум'я, тому під час газового зварювання зварювальник повинен стежити за його характером, регулювати його складу протягом всього процесу зварювання. Характер полум'я підбирають залежно від зварюваного металу і його властивості. Для газового зварювання сталей потрібно нормальне полум'я, для зварювання чавуну, наплавлення твердих сплавів - науглероживается, для зварювання латуні - окисне полум'я.