Зварювальне полум’я - зварювання металів
Необхідний для першої стадії горіння кисень називається первинним і в зварювальне полум'я вводиться в технічно чистому вигляді з балона. Кисень, необхідний для другої, заключної, стадії горіння, називається вторинним і в зварювальне полум'я надходить головним чином з навколишнього атмосферного повітря. Розглянута схема процесу горіння з поділом його на дві стадії є наближеною.
Залежно від перебігу реакції згоряння ацетилену зварювальне ацетилено-кисневе полум'я має форму, схематично показану на рис. 154. У внутрішній частині ядра полум'я 1 відбувається поступовий підігрів до температури займання газової суміші, що надходить з мундштука. У тонкій зовнішній оболонці ядра відбувається частковий розпад ацетилену С2Н2 == 2С + Н2 з виділенням твердих частинок вуглецю. Розпечені тверді частинки вуглецю яскраво світяться, тому оболонка ядра є найяскравішою частиною зварювального полум'я, незважаючи на те, що її температура відносно невисока (не перевищує 1500 ° С) .Ядро називається також першою зоною полум'я. За зовнішнім виглядом ядра візуально визначають склад газової суміші і справність пальника.
Як видно з цього рівняння, в результаті реакції виходить суміш, що складається на 2/3 з окису вуглецю СО і на V3 з водню Н2, що володіє відновними властивостями по відношенню до окислам багатьох металів, у тому числі і до окислам заліза.
Мал. 1. Схема ацетилено-кисневого зварювального полум'я
У цій зоні основними складовими частинами, крім азоту, є двоокис вуглецю С02 і пари води, а також продукти їх дисоціації. Як двоокис вуглецю, так і водяні пари при високих температурах окислюють залізо, тому зовнішня зона, або факел полум'я, називається також окислювальному зоною.
На рис. 1 схематично показано так зване нормальне полум'я, що характеризується яскравим, різко окресленим ядром циліндричної форми, білого кольору, в якому відношення 02. С2Н2 = 1,1-ь 1,2. При збільшенні цього відношення, т. Е. Відносне збільшення вмісту кисню або зменшенні вмісту ацетилену в суміші, форма і будова полум'я змінюються; особливо помітні зміни ядра полум'я. Збільшення вмісту кисню в суміші прискорює реакції окислення, ядро полум'я коротшає, зменшується утворення вільного вуглецю, ядро блідне, набуває синюватого забарвлення і конічну загострену форму.
Зі зменшенням відносини 02. С2Н2, т. Е. Зі зменшенням вмісту кисню або збільшенням вмісту ацетилену в газовій суміші, реакції окислення сповільнюються, тому ядро полум'я подовжується; збільшується кількість вільного вуглецю, частинки якого з'являються і в зварювальної зоні; обриси збільшеного ядра стають розмитими і втрачають чіткість. При значному надлишку ацетилену частки вуглецю з'являються і в зовнішній зоні, полум'я стає коптять небо, подовжується і набуває червонуватого забарвлення. При деякому навику по вигляду полум'я можна досить точно встановити нормальний склад газової суміші, не користуючись ніякими вимірювальними приладами для витрати газів (рис. 2).
Мал. 2. Форми ядра полум'я в залежності від складу суміші: 1 - надлишок кисню; 2 - нормаль, ве полум'я; 3 - надлишок ацетилену
Мал. 3. Розподіл температури по осі полум'я
Мал. 4. Залежність максимальної температури полум'я від складу газової суміші
Температура полум'я різна в різних його точках і залежить від складу газової суміші і ступеня чистоти застосовуваних газів. Найвища температура спостерігається по осі полум'я, причому вона незначна в першій зоні або ядрі полум'я, досягає максимуму в зварювальної зоні, на відстані 2-3 мм від кінця ядра, і знову падає в третій, або зовнішній зоні.
Максимальну температуру ацетилено-кисневого полум'я визначали багато дослідників як теоретично - шляхом розрахунків, так і експериментально - безпосереднім виміром. Обидва методи дають задовільний збіг результатів.
На рис. 3 приведена діаграма зміни температури по осі нормального полум'я, а на рис. 4 - діаграма залежності
Максимальної температури полум'я від складу газової суміші. Максимальна температура зосереджена на невеликій ділянці полум'я, який в процесі зварювання повинен перебувати біля поверхні металу. З діаграми на рис. 4 видно, що найвища температура полум'я, а отже, і найвища продуктивність зварювання спостерігається при деякому надлишку кисню в суміші в порівнянні з нормальним полум'ям. Максимальну температуру нормального полум'я для досить чистих кисню і ацетилену можна прийняти рівною 3100-3200 ° С.