§ 1

Сварочное пламя

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 непригодно для сварки, так как имеет низкую температуру и коптит, вы­деляя много сажи (несго­ревшего углерода).

Когда в ацетилено-воз­душное пламя прибавля­ют кислород, открывая кислородный вентиль го­релки, пламя резко меня­ет цвет и форму, а тем­пература его повышается. Изменяя соотношение кис­лорода и ацетилена в сме­си, можно получать три основных вида сварочного пламени (рис. 46):

нормальное (называемое также "восстановительным);

окислительное (с избытком кислорода);

науглероживающее (с избытком ацетилена).

Для сварки большинства металлов применяют нормаль­ное (восстановительное) пламя (рис. 46, б). Теоретически оно получается, когда в смесь на один объем ацетилена по­дается один объем кислорода. Ацетилен сгорает за счет кислорода смеси по реакции

С2Н2 -f 02 = 2СО - f Н2 (I фаза горения).

Дальнейшее горение происходит за счет кислорода, за­имствуемого из окружающего воздуха, по реакции

2СО -)- Н2 + 1,502 = 2С02 4- Н20 (II фаза горения).

*ивми^ Окись углерода и водород, образующиеся в пламени, раскисляют металл, восстанавливая металл в сварочной ванне из окислов. При этих условиях металл шва получает­ся более однородный, без пор, газовых пузырей и включе­ний окислов.

Практически нормальное восстановительное пламя по­лучается при избытке кислорода в смеси до 30% против тео­ретического, т. е. при отношении ацетилена к кислороду от 1:1 до 1 : 1,3. Нормальное пламя имеет светлое ядро, не­сколько более темную восстановительную зону и факел.

Ядро 1 (см. рис. 46) имеет довольно четко очерченную форму, близкую к форме цилиндра с закругленным концом, и ярко светящуюся оболочку, состоящую из раскаленных частиц углерода, сгорание которых происходит в наружном слое оболочки. Размеры ядра зависят от расхода горючей смеси и скорости ее истечения. Диаметр ядра пламени опре­деляется диаметром канала мундштука, а длина —скоро­стью истечения газовой смеси.

Площадь поперечного сечения канала мундштука прямо пропорциональна толщине свариваемой стали. Скорость ис-

____ течения должна обеспечивать устойчивое горение пламени.

':*И*&Пламя не должно быть слишком «мягким» или «жестким», так как первое склонно к обратным ударам и хлопкам, а второе — выдувает расплавленный металл из сварочной ванны. Если увеличить давление кислорода, то скорость истечения смеси увеличится, и ядро удлинится. С уменьше­нием скорости истечения смеси ядро укорачивается. С уве­личением номера мундштука размеры ядра соответственно увеличиваются. На рис. 47 приведены длина и диаметр ядра

(в миллиметрах) пламени мундштуков разных номеров, а также соответствующие им расходы ацетилена и диаметры каналов.

Восстановительная зона 2 имеет темный цвет, отличаю­щий ее от ядра и остальной части пламени. Она занимает пространство в пределах до 20 мм от конца ядра, в зависи-

мости от номера мундштука. Восстановительная зона состо-"^'^ ит из окиси углерода и водорода. Эта зона имеет наиболее высокую температуру в точке, отстоящей на 2—6 мм от кон­ца ядра. Данной зоной пламени нагревают и расплавляют металл в процессе сварки.

Остальная часть 3 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, в состав которого входят азот и кислород. Температура фа­кела значительно ниже температуры восстановительной зоны.

Химический состав пламени смеси состава 02:СгН2=1 приведен в табл. 16.

Если увеличить подачу кислорода или уменьшить подачу ацетилена в горелку, то получают окислительное пламя (см. рис. 46, в), образующееся, когда на один объем ацети­лена в смеси содержится более 1,3 объема кислорода.

Окислительное пламя имеет укороченное, заостренное ядро с менее резкими очертаниями и бледным цветом. Тем­пература окислительного пламени выше температуры нор­мального восстановительного, однако такое пламя может сильно окислять свариваемый металл, что приводит к полу­чению хрупкого и пористого шва.

Окислительное пламя применяют при сварке стали с целью повышения производительности процесса, но при этом обязательно пользоваться проволокой, содержащей по­вышенные количества марганца и кремния в качестве рас - кислителей (см. § 4 гл. V). Окислительное пламя также не­обходимо при сварке латуни (см. § 5 гл. VI) и пайке твер­дым припоем.

При уменьшении подачи кислорода или при увеличении подачи ацетилена получают науглероживающее пламя (см. рис. 46, а). Оно образуется при подаче в горелку 0,95 и ме­

нее 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 в нем недостаточно кис­лорода, необходимого для полного сгорания ацетилена.

Содержащийся в ацетиленистом пламени избыточный ацетилен разлагается на водород и углерод. Углерод перехо­дит в расплавленный металл. Поэтому ацетиленистое пламя будет науглероживать металл шва. Температура такого пламени ниже температуры нормального восстановительно­го пламени. Уменьшая подачу ацетилена в горелку до пол­ного исчезновения зеленого венчика на конце ядра, ацети­ленистое пламя превращают в нормальное.

Пламя с избытком ацетилена применяют при наплавке твердыми сплавами. Пламя с незначительным избытком аце­тилена используют для сварки алюминиевых и магниевых сплавов.

Характер сварочного пламени определяется сварщиком, как правило, на глаз. Начинающий сварщик легко обуча­ется достаточно быстро и точно регулировать пламя по его форме и цвету. При регулировании пламени горелки следует обращать внимание на правильность установки давления кислорода и размер ядра пламени. При повышении давле­ния кислорода смесь вытекает из мундштука со слишком большой скоростью и пламя становится «жестким», разду­вает металл сварочной ванны напором струи горящих га­зов и затрудняет сварку. При слишком большой скорости истечения пламя начинает отрываться от конца мундштука. При слишком низком давлении кислорода пламя становится короче и при приближении к металлу горелка начинает хло­пать. При правильно установленном давлении кислорода горелка дает ровное и устойчивое пламя, не сдувающее рас­плавленный металл с поверхности ванны.

Поскольку горючая смесь вытекает из мундштука горел­ки со значительной скоростью, пламя оказывает механиче­ское воздействие на жидкий металл сварочной ванны и фор­мообразование валика шва. Вследствие давления струи га­зов пламени жидкий металл отжимается к краям ванны. Характер перемещения металла зависит от угла наклона мундштука к поверхности металла (рис. 48, а и б).

При передвижении пламени вдоль шва жидкий металл перемещается давлением газов к задней стенке ванны, обра­зуя чешуйки шва (рис. 48, в).

Качество наплавленного металла и прочность сварного шва сильно зависят от состава сварочного пламени. Поэто­му сварщик должен обращать особое внимание на характер и правильность регулирования сварочного пламени.

талла........................................................................................ 6—7

Потери тепла:

от неполноты сгорания................................................... 55—63

с отходящими газами...................................................... 13—15

на излучение и конвекцию............................................... 9—10

на нагревание прилегающих к шву участков. . . 15—18 от угара и разбрызгивания металла 1—2

Таким образом к. п. д. использования теплотворной спо­собности горючего при газовой сварке не превышает 7%.

§ 2