Состав пламени в различных его частях весьма неоднороден, так как зависит от состава газовой смеси и условий подсоса воздуха, X - е. от скорости истечения смеси и давления окружающей атмос­феры. л

Для процесса сварки наибольшее значение имеет состав средней рабочей зоны пламени,

Химический состав пламени может быть определен эксперимен­тально — непосредственно химическим анализом отобранных проб, или спектральным методом. Имеются также приближенные расчет­ные методы.

Непосредственный химический анализ состава пламени не может претендовать на большую точность результатов, так как при отборе проб из различных зон пламени возможно изменение состава газа при охлаждении.

Химический анализ продуктов горения ацетилено-кислородного. пламени проводят обычно в зонах, отстоящих на некотором рас­стоянии от внутреннего ядра пламени. Что же касается состава неус­тойчивых промежуточных продуктов пирогенного разложения аце­тилена во внутреннем ядре пламени, то последние наиболее точно определяются спектральным анализом. Так, например, спектраль­ным анализом внутреннего ядра пламени обнаружен спектр угле­водорода с полосами, испускаемыми молекулой углерода. Спект­ральный анализ наружной зоны пламени также обнаруживает при­сутствие радикала ОН и пр.

Основы регулирования состава сварочного ацетилено-кислород­ного пламени разработаны А. Н. Шашковым, установившим общие принципы определения оптимальных составов смеси горючего газа с кислородом при сварке сталей.

Ранее принятое деление пламени на нейтральное, восстанови­тельное и окислительное, как показали исследования А. Н. Шашкова, необосновано, так как истинно нейтральное пламя при данном со­ставе, температуре и давлении не окисляет и не раскисляет металл, гіаходясь одновременно в равновесии и с самим металлом и с его низшим окислом. Сварочное же нейтральное пламя, имеющее соот­ношение смеси газов рп = 1,1 - г - 1,2, интенсивно противодействует окислению, а в некоторых случаях, например при сварке железа, меди и никеля, восстанавливает металл сварочной ванны благодаря присутствию в средней зоне пламени необходимой концентрации окиси углерода и водорода — атомарного и молекулярного.

Также необоснованным и неверным является термин «восстано­вительное пламя», когда речь идет о пламени с избытком ацетилена, поскольку такое пламя не восстанавливает металл сварочной ванны, а науглероживает его.

Из диаграммы равновесия Н2 и СО с закисью железа и железом (рис. 37 и 38) видно, что нейтральными являются только те составы смеси, которые лежат на линиях равновесия (линия диаграмм) и, таким образом, при грубой регулировке сварочного пламени ве­роятность получения нейтрального пламени ничтожно мала. Ниж­ний предел содержания в газовой смеси кислорода определяется из условия окисления всего углерода в СО.

Из реакции сгорания ацетилена в кислороде объемное отноше­ние кислорода к ацетилену должно составлять (10 — 1, однако, с уче­том того, что небольшая часть водорода сгорает в водяной пар за счет кислорода горючей смеси, а также из-за загрязненности кис-

лорода, минимальное содержание кислорода в смеси должно быть больше и соответствовать ро = 1,05 - ь. 1,1.

При недостатке кислорода пламя имеет избыток свободного углерода, который сгорает в кислороде воздуха и образует до­полнительную зону в виде конуса беловатого оттенка, обрам­ляющего ядро пламени, способного науглероживать металл при сварке.

Применительно к сварке низкоуглеродистой стали верхний пре­дел содержания кислорода в нормальном пламени устанавливают из условия гетерогенного равновесия СО и Н2 с закисью железа FeO. Количественно этот верхний предел зависит от многих параметров и в первую очередь от температуры сварочной ванны и состава го­рючего газа.

С достаточной для практики сварки точностью верхний предел содержания кислорода в нормальном пламени при сварке низкоуг­леродистой стали может быть также определен непосредственно по приведенным на рис. 37 и 38 диаграммам равновесия Н2 и СО с за­кисью железа. В этом случае, принимая среднюю температуру сва­рочной ванны 1600° С, по диаграммам на рис. 37 и 38 определяют допустимую окисленность пламени по водороду и окиси углерода: На = 43%; Н20 = 57%; СО = 83%; С02 = 17%.

Исходя из установленной допустимой окисленности пламени оп­ределяем необходимое количество кислорода:

С! Н3+02 = 2С0+Н1

2СО-И,17О2=О34С0+ 1,6600

Н2 +0,285О2 =0,57Н3О +0,43Н2____________________

С3Н2 +1,45502 = 1,6600 +0,34СО2 +0,57Н2О +0,43На

Таким образом, без учета подсоса воздуха при сгорании ацети­лена в средней зоне пламени объемное отношение кислорода к аце­тилену Ро =- у— = 1,455. С учетом подсоса воздуха, в результате

которого в средней зоне пламени появляется дополнительный кисло­род в количестве 7—10% объема кислорода, поступающего из го­релки, максимально допустимое отношение кислорода к ацетилену

в нормальном пламени при сварке низкоуглеродистой стали (30 = = 1,3 1,35. При более высоком содержании кислорода в пла­

мени на поверхности сварочной, ванны появляются белые, ярко светящиеся окисные частицы, свидетельствующие о переходе от нормального пламени к окислительному.