Главная  Сварка 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [ 20 ] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50]

Divued bv Roman Efimov httD: www.farleD.net/~roman

НИ 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:С2Н2=1 приведен в табл. 16.

Таблица 16

Химический состав пламени смеси состава 02:С2Н2 = 1

Содержание по объему, %

Части пламени

Прочие

Вблизи конца

ядра . .

В конце вос-

становитель-

ной зоны

Остальное

В средней час-

ти факела .

»

Вблизи конца

факела .

Если увеличить подачу кислорода или уменьшить подачу ацетилена в горелку, то получают окислительное пламя (см. рис. 46, б), 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 раскислителей (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 науглероживаюиее пламя (см. рис. 46, а). Оно образуется при подаче в горелку 0,95 и ме-

jjee 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 не.м 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 t 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 пламе1Ш. При повышении давления кислорода смесь вытекает из мундштука со слишком большой скоростью и пламя становится «жестким», раздувает металл сварочной ванны напором струи горящих га-

зов 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 фор-

••мообразование 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).




Рис. 48. Схема механического воздействия пламени на металл ванны при положениях мундштука:

о - вертикальном, б -наклонном, в - схема перемещения Жидкого металла в вание

Сварочное пламя должно обладать достаточной тепловой мощностью, т. е. давать количество тепла, необходимое для расплавления свариваемого и присадочного металла и покрытия потерь тепла в окружающую среду. Тепловая мощность пламени определяется количеством сгорающего горючего газа. Чем больше это количество, тем выше тепловая мощность. Тепловую мощность пламени выражают часовым расходом (дм1ч) ацетилена или другого горючего.

Тепловую мощность пламени выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и его физических свойств. Металл большой толщины и хорошо проводящий тепло требует более мощного пламени, чем тонкий, менее теплопроводный или более легкоплавкий металл. Изменяя тепловую мощность пламени, можно в широких пределах регулировать скорость нагрева и расплавления металла, что является одним из положительных качеств процесса газовой сварки.

Передача тепла от пламени к металлу происходит в основном двумя путями; 85% тепла передается за счет энергичной конвекции продуктов сгорания и 15% - за счет лучеиспускания.

Выделяющееся от сгорания ацетилена тепло расходуется следующим образом (%):

Полезно используется на сварку дда расплавления металла ...................... 6-7

Потери тепла:

от неполноты сгорания............. 55-63

с отходящими газами.............. 13-15

на излучение н 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

Металлургические процессы при газовой сварке

Металлургические процессы при газовой сварке характеризуются следующими особенностями: малым объемом ванны расплавленного металла; высокой температурой и концентрацией тепла в месте сварки; большой скоростью расплавления и остывания металла; интенсивным перемешиванием металла жидкой ванны газовым потоком пламени и присадочной проволокой; химическим взаимодействием расплавленного металла с газами пламени.

В восстановительной (средней) зоне пламени, состоящей из окиси углерода СО и водорода Нг, могут также присутствовать следующие вещества: пары воды Н2О, углекислый-газ СО2, азот N2, атомарный водород Н и свободный углерод С. Однако содержание этих веществ в средней зоне невелико и их можно не принимать во внимание при рассмотрении реакций взаимодействия между металлом и газами пламени.

Р" Основными в сварочной ванне являются реакции окисле-"Хния и восстановления. Наиболее легко окисляются магний, алюминий, обладающие большим сродством к кислороду. Окислы этих металлов не восстанавливаются водородом и окисью углерода, поэтому при сварке этих металлов необходимы специальные флюсы. Окислы железа и никеля, наоборот, хорошо восстанавливаются окисью углерода и водородом пламени, поэтому при газовой сварке этих металлов флюсы не нужны.

При избытке в пламени кислорода происходят реакции окисления железа, углерода, марганца и кремния по уравнениям:

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.

НапраВмние -ч пламени Направление потоков



Железо:

2Fe + O2

Жидкое Газ

2 [FeO].

Растворенная в железе

Образующаяся закись железа РеО может окислять марганец, кремний и углерод по реакциям: Марганец:

[Мп] -f [FeO] = (MnO) -f Fe.

Растворенные в железе В шлаке Жидкое

Кремний:

[Si] -f 2 [FeO] = (SiOz) + 2Fe.

Растворенные в железе

В шлаке

Жидкое

Так как образующиеся окислы МпО и SiOa переходят в шлак, то количество раскислителей (марганца и кремния) в металле шва уменьшается. Это может привести к появлению избытка кислорода в наплавленном металле и ухудшению его механических свойств.

Углерод:

[РезС] + [FeO]

Растворенные в железе

4Fe + СО.

Жидкое Газ

При выходе окиси углерода из сварочной ванны происходит кипение и разбрызгивание металла.

При отсутствии избытка кислорода и восстановительном характере пламени в сварочной ванне будут протекать реакции восстановления, обратные приведенным выше, а именно: „

Восстановление железа окисью углерода:

[FeO] -j- СО = Fe -f СО2.

Растворенная в железе

Жидкое

Восстановление железа водородом: [FeO] -f Н2 = Fe -f

Жидкое

Растворенная в железе

Н2О.

Пары

Водород способен хорошо растворяться в жидком железе. При быстром остывании сварочной ванны он может

остаться в шве в виде мелких газовых пузырей. Однако газовая сварка обеспечивает более медленное охлаждение металла по сравнению, например, с дуговой сваркой. Поэтому при газовой сварке углеродистой стали весь водород успевает выделиться из металла шва и последний получается плотным.

Значительно большую опасность водород представляет при сварке меди и латуни, так как может вызывать «водородную болезнь» (растрескивание) меди и пористость шва при сварке латуни.

Восстановление железа из его закиси FeO производится марганцем и кремнием в сварочной ванне по приведенным выше реакциям окисления этих примесей кислородом закиси железа, растворенной в жидком металле.

Если в пламени имеется избыток углерода, то он может переходить в металл и науглероживать его по реакциям:

3Fe + С

Жидкое Твердый

[РезС].

Растворенный

3Fe -f 2С0 = [FcgC] -j- CO2.

Жидкое Газ Растворенный Газ

в железе

Свободный углерод образуется в пламени при разложении ацетилена по реакции С2Н2->-2C-fH2.

Структурные изменения в металле при газовой сварке. Вследствие более медленного (по сравнению с дуговой сваркой) нагрева зона влияния при газовой сварке больше, чем при дуговой.

Слои основного металла, непосредственно примыкающие к сварочной ванне, перегреты и приобретают крупнозернистую структуру. Крупнозернистое строение получает и металл шва, кристаллизующийся на крупных зернах застывающего металла кромок. В непосредственной близости к границе шва находится зона неполного расплавления основного металла с крупнозернистой структурой, характерной для перегретого металла. В этой зоне прочность металла ниже, чем прочность металла шва, поэтому здесь обычно и происходит разрушение сварного соединения.

Далее расположен участок перекристаллизации, характеризуемый также крупнозернистой структурой, для которого температура нагрева была ниже температуры плавления металла, но выше 1100-1200°С (при сварке стали).



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [ 20 ] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50]

0.0008