Аттестационный центр - безопасность труда - Обучение, Аттестация, Экспертиза

Сварочное пламя

Ацетилено-кислородное пламя, имеющее наибольшее значение для сварочной техники. Схематически процесс сгорания ацетилена в смеси с кислородом можно представить следующим образом. Сначала под влиянием нагрева происходит распад ацетилена на элементы по уравнению

С2Н2 +О2=2С+Н2+02,

а затем — первая стадия сгорания ацетилена и процесс окисления углерода по формуле

2С + Н2 + О2 =2СО + Н2.

Во второй стадии СО окисляется в СO2, а Н2—в Н2О:

2СО + Н2 +3/2 О2= 2СО2 + Н20.

Необходимый для первой стадии горения кислород называется первичным и в сварочное пламя вводится в технически чистом виде из баллона. Кислород, необходимый для второй, заключительной, стадии горения, называется вторичным и в сварочное пламя поступает главным образом из окружающего атмосферного воздуха. Рассмотренная схема процесса горения с разделением водорода Н2, обладает восстановительными свойствами по отношению к окислам многих металлов, в том числе и к окислам железа. Поэтому сварочная зона иногда называется также восстановительной зоной. Факел, или хвост пламени, образует наружную или третью зону, в которой за счет кислорода атмосферного воздуха протекает вторая стадия горения ацетилена. В этой зоне основными составными частями, помимо азота, являются двуокись углерода CO и пары воды, а также продукты их диссоциации. Как двуокись углерода, так и водяные пары при высоких температурах окисляют железо, поэтому наружная зона, или факел пламени, называется также окислительной зоной.

 
Hа рисунке схематически показано так называемое нормальное пламя, характеризующееся ярким, резко очерченным ядром. На рисунке показана Форма ядра пламени в зависимости от состава смеси: цилиндрической формы, белого цвета, в котором отношение О2:С2Н2=1,1:1,2.При увеличении этого отношения, т. е. относительном увеличении содержания кислорода или уменьшении содержания ацетилена в смеси, форма и строение пламени меняются; особенно заметны изменения ядра пламени. Увеличение содержания кислорода в смеси ускоряет реакции окисления, ядро пламени укорачивается, уменьшается образование свободного углерода, ядро бледнеет, приобретает синеватую окраску и коническую заостренную форму.

 
С уменьшением отношения O2 : C2H2, т. е. с уменьшением содержания кислорода или увеличением содержания ацетилена в газовой смеси, реакции окисления замедляются, поэтому ядро пламени удлиняется; увеличивается количество свободного углерода, частицы которого появляются и в сварочной зоне; очертания увеличенного ядра становятся размытыми и теряют четкость. При значительном избытке ацетилена частицы углерода появляются и в наружной зоне, пламя становится коптящим, удлиняется и приобретает красноватую окраску. При некотором навыке по виду пламени можно точно установить нормальный состав газовой смеси, не пользуясь никакими измерительными приборами для расхода газов.

Сварочная зона нормального пламени состоит преимущественно из смеси СО и Н2, восстанавливает окислы железа и мало влияет на содержание углерода в расплавленной стали. Нормальное пламя может быть названо восстановительным по отношению к окислам металла и нейтральным по отношению к углероду в металле. Пламя с некоторым избытком кислорода будет частично выжигать углерод и по отношению к нему может быть названо окислительным, или обезжиривающим. Пламя с избытком ацетилена будет повышать содержание углерода в наплавленном металле и называется науглероживающим, или ацетилестым.

Температура пламени различна в различных его точках и зависит от состава смеси и степени чистоты применяемых газов. Наивысшая температура наблюдается по оси пламени, причем она незначительна в первой зоне или ядре пламени, достигает максимума в сварочной зоне, на расстоянии 2—3 мм от конца ядра, или наружной зоне.

 
Максимальную температуру ацетилено-кислородного пламени определили многие исследователи как теоретически — путем расчетов, так и экспериментально-непосредственным измерением. Оба метода дают удовлетворительное совпадение результатов. На рис.156 приведена диаграмма зависимости максимальной температуры пламени от состава газовой cмеси. Максимальная температура сосредоточена на небольшом участке пламени, который в процессе сварки должен находиться у поверхности металла. Из диаграммы видно, что наивысшая температура пламени, а следовательно, и наивысшая производительность сварки наблюдается при некотором избытке кислорода в смеси по сравнению с нормальным пламенем. Максимальную температуру нормального пламени для достаточно чистых кислорода и ацетилена можно принять равной 3100—3200° С.