Пламя: строение, описание, схема, температура

4.2. Виды пламени

В зависимости от соотношения между кислородом и ацетиленом получают три основных вида сварочного пламени:

• нормальное;
• окислительное;
• науглероживающее

В зависимости от вида свариваемого материала сварочное пламя регулируют следующим образом:

Табл. 6. Выбор вида сварочного пламени (18)

«+» — хорошо сваривается; 0—возможно; «-« — плохо свариваются

Нормальное пламя

Нормальное пламя получают тогда, когда в горелку на один объем кислорода подают несколько больше от 1,1 до 1,3 объема ацетилена. Нормальное пламя характеризуется отсутствием свободного кислорода и углерода в восстановительной (рабочей) зоне.

Кислорода в горелку подается немного больше из-за небольшой его загрязненности и расхода на сгорание водорода. В нормальном пламени ярко выражены все три зоны.

Рис. 60. Строение нормального пламени (18)

Окислительное пламя

Окислительное пламя получается при избытке кислорода, при подаче в горелку на один объем ацетилена более 1,3 объема кислорода. При этом ядро приобретает конусообразную форму, значительно сокращается по длине, становится с менее резкими очертаниями и приобретает более бледную окраску. Сокращаются по длине также рабочая зона и факел. Все пламя приобретает синевато-фиолетовую окраску. Пламя горит с шумом, уровень которого зависит от давления кислорода. Температура окислительного пламени выше температуры нормального пламени. Окислительное пламя можно применять при сварке латуни и пайке твердыми припоями.

Такое пламя сильно окисляет свариваемый металл, что приводит к получению хрупкого и пористого шва и выгоранию полезных примесей кремния и марганца. Можно применять окислительное пламя при сварке сталей, но при этом необходимо пользоваться присадочной проволокой, в которой повышено содержание марганца и кремния, являющихся раскислителями.

Рис. 61. Строение окислительного пламени (18)

Науглероживающее пламя

Науглероживающее пламя получается при избытке ацетилена, когда в горелку на один объем ацетилена подается 0,95 и менее объема кислорода. Ядро такого пламени теряет резкость своего очертания, на конце его появляется зеленый венчик, по которому судят об избытке ацетилена. Рабочая зона значительно светлее и почти сливается с ядром, а факел приобретает желтоватую окраску. При большем избытке ацетилена пламя начинает коптить, так как в нем ощущается недостаток кислорода, необходимого для полного сгорания ацетилена. По сварочному участку летают черные хлопья сажи. Избыточный ацетилен разлагается на водород и углерод. Углерод переходит в металл шва, поэтому ацетиленистое пламя будет науглероживать металл шва.

Температура науглероживающего пламени ниже, чем окислительного и нормального.

Рис. 62. Строение науглероживающего пламени (18)

Рис. 63. Науглероживающее пламя. Фото автора

www.e-ope.ee

Цветовая характеристика

Излучения различных цветов пламени, вызывается электронными переходами. Их еще называют тепловыми. Так, в результате горения углеводородного компонента в воздушной среде, синее пламя обусловлено выделением соединения H-C. А при излучении частичек C-C, факел окрашивается в оранжево-красный цвет.

Трудно рассмотреть строение пламени, химия которого включает соединения воды, углекислого и угарного газа, связь OH. Его языки практически бесцветны, так как вышеуказанные частички при горении выделяют излучения ультрафиолетового и инфракрасного спектра.

Окраска пламени взаимосвязана с температурными показателями, с наличием в нем ионных частиц, которые относятся к определенному эмиссионному или оптическому спектру. Так, горение некоторых элементов приводит к изменению цвета огня в горелке. Отличия в окрашивании факела связаны с расположением элементов в разных группах системы периодической.

Огонь на наличие излучений, относящихся к видимому спектру, изучают спектроскопом. При этом было установлено, что простые вещества из общей подгруппы оказывают и подобное окрашивание пламени. Для наглядности используют горение натрия в качестве теста на данный металл. При внесении его в пламя, языки становятся ярко-желтыми. На основании цветовых характеристик выделяют натриевую линию в эмиссионном спектре.

Для щелочных металлов характерно свойство быстрого возбуждения светового излучения атомарных частиц. При внесении труднолетучих соединений таких элементов в огонь горелки Бунзена происходит его окрашивание.

Спектроскопическое исследование показывает характерные линии в области, видимой для глаза человека. Быстрота возбуждения светового излучения и простое спектральное строение тесно взаимосвязаны с высокой электроположительной характеристикой данных металлов.

Газовая сварка. Состав и строение сварочного пламени. Взаимодействие пламени с металлом.

Сварка ацетилено-кислородным пламенем эффективна в ремонтных работах. Однако это — малопроизводительный процесс, требующий высокой квалификации сварщика.

При газовой сварке для нагрева и расплавления металла используется высокотемпературное пламя, образующееся в результате сгорания газа ацетилена в смеси с кислородом. В ряде случаев вместо ацетилена могут использоваться его заменители: пропано-бутан, метан, пары бензина или керосина, МАФ.

Горючий газ и кислород из баллонов (или специального газового генератора) поступают в сварочную горелку, где они смешиваются в определённом соотношении и на выходе из сопла поджигаются. Пламя расплавляет кромки свариваемого изделия и присадочную проволоку, а также выполняет функцию защиты расплавленного металла от атмосферы. Регулировка расхода кислорода и горючего газа осуществляется соответствующими вентилями.

Ацетилено-кислородное пламя состоит из трёх зон: ядра –1, восстановительной (средней) зоны – 2 и факела –3. В первой зоне происходит пирогенное разложение ацетилена в присутствии кислорода на углерод и водород; во второй — сгорание углерода в кислороде, поступающем из горелки; в третьей – дальнейшее окисление продуктов реакций горения и разложения (СО и Н2) кислородом, подсасываемым из окружающей среды. Максимальная температура развивается в средней зоне, в которой и располагают свариваемый металл.

Строение и виды газового пламени (а) и их температурная характеристика (б); 1 – ядро, 2 – восстановительная зона, 3 – факел.

Если объём кислорода меньше, чем объём ацетилена, то при сгорании ацетилена останутся свободные атомы углерода, которые будут повышать содержание углерода в поверхностных слоях металла. Этим иногда пользуются, чтобы упрочнить поверхностные слои изделия.

Если пламя содержит избыток кислорода, то оно сильно окисляет металл. Такое пламя, называемое окислительным и применяют обычно только для подогрева металла.

Многопостовые сварочные трансформаторы

В крупных сварочных цехах сварочные посты могут быть расположены отдельными группами на большом расстоянии друг от друга. В этом случае группы постов можно запитать от многопостового сварочного трансформатора. Сварочные посты подключаются к трансформатору параллельно друг к другу. Основным условием устойчивой работы при многопостовом питании является независимость режима работы каждого поста от работы остальных постов. Для достижения этого необходимо, чтобы напряжение источника питания не изменялось с изменением нагрузки, т.е. внешняя ВАХ питания должна быть жёсткой.

Для многопостовой сварки можно использовать трансформатор с нормальным рассеянием, который имеет жесткую ВАХ.

Схема подключения сварочных постов к трансформатору с нормальным рассеянием

Для многопостовой сварки применяются трехфазные трансформаторы с параллельным питанием нескольких сварочных постов.

Фазовое напряжение должно быть 65-70 В. Регулирование сварочного тока и формирование падающей характеристики на каждом посту осуществляется с помощью дросселя или балластного реостата.

Количество постов, которое можно подключить к источнику питания, можно рассчитать по формуле.

– число постов

– номинальный ток сварочного многопостового трансформатора

– сварочный ток поста

– коэффициент загрузки.

Многопостовые сварочные трансформаторы имеют недостатки: большие потери напряжения и энергии в низковольтовой сварочной цепи; в случае аварии многопостового трансформатора произойдет простой большого числа сварочных постов. Во избежание этого необходимо иметь резервные трансформаторы, что увеличивает затраты на оборудование. Данные недостатки ограничивают применение многопостовых трансформаторов, по этим же причинам количество постов не превышает 9 – 12.

studfiles.net

Технология газовой сварки

Подробности Подробности Опубликовано 27.05.2012 13:: 9638
Сварочное пламя горелки

Сварочное пламя образуется в результате сжигания газообразного горючего или паров горючей жидкости в чистом кислороде.

Сварочное пламя нагревает и расплавляет металл детали и присадочной проволоки в месте сварки, в результате чего образуется сварочная ванна. Внешний вид, температура и характер влияния сварочного пламени на расплавленный металл зависят от того, какое горючее подается в горелку и в каком объемном соотношении оно находится с кислородом. Изменяя количество кислорода и горючего газа, поступающих в горелку, сварщик изменяет состав горючей смеси и тем самым изменяет сварочное пламя — его внешний вид, температуру, состав продуктов сгорания, его свойства и пр.

На рисунке показаны схемы различных видов кислородно-ацетиленового пламени: нормального, окислительного и науглероживающего.

Теоретически нормальное пламя получается тогда, когда на один объем ацетилена в горелку подается один объем кислорода. Практически, вследствие некоторой загрязненности кислорода, нормальное пламя образуется при несколько большем количестве кислорода — от 1,1 до 1,3 от объема ацетилена.

Нормальное кислородно-ацетиленовое пламя имеет три ясно различимые зоны: ядро, восстановительную (среднюю зону) и факел (окислительную зону).

Ядро имеет резко очерченную слегка бочкообразную форму с закругленным концом. Внутри ядра находится еще не сгоревшая смесь кислорода и ацетилена. Оболочка ядра ярко светится, так как состоит из раскаленных частиц углерода. Внутренняя часть ядра имеет синеватый цвет, температура ядра около 900° С.

Восстановительная (средняя) зона имеет слегка голубоватый цвет. Она состоит из продуктов неполного сгорания ацетилена — окиси углерода и водорода, которые раскисляют расплавленный металл, т. е. отнимают кислород от окислов металла, имеющихся в сварочной ванне. Процесс отнятия кислорода от окислов металла называется восстановлением, поэтому данную зону пламени называют восстановительной. Если сварка ведется так, что расплавленный металл сварочной ванны находится в восстановительной зоне, то металл шва получается без включений окислов, пор, газовых пузырей и других дефектов. Восстановительная зона имеет наиболее высокую температуру в месте, отстоящем на 3—6 мм от конца ядра пламени (около 3200°С). При сварке расплавляемый металл должен находиться на указанном расстоянии от конца ядра пламени.

Факел, или окислительная зона, расположен за восстановительной зоной. Он состоит из углекислого газа (двуокись углерода), паров воды и азота, которые появляются в пламени при сгорании окиси углерода и водорода восстановительной зоны за счет кислорода окружающего воздуха. По этой причине температура факела значительно ниже, чем температура восстановительной зоны, и колеблется в пределах 1200—2500° С.

Окислительное пламя получается тогда, когда в горючей смеси на один объем ацетилена приходится более 1,3 объема кислорода. Ядро в этом случае приобретает конусообразную форму, значительно сокращается по длине, становится менее отчетливым и приобретает более бледную окраску. Сокращаются по длине восстановительная зона и факел, все пламя становится короче и приобретает синевато-фиолетовую окраску. Пламя горит с шумом, степень которого зависит от давления кислорода и соотношения газовой смеси. Чем больше содержание кислорода в смеси, тем с большим шумом горит пламя. Температура окислительного пламени выше, чем нормального, но сваривать сталь им нельзя, так как из-за наличия в пламени избытка кислорода свариваемый металл будет окисляться, и шов будет пористым и хрупким.

Науглероживающее или, как его иногда называют, ацетиленистое пламя получается при подаче в горелку менее одного объема кислорода на один объем ацетилена. Ядро пламени теряет резкость своего очертания, становится расплывчатым, а у конца ядра появляется зеленый венчик, по которому судят об избытке ацетилена. Восстановительная зона светлее и почти сливается с ядром, граница между восстановительной зоной и факелом вовсе исчезает; факел приобретает желтоватую окраску. При большом избытке ацетилена пламя начинает коптить, т. е. в нем ощущается недостаток кислорода, необходимого для полного сгорания ацетилена. Избыток ацетилена разлагается на углерод и водород. Углерод легко растворяется в расплавленном металле и ухудшает качество шва. Температура науглероживающего пламени ниже, чем нормального.

Характер сварочного пламени определяется сварщиком на глаз по его форме и окраске. Регулируя пламя горелки, следует правильно выбирать давление кислорода. При излишне большом давлении кислорода смесь вытекает из мундштука горелки со слишком большой скоростью и пламя становится «жестким». Такое пламя выдувает расплавленный металл сварочной ванны и затрудняет ведение процесса сварки. Если давление кислорода слишком большое, то пламя отрывается от конца мундштука, а если слишком низкое, — пламя укорачивается и при приближении мундштука горелки к металлу возникают обратные удары.

При правильно установленном давлении кислорода пламя будет ровное и устойчиво горящее. Качество наплавленного металла и прочность шва во многом зависят от характера пламени. Поэтому сварщик должен всегда обращать большое внимание на внешний вид сварочного пламени и правильно его регулировать. Пламя приходится регулировать в течение всего процесса сварки, так как при нагреве наконечника горелки состав газов в смеси изменяется, в частности уменьшается количество ацетилена. Поэтому при первоначальной регулировке пламени необходимо оставлять некоторый «запас ацетилена», для чего ацетиленовый вентиль на горелке не должен быть полностью открыт. В этом случае при сварке, по мере нагрева горелки и уменьшения количества ацетилена в газовой смеси, сварщик, не прекращая процесса сварки, добавляет ацетилен, открывая вентиль большим пальцем правой руки.

Для различных металлов требуется различный характер пламени. Так, например, при сварке чугуна, хромистых сталей и наплавке твердых сплавов пламя берется с небольшим избытком ацетилена, а при сварке латуни — с избытком кислорода.

Сварочное пламя должно обладать достаточной тепловой мощностью, т. е. давать такое количество тепла, которое необходимо для расплавления свариваемого металла и покрытия потерь тепла в основной металл и окружающую среду. Мощность пл.амени горелки должна быть тем большей, чем больше толщина свариваемого металла и чем больше его коэффициент теплопроводности. С уменьшением температуры плавления металла и увеличением угла наклона мундштука горелки требуемая мощность пламени может быть уменьшена. О мощности пламени судят по количеству литров ацетилена, расходуемого горелкой в час: чем больше расходуется ацетилена, тем больше мощность пламени. На наконечнике горелки иногда указывается, сколько литров ацетилена сжигается в час.

electrowelder.ru

Горение свечи

Горение свечи подобно горению спички или зажигалки. А строение пламени свечи напоминает раскаленный газовый поток, который вытягивается вверх за счет выталкивающих сил. Процесс начинается с нагревания фитиля, за которым следует испарение парафина.

Самую нижнюю зону, находящуюся внутри и прилегающую к нити, называют первой областью. Она обладает небольшим свечением синего цвета из-за большого количества топлива, но малого объема кислородной смеси. Здесь осуществляется процесс неполного сгорания веществ с выделением угарного газа, который в дальнейшем окисляется.

Первую зону окружает светящаяся вторая оболочка, характеризующая строение пламени свечи. В нее поступает больший кислородный объем, что обуславливает продолжение окислительной реакции с участием топливных молекул. Температурные показатели здесь будут выше, чем в темной зоне, но недостаточные для конечного разложения. Именно в первых двух областях при сильном нагревании капелек несгоревшего топлива и угольных частичек появляется светящийся эффект.

Вторая зона окружена слабозаметной оболочкой с высокими температурными значениями. В нее заходит много кислородных молекул, что способствует полному догоранию топливных частичек. После окисления веществ, в третьей зоне светящийся эффект не наблюдается.

Состав сварочного пламени

Полуавтоматы для дуговой сварки и их основные узлы

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 не пригодно для сварки, так как имеет низкую температуру и коптит, выделяя много сажи (несгоревшего углерода). Если в та кое пламя добавить кислород, открывая кислородный вентиль горелки, то резко изменятся цвет и форма пламени, температура его повысится. Изменяя соотношение кислорода и ацетилена в горючей смеси, можно получать три основных вида сварочного пламени (рис. 95): науглероживающее (с избытком ацетилена); нормальное (называемое восстановительным); окислительное (с избытком кислорода). Для сварки большинства металлов применяют нормальное (восстановительное) пламя. Теоретически оно получается, если в смесь на один объем ацетилена подается один объем кислорода. Ацетилен сгорает за счет кислорода смеси по реакции: С2Н2 + О2 = 2СО + Н2 (1 фаза горения) Дальнейшее горение происходит за счет кислорода, который поступает из окружающего воздуха, по реакции: 2СО+Н2 + 1,5О2 = 2СО2 + h3O.

(2 фаза горения) Окись углерода и водород, образующиеся в пламени, раскисляют металл, восстанавливая из окислов металл в сварочной ванне. При использовании смеси с соотношением объемов кислорода и ацетилена 1:1 металл шва получается достаточно однородный, без пор, газовых пузырей и включений окислов. Практически нормальное восстановительное пламя получается при избытке кислорода в смеси до 30 % против теоретического за счет поступления его из окружающего воздуха. Таким образом, соотношение ацетилена и кислорода изменяется от 1:1 до 1:1,3. Нормальное пламя имеет светлое ядро, несколько темную восстановительную зону и факел.

Рис. 95. Разновидности ацетилено-кислородного пламени: а — науглероживающее; б — нормальное; в — окислительное; 1 — ядро; 2 — восстановительная зона; 3 — факел

Ядро имеет четко очерченную форму, близкую к форме цилиндра с закругленным концом, и ярко светящуюся оболочку, которая состоит из раскаленных частиц углерода. Сгорание этих частиц происходит в наружном слое оболочки. Размерами ядра пламени являются его диаметр и длина. Диаметр ядра пламени определяется диаметром канала мундштука и расходом горючей смеси. Горелки комплектуются набором мундштуков нескольких номеров. Чем больше номер мундштука и расход горючей смеси, тем больше диаметр ядра. Длина ядра пламени определяется скоростью истечения газовой смеси. Скорость истечения газовой смеси является основным фактором, определяющим устойчивость горения пламени. При малой скорости истечения газовой смеси пламя склонно к образованию хлопков и обратных ударов. При завышенной скорости истечения газовой смеси пламя выдувает расплавленный металл из сварочной ванны. Восстановительная зона имеет более темный цвет, отличающийся от цвета ядра и остальной части пламени. Она занимает пространство в пределах 20 мм от конца ядра, в зависимости от номера мундштука. Восстановительная зона состоит из окиси углерода и водорода и имеет наиболее высокую температуру в точке, отстоящей на 2—6 мм от конца ядра. Этой зоной пламени нагревают и расплавляют металл в процессе сварки. Остальная часть 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. Температура факела значительно ниже температуры восстановительной зоны. Таким образом, в восстановительной зоне, в точке, отстоящей чуть дальше от конца ядра, достигается максимальная температура ацетилено-кислородного пламени 3150 °С. При метан-кислородном пламени максимальная температура, равная 2150 °

С, может быть достигнута на расстоянии 3—3,5 длины ядра от среза мундштука горелки. Пропан-бутан-кислородное пламя достигает максимальной температуры 2400 °С на расстоянии 2,5 длины ядра от среза мундштука. Эти ориентировочные данные позволяют сварщику наиболее рационально использовать пламя горелки при сварке металла заданной толщины. Окислительное пламя получается при увеличении подачи кислорода или уменьшении подачи ацетилена до величины объема кислорода в смеси, превышающей в 1,3 раза объем ацетилена. Окислительное пламя имеет укороченное заостренное ядро с менее резкими очертаниями и бледным цветом. Температура окислительного пламени выше температуры нормального восстановительного пламени. Такое пламя сильно окисляет свариваемый металл, что приводит к получению хрупкого и пористого шва и выгоранию полезных примесей кремния и марганца. Можно применять окислительное пламя при сварке сталей, но при этом необходимо пользоваться присадочной проволокой, в которой повышено содержание марганца и кремния, являющихся раскислителями. Науглероживающее пламя получается при уменьшении подачи кислорода или увеличении подачи ацетилена. Оно образуется при подаче в горелку 0,95 и менее 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 кислорода недостаточно и не получается полного сгорания ацетилена. Избыточный ацетилен разлагается на водород и углерод. Углерод переходит в металл шва, поэтому ацетиленистое пламя будет науглероживать металл шва. Температура этого пламени ниже температуры нормального пламени. Если уменьшать подачу ацетилена в горелку до полного исчезновения зеленого венчика на конце ядра, ацетиленистое пламя можно превратить (перевести) в нормальное. Пламя с избытком ацетилена применяют при наплавке твердых сплавов, а также при сварке алюминиевых и магниевых сплавов. Качество наплавленного металла и прочность сварного шва зависят от состава сварочного пламени. Поэтому сварщик должен обращать особое внимание на характер и правильность регулирования сварочного пламени. Характер пламени определяется сварщиком на глаз по форме и цвету пламени. При формировании шва учитываются два основных фактора: угол наклона мундштука; скорость истечения газовой смеси. Сварочное пламя должно обладать достаточной тепловой мощностью, которую выбирают в зависимости от толщины свариваемого то металла и его физических свойств. Изменяя тепловую мощность пламени, можно в довольно широких пределах регулировать скорость нагрева и расплавления металла, что является одним из положительных качеств процесса газовой сварки. Однако следует помнить, что КПД использования теплотворной способности горючего при газовой сварке равен всего 7 %. Тепло, выделяющееся при сгорании ацетилена, расходуется следующим образом, %: Полезно используется на сварку для расплавления металла Потери тепла: 6-7 от неполноты сгорания 55­63 с отходящими газами 13-15 на излучение и конвекцию 9-10 на нагрев прилегающих к шву участков 15-18 от угара и разбрызгивания металла

1-2

Методы контроля качества сварных соединений могут быть разделены на две основные группы: методы контроля без разрушения образцов или изделий — неразрушающий контроль; методы контроля с разрушением образцов или производственных стыков …

Наиболее распространенные виды дефектов в сварных швах

Надежность эксплуатации сварных соединений зависит от их соответствия нормативно-технической документации, которая регламентирует конструктивные размеры и форму готовых сварных швов, прочность, пластичность, коррозионную стойкость и свойства сварных соединений. Сварные соединения, выполненные …

Противопожарные мероприятия

Для предупреждения пожаров необходимо соблюдать следующие противопожарные мероприятия. Постоянно следить за наличием и исправным состоянием противопожарных средств (огнетушителей, ящиков с сухим песком, лопат, пожарных рукавов, асбестовых покрывал и т. д.). …

msd.com.ua