![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Свойства газового пламениСтр 1 из 8Следующая ⇒
Место дисциплины в учебном процессе Дисциплина «Газопламенная обработка материалов» - ГПО, изучаемая на 5 курсе, является одной из наиболее важных в подготовке инженеров сварочного производства. ГПО базируется на знании таких фундаментальных наук, как физика, химия, металловедение, материаловедение и др. Газопламенная обработка охватывает ряд технологических процессов, связанных с пламенной обработкой, к которой можно отнести сварку и наплавку, кислородно-флюсовую и плазменно-дуговую резку металлов и неметаллических материалов, металлизацию и напыление, поверхностную закалку и пайку. Газопламенные методы, обладая значительной технологической гибкостью, находят всё большее применение. Знания методов и способов газопламенной обработки необходимы при изучении такой значимой дисциплины, как «Производство сварных конструкций», так и, естественно, в дипломном проектировании.
Свойства газового пламени Для процесса газопламенной обработки наибольшее значение имеет процесс горения различных горючих газов и паров жидких горючих веществ в кислороде или в воздухе. Горение любой газовой смеси начинается с воспламенения её при какой-то определённой температуре, зависящей от условий процесса горения. Как уже сказано выше, сварочное пламя образуется при сжигании горючего газа или паров горючей жидкости в кислороде. Пламя нагревает и расплавляет основной и присадочный металл в месте сварки. Наибольшее применение при газовой сварке нашло кислородно-ацетиленовое пламя, так как оно имеет высокую температуру (3150 оС) и обеспечивает концентрированный нагрев. Однако в связи с дефицитностью ацетилена в настоящее время получили широкое распространение (особенно при резке металлов) газы—заменители ацетилена — пропан-бутан, метан, природный и городской газы. От состава горючей смеси, т. е. от соотношения кислорода и горючего газа, зависят внешний вид, температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл. Изменяя состав горючей смеси, сварщик тем самым изменяет основные параметры сварочного пламени. Для получения нормального пламени отношение кислорода к горючему газу должно быть для ацетилена — 1, 1-1, 2, природного газа - 1, 5-1, 6, пропана -3, 5. Все горючие газы, содержащие углеводороды, образуют сварочное пламя, которое имеет три ярко различимые зоны: ядро, восстановительную зону и факел (рис. 1). Водородное пламя ярко различимых зон не имеет, что затрудняет его регулировку по внешнему виду. При зажигании газовой струи, вытекающей из сопла, пламя перемещается по направлению движения струи газовой смеси. Скорость истечения для каждого газа подбирается такой, чтобы пламя не проникало внутрь сопла горелки и не отрывалось от него. Газ в струе должен прогреваться до температуры воспламенения, ацетилен воспламеняется при температуре 450—500°С, а газы-заменители — 550—650°С. Поэтому ядро пламени при сгорании газов-заменителей длиннее, чем при сгорании ацетилена. Процесс сгорания ацетилена в кислороде можно условно разделить на две стадии. Сначала под влиянием нагрева происходит распад ацетилена на элементы: С2Н2=2С+Н2. Затем происходит первая стадия сгорания ацетилена за счет кислорода смеси по реакции 2С+На+О2—2СО+На. Вторая стадия горения протекает за счет кислорода воздуха: 2СО+Н2+1, 5О2=2СО2+Н2О. Процесс горения горючего газа в кислороде экзотермичен, т. е. идет с выделением теплоты. а) б) в) Рис.1. Виды сварочного пламени: а — окислительное, б — нормальное, в— науглероживающее; 1— ядро, 2— восстановительная зона, 3 - факел Ядро имеет резко очерченную форму (близкую к форме цилиндра), плавно закругляющуюся в конце, с ярко светящейся оболочкой. Оболочка состоит из раскаленных частиц углерода, которые сгорают в наружном слое оболочки. Размеры ядра зависят от состава горючей смеси, ее расхода и скорости истечения. Диаметр канала мундштука горелки определяет диаметр ядра пламени, а скорость истечения газовой смеси — его длину. Площадь поперечного сечения канала мундштука горелки прямо пропорциональна толщине свариваемого металла. Сварочное пламя не должно быть слишком «мягким» или «жестким». Мягкое пламя склонно к обратным ударам и хлопкам, жесткое — способно выдувать расплавленный металл из сварочной ванны. При увеличении давления кислорода скорость истечения горючей смеси увеличивается и ядро сварочного пламени удлиняется, при уменьшении скорости истечения ядро укорачивается. С увеличением номера мундштука размеры ядра увеличиваются. Температура ядра достигает 1000 оС. Восстановительная (средняя) зона располагается за ядром и по своему более темному цвету заметно отличается от него. Длина ее зависит от номера мундштука и достигает 20 мм. Зона состоит из продуктов неполного сгорания ацетилена — оксид углерода и водорода. Она называется восстановительной, так как оксид углерода и водорода раскисляют расплавленный металл, отнимая кислород от его оксидов. Если в процессе сварки расплавленный металл сварочной ванны находится в средней зоне, сварочный шов получается без пор, газовых и шлаковых включений. Этой зоной пламени выполняют сварку и поэтому ее называют рабочей. Восстановительная зона имеет наиболее высокую температуру (3140°С) в точке, отстоящей на 3—6 мм от конца ядра. Зона полного сгорания(факел) располагается за восстановительной зоной. Она состоит из углекислого газа, паров воды и газа, которые образуются в пламени при сгорании оксида углерода и водорода восстановительной зоны за счет кислорода окружающего воздуха. Температура этой зоны значительно ниже, чем температура восстановительной, и колеблется от 1200 до 2520°С. Схема нормального ацетиленокислородного пламени и график распределения температур по его длине, а также состав пламени по зонам представлены на (рис.1). В зависимости от соотношения между кислородом и ацетиленом получают три основных вида сварочного пламени: нормальное, окислительное и науглероживающее. Нормальное пламя (см.рис.1, б) теоретически 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 его восстановительной 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.
Восстановительная зона Рис.2. Схема кислородно-ацетиленового пламени и распределение температур
Окислительное пламя (см. рис.1, а) 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 восстановительная зона и факел. Все пламя приобретает синевато-фиолетовую окраску. Пламя горит с шумом, уровень которого зависит от давления кислорода. Температура окислительного пламени выше нормального, однако сваривать стали таким пламенем нельзя из-за наличия в пламени избытка кислорода. Избыток кислорода приводит к окислению металла шва, шов получается пористым и хрупким. Окислительное пламя можно применять при сварке латуни и пайке твердыми припоями. Науглероживающее пламя (см.рис.1, в) 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. Восстановительная зона значительно светлее и почти сливается с ядром, а факел приобретает желтоватую окраску. При большом избытке ацетилена пламя начинает коптить, так как в нем ощущается недостаток кислорода, необходимого для полного сгорания ацетилена. Находящийся в пламени избыточный углерод легко поглощается расплавленным металлом и ухудшает качество металла шва. Температура науглероживающего пламени ниже, чем нормального и окислительного. Уменьшая подачу ацетилена в горелку до полного исчезновения зеленого венчика на конце ядра, ацетиленовое пламя превращается в нормальное. Слегка науглероживающее пламя применяют для сварки чугуна и при наплавке твердыми сплавами. Устойчивый процесс горения возможен лишь в том случае, если выделяющейся при сгорании рабочей горючей смеси теплоты достаточно и для нагрева новых порций газа, и для компенсации потерь теплоты в окружающую среду. Так, например, в трубках малых диаметров и особенно в капиллярах, где теплоотвод стенками трубки велик (из-за большой величины отношения площади поверхности канала к его объему), горение газа невозможно.
|