ТЕОРИЯ сварочных процессов

Металлургия газопламенной обработки

При газопламенной обработке металла, включающей в себя сварку, пайку, наплавку и резку металла, используют теплоту го­рения горючих газов и паров.

Газовая сварка. Этот особый случай сварки металлов в актив­ных газах характерезуется тем, что источником теплоты является газовое пламя, а сварка происходит в струе продуктов сгорания -
ацетилена С2Н2в кислороде. В качестве горючих газов наряду с ацетиленом используются также смеси различных газообразных или жидких углеводородов.

Считают, что пламя имеет окислительный или восстановитель­ный характер, в зависимости от соотношения объемов О2 и С2Н2

(10.25)

При значении р < 1 в пламени образуется избыток Н2 и оксида углерода СО - восстановителя. Это препятствует окислению желе­за и способствует его раскислению. Кроме того, при сварке стали в сварочной ванне растворяется углерод и образуются карбиды:

3Fe + С = [Fe3C];

3Fe + 2CO<=±[Fe3C] + TO2.

При значении р = 1... 1,2 в результате полного сгорания угле­рода кислород связывается в СО:

С2Н2 + 02 <=> 2СО + Н2. (10.28)

В результате реакции (10.28) получается нейтральное или так называемое нормальное пламя. Примерная зависимость темпера­туры пламени от расстояния х (от среза сопла горелки) приведена на рис. 10.13. Максимальная темпера­тура достигается в рабочей зоне около ядра пламени (см. рис. 3.13). Однако состав продуктов реакции и температура пламени меняются по длине факела. Вследствие под­соса кислорода из окружающей среды происходит догорание СО и Н2 - эта часть пламени носит на­звание ореола. Состав пламени в рабочей зоне обеспечивает также восстановительный характер реак­ций, и плавление металла для об­
разования сварочной ванны идет без заметного окисления. При сварке углеродистых и низколегированных сталей защитных свойств пламени достаточно для получения высококачественных сварных соединений преимущественно тонколистового металла.

При сварке цветных сплавов, а также при пайке для рафиниро­вания металла сварочной ванны используют флюсы.

Так, при сварке медных сплавов, и особенно латуней, приме­няют жидкий флюс. Он подается в пламя горелки инжекцией вме­сте с ацетиленом и, сгорая, образует В2О3, который закрывает тон­кой жидкой пленкой зеркало сварочной ванны, извлекает из нее оксиды меди и замедляет испарение цинка. Также применяют и твердые флюсы в виде пасты, нанося их на кромки свариваемого металла. Такие флюсы содержат бораты, фосфаты и галл иды ще­лочных металлов.

Газокислородная резка. При значении Р»1 (см. (10.25)) пламя получает резко окислительный характер и используется при разделительной резке или поверхностной строжке металла. Про­цесс резки стали имеет две стадии.

1. Металл разогревается пламенем ацетилено-кислородной го­релки до температуры воспламенения металла в струе кислорода, но ниже температуры плавления. Эта температура для малоугле­родистой стали составляет 1623 К; она повышается с увеличением содержания углерода.

2. На нагретый металл подается под давлением концентриро­ванная струя кислорода, что приводит к локальному окислению железа, т. е. образованию оксидов, обладающих пониженной тем­пературой плавления, и к выносу их в жидкой фазе струей кисло­рода из полости реза. Таким образом, металл на кромках реза не переходит в жидкое состояние. Теплота окисления железа весьма значительна и составляет около 70 % общего теплового баланса процесса резки, превышая теплоту от подогревающего пламени. Это позволяет применять вместо ацетилена другие горючие газы: пропан, пропан-бутановую смесь и др. Высокая температура при

резке стали практически исключает образование Ие20з (см. гл. 9), и в продуктах окисления, выносящихся из полости реза, обнару­живаются FeO, РезОд и несгоревшее железо примерно в таком со­отношении, %: 20 Fe, 30 FeO, 50 РезОф

Кислородно-флюсовая резка. При кислородной резке сталей и чугунов, имеющих большое содержание углерода, возникают трудности, обусловленные тем, что углерод повышает температу­ру воспламенения железа и одновременно понижает температуру плавления, т. е. нарушает основные условия резки: Ггор в о2 <

< Тип В Me* Ттш Me О < ^гор В 02 * кРоме того> важна жидкотекучесть

окислов, удаляющихся из полости реза. Так, кремний и хром, об­разующие вязкие шлаки, затрудняют разделительную резку. В этих случаях применяют кислородно-флюсовую резку, при кото­рой в струю режущего кислорода подается железный порошок. Он повышает температуру в области реза и снижает концентрацию препятствующих резке элементов. Этим методом, который был разработан Г. Б. Евсеевым в МГТУ им. Н. Э. Баумана, можно резать и неметаллические материалы (бетон, шлак) - практически заго­товки любой толщины.