Газове полум’я

Газове полум’я набуло широкого застосування у зварювально-наплавлюваних процесах. В полум’ї при горінні пального газу у кисні розрізняють три зони (рисунок 1.10).

Рисунок 1.10 - Будова ацетиленокисневого полум’я і розподіл у ньому температури: 1 - ядро полум’я; 2 - відновлююча (зварювальна зона); 3 - оксидна зона

Таблиця 1.6 - Характеристика джерел тепла

Джерело	Питома потужність, Вт/см2	Область використання
Газове полум’я	102…3∙103	Різання, зварювання, наплавлення, напилення, оплавлення
Індукційний нагрів	102…104	Нагрівання матеріалу перед деформуванням, загартовування, наплавлення
Процеси тертя	103....3∙104	Зварювання
Електроконтактний нагрів	103….5∙104	Зварювання, приварювання
Електрична дуга	103…108	Зварювання, наплавлення, напилення
Плазмовий струмінь	106…107	Різання, зварювання, наплавлення, напилення
Іскровий розряд	5∙106…8∙108	Руйнування металу, наплавлення
Електронний промінь	103…8∙108	Наплавлення
Неперервний лазер	5∙103…109	Наплавлення, загартовування
Імпульсно-періодичний лазер	107…1014

Ядро має різко окреслену бочкоподібну форму із заокругленим кінцем. Оболонка ядра яскраво світиться, оскільки складається з розжарених частинок вуглецю. Температура ядра близько 900°С, довжина його залежить від швидкості проходження і витрати пальної суміші, а діаметр - від діаметру каналу мундштука.

Відновлювальна зона полум’я темного кольору відрізняється від решти частини полум’я. Вона складається з продуктів неповного згорання пального газу: оксиду вуглецю і водню. Вони відновлюють окислений метал. Якщо в процесі зварювання розплавлений метал знаходиться у відновлювальній зоні, то він виходить без пор, газових і оксидних включень та інших дефектів. Відновлювальна зона володіє найвищою температурою в точці, віддаленій на 3…6 мм від кінця зони ядра. Найбільша температура горіння ацетиленокисневої суміші 3150 °С, пропан-бутану у кисні 2043 °С, природного газу 1850…2000 °С, метану 2000 °С, гасу 2450 °С і бензину 2600 °С.

Факел (оксидна зона) розміщений за відновлювальною зоною. Він складається з диоксиду вуглецю, парів води і азоту. Азот потрапляє з повітряної атмосфери, а решта складових факела утворюється від взаємодії оксиду вуглецю з воднем і киснем повітря. Температура факела значно нижча, ніж температура відновлювальної зони, і змінюється в межах 1200…2500°С.

В залежності від співвідношення α витрати кисню і пального газу розрізняють три види полум’я: нейтральне (α=1,00…1,25), відновлювальне (α<1) і окислююче (α>1,25). Для отримання нейтрального ацетиленокисневого полум’я на одиницю об’єму ацетилену потрібно 2,5 об’єму кисню. В зону зварювання з кисневого балону подається 1,15 необхідного об’єму кисню, а решта кисню потрапляє з повітря.

Нейтральне полум’я використовують для зварювання деталей з алюмінієвих сплавів, міді, бронзи і сталі з вмістом <0,5% С.

Відновлювальне полум’я містить вільний вуглець, який переходить в розплавлений метал і збагачує його вуглецем. Таке полум’я використовують при зварюванні чавуну, високовуглецевих сталей з вмістом >0,5 % C, а також для наплавлення деталей твердими сплавами.

Окислювальне полум’я має укорочене загострене ядро з розпливчастими контурами блідого кольору. Температура окислювального полум’я вища за температуру нейтрального полум’я, однак воно може сильно окислювати зварюваний метал і сприяти отриманню крупнозернистого шва. Окислювальним полум’ям ріжуть метали, а також нагрівають деталі при гартуванні.

У виробництві поширюється аналог ацетилену - газ МАФ (метилацетилен алленової фракції). Температура згорання газу МАФ у кисні 2930°С, що дозволяє використовувати його в процесах, де використовувався ацетилен. В пропановий балон ємністю 50 л входить 21 кг газу МАФ, в той час як 5 кг ацетилену поміщаються в балоні масою 82 кг. Порівняльна характеристика продуктів згорання наведена в таблиці 1.7.

Таблиця 1.7 - Характеристика газоподібних продуктів горіння

Показник	Ацетилен	Пропан	Газ МАФ
Границя вибуховості у кисні, мас. %   Границя вибуховості на повітрі, мас. %	2,3…93     2,3…81	2,4…57     2,0…9,5	2,5…60     3,4…10,8

Схильність до зворотного удару газу МАФ незначна. Його можна переміщувати як в пропанових балонах, так і в автоцистернах. Область застосування газу МАФ – зварювання стальних листів малої товщини, зварювання кольорових металів, контурне різання виробів. У порівнянні з ацетиленом газ МАФ має менший вплив на оточуюче середовище. До того ж, він вдвічі дешевший, ніж ацетилен. Німеччина, Канада, США повністю відмовились від використання ацетилену і використовують для зварювальних робіт газ МАФ.

Газокисневе полум’я використовують для зварювання стальних деталей з тонколистового прокату товщиною <2,5 мм, деталей із сірого чавуну і алюмінієвих сплавів, а також для паяння сірого і ковкого чавуну.