Понимание сварочных пламеней: нейтральное, кémentирующее и окисляющее

Сегодня изучим типы сварочных пламеней, используемых в газовой сварке. В предыдущей статье мы обсуждали газовую сварку. В этом процессе сжигаются газы/топлива, образуя высокотемпературные пламена, которые используются для создания сварочного шва.

Пламя играет ключевую роль в формировании шва, а свойства шва сильно зависят от типа пламени. Существует три типа: нейтральное пламя, кémentирующее (карборизирующее) и окисляющее. Нейтральное имеет синхронизированную смесь топлива и кислорода, кémentирующее — избыток топлива, окисляющее — избыток кислорода. Разные материалы требуют разные пламена в зависимости от условий сварки.

Что такое сварочное пламя?

Сварочное пламя нагревает металл или термопласты, сплавляя их при остывании. Большинство газосварочных процессов используют окситопливную сварку. Это один из старейших процессов, разработанный в 1903 г. При оксиацетиленовой сварке нужны жидкое топливо или газ (ацетилен), смешиваемый с кислородом для повышения температуры пламени.

Горелка имеет шланги, подключенные к баллонам. Открывают клапаны, поджигают газ на выходе горелки, затем регулируют клапаны, меняя газовую пропорцию.

У каждого пламени несколько зон (конусов). Внутренний конус — самая горячая часть, где ацетилен и кислород смешиваются. Внешний конус холоднее, получает больше кислорода из окружающего воздуха, называется внешней оболочкой.

Типы сварочных пламеней

Три основных типа:

• Нейтральное пламя — равномерная смесь топлива и кислорода по объему.
• Кémentирующее пламя — избыток топлива.
• Окисляющее пламя — избыток кислорода.

1. Нейтральное пламя

Содержит равные объемы кислорода и топливного газа. Топливо сгорает полностью, не оказывает химического воздействия на металл. Преимущественно для сварки мягкой стали, нержавейки, чугуна. Дает мало дыма.

Имеет две зоны: внутренняя — белая, ~3100 °C; внешняя — синяя, ~1275 °C.

2. Кémentирующее пламя

Избыток топливного газа. Химически реагирует с металлом, образуя карбиды металла. Поэтому не используют для металлов, поглощающих углерод. Пламя дымное и тихое. Имеет три зоны.

Внутренняя зона — белая, промежуточная — красная, внешний конус — синий. Температура внутреннего конуса ~2900 °C. Используют для сварки среднеуглеродистой стали, никеля и др.

3. Окисляющее пламя

При уменьшении ацетилена от нейтрального пламени или увеличении кислорода внутренний конус tende исчезнуть — получается окисляющее пламя. Оно горячее нейтрального, имеет четко выраженные две зоны.

Внутренняя зона — ярко-белая, ~3300 °C. Внешнее пламя — синее. Применяют для сварки безкислородных медных сплавов: латуни, бронзы и т.д.

Какой газ использовать для идеального пламени?

Ацетилен — самый распространенный газ для получения описанных пламеней, но не единственный. MAPP и водород часто упоминаются как альтернативы. У ацетилена «тройная связь» уникально связывает атомы углерода.

Когда другие газы достигают температуры возгорания, связь разрывается и поглощает энергию. При разрыве связи в ацетилене энергия выделяется, что позволяет достигать более высоких температур.

По сравнению с другими газами, ацетилен имеет меньше окисляющих свойств, но легко воспламеняется. MAPP создан как более безопасная альтернатива. MAPP — сжиженный нефтяной газ с пропаном и ацетиленом. Транспортируется в меньших баллонах, выше температура воспламенения, работает при более высоких давлениях.

Недостаток MAPP — температура. Пламена MAPP дают более низкие температуры, чем ацетилен. Не подходит для большинства сталей, но может сойти для алюминия. Водород тоже легко сваркивает алюминий. Как и MAPP, пламена водорода дают более низкие температуры и работают при высоких давлениях.

Если не планируете сваривать алюминий, используйте ацетилен. Низкие температуры и скорость отбора MAPP и водорода не позволяют качественно сваривать твердые металлы. Хотя MAPP и водород не лучший выбор для газовой сварки, они популярны для газовой резки. При высоком давлении дают более чистый разрез. Низкие температуры делают их распространенными для нагрева, гибки и пайки.

Частые соотношения для получения оксиацетиленовых пламеней

Нейтральное пламя — равная смесь кислорода и газа. Кémentирующее — меньше кислорода, окисляющее — больше кислорода. Как определить пропорцию?

Всегда начинайте с нейтрального пламени. Кémentирующее и окисляющее создаются увеличением подачи ацетилена или кислорода после получения нейтрального.

Типичные соотношения кислород/ацетилен:

• Кémentирующее пламя: 0.8 – 1.0
• Нейтральное пламя: 1.0
• Окисляющее пламя: 1.0 – 2.5

Увеличивая подачу ацетилена, вытягиваете перышко от внутреннего конуса. Перышко должно достигать 2–3 длин внутреннего конуса. Недожог газа также снижает температуру.

Для окисляющего пламени увеличивают подачу кислорода. Излишек кислорода дает окисляющий эффект и ускоряет сгорание, повышая температуру.

Как создать нейтральное пламя для газовой сварки?

Нейтральное пламя — отправная точка для остальных, его учатся получать первым.

1. Настройте редукторы. На кислородном и ацетиленовом баллонах по редуктору с двумя манометрами: остаточное и рабочее давление.
2. Винтом редуктора меняют рабочее давление, регулируя расход газа.
3. Перед розжигом отойдите от манометров редукторов. Медленно откройте кислородный баллон, затем ацетиленовый. Настройте винты редукторов на нужное давление.
4. С давлением на редукторах откройте ацетиленовый клапан горелки на 1/4 оборота и поджгите. Медленно откройте кислородный клапан, пока не появится три четкие зоны: внутренний конус, перышко ацетилена, внешняя оболочка. Продолжайте медленно открывать кислород до исчезновения перышка во внутреннем конусе. Нейтральное пламя готово.
5. Для кémentирующего: медленно откройте ацетиленовый клапан до вытягивания перышка в 2–3 длины внутреннего конуса.
6. Для окисляющего: увеличьте подачу кислорода до уменьшения внутреннего конуса до ~1/4 исходного размера. Появится характерный свист.