Газополум'яна обробка металів

Що таке газополум'яна обробка металів? Це ряд технологічних процесів, при яких деталі обробляються газовим полум'ям високої температури.

Газова зварювання є зварюванням плавленням, під час неї зі зварювального пальника для mig-mag зварювання виходять полум'я газів, якими нагріваються кромки з'єднувальних частин виробів.

В результаті того, що технічно чистий кисень (чистота не нижче 98,5%) згорає(окислюється) утворюється газове полум'я. В якості горючих газів найчастіше використовують такі речовини, як ацетилен, метан, бензин,, водень, пропан, освітлювальний гас ,пропанобутановую суміш.

Газова суміш, яка поступає з сопла, підігрівається, у внутрішній частині ядра полум'я, до температури займання. У той же час в зовнішній оболонці ядра частково розпадається ацетилен. Частинки вуглецю, що виділяються, розпечені, з-за чого яскраво світяться, і чітко виділяють краю оболонки ядра (температура газів в цей час в ядрі невелика і не перевищує 1500 0С).

Зварювальна зона є найбільш важливою частиною зварювального полум'я . В ній розвивається найбільша температура з-за того що саме тут, за рахунок кисню, що надходить в сопло з балона, відбувається перша стадія згоряння ацетилену. гази, які знаходяться в зварювальній зоні мають відновними властивостями по відношенню до оксидам більшості металів. Тому її часто називають відновної. Зміна вуглецю в металі шва є незначним.

У факелі полум'я відбувається за рахунок кисню повітря, догорання газів. Ця зона є окисної ,оскільки гази , які знаходяться в факелі, і продукти їх дисоціації окислюють метали. Вид ацетиленкисневого полум'я буває різним і залежить майже повністю від співвідношення в газовій суміші, яка подається в пальник, кисню та ацетилену.

Коли це співвідношення збільшується, будова і форма полум'я змінюються . Із-за зміни співвідношення ядро полум'я стає більш блідим, коротшає і набуває конічної загострену форму, а реакції окислення стають швидше. Також зварювальна зона набуває окислювальний характер і втрачає відновні властивості .Коли збільшується вміст ацетилену в газовій суміші , тобто співвідношення зменшується тоді реакції окислення стають більш повільними. Контури ядра стають розмитими, і воно подовжується. Вільного вуглецю стає більше, його частинки з'являються у зварювальній зоні. Якщо ацетилену стає дуже багато, то частинки вуглецю іноді з'являються і в факелі полум'я. В цьому випадку вміст вуглецю в металі шва підвищується, тобто зварювальна зона стає науглероживающей.

Температура є одним з найважливіших параметрів, які визначають теплові, а значить також і технологічні властивості полум'я. Вона різна в різних його ділянках як в поперечному перерізі , так і по довжині вздовж його осі . Температура залежить від того, які гази становлять газову суміш і також ступеня чистоти застосовуваних газів. Максимальна температура спостерігається по осі полум'я. Основною для розплавлення металу є саме ця зварювальна зона. Із збільшенням співвідношення найбільша температура зміщується до мундштука пальника і зростає. Це відбувається з-за того, що збільшується швидкість горіння суміші при великій кількості кисню . При співвідношенні менше 1 (надлишком ацетилену) навпаки, максимум температури зменшується за величиною, і віддаляється від мундштука .

Теплотворна здатність газів - замінників ацетилену, нижче, ніж у ацетилену. Однак вони дешевше і менш дефіцитні. Також максимальні температури полум'я таких газів також нижче. Ось чому їх використовують у малих обсягах у технологічних процесах, які не вимагають полум'я високої температури (зварювання магнію, алюмінію та їх сплавів, пайка ,свинцю , газова різка зварювальними пальниками, зварювання тонколистової сталі, тощо).

Максимальна температура, при використанні водню в полум'я приблизно дорівнює 2100 0С. Метал нагрівається полум'ям, обумовленим променистим, і найчастіше конвективним теплообміном між поверхнею металу і стикається з ним потоком гарячих газів. Пляма нагріву, симетричне відносно центру, утворюється на поверхні металу при вертикальному положенні зварювального пальника від полум'я. Пляма нагріву звужується з боків і витягується за напрямком осі при нахилі полум'я. Якість нагріву попереду ядра вище, ніж позаду нього.

Джерело тепла, при газовій зварці менш концентрований, ніж при інших способах зварювання плавленням, також тепло вводиться у виріб по більшій площі плями нагріву.

При газовій зварці, через відносно невеликого відновного та захисної дії полум'я розкислення металу в зварювальній ванні найчастіше досягається введенням у неї кремнію або марганцю з допомогою присадного дроту. Вони утворюють жидкотекучие шлаки, які сприяють самофлюсованию зварювальної ванни. Шлаки, які утворюються на поверхні зварювальної ванни, захищають метал від водню, кисню і азоту, а також газового середовища полум'я і подсасываемого повітря. Під час кристалізації металу частина водню, який не встиг виділитися, може утворити пори. Азот, який потрапив з повітря в розплавлений метал, може утворювати у ньому нітриди. При газовій зварці структурні перетворення в зоні шва і біля неї мають ідентичний характер, як і при інших способах зварювання. Однак з-за того, що газовому зварюванні характерні повільний нагрів і охолодження ,структура металу шва виходить більш крупнокристалічних з зернами неправильної форми. Зерно буде більш дрібними, і механічні властивості металу шва будуть вище зі збільшенням швидкості охолодження металу. Тому газову зварювання слід проводити максимально швидко.

Зона термічного впливу даного типу зварювання складається з таких характерних ділянок дуговому зварюванні. Однак ширина зони набагато більше (до 30 мм при зварюванні сталі великої товщини) і залежить від режиму газового зварювання.

Під час зварювання відбувається одночасне розплавлення основного і присадного металів. Управління ступенем їх розплавлення визначається потужністю зварювального пальника, теплофізичними властивостями металу та його товщиною. Газовим зварюванням виробляють зварні з'єднання різного типу.

Величезний вплив на ефективність нагріву металу, якість шва і продуктивність зварювання має те, як спрямоване рух пальника, а також її нахил до поверхні металу. Існує два способи зварювання: лівий і правий. Шов виглядає краще при лівому способі зварювання, так як людина, вироблений зварювання, бачить процес утворення шва. При товщині металу до 3 мм краще скористатися лівим способом зварювання тому, що попередній підігрів кромок виходить більш якісним. Від кута нахилу осі полум'я до поверхні металу залежить тепловий вплив полум'я на метал .