Схема ацетиленокислородного пламени и его строение

плавка сталь медь сварка

Строение, температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл зависят от соотношения кислорода и ацетилена в горючей смеси. Горение ацетилена может быть представлено следующей реакцией, протекающей в две стадии:

С2Н2 + 2,5О2 = 2СО2 + Н2ОпаР

В первой стадии в горелку подают один объем ацетилена и один объем кислорода (С2Н2 + О2 = 2СО + Н2). Во второйстадиизасчеткислорода окружающего воздуха протекает реакция

2СО + Н2 + 1,5О2 = 2СО2 + Н2О

В зависимости от соотношения кислорода и ацетилена в исходной горючей смеси различают три вида кислородно-ацетиленовогопламени:

- нейтральное, или нормальное восстановительное, пламя при соотношении О2:С2Н2 = 1:1,2; таким пламенем сваривают большинство металлов и сплавов;

- науглероживающее пламя при соотношении О2:С2Н2<1, т. е. при избытке ацетилена. Ядро пламени при этом удлиняется по сравнению с ядром нормального пламени; пламя теряет резкие очертания. Такое пламя применяют при сварке чугуна и наплавке быстрорежущих сталей и твердых сплавов;

- окислительное пламяпри соотношении О2:С2Н2>1,2, т. е. при избытке кислорода. Пламя при этом приобретает голубоватый оттенок, размеры ядра пламени уменьшаются; применяют при сварке латуней.

На рис. 5 показана схема строения нормального сварочного пламени, образующегося при горении ацетилена. Пламя состоит из трех зон: ядра 1, восстановительной зоны 2 и окислительной зоны 3. Ядро пламени имеет вид усеченного конуса с округленным концом.

Рис. 5. Схема строения нормального ацетилено-кислородного пламени и график распределения температуры по его длине

Эта часть пламени состоит из смеси кислорода и раскаленных продуктов разложения ацетилена и кислорода (самая яркая часть пламени).

В восстановительной зоне происходит выделение тепла в основном за счет окисления раскаленных частиц углерода в окись углерода. Наивысшая температура в этой зоне (до 3150°С) создается на расстоянии 3-5 мм от конца ядра пламени; эта зона имеет характерное синеватое свечение.

Находящиеся в восстановительной зоне продукты горения ацетилена СО и Н2 нагревают и расплавляют металл; они также могут восстанавливать окислы, в том числе образующиеся при сварке окислы железа.

В окислительной зоне при избытке кислорода воздуха СО догорает в СО2 и Н2 в Н2ОпаР. Эта часть пламени имеет желтоватую окраску с красным оттенком. Газообразные продукты этой зоны обладают окислительной способностью. Однако они препятствуют контакту расплавленного металла с воздухом.

Особенности сварки меди

Сварка меди и медных сплавов, благодаря ее физическим свойствам, имеет ряд специфических особенностей, отличных от технологии сварки железа и его сплавов. В меди встречаются примеси: кислород, висмут, свинец, сера, фосфор, сурьма и мышьяк, — которые в значительной степени ухудшают условия сварки.

Наиболее опасен висмут, так как образует хрупкие соединения и легкоплавкие эвтектики (271°), располагающиеся по границам зерен. Кроме того, при нагревании выше 400° медь с кислородом образует окись CuO и закись Cu2O меди. Последняя образует с медью хрупкую эвтектику с температурой плавления 1065°. При остывании металла шва эвтектика кристаллизуется в последнюю очередь, располагаясь по границам зерен и делая тем самым сплав хрупким. При наличии водорода закись меди вступает с ним в реакцию, образуя пары воды: Cu2O + H2= H2O + 2Cu. Пары воды не растворимы в меди и при нагревании создают давление в металле, вызывая в нем трещины. Это явление носит название водородной болезни.

Медь сваривают газовой, дуговой и контактной сваркой. В последнее время начинают применять аргоно-дуговую сварку. При газовой сварке меди в зависимости от толщины свариваемых деталей применяют следующие присадочные прутки:

1) из чистой электролитической меди (99,9%) для изделий толщиной до 1—2 мм;

2) с содержанием 0,2% фосфора для изделий толщиной 3—10 мм;

3) с содержанием 0,2% фосфора и от 0,15 до 0,30 % кремния для изделий толщиной свыше 10 мм.

Однако наличие примесей фосфора резко снижает теплопроводность металла шва, что для ответственных конструкций, работающих в условиях высоких температур, приводит к местному перегреву шва и как следствие к образованию трещин.