Газопламенная обработка металлов

В большинстве способов газопламенной обработки металлов основным источником тепла является пламя сгорания горючих газов или паров жидких горючих веществ в кислороде или воздухе.

Предварительное смешивание горючих газов или паров с кислородом или воздухом осуществляется в специальных горелках.

Газопламенная обработка металлов

На выходе из горелки горючая смесь воспламеняется. Теплота, выделяемая при сгорании смеси, достаточна для подогрева вновь поступающих порций газа до температуры воспламенения и компенсации потерь тепла на нагрев металла и окружающей среды.

Скорость воспламенения зависит от состава горючей смеси и достигает 10—15 м/с. Чем выше давление, температура и чистота горючего газа, тем выше скорость его воспламенения.

Горючие газы или пары жидких горючих, используемые при газопламенной обработке металлов, представляют обычно смесь углеводородов с другими газами. Их горение сопровождается сильным разогревом продуктов реакции, и они становятся видимыми, в итоге образуется пламя. По внешнему виду в пламени можно различить три зоны:

  • ядро
  • средняя зона
  • факел

В ядре пламени горение не происходит. Только вблизи поверхности ядра наблюдается частичное сгорание углерода. Раскаленные до температуры 800—1250 °С частицы не сгоревшего углерода дают яркое свечение оболочки ядра. Чем больше углерода в составе горючего газа, тем ярче очерчено ядро. Водородно-кислородное пламя образует слабо светящееся ядро, трудно отличимое от средней зоны. При избытке горючего газа по сравнению с кислородом ядро расширяется, увеличивается по длине, средняя зона пламени уменьшается.

В средней зоне происходит интенсивное сгорание продуктов разложения горючего газа, что сопровождается выделением большого количества тепла. Температура средней зоны резко возрастает и в зависимости от вида газа может достигать 800—3200 °С.

При температуре выше 2000 °С происходит диссоциация молекул водорода. Наличие в средней зоне угарного газа и атомарного водорода, которые отнимают кислород у оксидов расплавленного металла, определяет ее металлургические свойства — раскислительную (восстановительную) способность. Поэтому среднюю зону пламени часто называют восстановительной и используют ее для нагрева металла в большинстве способов газопламенной обработки, располагая пламя таким образом, чтобы зона максимальной температуры соприкасалась с поверхностью нагреваемого металла. Расстояние этой зоны от ядра пламени по оси зависит от вида горючего газа.

В факеле происходит догорание продуктов распада. При этом происходит подсос кислорода из окружающего воздуха. Температура пламени падает до 1200—2500 °С. С увеличением содержания горючего газа в смеси факел пламени обогащается углеродом, что может привести к насыщению углеродом нагреваемого металла (науглероживанию). Длина пламени при этом увеличивается, оно становится коптящим.

На эффективность газопламенная обработка металлов оказывают влияние следующие факторы:

  • Мощность горелки (часовой расход горючего газа) . С ее увеличением эффективность нагрева увеличивается. Это наиболее определяющий фактор.
  • Угол наклона оси пламени к поверхности металла в направлении движения горелки. Так, эффективность нагрева стали максимальна при угле наклона оси пламени 60°. Нагрев металла при таком перемещении горелки носит название правого способа нагрева.
  • Толщина нагреваемого металла. Для стали увеличение толщины ; до 15 мм приводит к повышению эффективности нагрева на 30—40 %.
  • Средняя скорость истечения горючей смеси.
  • Соотношение кислорода и горючего газа в смеси.
  • Расстояние от конца сопла мундштука горелки до поверхности металла.
  • Скорость перемещения пламени. Ее увеличение до 500 мм/мин при нагреве стали толщиной 6 мм приводит к увеличению эффективной мощности на 15 %. Чем тоньше металл, тем это заметнее.
  • Теплофизические свойства металла.

При различных способах газопламенной обработки металл нагревается газовым пламенем как до температур перестройки кристаллической решетки (при термическом упрочнении), так и до температур плавления (при сварке). Время контакта пламени с металлом в результате перемещения горелки ограничено. Поэтому характер взаимодействия пламени с металлом в процессе нагрева меняется в зависимости от способа обработки.

Просмотров: 10