2 Особенности использования водородно-кислородного пламени при газопламенной обработке металлов

Особенностью водородно-кислородной смеси является то, что соотношение между объемом кислорода и водорода в смеси, полученной электролитическим разложением воды , постоянное и равно . При таком соотношении компонентов смеси пламя имеет окислительный потенциал. Для достижения нормального или науглероживающего характера горения пламени предложены устройства в которых происходит разделение водородно-кислородной смеси., производимой эликтролизно-водным генератором, на два потока, один из которых остается чистым, а другой проходит через барботер с жидким углеводородным соединением (например, с бензином, спиртом и др.). Оба потока смеси подаются на ниппеля сварочной горелки, характер горения пламени регулируется изменением соотношения этих потоков с помощью соответствующих вентилей горелки.

В зависимости от состава и расхода исходной горючей смеси возможен рост восстановительного потенциала продуктов горения по сравнению с расплавленным металлом за счет увеличения в них содержания водорода и оксида углерода.

Окислительная способность пламени, которая определяется по диаграммам равновесия водорода и оксида углерода с оксидами железа и железом, для нейтрального по отношению к расплавленному в сварочной ванне железу соответствует соотношениям в продуктах горения пламени по водороду и углероду.

В составе продуктов горения водородно-кислородной смеси, производимой электролизно-водным генератором, с постоянным соотношением кислорода к водороду смеси , суммарное содержание водорода в диссоциированных продуктах горения – менее , что подтверждает окислительный характер горения пламени. Добавление к указанным в водородно-кислородной смеси паров углеводородных соединений, этилового спирта или ацетона обеспечивает в диссоциированных продуктах горения суммарное содержание водорода и системе и оксида углерода в . При таком содержании водорода и оксида углерода в диссоциированных продуктах горения возможно восстановление оксида железа в сварочной ванне. При этом в диссоциированных продуктах горения производимой электролизно-водным генератором смеси, обогащенной парами углеводородных соединений, имеется свободный кислород, который появиться в результате подсоса воздуха и термической диссоциации продуктов горения. Суммарное содержание свободного кислорода в диссоциированных продуктах горения нормального пламени водородно-кислородной смеси с парами бензина составляет , с парами спирта - , с парами ацетона - . Наличие в продуктах горения свободного кислорода требует дополнительного легирования присадочной проволоки раскислителями.

С помощью добавления в водородно-кослородную смесь паров углеводородных соединений при ее постоянном расходе можно регулировать тепловую мощность водородно-кислородного пламени. Добавление в водородно-кислородную смесь паров бензина при сжигании того же объема горючей смеси увеличивает тепловую мощность до , что почти в 2,7 раза больше по сравнению с пламенем чистой водородно-кислородной смеси. В случае добавления в водородно-кислородную смесь паров этилового спирта при сжигании того же объема горючей смеси тепловая мощность составляет . Таким образом, путем добавления в водородно-кислородную смесь паров углеводородных соединений можно регулировать характер горения пламени, а также повышать его тепловую мощность.

Качество покрытия при газопламенном напылении зависит от температуры и скорости напыляемых частиц материала, которые при напылении порошковых материалов в свою очередь зависят от распределения температуры и скорости струи продуктов горения в зоне догорания пламени.

Эффективный нагрев частиц металла до температуры плавления при конвективном теплообмене между продуктами горения пламени и напыляемыми частицами возможен, если температура продуктов горения в факеле выше температуры плавления материала на . С учетом этого длина активного температурного интервала факела пламени для металлов, плавящихся при температуре (латуни, бронзы, порошков самофлюсующихся сплавов, экзотермически реагирующих порошков и композитов), будет определяться изотермой, соответствующей .

Чем меньше разрыв во времени между подготовкой детали к напылению и самим процессом нанесения покрытия, тем выше прочность сцепления нанесенного слоя с деталью. Перерыв между операциями подготовки и напылением не должен не должен превышать . Непосредственно перед напылением деталь нагревается в печи до температуры .

Наиболее прочное сцепление порошкового материала с основным металлом достигается оплавлением порошка после нанесения его на поверхность детали.

За выходной параметр принимается значение сцепления . На основании приведенных опытов и литературных данных в качестве основных факторов, влияющих на прочность сцепления, были выбраны следующие: - дистанция напыления, ; - угол напыления, ; - фракция порошка, .

Высокая прочность сцепления в зоне нагрева до полного плавления объясняется существенным подогревом поверхности подложки струей нагретого газа. В случае приближения подложки к ядру струи процесс переходит в известный процесс наплавки порошком, протекающий с оплавлением обрабатываемой поверхности.

При увеличении дистанции происходит постепенное падение прочности сцепления, связанное с остыванием напыляемых частиц. Однако было замечено, что прочность сцепления падает медленнее, чем температура частиц. По мере увеличения дистанции покрытие все в большей и большей мере формируется из ранее перегретых частиц, которые сохраняют в центре сферы жидкую фазу, затвердевшие частицы обычно отражаются от подложки и в образовании покрытия практически не участвуют. Поэтому с увеличением дистанции коэффициент использования материала падает.

Граница между зоной полного плавления и зоной движения частиц в расплавленном состоянии может меняться в широких пределах и зависит от свойств пламени, применяемого горючего газа, струи расплавляющего газа.