3.3. Газовое пламя

Газовое пламя - один из «старейших» источников энергии, ис­пользуемых в сварочных процессах. Сварочная газовая горелка появилась в начале XX в. как практическое осуществление хими­ческой реакции сжигания углеводородного топлива (чаще всего ацетиленового) в чистом кислороде. Сгорание топлива происходит по реакции

2С₂Н₂ + 5О₂ = 4СО₂ + 2Н₂О + 1300,6 кДж/моль.

В факеле газового пламени кроме СО₂ и паров Н₂О обычно при­сутствуют продукты пирогенного распада ацетилена, СО и частич­но попадающий в зону сварки атмосферный воздух (рис. 3.13).

В связи с этим защитные свойства газового пламени малоэффек­тивны и сварочная ванна в значительной мере насыщается газами, ухудшающими свойства наплавленного металла. Поэтому газовая сварка химически активных металлов (титана, циркония и др.) практически невозможна.

Интенсивность ввода энергии в материал при нагреве его газо­вым пламенем относительно невелика (см. табл. 1.6), поэтому при газовой сварке сварные швы имеют большую ширину, чем при дуговой.

В последнее время газовая сварка в промышленности прак­тически вытеснена другими, более прогрессивными способами сварки и используется в основном в ремонтных целях. Вместе с тем газопламенная обработка благодаря сравнительной простоте и мобильности процесса широко применяется в промышленности в технологических процессах газовой резки, нагрева, пайки и газо­пламенного напыления.

3.4. Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка появилась в свое время как дальней­шее развитие дуговой сварки под флюсом, когда было установле­но, что при определенных режимах электрод «закорачивается» на слой расплавленного шлака и выделение теплоты (рис. 3.14) про­исходит при прохождении электрического тока через жидкую шлаковую ванну. Общее количество теплоты, выделяемое в зоне сварки за 1 с, определяется какq = I²R_cyм, где R_сум - суммар­ное сопротивление шлаковой и металлической ванн.

При электрошлаковой свар­ке почти вся электрическая мощность передается шлако­вой ванне, а от нее - электроду и свариваемым кромкам. Ус­тойчивый процесс возможен только при постоянной темпе­ратуре шлаковой ванны. Рабо­чая температура шлаковой ванны под электродом может достигать2200... 2300К.

При электрошлаковой свар­ке более равномерное выделе­ние теплоты по объему сварочной ванны по сравнению со сваркой под флюсом позволяет сваривать за один проход детали значи­тельных сечений (до нескольких квадратных метров); это обусло­вило широкое распространение электрошлаковой сварки в тяже­лом машиностроении.

Применяемые при электрошлаковой сварке флюсы отличаются высокой электропроводностью в расплавленном состоянии и низкими стабилизирующими свойствами по отношению к дуговому разряду. Например, флюс АНФ-1 содержит до 92 % плавикового шпата CaF₂, являющегося активным дестабилизатором дуги.

После развития начального дугового разряда расплавленный шлак полностью шунтирует дугу и дуговой процесс переходит в так называемый шлаковый. Температура плавления шлака должна быть выше, чем температура плавления свариваемого металла.

Электрошлаковую сварку обычно ведут на переменном токе при низком напряжении (40.. .50 В) и рабочих токах до нескольких тысяч ампер. Баланс энергии этого сварочного процесса показан на рис. 3.15.

Вследствие большой поверхности контакта теплоносителей -шлаковой и металлической ванн - с основным металлом плотность тепловых потоков в металл невысока, поэтому для электро­шлаковой сварки необходима более высокая удельная энергия (от 100 до 200 кДж/см² ), чем для большинства способов дуговой сварки.