Autogenes Gasschweißen ist ein Schmelzschweißverfahren, bei dem Komponenten dauerhaft miteinander verbunden werden. Hier erfolgt die Wärmezufuhr durch Verbrennen eines geeigneten gasförmigen kohlenstoffhaltigen Brennstoffs mit Sauerstoff. Potenzieller Brennstoff Autogengasschweißen umfasst Acetylen, Propylen, Propan, MAPP-Gas (Methylacetylen-Propadienpropan) und Erdgas; Acetylen (C2H2) wird jedoch häufig verwendet, da es eine maximale Flammentemperatur bietet. Sowohl der Brennstoff als auch der Sauerstoff werden getrennt in Zylindern gelagert, und diese werden in einem Brenner gemischt, bevor das Gemisch durch eine Düse gefördert wird. Diese Mischung wird dann gezündet, um eine Flamme zu erzeugen. Die exotherme Reaktion der Verbrennung zwischen Acetylen und Sauerstoff erzeugt Wärme. Diese Wärme wird genutzt, um die Fayingflächen der Grundplatten und des Füllmetalls zu schmelzen, um eine Schweißraupe zu bilden. Für die vollständige Verbrennung eines bestimmten Kraftstoffs pro Volumeneinheit (oder Masse) ist immer ein festes Volumen (oder eine feste Masse) Sauerstoff erwünscht. Das erforderliche Volumen / Masse an Sauerstoff für einen bestimmten Kraftstoff kann theoretisch durch stöchiometrische Analyse erhalten werden. Für die Verbrennung von Acetylen in Sauerstoff beträgt das stöchiometrische Sauerstoff-Kraftstoff-Verhältnis 13,26: 1 (bezogen auf die Masse) oder 11,92: 1 (bezogen auf das Volumen). Es zeigt an, dass 13,26 kg Sauerstoff für die vollständige Verbrennung von 1 kg Acetylen erforderlich sind. Alternativ werden 11,92 m3 Sauerstoff für die vollständige Verbrennung von 1 m3 Acetylen benötigt.
Wenn beim Autogen-Acetylen-Gasschweißen das Sauerstoff-Acetylen-Gemisch stöchiometrisch ist, ist die resultierende Flamme eine neutrale Flamme. Hier reagieren das gesamte durch die Düse zugeführte Acetylen und der Sauerstoff miteinander unter Bildung von Kohlendioxid und Wasserdampf, und nach der Verbrennung bleibt kein Acetylen oder Sauerstoff zurück. Ebenso wird, wenn mehr Acetylen zugeführt wird, als stöchiometrisch erforderlich ist, eine bestimmte Menge Acetylen als Rückstand zurückbleiben. Die resultierende Flamme ist als Aufkohlungsflamme oder Reduktionsflamme bekannt. Da Acetylen ein kohlenstoffhaltiges Element ist, kann das überschüssige Acetylen mit den Sauerstoffelementen reagieren, die in der geschmolzenen Schweißraupe vorhanden sind. Dies kann zu einer harten und spröden Schweißraupe führen. Wird dagegen mehr Sauerstoff zugeführt, als stöchiometrisch benötigt wird, so bleibt auch nach vollständiger Verbrennung des gesamten Acetylens eine gewisse Sauerstoffmenge übrig. Die resultierende Flamme wird als oxidierende Flamme bezeichnet, da der überschüssige Sauerstoff die Elemente der geschmolzenen Schweißnaht weiter oxidieren kann. Typisches Aussehen von drei Arten von Flamme ist oben gezeigt. Verschiedene Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen aufkohlender oder reduzierender Flamme und oxidierender Flamme sind nachstehend in Tabellenform angegeben.
- Unabhängig vom Flammentyp ist die Zufuhr von gasförmigem kohlenstoffhaltigem Brennstoff und Sauerstoff unabdingbar. Basierend auf der relativen Durchflussrate von Brennstoff und Sauerstoff ändert sich der Flammentyp.
- Die Verbrennung zwischen Brennstoff und Sauerstoff findet in beiden Flammentypen statt. Die Vollständigkeit der Verbrennung variiert jedoch für verschiedene Flammentypen.
- Gerade am Düsenausgang bildet sich unabhängig vom Flammentyp ein innerer weißlicher Kegel. Die Größe, Temperatur und Wärmeintensität in diesem Innenkegel variieren jedoch je nach Flammentyp.
- Die meisten industriellen Gasschweißbrenner haben die Möglichkeit, die Zufuhrrate von Acetylen und Sauerstoff getrennt zu manipulieren. Somit kann eine reduzierende Flamme leicht in eine neutrale oder oxidierende Flamme umgewandelt werden, indem die Ventile auch während des Schweißens eingestellt werden oder umgekehrt.
Unterschiede zwischen reduzierender Flamme und oxidierender Flamme
| Karburierende oder reduzierende Flamme | Oxidierende Flamme |
|---|---|
| Eine Aufkohlungsflamme wird erhalten, wenn weniger Sauerstoff zugeführt wird, als für eine stöchiometrisch vollständige Verbrennung erforderlich ist. | Oxidierende Flamme wird erhalten, wenn überschüssiger Sauerstoff zugeführt wird, als für eine stöchiometrisch vollständige Verbrennung erforderlich ist. |
| Unvollständige Verbrennung von gasförmigem Brennstoff (wie Acetylen, Propylen, Propan, Erdgas usw.) findet innerhalb der Flamme statt. | Die vollständige Verbrennung von gasförmigem Brennstoff erfolgt innerhalb der Flamme. Selbst nachdem der gesamte Kraftstoff ausgebrannt ist, bleibt Sauerstoff im Überschuss. |
| Eine Aufkohlungsflamme besteht aus drei verschiedenen Schichten (i) innerer weißer Kegel, (ii) mittlere rötliche Flammenfeder und (iii) äußere bläuliche Flamme. | Eine oxidierende Flamme besteht typischerweise aus zwei Schichten (i) einem inneren weißen Kegel und (ii) einer äußeren bläulichen Flamme. |
| Aufgrund der Sauerstoffknappheit tritt die erste Stufe der Verbrennungsreaktion (Acetylen zu Kohlenmonoxid) für einen größeren Bereich auf. Dadurch ergibt sich ein vergleichsweise größerer Innenkonus. | Aufgrund der übermäßigen Sauerstoffzufuhr tritt die erste Stufe der Verbrennungsreaktion innerhalb eines kleinen Bereichs schnell auf. Dies führt zu einem kleineren Innenkonus. |
| Aufgrund der größeren Größe ist die Durchschnittstemperatur am Innenkegel vergleichsweise geringer (um 2900 ° C). Auch am Innenkonus ist die Wärmeintensität vergleichsweise geringer. | Aufgrund der kleineren Größe sind die Wärmeintensität und die Temperatur mehr am Innenkegel. Die Innenkonustemperatur kann bis zu 3300 ° C betragen. |
| Die Aufkohlungsflamme kann (i) Kohlenstoffatome in die Schweißnaht induzieren oder (ii) Sauerstoffatome aus der Schweißnaht entfernen. | Eine oxidierende Flamme kann (i) Sauerstoffatome in die Schweißnaht diffundieren oder (ii) Kohlenstoffatome aus der Schweißnaht entfernen. |
| Die mit Karburierflamme gebildete Schweißraupe kann etwas hart und spröde sein als die entsprechenden Stammkomponenten. | Die mit Karburierflamme gebildete Schweißraupe kann vergleichsweise weicher und duktiler sein als die entsprechenden Stammbauteile. |
| Gasschweißen mit dieser Flamme ist weniger laut. | Gasschweißen mit dieser Flamme kann vergleichsweise lauter sein. |
| Die Aufkohlungsflamme kann verwendet werden, wenn Komponenten reich an Kohlenstoff oder frei von Sauerstoff sind. Diese Flamme wird häufig beim Verbinden von Kohlenstoffstahl, Gusseisen, Schnellarbeitsstahl, sauerstofffreiem Kupfer usw. verwendet. | Oxidierende Flamme wird zum Verbinden von Bauteilen aus kohlenstoffarmen Eisenlegierungen und Nichteisenlegierungen bevorzugt. |
