В процесі газової зварювання розплавлений метал зварювальної ванни взаємодіє зі зварювальним полум'ям. Ця взаємодія визначається властивостями зварюваного металу і складом зварювального полум'я. Зварюють відновної зоною полум'я, що складається в основному з оксиду вуглецю і водню. зварювальний ванна характеризується малим обсягом розплавленого металу, високою температурою в місці зварювання і великою швидкістю розплавлення і кристалізації металу.
Розплавлений метал ванни вступає у взаємодію з газами зварювального полум'я, в результаті чого відбуваються реакції окислення і відновлення. Взаємодія газів з різними металами різна. Найбільш легко окислюються метали, що володіють більшою спорідненістю до кисню. Окислення розплавленого металу відбувається як за рахунок оксидів, що знаходяться на поверхні зварюваного металу і присадного дроту, так і за рахунок кисню навколишнього повітря. Зі збільшенням вмісту кисню в зварюваної металі погіршуються механічні властивості зварного з'єднання. Тому при газової зварюванні для більшості металів і сплавів для усунення окислювальних процесів в присадочні матеріали і флюси вводять спеціальні раскислители.
Раскислители речовини, які мають більшу спорідненість до кисню, ніж метал шва .
При газовому зварюванні стали раскисляют дію надають вуглець, оксид вуглецю і водню, які утворюються при горінні газової суміші, яка подається в зварювальну пальник. Тому вуглецеві стали можна зварювати без флюсів. Таким чином вуглець (С), кремній (Si) і марганець (Мn) виконують функції раскислители. Утворений в процесі реакції оксид вуглецю викликає кипіння і розбризкування металу. Кипіння зварювальної ванни до початку кристалізації сприяє видаленню сторонніх металевих включень. Якщо метал кипить під час кристалізації шва, то утворюються бульбашки оксиду вуглецю не встигають виділятися і залишаються в шві у вигляді газових пір. Для зменшення утворення оксиду вуглецю в зварювальну ванну вводять розкислювачі (Мn і Si). На процес окислення при зварюванні металів великий вплив робить склад зварювального полум'я. Утворені в процесі реакцій оксиди кремнію і марганцю не розчиняються в металі, спливають на поверхню рідкого металу і переходять в шлаки. У рідкому металі шва знаходиться багато різнорідних оксидів, між якими відбуваються хімічні реакції. В результаті цих реакцій утворюються сполуки з більш низькою температурою плавлення, ніж самі оксиди, що полегшує видалення оксидів з розплавленого металу у вигляді шлаку.
При газовому зварюванні алюмінію, латуні та інших металів вводять флюси, до складу яких входять компоненти, що сприяють утворенню легкоплавких з'єднань. Розкислення зварювальної ванни частково здійснюється вуглецем, оксидом вуглецю і воднем, наявними в зварювальному полум'я. При цьому зварювальне полум'я не тільки відновлює оксиди але і захищає розплавлений метал від кисню та азоту повітря. Нормальне ацетіленокіслородное полум'я в середній (відновлювальної) зоні містить 60% оксиду вуглецю, 20% молекулярного і 20% атомарного водню. Відновлювачем заліза з закису заліза в основному є атомарний водень . Він розчиняється в розплавленому металі, а з пониженням температури прагне виділитися з зварювальної ванни. Якщо затвердіння відбувається досить швидко, то водень у вигляді газових бульбашок може залишитися в звареному шві. Отже, водень, з одного боку, захищає розплавлений метал від окислення, а також відновлює його з оксидів, а з іншого боку, може стати причиною утворення пористості і тріщин .
Малюнок 1 - Схема хімічної неоднорідності по верствам кристалізації в зварних швах
Процес газового зварювання характеризується відносно повільним охолодженням металу, тому водень та інші гази встигають виділитися з зварювальної ванни і метал шва виходить без пор. Вступник в зварювальну ванну азот повітря знижує пластичні властивості металу, що зварюється, а також викликає пористість в металі шва.
процес утворення зварного з'єднання починається з нагрівання і розплавлення основного і присадочного металів.
Кристалізація процес утворення зерен з розплавленого металу при переході його з рідкого стану в тверде
Процес кристалізації зварних швів відрізняється від кристалізації злитків високими швидкостями. Розрізняють первинну і вторинну кристалізації. первинна кристалізація здійснюється при високих швидкостях охолодження, вторинна починається з розпаду первинної в результаті структурних перетворень і закінчується при низьких температурах. Як і у всіх випадках зварювання плавленням кристалізація металу шва здійснюється на зернах основного металу. Більш повільне прогрівання при газовому зварюванні основного металу призводить до більшого зростання зерен нерозплавлений крайок металу, а отже, і зменшення кількості центрів кристалізації формується шва. Процес кристалізації зварних швів здійснюється переривчасто, цим і пояснюється поява кристалізаційних шарів. Чим сильніше тепло-відвід і менше обсяг рідкого металу, тим тонше кристалізаційний шар. кристалізаційні шари можна розглянути на спеціально виготовлених макрошліфах в будь-якому перетині шва. Перший ділянку виникає в результаті кристалізації тонкого прошарку рідкого металу, що примикає до оплавленої поверхні. Друга ділянка кристалізується з рідкого металу вихідного матеріалу.
