1.3. Температура ацетиленокислородного пламени и ее распределение

Температура пламени является одним из важнейших параметров, определяющих технологические свойства пламени. Чем выше температура пламени, тем эффективнее протекают процессы нагрева и плавления металлов.

Значение максимальной температуры определяется прежде всего составом газовой смеси, используемой для получения сварочного пламени. Наибольшую температуру от 3100 до 3160 С имеет ацетиленокислородное пламя. Неоднородность состава пламени вдоль его оси и в поперечном сечении вызывает различие в температуре разных его зон.

1.4.Теплообмен между ацетиленокислородным пламенем и нагреваемым телом

Газовое пламя, в том числе и ацетиленокислородное, является местным поверхностным источником тепла. Нагрев металла пламенем обусловлен вынужденным конвективным и лучистым теплообменом между потоком горячих газов и соприкасающимся с ним участком поверхности изделия. Однако, роль лучистого теплообмена невелика и оценивается в 5 – 10% тепловой мощности, вводимой в изделие. Поэтому сварочное пламя приближенно можно рассматривать как конвективный теплообменный источник.

Интенсивность вынужденного конвективного теплообмена в основном зависит от разности температур пламени и нагреваемой поверхности металла, а также от скорости перемещения потока газов пламени относительно поверхности металла. Интенсивность теплообмена при нагреве металла ацетиленокислородным пламенем по сравнению с пламенем других газов выше благодаря более высокой температуре, достигающей 3100 – 3160 С в средней зоне нормального пламени, и значительной скорости потока газов пламени, измеряемой десятками метров в секунду.

При нагреве металла газосварочным пламенем газы контактируют с участком его поверхности, называемом пятном нагрева (рис. 5).

Рис.5. Форма пятна нагрева и распределение

удельного теплового потока q_2по по радиусу

r при угле, равном 90

Плотность теплового потока является наибольшей в центре этого пятна и убывает к периферии по закону нормального распределения вероятности : , (11)

где q_2m – плотность теплового потока в центре пятна нагрева, кал/см²∙с;

q_{2 r} – плотность теплового потока на расстоянии r (см) от центра;

k – коэффициент сосредоточенности ввода тепла (см ^-2), зависящий от размера и распределения тепловыделения в пламени.

Очертания и размеры пятна нагрева зависят от вида и размеров пламени, а также от угла наклона горелки к поверхности изделия (рис. 6,7).

Рис. 6. Форм пятна нагрева и Рис.7. Изменение максимального удельного распределение удельного теплового потока и ширины нагрева металла теплового наконечника

потока при наличии наклона горелки горелки.

Увеличиваются размеры пятна и ширина зоны нагрева металла (рис.7). При этом коэффициент сосредоточенности ввода тепла уменьшается (рис. 6).

Тепловая эффективность процесса нагрева металла газовым пламенем оценивается эффективным кпд , который представляет собой отношение эффективной мощности (т.е. мощности, вводимой при нагреве в изделие) q_и к полной тепловой мощности пламени q_н , соответствующей низшей теплотворности горючего. Для ацетиленокислородного пламени при

низшей теплотворности ацетилена 12600 кал/л (при 20С и 760 мм рт. ст.) полная тепловая мощность будет равна:

= 3.5 V_а (кал/с), (12)

где V_а – расход ацетилена ( л/час).

Эффективная мощность по значениям , приведенным в таблице 2 для соответствующих наконечников, приближенно может быть найдена по формуле:

q_и=3.5 V_а (кал/с) (13)