3.3 Газове полум’я

3.3.1 Принцип нагріву в газовому полум’ї

Газове полум’я є продуктом реакції згорання горючого газу в кисні. Джерело енергії — поверхневе, по густині енергії в плямі нагріву гірше, ніж фотонний промінь чи електрична дуга. Інструментом є газове полум’я.

а — зварювання без присаджувального дроту;

б — зварювання з присаджувальним дротом;

1 — пальник; 2 — присаджувальний дріт; 3 — полум’я; 4 — виріб

Рисунок 3.6 — Схеми газового зварювання

Газове полум’я (рисунок 3.7) використовується для:

1) зварювання (зона 3);

2) паяння;

3) термообробки (зона 5);

4) наплавлення;

5) попереднього, супутнього підігріву (зона 5);

6) різки (зона 2).

1 — пальник; 2 — ядро; 3 — зона зварювання; 4 — виріб; 5 — факел

Рисунок 3.7 — Схема газового полум’я

Одне з головних достоїнств газового полум’я — відносна автономність (можливість проведення зварювання в польових умовах).

Можна зварювати чорні, кольорові метали, сплави, чавуни (до 10 мм). Часто використовується в ремонтних роботах для заварювання тріщин.

В залежності від співвідношення горючого газу і кисню газове полум’я поділяють на:

1) нейтральне — співвідношення 1:1 (використовується для зварювання чорних металів);

2) відновне — надлишок горючого газу (використовується для зварювання алюмінію та його сплавів);

3) окиснювальне — надлишок кисню (використовується для зварювання міді та її сплавів).

В якості горючих газів використовують: нафтовий, природний, коксовий гази, бензин, керосин, ацетилен, водень.

3.3.2 Хімічні процеси при газовому зварюванні

В основі газового зварювання лежить екзотермічна (з виділенням тепла) реакція згорання горючого газу в кисні

. (3.11)

Технікоекономічність горючих газів оцінюється:

1. Здібністю утворювати теплоту .

2. Технікою безпеки (найбільш небезпечний водень).

3. Вартістю.

Для оцінки здібності утворювати теплоту вводиться показник — нижча теплотворна здатність Q_н (ккалм^-3 або ккалкг^-1) — тепло, яке утворюється при згоранні 1 м³ або 1 кг палива. Найбільша Q_н у ацетилену, найменша у коксового газу.

3.3.3 Теплові характеристики і особливості нагріву газовим

полум’ям

Для характеристики газового полум’я вводять наступні параметри:

1. Нижча теплотворна здатність Q_н.

2. Повна теплова потужність в газовому полум’ї, калгод^-1

, (3.12)

де V_а — витрати горючого газу, лгод^-1 (для ацетилену g = 3,5·V_а).

3. Питомий тепловий потік — це кількість тепла, яка надається полум’ям тілу через одиницю площі за одиницю часу, кал  (см²  с)^-1

, (3.13)

де Т_г — температура газу , °С;

Т — температура тіла, °С;

— загальний коефіцієнт теплообміну (визначається експериментально, кал  (см²  с°С)^-1 ).

Тепло від газового полум’я до тіла передається двома шляхами:

1) конвекцією (95 %);

2) радіацією.

3.3.4 Тепловий баланс газового зварювання

Тепловий баланс має вигляд:

, (3.14)

де W — енергія від джерела нагріву;

W₁ — втрати, пов’язані з теплопровідністю виробу (~ 46 %);

W₂ — втрати в навколишнє середовище (~ 42 %);

W₃ — розплавлення основного металу (~ 6 %);

W₄ — перенесення тепла краплями в зону зварювання (~ 4 %);

W₅ — втрати на угар та розбризкування (~ 2 %).

Тобто ККД газового зварювання становить до 10 %.

Додатково по п. 3.3 дивись [1, 14].