Температура пламени — один из важнейших параметров, опре­деляющих его тепловые свойства. Чем выше температура, тем эф­фективнее нагрев и плавление металла.

Неоднородность состава пламени вдоль его оси и в поперечном сечении вызывает различие в температуре отдельных его зон. У большинства углеводородных газов наивысшая температура пла­мени сосредоточена в непосредственной близости от внутреннего

ядра, в средней зоне пла­мени. Так как средняя зона, имея в своем составе окись углерода и водород, обладает к тому же и вос­становительными свойства­ми, то сварку естественно осуществляют именно этой зоной, располагая горелку так, чтобы ядро пламени отстояло от поверхности металла на расстоянии 2— 3 мм.

Существенное влияние на температуру пламени оказывает соотношение сме­си горючего газа с кисло­родом. С увеличением Ро максимум температуры возрастает и смещается влево, в сторону мундштука горелки, что объясняется увеличением скорости процесса горения смеси при избыточном содержании в ней кислорода (рис. 39).

Температуру пламени можно определить расчетным методом и непосредственным измерением. Наиболее достоверные данные о тем­пературе пламени дает экспериментальное измерение ее спектраль­ными методами.

Температура ацетилено-кислородного пламени сварочной го­релки с удельным расходом ацетилена 250—400 л/ч при соотношении смеси газов |30 = 1,1 ч - 1,2, на различных расстояниях от внут­реннего ядра пламени составляет:

Расстояние, мм.................... 3 4 И 25

Температура, °С....................... 3050-3150 2850-3050 2650-2850 2450-2650

Температура пламени существенно меняется с изменением соот­ношения смеси, достигая максимальных значений при повышенных содержаниях кислорода.

2. ТЕПЛОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПЛАМЕНИ С МЕТАЛЛОМ

Нагрев металла пламенем обусловлен вынужденным конвектив­ным и лучистым теплообменом между потоком горючей смеси пла­мени и соприкасающимся с ним участком поверхности металла. Значение лучистого теплообмена невелико и составляет 5—10% величины общего теплообмена пламени и металла. Таким образом, газовое и, в частности, сварочное пламя, являющееся местным по - , верхностным теплообменным источником, можно в первом прибли­жении рассматривать как конвективный теплообменный источник.

Интенсивность вынужденного конвективного теплообмена в ос­новном зависит от разности температур пламени и нагреваемой по­верхности металла и от'скорости перемещения потока пламени от­носительно этой поверхности.

В общем виде удельный тепловой поток пламени q2, представляю­щий собой количество теплоты, вводимой пламенем за единицу времени через единицу площади нагреваемой поверхности металла, можно выразить известным правилом Ньютона

Яг — <х (Ти ~ Т),

где а — коэффициент теплообмена между пламенем и металлом, равный сумме коэффициентов вынужденного конвективного и лу - лучистого теплообмена кДж/(см2 • с • °С) [ккал/(см2 - с • °С)]; Тп — температура потока газов пламени, °С; Т — температура поверх­ности металла, на которую направлен поток пламени, °С.

Коэффициент а в процессе нагрева металла и увеличения его температуры уменьшается, в связи с чем выбирать значения этого коэффициента следует только по данным, основанным на сопостав­лении опытных результатов с теоретическими расчетами распро­странения теплоты распределенных источников, разработанными Н. Н. Рыкиным.

Направленный на поверхность металла газовый поток пламени деформируется и, растекаясь, нагревает значительный по размерам участок поверхности металла. Этот участок поверхности называют пятном нагрева.

Характер распределения удельного теплового потока пламени по пятну нагрева зависит от угла наклона пламени, расстояния от сопла до нагреваемого металла и средней скорости истечения горю­чей смеси из сопла горелки.

Эффективная тепловая мощность и эффективный к. п. д. пла­мени. Эффективная тепловая мощность пламени q есть количество теплоты, вводимой пламенем в металл за единицу времени, и зависит в основном от расхода горючего газа, с увеличением которого она возрастает (рис. 40),

Эффективность нагрева металла газовым пламенем оценивается эффективным к. п. д. її и, представляющим собой отношение эффек­тивной мощности пламени q, определяемой калориметрированием, к полной тепловой мощности пламени (<7п), подсчитываемой по низ­шей теплотворности горючего:

Я

Ян

Для ацетилено-кислородкого пламени при низшей теплотвор­ности ацетилена 52 468 кДж/м3 (12 600 ккал/м3) или 52 468 Дж/дм3 (12 600 кап/л) при 20° С и 760 мм рт. ст. эффективный к. п. д. пла­мени

11и = 52468 ,, ^ 12600 „ “ зІуД’

ТббїГ Vb - I Тб00“V* I

где Уа — расход ацетилена, дм3/с (л/ч).

Из этого выражения, а также из графика на рис. 41, построен­ного для различных расходов ацетилена (обеспечиваемых семью

500 мм/мин; образцы из низко-
углеродистой стали размером
110x50x6 мм

номерами наконечников простой сварочной горелки), видно, что с увеличением расхода ацетилена вследствие изменения условий теплообмена пламени с поверхностью металла, эффективный к. п. д. пламени т]„, а следовательно, и эффективность нагрева падают.

Тепловая эффективность процесса проплавления металла свароч - 1ым пламенем. Эффективность использования вводимой в металл теплоты движущимся сварочным пламенем характеризуется терми­ческим к. п. д. проплавления т)п, представляющим собой отношение теплоты, затрачиваемой на проплавление металла объемом u>F„р, к полной тепловой мощности пламени qa:

10»<aFnppSnj

оїі

где Fnp — площадь поперечного сечения металла шва, см2; со — скорость перемещения горелки, см/с; р — плотность металла, кг/м3; 5ПЛ—теплосодержание единицы массы металла при тем­пературе Гил, кДж/кг (ккал/кг).

Основным параметром, определяющим производительность процесса проплавления, является расход горючего газа.