Реакции, протекающие с выделением тепла, называются экзотермическими, а с поглощением тепла — эндотермическими.

В качестве источника тепла для сварки могут использоваться только такие экзотермические процессы, которые позволяют получать достаточную тепловую мощность и создавать высокую концентрацию тепла в малых объемах. Чаще всего в сварочных процессах для получения тепла используют следующие типы реакций:

1)реакции сгорания углеводородов:

ОД, + [х + |)02^*С02 +1 Н20 + 0; (111.31)

2)реакции окисления металлов:

п Ме + -у 02 ^ Ме„От + (};(111.32)

3)реакции между оксидами малоактивных металлов и активными металлами:

Ме„От + ^я^т^Яр01( + пт + С11(Ш 33)

Процесс горения углеводородов и строение пламени. Реакции 1-го типа описывают конечный результат весьма сложных процессов сгорания паро- или газообразных углеводородов в смеси с кислородом. Они сопровождаются образованием пламени, имеющего достаточную тепловую мощность и высокую температуру. Это пламя широко применяют в сварочной технике при газовой сварке, пайке, кислородной резке, а также для общего или местного подогрева деталей.

В качестве горючего при газовой сварке, резке й пайке в основном применяют газы и жидкости, приведенные в табл. 9.

Наиболее важной характеристикой горючих является их теплотворная способность. Это свойство оценивается низшей теплотворной способностью горючего фн, которая выражает количество теплоты в килокалориях, выделяющееся при полном сгорании 1 ма или 1 кг горючего. Размерность фн в этом случае соответственно — «килокалория на кубический метр» или «килокалория на килограмм».

Как видно из табл. 9, среди рассмотренных горючих наивысшей теплотворной способностью обладает ацетилен. При сжигании его в смеси с кислородом развивается наибольшая температура пламени (—3150 СС), позволяющая обеспечить высокую производительность процесса. Поэтому в качестве горючего при газовой сварке обычно применяют ацетилен.

Особенности нагрева металла пламенем. Полную тепловую мощность пламени можно определить расчетом из расхода горючего и его низшей теплотворной способности. Если Уа — расход горючего, л!ч; Оа — низшая теплотворная способность,

Характеристики горючих для газовой сварки, резки и пайки

Горючее и его примерный состав, % (объемные)

Низшая теплотворная способность при 20° С и 760 мм ют. ст., ккал/м'

Температура пламени в смеси

с кислородом, °С

Ацетилен Водород

Коксовый газ: 50—60% Н8; 25—30% СН4; 5—7% СО; 6—13% N2, С02. Природный газ: 96—98% СН4; 0,6—1% С„Н6, С„Н8; 1—1,5% М2Т С02. Нефтяной газ: 12%Н2; 28% С2Н2, С8Н8; 50% СН4; 10%

Беизин Керосин

12 600 2400

7500—7900

9800—13 500 10 200—10 600* 10 000—10 200*

2000

2300 2500—2600 2450—2500

Примечание. Отмеченные килокалориях на килограмм.

звездочкой данные приведены в

кал/л, то теоретическую полную тепловую мощность q можно найти из выражения

д = УДК кал/ч = кал/сек.(111.34)

Поскольку для ацетилена

0_„ = 12 600 кал/л, то ч = 12^а = 3,Б\'а. (111.35)

Однако далеко не вся тепловая мощность пламени используется при сварке для полезного нагрева — расплавления изделия и присадочной проволоки.

Газовое пламя является местным, поверхностным источником тепла. Передача тепла происходит в результате теплообмена между пламенем и деталью конвекцией и излучением (радиацией). Главную роль в этой теплопередаче играет конвекция, посредством которой передается до 95% общего количества тепловой энергии. Гораздо меньшее значение имеет радиация.

Общий удельный тепловой поток пламени дУА, т. е. количество тепла, вводимого пламенем за единицу времени и проходящего через единицу площади нагреваемой поверхности металла, согласно известному закону Ньютона (весьма приближенному в данном случае) пропорционален разности температур горячего потока газов и нагреваемой поверхности:

дуД = а (Тг — Т) кал/(смг • сек), .(111.36)