ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 41
Скачиваний: 0
При этих же температурах будет диссоциирована и молекула кислорода (габл. 5). Степень диссоциации СО2 в зависимости
от |
температуры, концентрации СО2, СО и О2 |
приведена на |
рис. |
18. |
столбе дуги, |
Энергия, поглощенная при диссоциации СО2 в |
||
частично выделяется на поверхности металла за счет рекомби нации молекул.
2СО+О2 -> 2СО24-135,26 ккал
При сварке в атмосфере углекислого газа необходимо
учитывать сильное окисли тельное действие углекислого газа в области высоких тем ператур.
Fe 4-СО2^ [Fed] 4-СО
2Fe + Og^2[FeO]
Накопление закиси железа,
растворенной в сварочной ванне, приводит к окислению
Рис. 18 Диссоциация углекислого газа при высоких температурах
(расчет по данным Lewis и Elbe)
углерода, кремния и марган ца в стали.
Сварка в атмосфере угле
кислот о газа может произво
диться легированными элект
родными проволоками для раскисления металла шва. !
Технология сварки сталей в струе углекислого газа была разработана в ЦНИИТМАШе I . В. Любавским и Н. М. Новожиловым [6].
Газоэлектрнческая сварка может проводиться и под водой при ремонтных и монтажных работах. При этом инертный газ, подаваемый через трубчатый электрод, оттесняет воду и пары воды из зоны сварки, обеспечив тя получение качественного металла шва. Метод разработан Т. И. Авиловым J/J.
Глава II
ПЛАМЯ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ
1. ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАМЕНИ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ
Пламя газовой горелки является источником тепла, полу чаемого за счет превращения химической энергии в тепловую в результате окисления горючего газа.
Тепловые характеристики пламени газовой горелки в зна
чительной степени отличаются от тепловых характеристик
электрической дуги.
Эффективная тепловая мощность пламени определяется ко личеством прореагировавшего за секунду газа, а так как
соотношение объемов |
ацетилена и |
кислорода |
в нормальном |
|||
сварочном пламени равно единице ({3 |
г °а |
то |
обычно |
|||
=------ —1)> |
||||||
учитывают только объем ацетилена. |
VC2 Н2 |
|
|
|
||
номером наконечника |
го |
|||||
Расход ацетилена |
определяется |
|||||
релки и обычно меняется в пределах от 150 до 2600 |
л/час, |
что |
||||
соответствует изменению эффективной тепловой мощности от 350 до 2200 кал1сек при изменении эффективного коэффи
циента полезного действия от 85 до 27% (на основании опытов Н. Н. Рыкалина и М. X. Шоршорова).
Таким образом пламя сварочной горелки является менее
интенсивным источником тепла, чем дуговой разряд. Направ ленность источника тепла в этом случае обусловлена большой скоростью перемещения частиц пламени за счет высокого давления кислорода (— Затг), что создает условия для тепло передачи путем принудительной конвекции.
В зависимости от конфигурации свариваемого изделия пла мя сварочной горелки может деформироваться различно, соз давая этим различные условия теплообмена.
При сварке на плоскости, перпендикулярной к оси пламени, нагретая поверхность ограничивается окружностью. Следова тельно, пламя газовой горелки также может рассматриваться как нормально-круговой источник. Однако коэффициент сосре
доточенности теплового |
потока будет значительно ниже, чем |
3* |
35 |
для сварочной дуги. В табл. 7 приведены тепловые характе ристики обычной сварочной горелки, полученные на основании
работ |
Н. Н. Рыкалина и М. X. Шоршорова [1]. |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Таблица 7 |
|
№ |
|
Расход |
Эффектив |
|
|
Коэффи |
|
|
ная мощ |
Эффектив |
|||||
наконеч |
циент со |
||||||
ацетилена |
ность пла |
ный (к. |
п. д. |
||||
ника |
го |
средоточен. |
|||||
(л/час) |
мени |
%) |
|
||||
релки |
СУ: |
|
(см-2) |
||||
|
(кал1сек) |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
140 |
380 |
85 |
|
0,39 |
|
2 |
|
250 |
600 |
74 |
|
0,35 |
|
3 |
|
400 |
720 |
57 |
|
0,31 |
|
4 |
|
600 |
920 |
47 |
|
0,28 |
|
5 |
|
1000 |
1270 |
40 |
|
0,23 |
|
6 |
|
1700 |
1750 |
32 |
|
0,20 |
|
7 |
|
2600 |
2250 |
27 |
|
0,17 |
|
Однако газовое пламя выгодно отличается от других ме тодов нагрева универсальностью применения.
2. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ГОРЕНИЯ И СТРОЕНИЕ ПЛАМЕНИ СВАРОЧНОЙ ГОРЕЛКИ
Процессы горения являются цепными реакциями и скорость горения не может быть определена при помощи уравнений формальной кинетики.
Кинетика цепных реакций рассматривается с точки зрения теории академика Н. Н. Семенова и его школы.
Химические уравнения реакций горения не отражают истин ного процесса, а являются лишь суммарным выразителем хи мического взаимодействия.
Уравнение сгорания ацетилена лишь формально выражает окончательно полученные продукты
С2Н2 + 2,5 О2 = 2СО2 -гН8О.
Фактически процесс идет иначе. В каких-то объемах газа образуются активные центры, обладающие достаточной энер гией для того, чтобы возбудить соприкасающиеся с ними мо лекулы. Эта энергия носит название энергии активации.
Вероятность зарождения активных комплексов тем больше, чем выше температура. Энергия активации при взаимодействии активного центра с молекулами может не теряться, а, наобо-
36
рот, возрастать за счет образования новых активных центров и выделяющейся при этом энергии. Такие цепные реакции
характерны непрерывно возрастающими скоростями. Например,
цепная реакция окисления водорода |
кислородом может быть |
представлена следующей схемой: |
|
Н,0 |
ОН* |
/ * |
/ |
ОН* 4- Н2~.Н* 4-02 -> О*
н*+о2 /
о* + н2—н* + о2-> о*
он.,* + н,— и*
ХН2О
(активные центры обозначены звездочками).
Активные центры могут исчезать в следующих случаях: 1) При столкновении с молекулами примесей, которые они не могут возбудить. Например, столкновение с молекулой азота
приведет к потере любого активного центра рассмотренной реакции. Поэтому скорость горения водорода в воздухе зна чительно ниже, чем в кислороде;
2) При столкновении активного центра со стенкой сосуда также исчезает энергия активации, переходя в тепловую. По этому скорость цепных реакций зависит от формы сосуда. Наибольшая скорость будет в сферическом сосуде, имеющем
максимальный объем при минимальной поверхности. В тонких
трубках и капиллярах развитие цепных реакций в газах практи чески исключено;
3) При столкновении активного центра с тремя молекулами,
когда энергия активации распределяется на три частицы и оказывается недостаточной для химических взаимодействий.
При развитии химических реакций существенное значение играет теплообмен с окружающей средой.
Если выделяемая при химической реакции энергия равна
или больше энергии теплоотвода, то реакционная смесь дохо дит до температуры самовоспламенения. Температура самовос пламенения зависит от давления газовой смеси, причем неод нозначно. При малых давлениях активные центры сохраняются в течение более длительного промежутка времени, но мало число активных столкновений — температура самовоспламенения растет. При больших значениях давлений вероятность зарож-
'дения активных центров больше, но время их существования меньше, а теплоотвод больше и температура воспламенения
37
также растет. На рис. 19 показана зависимость температуры самовоспламенения гремучего газа от давления.
Скорость распространения фронта пламени зависит от
Рис. 19. Зависимость температуры самовоспламенения гремучего газа (2H2-f-Oa; от давления („полуостров"
самовоспламенения)
наличия примесей (воздух и кислород), а также от соот ношения объемов горючего газа и окислителя. На рис. 20
показаны кривые зависимости
скорости воспламенения для различных газов в смеси с воздухом (а) и в смеси с кис
лородом (б).
Обращает внимание наи
высшая скорость воспламене
ния для смесей ацетилена с кислородом.
Температуры пламени так
же зависят от соотношения
Рис. 20. Скорость распространения пламени в зависимости от состава го рючей смеси:
а) горючий газ и воздух, б) горючий газ и кислород
38
При горении в газовом потоке определенной и постоянной скорости различные процессы, происходящие при химических. цепные реакциях как бы растягиваются в пространстве и на ступает некоторое постоянное соотношение зон. В них преоб
ладают те или иные процессы, образующие
неоднородную структуру пламени. Нормальное пламя ацетилено-кислородной
сварочной горелки разбивается на три зоны (рис. 21).
Первая зона или голубой конус пламени представляет собою пространство, где проис ходи! подготовка активных центров в резуль
тате |
пир< л за ацетилена и его взаимодейст |
вия с |
кислородом. |
Точно передать уравнения пиролиза ацети лена в присутствии кислорода практически невозможно, но наличие таких частиц как С*; П*; ОН*; СНО*; с )* регистрируется в спек трах пламени. Возможно наличие и таких ак тивных центров как СН* и СН = С*, являю щихся продуктами разрыва элементарных свя зей и получивших значительную избыточную энергию.
Накопление этих активных центров при водит к процессу горения в средней части
пламени.
Средняя зона пламени характерна развити ем реакции окисления продуктов пиролиза ацетилена с образованием СО и Н2. Схемати чески этот процесс может быть передан урав нением еакции:
С,Н2 + О2 = 2СО + Н2 + 107,5 ккал]моль
(-j-4 800 кал)литр С2Н2)
Рис. 21. Схема пламени г зовой
Температура этой части пламени является |
горелки |
||
наивысшей, и |
ута |
часть пламени используется |
|
обычно для сварки. |
догорания |
||
Внешняя часть |
пламени представляет собой зону |
||
СО и Н2 (за |
счет |
кислорода окружающей среды) |
|
1,5О2 —|-2СО + Н2 — 2СО2 Н2О -J- 193,06 ккал]мо ль
(+8.620 кал]литр С2Н2)
Примерное распределение температур в нормальном пламени по измерениям Н. Н. Клебанова[81, для горелки с наконечни ком № 3 следующее:
39
Расстояние от |
внутреннего |
я |
а |
|
~ |
с о.pi с |
|
пламени, в мм |
|
|
|
||||
|
з |
|
|
|
|
: |
-iso |
|
4 |
|
|
|
|
~ |
|
|
11 |
|
|
|
|
0J |
2 . |
|
25 |
|
|
|
|
|
-2t м. |
Изменение соотношения объемов |
'.города |
и ацетилена в |
|||||
|
/ |
- |
X |
|
|
нт к уменьшению ак |
|
сторону уменьшения^ =--- |
1 J приво |
||||||
тивных центров, |
содержащих |
в |
своем |
г |
госта |
кислород (О*, |
|
ОН*, СНО”), в результате чего |
в < р, |
и |
ча- >н |
пламени ока |
|||
зываются частицы С*, СН*, не |
прореа. и |
о>-> шине с кислородогл. |
|||||
Ядро пламени увеличивается, |
т. |
к. скор= ть образования ак |
|||||
тивных центров |
понижается, |
внешняя |
ч. |
сть пламени более |
|||
ярко окрашена. Средняя часть пламени, используемая при сварке, имеет восстановительный характер.
«О;
При отношении [3 = -—-— 1 увеличив : -тся скорость обра
зования активных центров, вследствие ч> го сокращаются раз меры ядра пламени, а средняя часть, помимо СО и Н„ будет
содержать СО2 и Н,О, которые придают пламени окислитель ный характер.
Температура пламени является функцией соотношения аце тилена и кислорода, и максимальное ее значение соответствует 8=7. Увеличение и уменьшение коэффициента 3 приводят
кпонижению температуры.
3.ВЫДЕЛЕНИЕ ТЕПЛА В ЭЛЕКТРОЛИТЕ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Электропроводность электролитов зависит от наличия в них электрически заряженных частиц-ионов, которые, переме щаясь в электрическом поле, переносят электрические заряды.
Таким образом, электрический ток в электролитах представ ляет собою перемещение положительных и отрицательных ионов в жидкой среде.
Электролиты могут быть образованы или путем растворе ния в полярных жидкостях молекул с ионной связью, которые под действием сил растворителя диссоциируют на положительно и отрицательно заряженные ионы, или пои плавлении твердых
тел, имеющих кристаллическую решетку, построенную из ионов.
Примером кристаллического вещества, которое может обра зовать электролиты обоих типов, является NaCl, раствор кото рого в воде хорошо проводит электрический ток, хорошо про водит электрический ток NaCl и в расплавленном состоянии.
40
