При скоростной автоматической газовой сварке труб, согнутых из тонких листов, кромки продольного шва оплавляют пламенем линейной горелки, перемещающейся вдоль шва с большой скоростью (до 600 м/час) (фиг. 102, а). Прогретые кромки листов сдавливаются. Для проектирования многопламенных горелок, для выбора опти­мального режима оплавления кромок необходимо установить влия­ние параметров режима — скорости перемещения горелки, числа и расположения сопел и расхода горючего газа-—на процесс нагрева кромок продольного шва трубы.

Расчет процесса нагрева кромок основан на следующих предпо­ложениях. Вследствие малой кривизны трубы тепло распростра­няется в ней, как в пластине толщиной 8 и шириной т, й (фиг. 102,6).

Влиянием зазора между стыкуемыми листами будем пренебрегать; нагрев торцов кромок прорывающимися в зазор струями горючего газа отнесем в запас. Длину расчетной пластины, как и длину трубы, считаем неограниченной. Ввиду непродолжительности нагрева ограниченность расчетной пластины по ширине заметно не влияет на распространение тепла; поэтому процесс изменения температуры шва в периоде нагрева будем рассчитывать, предполагая пластину неограниченной и по ширине. В периоде охлаждения необходимо учитывать, что продольные грани пластины, y—zbr:]^ соответствую-

Фиг. 102. Схема нагрева продольного шва трубы из тонкого листа пламенем быстродвижущейся линейной горелки.

щие продольному сечению трубы диаметральной плоскостью, прохо­дящей через стык, не пропускают тепла.

Условия омывания пламенем трубы малого диаметра отличаются от условий омывания плоской поверхности. Поэтому распределение удельного потока конвективной теплоотдачи пламени изменяется с изменением диаметра трубы, особенно в области, удаленной от диа­метральной плоскости пламени. За отсутствием опытных данных бу­дем пренебрегать влиянием диаметра трубы и предположим, что тепловой поток пламени линейной горелки распределен по поверх­ности трубы так же, как и по поверхности пластины.

Источник тепла — нормально-полосовой, длиной I с линейной эффективной мощностью qx и коэфициентом сосредоточенности k—- перемещается в направлении оси ОХ с большой скоростью п. Для расчета температуры в области, близкой к шву, будем считать источ­ник быстродвижущимся, т. е. будем в соответствии с соображениями, развитыми в § 15, считать, что тепло распространяется только в на­правлении OY, перпендикулярном направлению перемещения источ­ника. Тогда в каждом из элементарных стержней шириной dx, вы­резанных из пластины непропускающими тепла плоскостями, пер­пендикулярными оси ОХу тепло распространяется независимо. На­грев такого стержня за время t участком АС подвижного нормально-

Нагрев тонкого листа пламенем линейной горелки

полосового источника (фиг. 102,6) эквивалентен нагреву стержня в течение времени t неподвижным нормально-полосовым источником той же линейной мощности qv

Для расчета процесса нагрева стыка трубы, согнутой из тонких листов, пламенем быстро движущейся вдоль своей оси линейной горелки воспользуемся схемой нагрева неограниченной пластины (с полным выравниванием температуры по толщине) неподвижным нормально-полосовым источником тепла (§ 28). Расчетная длитель­ность нагрева t горелкой длиной /, перемещающейся со скоростью о, очевидно, равна В соответствии с принятыми расчетными

предположениями область /, лежащая впереди быстродвижущегося источника, его теплом не нагревается, область II нагревается источ­ником, а в области III, лежащей позади источника, выравнивается ранее внесенное тепло.

Пример. Стык листов из малоуглеродистой стали толщиной 1,5 мм нагре­вают пламенем линейной горелки с расходом ацетилена 1500 лічас, перемещаю­щейся бо скоростью 94 м/час = 2,6 см/сек. Наконечник горелки имеет 20 сопел № 0 (d ~0,75 мм) с шагом 6 мм; рабочая длина наконечника I =20-0,6 =12,0 см. При этих условиях нагрева поверхность листов на оси перемещения горелки начинает оплавляться (опыты М. X. Шоршорова).

Наиболее высокая температура на оси перемещения горелки достигается в точке В (фиг. 102, б), находящейся под нагревом в течение

і

Вычислим изменение температуры точки О оси ОХ в периоде нагрева и в пе­риоде охлаждения. Тепловые измерители источника выберем по данным § 22 для наконечника типо-размера Б:

линейная эффективная мощность qt =13? калjсм сек (табл. 5), коэфициент сосредоточенности £—0,89 1/см2 (табл. 6); постоянная времени при нагреве стали =3,5 сек. (табл. 6); коэфициент теплообмена между пламенем и нагреваемой поверхностью трубы а —0,015 кал/см2сек0С (табл. 6);

Расчетные теплофизические коэфициенты для малоуглеродистой стали выбе­рем по данным § 1 и 4 — см. также пример 1, § 27.

t ~ 0,01 кал/см сек °С; с = 1,25 кал/см3 °С; а ^0,08 см2/сек.

Коэфициент теплообмена между внутренней поверхностью трубы и воздухом примем по данным § 2 и 4

Изменение температуры в периоде охлаждения, т. е. для моментов времени 0>te вычислим по правилу» изложенному в §17—ем. уравнение (17.5). Так, на­пример* температура в периоде т°с охлаждения через 6,9 сек.,

после начала нагрева равна разности температуры 1485° вызванной источником, дейст­вующим в течение 6,9 сек., и температуры 690°, вызванной стоком тепла, действующим в течение 6,9—4,6 =2,3 сек

1485—690 =795°.

Изменение средней по тол­щине температуры точек оси ОХ представлено графиком (фиг. 103). Наибольшая темпе — р атур а, соответствующая мо­менту окончания нагрева го­релкой, равна 1160°. Этой сред­ней по толщине листа темпера­туре соответствует начало оп­лавления нагреваемой поверх­ности. Когда поверхность оплавляется, жидкий металл начинает выдуваться из ванны, пламя углубляется в ванну и ускоряет сквозное проплавление листа. Поэтому сквозному проплавлению тонкого стального листа соответствуют средняя расчетная температура 1100—1300°, меньшая температуры плавления.