518 钎焊-热源-无氧焊枪-设计优化-丙烷-气焊
背景
燃气-氧气型钎焊热源（即气焊、风焊等，具体请参见上一篇，即517篇）对氧气的消耗较快，以6升氧气钢瓶为例，最大充装压力约120atm，折合为常压氧气量约700L，可能数小时就用完，在应用中带来很多不便。
无氧焊枪即是基于这一背景推出的产品，其工作时不用纯氧而用空气，应用空气中的氧气与燃气燃烧放热作为钎焊的热源。
原理与特点
无氧焊枪是利用燃气具有的压力（如丙烷在20℃时压力约8.36atm），通过压力燃气喷射带动燃气与空气混合，并与空气中的氧气燃烧，以一定速度喷出焊枪，如下图。
目前应用较多的无氧焊枪主要有两种，一种是采用液化石油气（也简称为液化气，主成分即丙烷）为燃料的无氧焊枪，一种是采用曼普气（MAPP）为燃料的无氧焊枪，如下图。
优化设计
无氧焊枪在使用中可能存在加热强度不足等问题，这可能与产品设计或使用等均有关，可通过对产品进行设计优化解决，基本思路是提高火焰温度、增强火焰劲度等。
火焰温度
以液化气（丙烷）无氧焊枪为例，丙烷燃烧的反应方程为：
C3H8+5O2=4H2O+3CO2
由上式可见，1升丙烷燃烧需5L氧气，所以氧气的消耗量远多于燃气。
丙烷的燃烧热约为2218kJ/mol，常压（1atm）常温（20℃）密度约2.0kg/m3，在空气中可燃极限为2.1%～9.5%（体积分数），在空气中燃烧的理论浓度约为1/26=3.8%（体积分数），点燃温度约450℃，常温折射率1.286，Lennard-Jones参数为287.89K和4.8912A。
理论火焰温度（丙烷和空气按理论比率混合、燃烧热全部用于加热产物而无其他损失等，此外，燃烧热也有高热值与低热值之分，此处取低热值约2055kJ/mol）的估算方法为：
1mol丙烷燃烧时需要5mol氧气，空气中1mol氧气伴随约4mol氮气，因此理论燃烧后产物约为20mol氮气、4mol水蒸气、3mol二氧化碳，1mol丙烷燃烧的产物质量约为：
20*28+4*18+3*44=764g
产物的比热约为（1000℃）1.26kJ/(kg.℃)；设环境温度20℃时，则燃烧产物理论温度（理论火焰温度）约为：
0.764*1.26*(T-20)=2055
T=2155℃
实际中，由于与丙烷混合的空气量通常偏离理论空气量，且燃烧产物通过热辐射、热对流等向环境传递热量，实际火焰温度会明显低于理论火焰温度。
当空气不足时，丙烷不能充分燃烧，燃烧热显著下降，火焰温度也显著下降。
当空气过量时，如实际空气量是理论空气量的1.2倍时，多余约1mol氧气和4mol氮气会作为产物吸收燃烧热，会导致火焰温度降低约：
2055/(0.764*1.26)- 2055/(0.908*1.26)
=339℃
由于理论燃烧1升丙烷约需要约26升空气，因此实际的无氧焊枪中，可能因为丙烷和空气混合的不均匀，空气不足和空气过剩现象可能同时存在，因此，设计焊枪中良好的丙烷与空气混合机构对提高火焰温度有重要影响，如采用合理的微喷射器结构，在焊枪内形成适宜的局部负压吸收适量空气，且通过强力扰动实现空气与丙烷的充分混合等（喷射器设计后面专文展开）。
此外，不同的燃气的理论火焰温度也有所不同，如乙炔2620℃，乙烯2343℃，丙烯2224℃等，通过调配适宜的燃气组份也可提高火焰温度。
火焰劲度
火焰劲度可理解为火焰喷出焊枪的速度，这一速度较高时，有利于火焰热量快速传递给被焊接管件，提高焊枪的加热性能；此外，部分焊枪当燃气流量较小时容易烧红焊枪管，这也与火焰喷出枪口速度偏低有关。
获得较高火焰劲度的主要方法是提高火焰燃烧速度（也称火焰传播速度）。常温常压下丙烷-空气的火焰燃烧速度通常不大于0.5m/s，通过在焊枪端口处形成一定压力、对燃气混合物进行适当预热、采取适当的端口调节结构等，均可使火焰劲度获得显著提高。
此外，通过多喷口并联方式也可提高火焰劲度，进而提高无氧焊枪的加热能力，如下图。
综上，通过合理设计和应用无氧焊枪，基本可以满足制冷空调热泵等领域铜、铝、不锈钢等材料对钎焊热源的要求。
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