Материалы газовой сварки

Газы, применяемые при сварке и резке
Кислород при атмосферном давлении и обычной температуре — это газ без цвета и запаха, несколько тяжелее воздуха. При атмосферном давлении и температуре 20°С масса 1м3 кислорода равна 1,33 кг. Сгорание горючих газов или паров горючих жидкостей в чистом кислороде происходит очень интенсивно, в зоне горения развивается высокая температура. Для получения сварочного пламени с высокой температурой, необходимой для расплавления металла в месте сварки, горючий газ или пары горючей жидкости сжигают в смеси с технически чистым кислородом. Если горение газов происходит на воздухе, в котором кислорода содержится только 1/5 по объему (остальные 4/5 составляют азот и другие атмосферные газы), то температура сварочного пламени будет значительно ниже и процесс горения происходит значительно медленнее, чем в технически чистом кислороде. Сам кислород не токсичен, не горюч и не взрывоопасен, однако, являясь сильнейшим окислителем, резко увеличивает способность других материалов к горению, а при очень высокой скорости горения — к взрыву.

Технический кислород добывают из атмосферного воздуха, который подвергают обработке в воздухоразделительных установках, где он очищается от пыли, углекислоты и осушается от влаги. Перерабатываемый в установке воздух сжимается компрессором до высокого давления и охлаждается в теплообменниках до сжижения. Жидкий воздух разделяют на кислород и азот. Процесс разделения происходит вследствие того, что температура кипения жидкого азота ниже температуры жидкого кислорода на 13°С. Азот оказывается более легкокипящим газом и испаряется первым, поэтому его отводят из воздухоразделительной установки в атмосферу. Жидкий чистый кислород накапливается в воздухоразделительном аппарате. При испарении кислорода им заполняют баллоны под давлением, создаваемым с помощью компрессора. Технический кислород транспортируют в стальных баллонах согласно требованиям ГОСТ 949-73 или в автореципиентах под давлением 15±0,5МПа (150±5кгс/см2) или 20±1,ОМПа (200 ±10кгс/см2) при 20°С.

Для сварки и резки по ГОСТ 5583-78 выпускают технический кислород 1-го и 2-го сорта; 1-го сорта чистотой не менее 99,7% и 2-го сорта чистотой не менее 99,5%. При хранении или транспортировке наполненных баллонов давление в них должно соответствовать температуре окружающего воздуха (табл. 3.2.). Хранение и транспортировка наполненных баллонов при температуре выше 60°С не допускается. Баллоны с кислородом должны возвращаться на заполнение с остаточным давлением не ниже 0,05МПа (0,5кгс/см2).
Ацетилен (С2Н2) является химическим соединением углерода с водородом. Это бесцветный горючий газ, имеющий резкий характерный запах. Длительное вдыхание ацетилена вызывает головокружение, тошноту, а иногда и сильное общее отравление. Ацетилен легче воздуха: 1м3 ацетилена при 20°С и атмосферном давлении имеет массу 1,09кг. Ацетилен является взрывоопасным газом. Температура самовоспламенения ацетилена лежит в пределах 240 — 630°С и зависит от давления и присутствия в ацетилене различных примесей. При атмосферном давлении смесь ацетилена с воздухом взрывается при содержании в ней ацетилена 2,2% и более, а в смеси с кислородом при содержании — 2,8% и более. Взрыв ацетилено-воздушной или ацетилено-кис-лородной смеси может произойти от искры, пламени или сильного местного нагрева. Поэтому обращение с карбидом кальция и с ацетиленом требует осторожности и строгого соблюдения правил безопасного труда.

В промышленности ацетилен получают при разложении жидких горючих, таких как нефть, керосин, воздействием электродугового разряда. Применяется также способ производства ацетилена из природного газа (метана). Смесь метана с кислородом сжигают в специальных реакторах при температуре 1300~1500°С. Из полученной смеси с помощью растворителя извлекается концентрированный ацетилен. Получение ацетилена промышленными способами на 30-40% дешевле, чем из карбида кальция. Промышленный ацетилен закачивается в баллоны, где находится в порах специальной массы растворенным в ацетоне. В таком виде потребители получают баллонный промышленный ацетилен. Свойства ацетилена не зависят от способа его получения. Остаточное давление в ацетиленовом баллоне при температуре 20°С должно быть 0,05-0, ШПа (0,5-1,0 кгс/см2). Рабочее давление в наполненном баллоне не должно превышать 1,9МПа (19 кгс/см2) при 20°С. Для сохранности наполнительной массы нельзя отбирать ацетилен из баллона со скоростью 1700дм3/ч.

Рассмотрим подробнее способ получения ацетилена в генераторе из карбида кальция. Карбид кальция получают путем сплавления кокса и негашеной извести в электрических дуговых печах при температуре 1900-2300°С, при которой протекает реакция:
СаО+ЗС=СаС2 + СО
I Расплавленный карбид кальция сливают из печи в формы-изложнкцы, где он остывает. Далее его дробят и сортируют на куски размером от 2 до 80 мм. Готовый карбид кальция упаковывают в герметически закрываемые барабаны или банки из кровельной жести по 40, 100, 130 кг. В карбиде кальция не должно быть более 3% частиц размером менее 2 мм (пыль). По ГОСТу 1460-81 устанавливаются размеры (грануляция) кусков карбида кальция: 2x8; 8x15; 15x25; 25x80 мм.
При взаимодействии с водой карбид кальция выделяет газообразный ацетилен и образует в остатке гашеную известь, являющуюся отходом.
Реакция разложения карбида кальция водой происходит по схеме:
СаС2+ 2Н20 = С2Н2 + Са(ОН)2
Карбид Вода Газ Гашеная кальция ацетилен известь 1кг 0,562кг 0,406кг 1,156кг
Из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 372 дм3 (литра) ацетилена. Практически из-за наличия примесей в карбиде кальция выход ацетилена составляет до 280 дм3 (литров). В среднем для получения 1000дм3 (литров) ацетилена расходуется 4,3-4,5 кг карбида кальция.
Карбидная пыль при смачивании водой разлагается почти мгновенно. Карбидную пыль нельзя применять в обычных ацетиленовых генераторах, рассчитанных для работы на кусковом карбиде кальция. Для разложения карбидной пыли применяются генераторы специальной конструкции. Для охлаждения ацетилена при разложении карбида кальция берут от 5 до 20 дм3 (литров) воды на 1кг карбида кальция. Применяют также "сухой" способ разложения карбида кальция. На 1 кг мелко раздробленного карбида кальция в генератор подают 0,2— 1 дм3 (литра) воды. В этом процессе гашения известь получается не в виде жидкого известкового ила, а в виде сухой "пушонки", удаление, транспортировка и утилизация которой значительно упрощается.

При сварке и резке металлов можно применять также и другие горючие газы и пары горючих жидкостей. Для нагрева и расплавления металла при сварке необходимо, чтобы температура пламени примерно в два раза превышала температуру свариваемого металла. Поэтому использовать газы — заменители ацетилена целесообразно только при сварке металлов с более низкой температурой плавления, чем у стали, таких как алюминий, его сплавы, латунь, свинец.

При резке металлолома используют пропан. Пропан — это горючий газ, который получают при добыче природных газов или при переработке нефти. Обычно получают не чистый пропан, а с примесью бутана до 5-30%. Такая смесь именуется пропан-бутановой. Для сварочных работ пропан-бутановая смесь доставляется потребителю в сжиженном состоянии в специальных баллонах. Переход смеси из жидкого состояния в газообразное происходит самопроизвольно в верхней части балкона из-за меньшей удельной массы газа по сравнению с сжиженной смесью. Технический пропан тяжелее воздуха и имеет неприятный специфический запах.

Природный газ состоит в основном из метана (степень чистоты 98%), остальное — примеси в небольших количествах бутана и пропана. Газ имеет слабый запах, поэтому, чтобы обнаружить утечку, добавляют специальные пахнущие вещества. Чаще всего метан применяют при резке металлов.
Для образования газового пламени в качестве горючего можно использовать и другие газы (водород, коксовый и нефтяной газы), горючие жидкости (бензин, керосин, ацетон и т.д.). Жидкие горючие менее дефицитны, но требуют специальной тары для хранения. Для сварки, резки и пайки горючая жидкость преобразуется в пары пламенем наконечника горелки или резака.