Газы для проведения сварки и резки металлов. Газы для сварки
Газы для проведения сварки и резки металлов. Сварка
Газы для проведения сварки и резки металлов
Кислород при газовой сварке способствует интенсивному горению горючих газов и получению высокотемпературного пламени. При горении газов в воздухе температура пламени значительно ниже, чем при горении в кислороде. При газовой сварке применяют газообразный технический кислород трех сортов.
Первый сорт характеризуется чистотой не ниже 99,7 % по объёму, второй сорт – не ниже 99,5 %, а третий сорт – не ниже 99,2 %. Технический кислород содержит примеси, состоящие из азота и аргона. Следует учесть важное значение чистоты кислорода при сварке и резке металла. Снижение чистоты кислорода на 1 % не только ухудшает качество сварного шва, но и требует увеличения расхода кислорода на 1,5 %.
Кислород при атмосферном давлении и нормальной температуре представляет собой газ без цвета и запаха с плотностью 1,43 кг/м3. Его получают из воздуха методом низкотемпературной ректификации, основанным на разности температур кипения основных составляющих воздуха – азота (–195,8 °C) и кислорода (–182,9 °C). Воздух переводят в жидкое состояние и затем постепенным повышением температуры испаряют азот (78 %). Оставшийся кислород (21 %) очищают многократным процессом ректификации.
Ацетилен в газосварочном производстве получил наибольшее распространение благодаря важным для сварки качествам – высокой температуре пламени, большой теплоте сгорания. Он представляет собой химическое соединение углерода с водородом (С2Н2). Это бесцветный газ с характерным запахом, обусловленным наличием примесей – сероводорода, фтористого водорода и др. Ацетилен взрывоопасен при следующих условиях: нагревании до 480–500 °C, давлении 0,14–0,6 МПа, наличии 2,3–80,7 % ацетилена в смеси с воздухом, наличии 2,8–93 % ацетилена в смеси с кислородом.
Ацетилен получают при взаимодействии карбида кальция с водой по реакции:
СаС2 + 3Н2О = С2Н2 + Ca(OH)2.
карбид кальция получают путем сплавления в электропечах кокса и обожженной извести:
СаО + 3С = СаС2 + СО.
Карбид кальция очень активно вступает в реакцию с водой, реагируя даже с парами воды, насыщающими воздух. Поэтому его хранят и транспортируют в герметически закрытых стальных барабанах, содержащих 50–130 кг карбида. Из 1 кг карбида кальция в зависимости от сорта и грануляции получают 235–280 л ацетилена. Следует иметь в виду, что мелкий и пылеобразный карбид кальция применять запрещается – он взрывоопасен. Для взаимодействия 1 кг карбида кальция теоретически необходимо 0,56 л воды, практически берут 7–20 л воды для обеспечения охлаждения ацетилена и безопасной работы генератора.
Водород – газ без цвета и запаха. В смеси с кислородом или воздухом он образует взрывчатую смесь (гремучий газ), поэтому требует строгого соблюдения правил техники безопасности.
Водород хранится и транспортируется в стальных баллонах при максимальном давлении 15 МПа. Получают его электролизом воды или в специальных водородных генераторах путем воздействия серной кислотой на железную стружку или цинк.
Пиролизный газ – смесь газообразных продуктов термического разложения нефти, нефтепродуктов или мазута. Содержит вредные сернистые соединения, вызывающие коррозию мундштуков горелок и резаков, поэтому требует тщательной очистки.
Нефтяной газ – смесь горючих газов, являющихся побочным продуктом нефтеперерабатывающих заводов. Его применяют для сварки, резки и пайки сталей толщиной до 3 мм и сварки цветных металлов.
Природный газ получают из газовых месторождений. Он состоит в основном из метана (93–99 %).
Пропанабутановую смесь получают при добыче и переработке естественных нефтяных газов и нефти. Хранят и транспортируют в сжиженном состоянии в баллонах вместимостью 40 и 55 л под давлением 1,6–1,7 МПа. Жидкой смесью заполняют только половину баллона, так как при нагреве значительное повышение давления может привести к взрыву.
Бензин и керосин используют при газопламенной обработке в виде паров. Для этой цели горелки и резаки имеют специальные испарители, которые нагреваются от вспомогательного пламени или электрическим током.
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
info.wikireading.ru
Газы, применяемые для сварки и резки металлов | Пасс
Газовая сварка, при которой происходит плавление кромок свариваемых деталей в высокотемпературном пламени газовой горелки (рис. 1) с дальнейшим формированием шва, имеет по сравнению со сваркой электродуговой как преимущества, так и недостатки. К первым относится тот факт, что при помощи данного метода можно сваривать практически любые материалы, более того, чугун, медь, латунь и свинец даже легче поддаются газовой сварке, чем дуговой. При этом отсутствует потребность в применении дорогого и сложного оборудования, а также в подключении к источнику электропитания. В то же время газовую сварку обычно применяют для обработки относительно тонких изделий, так как с увеличением толщины свариваемого металла в результате сравнительно медленного его прогрева пламенем и невысокой концентрации тепла резко падает ее производительность. Кроме того, стоимость газов, применяемых для создания высокотемпературного пламени, достаточно высока, поэтому эксплуатационные расходы в процессе газовой сварки часто оказываются выше, нежели для сварки электродуговой. Отметим, что при газовой сварке часто применяют присадочную проволоку, близкую по составу к свариваемому металлу, участвующую в образовании сварного соединения.
Рис. 1. Схема инжекторной горелки для газовой сварки: 1 — мундштук; 2 — сменный наконечник; 3 — смесительная камера; 4 — инжектор; 5 — кислородный вентиль; 6 — ацетиленовый вентиль
Температура пламени при газовой сварке должна быть не меньше чем в два раза выше температуры плавления свариваемого материала. Лучше всего удовлетворяет этому условию ацетилен — при сжигании его в кислороде образуется пламя с температурой порядка 3150 ˚С, что позволяет сваривать практически любую сталь.
При этом в зависимости от соотношения ацетилен-кислород горючая смесь может образовывать различные типы пламени, по-разному влияющие на процесс сварки.
Нормальное пламя, образуется при подаче 1,1-1,3 объема кислорода на один объем ацетилена. Этого недостаточно для полного окисления горючего газа - как следствие в пламени преобладает монооксид углерода(СО) и водород, выделившийся при разложении ацетилена. Последний защищает расплавленный металл шва от окисления. Окончательное сгорание смеси до углекислого газа и воды происходит за счет кислорода воздуха.
При подаче меньшего объема кислорода получается коптящее науглероживающее пламя — недоокисленный углерод переходит в расплавленный металл, ухудшая качество шва.
Впрочем, избыток кислорода пользы также не приносит. Образующееся при этом окислительное пламя, хотя и характеризуется повышенной температурой, однако сообразно со своим названием окисляет металл шва, снижая его прочностные свойства. Оказывается, что при большом избытке кислорода и должном давлении он вообще может полностью окислить металл, выдувая из рабочей зоны продукты его сгорания. На этом принципе основана технология газовой резки. При ней ацетиленовое пламя исполняет скорее вспомогательную роль, подогревая место разреза до температуры, при которой металл начинает сгорать в струе чистого кислорода, подающегося в зону резки параллельно с горючей смесью. Основная теплота при этом выделяется именно за счет окисления металла. Логическим продолжением данного метода является копьевая резка, которая применяется для разрезания низкоуглеродистой и легированной стали большой толщины. Более того, копьевая резка позволяет справиться и с железобетоном. Сущность метода заключается в прожигании отверстий стальной трубкой(копьем), по которой под большим давлением подается кислород, при этом необходимую для процесса теплоту получают окислением металла конца трубки(предварительно подогретого) и железа обрабатываемого изделия. Совершая копьем горизонтальные и вертикальные движения можно вырезать куски материала нужной формы.
Важнейшее значение для сварки и резки металлов имеет надлежащий выбор применяемых в этих процессах газов и способов их получения.
Кислород
Технический кислород различают по степени чистоты, так 1-ый сорт содержит не менее 99,7% (объемных) кислорода, 2-й — не менее 99,5%, 3-й — не менее 99,2%. Особенно большое значение чистота кислорода имеет для кислородной резки. С понижением содержания в нем газовых примесей увеличивается скорость реза, и уменьшается расход самого кислорода. Доставлять кислород к месту сварки можно как в баллонах, так и в жидком состоянии. В первом случае, полученный путем криогенной ректификации из воздуха кислород закачивается в баллоны под давлением в 150-165 атм. Второй метод, позволяющий уменьшить расходы на содержание и транспортировку баллонов, заключается в доставке жидкого кислорода прямо к месту сварки в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией с последующим его испарением. При этом из 1 дм3 жидкости получают 860 дм3 газообразного кислорода (при нормальных условиях).
Ацетилен
Ацетилен также можно либо получать в готовом виде на месте, либо везти его издалека в баллонах. В первом случае используются так называемые ацетиленовые генераторы, где его получают реакцией карбида кальция с водой. Теоретически одного килограмма чистого карбида достаточно для образования 350 дм3 ацетилена, на практике же выход горючего газа составляет не более 300 дм3/кг. Данный метод имеет определенные недостатки, связанные с хлопотностью хранения карбида кальция — он жадно поглощает воду из воздуха, образуя взрывоопасные ацетилен-воздушные смеси. Соответственно, загруженный в генератор кусок карбида должен быть полностью превращен в ацетилен, а полученный ацетилен — сожжен в горелке, во избежание проблем с безопасностью труда. Отбор данного газа из баллона не создает подобных трудностей. В то же время, сама технология баллонного хранения и перевозки ацетилена достаточно необычна, именно за счет его чрезвычайной взрывоопасности. Которая понижается при растворении ацетилена в ацетоне. В результате ацетиленовый баллон представляет собой наполненную пористой массой емкость. Пористая масса (например, активированный уголь) пропитана ацетоном, в ацетоне же растворяется ацетилен, закачиваемый в баллон под давлением 10-20 атм. При 10 атм. в стандартном 40-литровом баллоне помещается порядка 5 кг ацетилена, что эквивалентно 4,5 м3 газа при нормальных условиях. Отбор ацетилена из баллона нежелательно производить со скоростью выше 1,5 м3/ч, так как при более интенсивной откачке газа из емкости уносится и часть ацетона. Таким образом, при больших объемах потребляемого ацетилена имеет смысл использовать ацетиленовые генераторы, для не столь масштабных работ более подходящим решением является отбор газа из баллонов.
Ацетилен для закачки в баллоны получают как из карбида кальция, так и при пиролизе природного газа. Отметим, что контакт с оксидом меди резко снижает температуру воспламенения ацетилена, поэтому при изготовлении оборудования для работы с этим газом стараются избегать использования медьсодержащих деталей.
Заменители ацетилена
Дороговизна ацетилена зачастую вынуждает искать ему газы-заменители, ведущее место среди которых занимает пропан, или же пропан-бутановая смесь, обладающие высокой теплотворной способностью. Впрочем, для удовлетворительного сгорания пропана требуется примерно в три раза больше кислорода, чем для ацетилена, что делает выгодность его применения не столь однозначной. Самым же большим недостатком пропана является более низкая, нежели у ацетилена температура пламени, что существенно осложняет его применение для сварки сталей. Поэтому пропан чаще используют либо при сварке легко плавящихся цветных металлов, либо для создания подогревающего пламени при кислородной резке сталей.
Если все же пропановое пламя используют для сварки углеродистых сталей, то приходится применять сварочную проволоку, содержащую повышенную концентрацию кремния и марганца, использующихся в качестве раскислителей, что улучшает качество сварного соединения. Отметим, что большой коэффициент объемного расширения пропана (и бутана) накладывают ограничения на объем газа, который может быть безопасно закачан в баллон.
Аналогичные проблемы возникают и при использовании других заменителей ацетилена — водорода, коксового газа, бензина, керосина. Низкая температура пламени, поучаемая при сжигании данных веществ, затрудняет их применение при сварке сталей, однако позволяет использовать их в процессах резки, а также сварки и наплавки более легкоплавких металлов.
В общем, возможности выбора того или иного варианта состава горючей смеси, а также способов ее получения, для газовой сварки или резки достаточно широки, и всецело зависят от конкретной ситуации.
www.kriopass.com.ua
Горючие газы для сварки и резки
Горючие газы для сварки и резки Категория:
Сварка металлов
Горючие газы для сварки и резки Существует много горючих газов, достаточно калорийных, недефицитных и доступных для широкого промышленного использования. Возможно использование жидких и даже твердых порошкообразных горючих; однако все это разнообразие горючих может быть использовано преимущественно для кислородной резки, не требующей высокой температуры пламени. Для газовой сварки применяется почти исключительно горючий газ ацетилен. При сжигании в технически чистом кислороде ацетилен Дает температуру, достаточную для сварки стали.
Для сварки могут быть применены жидкие горючие с высокой теплотворной способностью, например бензин, керосин, бензол. Обычно жидкие горючие предварительно испаряются так, что в зону пламени подводятся уже пары, поэтому жидкие горючие правильнее отнести к категории газообразных. Жидкие горючие Могут поступать в зону пламени и в мелкорасиыленном капельном состоянии, и в этом случае, как показывает опыт, можно обеспечить достаточно полное их сгорание в активной зоне сварочного пламени. Жидкие горючие транспортабельны, удобны в обращении, сравнительно дешевы и безопасны, поэтому получили широкое применение для кислородной резки; применение их для сварки весьма незначительно из-за недостаточно высокой температуры пламени.
Для широкого промышленного использования доступны многочисленные технические горючие газы, как например водород, светильный газ, природный газ, коксовый газ, метан, сжиженный газ (пропанобутановая смесь) и т. д. В связи с быстрораз-вивающейся газификацией нашей страны особого внимания заслуживает природный газ, поступающий в огромных количествах в важнейшие промышленные центры. В большинстве случаев природный газ состоит почти целиком из метана СН4. Не вызывает никаких сомнений возможность и целесообразность использования природного газа для кислородной резки. Эти газы могут быть использованы для сварки легкоплавких металлов — свинца, цинка, алюминия, магния и их сплавов, латуни, частично чугуна при небольших толщинах и размерах изделий и для стали малых толщин. Помимо высокой температуры пламени, ацетилен имеет и некоторые другие преимущества. Его легко получить на месте работ из твердого вещества — карбида кальция, удобного для перевозки и хранения. Ацетилено-кислородное пламя легко и удобно регулировать по виду центральной части, так называемого ядра пламени. Наряду с перечисленными преимуществами, применение ацетилена связано и с существенными недостатками. Ацетилен дефицитен, дорог (стоимость его в 10— 20 раз превышает стоимость других промышленных горючих газов), весьма взрывоопасен; применение его связано с необходимостью строгого соблюдения правил техники безопасности. Несоблюдение этих правил может привести к разрушительным взрывам.
Продуктами распада ацетилена являются тонко раздробленный твердый углерод (сажа) и газообразный водород. Если распад происходит в замкнутом пространстве, то давление скачкообразно увеличивается в 11 раз вследствие повышения температуры и процесс распада имеет характер взрыва. Взрыв может происходить, в отличие от большинства других горючих газов, не только в смеси с кислородом, но и при полном отсутствии кислорода или воздуха, что увеличивает опасность использования ацетилена. Ацетилен не всегда разлагается со взрывом; разложение может идти медленно, часто сопровождаясь образованием тяжелых молекул более сложного состава (полимеризация), дающих смолообразные продукты, жидкие при нормальных условиях. Быстрому распаду ацетилена, переходящему во взрыв, способствуют многие обстоятельства, в особенности повышение давления и температуры ацетилена.
Промышленное применение ацетилена запрещено при давлении выше предельно допустимого. Для сварки и резки установлено предельно допустимое давление ацетилена 1,5 атм, или 15 000 мм вод. ст. В генараторах специального устройства для специальных целей допускаются давления свыше 1,5 ати. Неустойчивость молекулы ацетилена и экзотермичность процесса ее распада одновременно делают ацетилен незаменимым горючим газом для газовой сварки. Ацетилено-кислородное пламя в наиболее горячей части имеет температуру около 3100—3200 °С. Ни один другой промышленный горючий газ не может дать температуру выше 2500—2700 °С; разница в 400—600° безоговорочно решает вопрос в пользу ацетилена. Теплота, выделяемая при сгорании ацетилена (в ккал!г-молъ), определяется следующими процессами: т. е. И 900 ккал на 1 кг ацетилена, или 13 700 ккал на 1 .w3 ацетилена при 15 °С и 760 мм рт. ст.
Взрывоопасны смеси ацетилена с воздухом при содержании в них ацетилена 2,8—65%, с кислородом — при содержании ацетилена 2,8—93 %. Ацетилен образует взрывчатые соединения с серебром и медью, поэтому применение этих металлов в ацетиленовых генераторах не допускается (медные сплавы, например латунь, допускаются). Взрывоопасность ацетилена быстро возрастает с увеличением его давления, и при давлении около 2— 2,5 ати могут происходить самопроизвольные взрывы ацетилена при отсутствии в нем примеси кислорода или воздуха. В связи с этим требуется строгое соблюдение специальных правил по технике безопасности, установленных для работ с ацетиленом. Кроме того, нестойкость молекулы ацетилена обусловливает повышенную способность ацетилена к химическим реакциям, что делает ацетилен весьма ценным исходным продуктом для химической промышленности. Из ацетилена могут быть получены, например, этиловый (винный) спирт, уксусная кислота, синтетический каучук и многое другое.
В результате образуются такие соединения, как бензол С6Н6, стирол С8Н8 и т. д., дающие жидкие смолообразные продукты сложного состава. В условиях работы ацетиленовых генераторов полимеризация может начинаться в заметных размерах при температурах 150—180°. Наличие полимеризации, обнаруживаемое по смолистым продуктам в трубопроводах и по желтоватой окраске ила, удаляемого из генератора, указывает на ненормальные условия работы генератора и сильный перегрев ацетилена. В хорошо сконструированных и правильно работающих ацетиленовых генераторах полимеризация ацетилена практически отсутствует.
Читать далее:
Карбид кальция
Статьи по теме:
pereosnastka.ru
Газы для сварки и резки металлов
Кислород при газовой сварке применяется для получения горючей смеси. Он способствует интенсивному горению горючих газов и получению высокотемпературного пламени. При горении газов в’Воздухе температура пламени значительно ниже, чем при горении в кислороде. При газовой сварке применяют газообразный технический кислород, поставляемый по ГОСТ 5583—78 трех сортов. Первый сорт имеет чистоту не ниже 99,7%, второй сорт — не ниже 99,5%, а третий сорт — не ниже 99,2% по объему. Технический кислород содержит примеси, состоящие из азота и аргона. Следует учесть важное значение чистоты кислорода при сварке и резке металла. Снижение чистоты кислорода на 1% не только ухудшает качество сварного шва, но и требует увеличения расхода кислорода на 1,5%. Кислород при атмосферном давлении и нормальной температуре представляет собой газ без цвета и запаха с плотностью 1,43 кг/м3. Его получают из воздуха методом низкотемпературной ректификации, основанном на разности температур кипения основных составляющих воздуха — азота ( — 195,8° С) и кислорода (— 182,96°С). Воздух переводят в жидкое состояние и затем постепенным повышением температуры испаряют азот (78%). Оставшийся кислород (21%) очищают до требуемой чистоты многократным повторением процесса ректификации.
| Наибольшая температура пламени в смеси с кислородом, °С |
| Горючие газы и жидкости |
| Плотность, кг/м’ |
| Ацетилен | 1,09 | 52,9 (12 600) | 3150 |
| Водород | 0,084 | 10,1 (2400) | 2100 |
| Пиролизный газ | 0,65…0,85 | 31,5…33,6 (7500…8000) | 2300 |
| Нефтяной газ | 0,63…1,45 | 42,0…56,7 (10 000…13 500) | 2300 |
| Природный газ | 0,7…0,9 | 31,5…33,6 (7500…8000) | 2000 |
| Городской газ | 0,84…1,05 | 17,2…21,1 (4100…5000) | 2000 |
| Пропан-бутановая смесь | 1,92 | 89 (21 200) | 2100 |
| Керосин | 0,82…0,84 кг/дц3 | 42…42,8 (10 000…10 200) МДж/кг (ккал/кг) | 2500 |
| Бензин | 0,7…0 75 кг/дц3 | 42,8…44,1 (10 200…10 500) | 2600 |
| МДж/кг (ккал/кг) |
| Низшая удельная теплота сгорания топлива, МДж/м3 (ккал/м3) |
Некоторые свойства горючих газов, применяемых при газовой сварке, даны в табл. 18.
Ацетилен в газосварочном производстве получил наибольшее распространение благодаря важным для сварки качествам (высокая температура пламени, большая теплота сгорания). Он представляет собой химическое соединение углерода с водородом (С2Н2). Это бесцветный газ с характерным запахом, обусловленным наличием примесей (сероводорода, фтористого водорода и др.).
Ацетилен взрывоопасен при следующих условиях: нагревании до
480.. .500°С, давлении 0,14…0,16 МПа (1,4…1,6 кгс/см2), в смеси 2,3… 80,7% ацетилена с воздухом, в смеси
2.8.. .93% ацетилена с кислородом.
Ацетилен получают при взаимодействии карбида кальция с водой по реакции СаС^Ч^Н^О — С^Н;;-)- + Са (ОН) 2.
Карбид кальция получают путем сплавления в электропечах кокса и обожженной извести СаО + ЗС = = СаС2 + СО. Карбид кальция очень активно вступает в реакцию с водой, реагируя даже с парами воды, насыщающими воздух. Поэтому его хранят и транспортируют в герметически закрытых стальных барабанах вместимостью 50… 130 кг.
Из 1 кг карбида кальция в зависимости от сорта и грануляции получают 235…280 л ацетилена. Следует иметь в виду, что мелкий и пылеобразный карбид кальция применять запрещается (взрывоопасно). Для взаимодействия 1 кг карбида кальция теоретически необходимо 0,56 л воды. Практически берут
7.. .20 л воды. Это обеспечивает хорошее охлаждение ацетилена и более безопасную работу газогенератора.
Водород — газ без цвета и запаха. В смеси с кислородом или воздухом он образует взрывчатую смесь (так называемый гремучий газ), поэтому требует строгого соблюдения правил техники безопасности. Водород хранится и транспортируется в стальных баллонах при максимальном давлении 15 МПа. Получают его электролизом воды или в водородных генераторах путем воздействия серной кислотой на железную стружку или цинк.
Пиролизный газ — смесь газообразных продуктов термического разложения нефти, нефтепродуктов или мазута. Содержит вредные сернистые соединения, вызывающие коррозию мундштуков горелок и резаков, поэтому требует тщательной очистки.
Нефтяной газ — смесь горючих газов, являющихся побочным продуктом нефтеперерабатывающих заводов. Его применяют для сварки, резки и пайки сталей толщиной до 3 мм и сварки цветных металлов.
Природный газ получают из газовых месторождений. Он СОСТОИТ В ОС‘ новном из метана (93…99%).
Пропан-бутановую смесь получают при добыче и переработке естественных нефтяных газов и нефти. Хранят и транспортируют в сжиженном состоянии в баллонах вместимостью 40 и 55 л под давлением 1,6…1,7 МПа. Жидкой смесью заполняют только половину баллона, так как при нагреве значительное повышение давления может привести к взрыву.
Бензин и керосин используют при газопламенной обработке в виде паров. Для этой цели горелки и резаки имеют испарители, которые нагревают вспомогательным пламенем или электрическим током.
hssco.ru
.jpg)
