Газ используемый 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/м 3 . 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.

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/см 2 ), 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. Карбид кальция получают путем сплавления в электропечах кокса и обожженной извести. 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 основном 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.

Газовая сварка: какие газы используются

Газовая сварка — плавление кромок соединяемых деталей в высокотемпературном пламени горелки с формированием шва. Выбор газа для сварки зависит от множества факторов:

• соединяемого металла;
• желаемой формы шва;
• типа газового оборудования;
• условий работы;
• свойств химического состава;
• необходимой температуры плавления.

Давайте перечислим, какие газы используются в газовой сварке: это может быть ацетилен, МАФ, пропан, бутан, бензол, керосин, кислород, коксовый и углекислый газы и другие. Наиболее активно используется ацетилен, который при наличии кислорода дает температуру в 3 тысячи градусов.

Ацетилен

Чистый ацетилен (С2Н2) — бесцветный, с резким запахом чеснока, оставляющий сладковатый привкус во рту при вдыхании. Он легкий (легче воздуха) и достаточно вредный для человека. Ацетилен можно получать либо на месте (соединять карбид кальция с водой), либо везти его готовый в газовых баллонах. Карбид кальция — это твердое кристаллическое вещество, образуется путем плавления извести и кокса при температуре 19002300С. При больших объемах работ выгодно, когда используются ацетиленовые генераторы, в остальных же случаях удобно забирать ацетилен из баллонов. К преимуществам этого газа можно отнести высокую температуру горения, простоту получения, удобство регулирования. К недостаткам относят его взрывоопасность и немалую стоимость.

Заменители ацетилена

К газам-заменителям С2Н2 относятся пропан и пропан-бутановая смесь, водород, коксовый газ, бензин, керосин. Они обладают достаточно высокими теплотворными способностями. Однако для качественной работы требуется больше кислорода, а t пламени при этом все равно ниже, чем у ацетилена. Поэтому пропан, бутан и другие варианты используются чаще при изготовлении металлоконструкций из цветных, легкоплавких металлов. Сталь соединить ими трудно.

Кислород

Это катализатор горения, который должен использоваться при газовой сварке независимо от выбранного газа. Подаваемый в горелку кислород в идеале должен быть абсолютно чистым. От этого зависит максимальная температура, которая образуется во время работы, что влияет на качество швов. Технический кислород имеет 3 сорта чистоты: от 99,7% до 99,2%. Чем он качественнее, тем выше скорость газовой сварки и меньше расход.

Газообразный кислород бесцветный и прозрачный, без запаха и вкуса, тяжелее воздуха. Его получают при помощи глубокого охлаждения из воздуха, либо методом электролиза из воды. Он может храниться и использоваться в газообразном состоянии в баллонах или в танках, в жидком виде. При избытке О2 шов металла окисляется, что снижает прочность изделия. Поэтому важно контролировать процентное соотношение газообразных веществ.

Углекислый газ

Углекислый газ (СО2) имеет сильный запах и ярко выраженные окислительные свойства. Хорошо растворяется в воде и весит в полтора раза больше воздуха. Различают 3 сорта вещества, которые используются при соединении чугунных, углеродистых металлов и сплавов, коррозийных сталей и низколегированных конструкций.

Защитные элементы

При газовой сварке используются также инертные газы, которые служат защитой сварочной ванны от воздуха. Они не взаимодействуют с металлом и не растворяются в нем, у них нет цвета и запаха.

• Аргон. Негорючий, тяжелее воздуха в 1,5 раза. Высший сорт используется для аргонодуговой сварки активных, редких металлов и сплавов. Первый подходит для алюминиевых и стальных изделий.
• Гелий. Легче воздуха. Рекомендуется для газовой сварки чистых и активных металлов, а также алюминия и стали.
• Азот. Применяется для меди и сплавов из нее. Различают 4 сорта азота с разной долей содержания вещества.

Улучшают процесс и качество шва при изготовлении металлоконструкций сварочные смеси: гелий с аргоном, аргон с кислородом или/и углекислым газом-помощником и другие.

В качестве горючих газов для газовой сварки применяют ацетилен, водород, природный газ и другие. Также применяются газовые смеси для сварки, такие как нефтяной газ, пропанобутановая газовая смесь, пиролизный газ. Кроме того, для газовой сварки используют пары горючих жидкостей – бензина и керосина.

В таблице представлены наиболее распространенные газы и газовые смеси для газовой сварки и газовой резки, указаны их основные свойства и область применения:

Выбор того, или иного газа для сварки зависит не только от температуры пламени, но и от количества теплоты (теплотворной способности), которое получается при его сгорании. Коэффициент замены ацетилена, указанный в таблице, это отношение расхода газа-заменителя к расходу ацетилена при одинаковой эффективной тепловой мощности. Данный коэффициент необходим, если потребуется заменить ацетилен другим горючим газом.

Ацетилен для газовой сварки

Ацетилен – один из самых распространённых газов, применяемых для газовой сварки. Наибольшее распространение ацетилен получил из-за того, что ацетиленокислородное газовое пламя имеет наибольшую температуру, по сравнению с другими горючими газами и газовыми смесями (см. таблицу выше).

Ацетилен образуется при взаимодействии карбида кальция CaC₂ с водой. Карбид кальция способен поглощать влагу из атмосферы и разлагаться под её воздействием. Поэтому, его хранят в герметичных барабанах из кровельной стали. Вместимость таких барабанов составляет 100-130кг. Получают карбид кальция при сплавлении в электропечах кокса и обожжённой извести:

CaO + 3C = CaС₂ + CO

Ацетилен С₂Н₂ представляет собой химическое соединение углерода с водородом. Для получения ацетилена используют ацетиленовые генераторы, в которые загружают карбид и воду. Химическое взаимодействие карбида кальция и воды протекает интенсивно, с большим выделением теплоты Q:

Из 1кг карбида кальция можно получить до 300л ацетилена. При нормальных условиях ацетилен бесцветен и обладает резким специфическим запахом. Ацетилен легче воздуха, его плотность составляет 1,09кг/м3.

Ацетилен взрывоопасен, если он находится в смеси с воздухом и его концентрация составляет 2,2-81% по объёму. В смеси с кислородом ацетилен взрывоопасен, при его концентрации 2,8-93% по объёму. Наиболее взрывоопасны ацетиленокислородные смеси, содержащие 7-13% ацетилена.

При растворении в жидкости взрывоопасность ацетилена существенно снижается. На практике ацетилен растворяют в ацетоне, 1л которого способен растворить до 20л ацетилена. Об этом мы говорили в статье: "Газовые баллоны для сварки. Газосварочные баллоны".

Кроме карбида кальция, источниками ацетилена являются природный газ, нефть и уголь. Полученный из природного газа, ацетилен называется пиролизным.

Водород для газовой сварки

Водород представляет собой бесцветный газ, не имеющий запаха. При смешивании с кислородом или воздухом образует "гремучий газ", который является взрывоопасным. Поэтому, в случае применения водорода для сварки металлов, необходимо строго придерживаться правил безопасности при его хранении, транспортировании и использовании.

Водород хранят и транспортируют в стальных газосварочных баллонах при давлении, не превышающем 15МПа. Получить его можно, разлагая воду на водород и кислород при помощи электролиза. Также водород синтезируют в специальных водородных генераторах путём химической реакции серной кислоты H2SO4 и цинка, либо железной стружки. При этом образуются сульфаты цинка или железа, а освободившийся водород скапливается внутри генератора.

Коксовый газ для сварки

Коксовый газ представляет собой бесцветную смесь горючих газов с резким запахом сероводорода. Получают коксовый газ в процессе выработки кокса из каменного угля. В состав коксового газа входят водород, метан и другие углеводороды. Транспортировка этого газа происходит по трубопроводам.

Городской газ и природный газ для сварки

Городской газ состоит из нескольких газов: метан 70-95%, водорода, объёмная доля которого может достигать 25%, тяжёлых углеводородов с их объёмной долей до 1%, азота 3% и углекислого газа до 1%. Транспортирование городского газа происходит по трубопроводам под давлением 0,3МПа.

Природный газ добывается из газовых месторождений. Его основой является метан СН₄, содержание которого в природном газа составляет 93-99%.

Нефтяной газ, природный газ и пропанобутановая смесь для газовой сварки

Пиролизный газ представляет собой смесь горючих газов, образующихся при распаде нефти, мазута и других нефтепродуктов при воздействии на них высоких температур. В состав пиролизного газа входят сернистые соединения, которые вызывают коррозию мундштуков в газовых сварочных горелках. Поэтому, перед применением этот газ проходит тщательную очистку.

Нефтяной газ – является побочным продуктом нефтеперерабатывающих предприятий. Он используется, в основном, для резки и сварки металлов малой толщины и для сварки цветных металлов.

Пропанобутановые смеси являются бесцветными смесями, не имеющими запаха. Состоят они из пропана С₃Н₈ и бутана С₄Н₁₀. Эта смесь обладает наибольшей теплотворной способностью, т.е., при её сгорании выделяется наибольшее количество теплоты.

Бензин и керосин для газовой сварки

Бензин и керосин являются продуктами переработки нефти. Они представляют собой бесцветные жидкости со специфическим запахом и легко испаряются. Применяют их при газопламенной обработке, подавая их в виде паров. Для этого в сварочных резаках или горелках предусматривают специальные испарители, которые преобразуют бензин и керосин из жидкого состояния в парообразное. Испарители нагреваются от вспомогательного пламени или при помощи электричества.

Кислород для газовой сварки

Кислород для газовой сварки необходим, чтобы обеспечить сгорание горючих газов или паров горючей жидкости. Кислород несколько тяжелее воздуха и его плотность составляет 1,33кг/м3. Кислород очень активен химически и он поддерживает горение газов при газовой сварке, образовывая, при этом, большое количество теплоты.

Кислород хранят и транспортируют в кислородных газовых баллонах под давлением 15МПа. Баллон объёмом 40л способен под давлением 15МПа хранить до 6м3 кислорода. Кроме газовых баллонов, кислород может поставляться к месту сварки в жидком состоянии в специальных ёмкостях.

Для переходя жидкого кислорода в газообразный, применяют газификаторы и насосы с испарителями для жидкого кислорода. К сварочным постам для газовой сварки кислород подаётся по газопроводу. Транспортировка кислорода в газообразном состоянии позволяет уменьшить объём транспортировочной тары, приблизительно, в 10 раз, т.к. из 1л жидкого кислорода, при нормальных условиях, получается 860л газообразного кислорода.

Согласно ГОСТ 5583, для газокислородной сварки и резки металлов применяют технический кислород, который бывает трёх сортов. Первый сорт имеет чистоту 99,7% кислорода. Второй сорт с чистотой 99,5 кислорода. Третий сорт содержит не менее 99,2% кислорода по объёму.

Чистота кислорода имеет большое значение для газовой сварки и резки металлов. При снижении чистоты кислорода на 1%, качество сварки снижается и увеличивается расход кислорода, приблизительно на 1,5%.