Материалы для газопламенной сварки

Кислород

Пламя, обладающее высокой температурой, необходимое для газопламенной сварки, образуется при сгорании горючих газов или паров в смеси с техническим кислородом. При нормальных условиях кислород представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса. Но при низких температурах газообразный кислород может перейти в жидкое состояние и даже превратиться в твердое вещество. Сам кислород не токсичен, не горит, но активно поддерживает горение других веществ, при котором выделяется большое количество тепла.

Соединения кислорода с горючими веществами в большой концентрации может привести к воспламенению и даже взрыву при наличии открытого огня или искры, а в сжатом состоянии при контакте с парами масел, жиров и других горючих веществ — к самовоспламенению. Получают технический кислород из атмосферного воздуха или электролизом воды. Основные физические свойства кислорода приведены в таблице 1.

Хранение и транспортировка жидкого кислорода производится в специальных транспортных резервуарах, имеющих хорошую тепловую изоляцию. К потребителю кислород поступает в баллонах под давлением, создаваемым при помощи компрессоров. Согласно ГОСТ 949-73 давление кислорода в баллонах должно быть 15±0,5 МПа или 20±0,1 МПа. При температуре от -50 до +30°С давление в баллонах должно соответствовать величинам, приведенным в таблице 2.

Хранение и транспортировка баллонов с жидким кислородом при температурах выше +60°С недопустимо.

Таблица 1. Основные физические свойства кислорода

Показатель Параметры
Молекулярная масса 32
Масса 1м3 при 0°С и давлении760ммрт. ст.,кг 1,43
То же при 20°С и давлении7 60 мм рт. ст., кг 1,33
Критическая температура, °С -118,8
Температура кипения при 760 мм рт. ст., °С -182,97
Критическое давление кгс/см2 51,35
Масса 1л жидкости кислорода прои -182,97°С и760ммрт. ст.кг 1,13
Количество кислорода, получаемого из 1л жидкого,л 850
Температура плавления при 760 ммрт. ст.,°С -218,4

Примечание: критическая температура — это наивысшая температура превращения газа в жидкость. Необходимое для этого давление называется также критическим.

Таблица 2. Величины давления в баллонах при температурах от -50 до +30°С

Температура газа, °С Давление в баллоне при
первоначальном давлении 15Мпа ±0, 5 при20°С
Давление в баллоне при
первоначальном давлении 20Мпа ±0,1 при20°С
-50 9,3 12,3
-40 10,2 13,5
-30 11,1 14,6
-20 11,9 15,8
-10 12,7 16,9
0 13,5 17,9
+10 14,3 19,0
+20 15,0 20,0
+30 15,7 21,0

Ацетилен

Ацетилен (С2Н2) - химическое соединение углерода и водорода, в нормальном состоянии представляющее собой бесцветный горючий газ с резким запахом. Ацетилен легче воздуха и при температуре 20°С один его м³ имеет массу 1,09 кг. Низкая температура ацетилена (240 - 630°С) делает этот газ взрывоопасным в соединении с кислородом. Так, при атмосферном давлении смесь ацетилена с воздухом становится взрывоопасной при содержании ацетилена 2,2%. Ацетилен токсичен и при вдыхании его вызывает головокружение, тошноту и даже отравление.

Сгорание ацетилена в смеси с техническим кислородом сопровождается высокой температурой, достигающей 3200°С. Основные физические свойства ацетилена приведены в таблице 3.

Технический ацетилен получают двумя способами:

Из карбида кальция действием на него водой в специальных ацетиленовых генераторах.
Из углеводородных продуктов, содержащихся в природных газах, нефти и торфосланцах.

В сварочных работах, выполняемых на строительных площадках, в условиях мелких мастерских и т.д. большее распространение получил первый способ. Однако в промышленном производстве все большее распространение получает второй способ, как более прогрессивный и рентабельный.

Газообразный ацетилен может растворяться в таких жидкостях, как вода, бензол, бензин, но чаще всего его растворяют в ацетоне.

Поэтому растворенным называют ацетилен, находящийся в баллоне, заполненном пористой массой, пропитанной ацетоном. При наполнении такие баллоны искусственно охлаждают. При открывании вентиля на баллоне ацетилен начинает выделяться из ацетона в виде газа. Растворение ацетилена применяют для его длительного хранения и транспортировки, так как в жидком и твердом состоянии он взрывоопасен.

Таблица 3. Физические свойства ацетилена

Показатель Величина показателя
Молекулярная масса 26
Масса 1м³ при 0ºС и давлении 760 мм рт. ст. ,кг 1,17
Тоже при 20°С 1,09
Критическая температура, °С 35,9
Критическое давление кгс/см2 61,6
Температура кипения при 760 ммрт. ст., °С -81,8
Температура затвердевания при 7 60 мм рт. ст.,°С -85

 

Карбид кальция

Карбид кальция - кристаллическое вещество (СаС2) темно-серого или темно-коричневого цвета с удельным весом от 2,3 до 2,53 г/см³. При взаимодействии с парами воды, находящимися в атмосферном воздухе, имеет характерный (чесночный) запах. При взаимодействии с водой карбид кальция разлагается с образованием ацетилена и гашеной извести. Из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 372 дм³ ацетилена, однако наличие примесей снижает этот показатель до 280 дм³. Процесс разложения карбида кальция в воде происходит по следующей реакции:

СаС2 + Н2О = С2Н2 + Са(ОН)

Карбидная пыль при смачивании водой разлагается почти мгновенно, поэтому применять ее в ацетиленовых генераторах невозможно. Для этого используют кусковый карбид кальция, загружая им ацетиленовый аппарат. В зависимости от размеров кусков и сортности карбида кальция получают фактический выход ацетилена, отраженный в таблице 4.

Таблица 4. Выход ацетилена и карбида кальция

Размеры куска, мм Условное обозначение размеров куска Выход ацетилена (не менее), л/кг
1 сорт 2 сорт
2-8 2/8 255 235
8-15 8/15 265 245
15-25 15/25 275 255
25-80 25/80 285 265
Смешанных размеров - 275 265

Продолжительность разложения карбида кальция зависит от его грануляции и температуры, при которой происходит разложение. Для охлаждения ацетилена при разложении карбида кальция берут от 5 до 20 дм3 воды на 1 кг карбида кальция. Кроме того, иногда применяют «сухой» способ разложения , когда на 1 кг мелко раздробленного карбида кальция в генератор подают 0,2 — 1 дм³ воды.

Барабаны с карбидом кальция должны сохраняться в помещениях, которые отвечают следующим условиям:

помещение должно быть закрытым, сухим, построенным из негорючих материалов, защищенным от попадания влаги, хорошо проветриваться и иметь легкую кровлю, которую периодически проверяют на целостность.
в помещении не должно быть водопровода, канализации, а также водяного и парового отопления;
уровень пола в помещении должен быть на 0,2 м выше отметки наружной планировки;
помещение должно оборудоваться средствами противопожарной защиты.

Барабаны с карбидом кальция могут складироваться как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Помещения, где складируется карбид кальция, должны оборудоваться средствами механизации. Пустая тара из-под карбида кальция должна сохраняться в специальных местах вне производственных помещений.

Запрещается складировать карбид кальция в подвалах и местах, где существует угроза затопления, нельзя сохранять открытые или поврежденные барабаны с карбидом кальция. Открывать барабаны с карбидом кальция следует латунным зубилом и молотком, а запаянные барабаны - специальным режущим приспособлением. Место реза должно предварительно смазываться жировой смазкой слоем от 3 до 5 мм, что предотвращает появление искр. Открывать барабаны, развешивать карбид кальция, отсеивать мелкие фракции и пыль нужно в отдельных специальных помещениях. Просыпанный карбид кальция следует тщательно убрать.

Открытые или не полностью использованные барабаны с карбидом кальция закрывают водонепроницаемыми крышками. Открытым может быть только один барабан. В случае возникновения пожара в помещении, где хранится карбид кальция, нельзя пользоваться для тушения огня водой.

Пропан-бутановые смеси

Пропан-бутановые смеси состоят из пропана (C3H8) с примесью бутана (С4Н10) в количестве от 5 до 30%. Их получают при переработке нефти или добыче природного газа. Для сварочных работ эти смеси поставляется в баллонах в сжиженном состоянии. Из сжиженного состояния пропан-бутановая смесь переходит в газообразное при температуре -40°С при нормальном атмосферном давлении или при нормальной температуре, но при пониженном давлении. Условия перехода пропана и бутана в жидкое состояние отражены в таблице 5.

Таблица 5. Переход пропана и бутана в жидкое состояние

Температра, °С Давление, при котором газ переходит в жидкое состояние, кг/см2
Пропан Бутан
-20 2,7 0,45
110 3,7 0,68
0 4,8 0,96
+10 6,4 1,5
+20 8,5 2,1
+40 14,3 3,9

Испарение 1 кг пропан-бутановой смеси освобождает до 0, 535 м³ паров, которые в смеси с кислородом образуют сварочное пламя. При работе с пропан-бутановыми смесями следует учитывать, что этот состав тяжелее воздуха, поэтому при утечках скапливается в низменных местах и углублениях.

При большой концентрации такой смеси в атмосферном воздухе она становится взрывоопасной. Для своевременного обнаружения таких скоплений в смесь добавляют специальное вещество, имеющее неприятный специфический запах. Баллоны, предназначенные для хранения и транспортировки пропан-бутановой смеси заполняют не полностью, так как, испаряясь, смесь создает большое давление, что может привести к разрушению баллона и взрыву.

Переход из жидкого состояния в газообразное происходит самопроизвольно в верхней части баллона. Температура пламени, образованного пропан-бутановой смесью с кислородом, ниже температуры ацетиленового пламени, поэтому для сварки сталей такая смесь используется редко. Большей частью такие смеси применяют при газовой резке и пайке или при сварке металлов с низкой температурой плавления.

 

Водород

Водород — представляет собой газ без цвета и запаха. Его получают в специальных генераторах воздействуя серной кислотой на железную стружку и цинк. Этот горючий газ в смеси с кислородом образует взрывчатую смесь, называемую гремучим газом. Хранят и транспортируют водород в сжиженном состоянии, в которое он переходит при температуре -253°С. Водород в газообразном состоянии легко проникает через любые неплотности, поэтому баллоны, трубопроводы и запорная арматура должны отвечать высоким требованиям герметичности. При сгорании водорода пламя практически не светится и не имеет четких границ.

Бензин и керосин

Бензин и керосин - представляют собой жидкости, получаемые при переработке нефти. При нормальной температуре и атмосферном давлении они легко испаряются и в газопламенной обработке металлов используются в виде паров. Для испарения бензина или керосинка горелки снабжают специальными испарителями или распылителями. Чаще всего эти жидкости используют для резки металлов, заменяя ацетилен. При этом вместо 1 м³ ацетилена расходуется 1,3 кг керосина.

Кроме этого для газопламенной обработки могут применять природный газ, нефтяной газ, окись углерода и т.д. Все эти газы в смеси с кислородом или атмосферным воздухом при определенном их соотношении образуют взрывоопасные смеси, что следует учитывать в процессе работы. Пределы взрываемости газов и паров горючих газов и жидкостей в смеси с воздухом и кислородом приведены в таблице 6.

Таблица 6. Пределы взрываемости газов, паров и жидкостей

Наименование газа Пределы взрываемости, выраженные в % объёме горючего газа
С воздухом С кислородом
Ацетилен 2,2-81,0 2,8-93,0
Водород 3,3-81,5 4,65-93,9
Окись углерода 11,4-77,5 15,5-93,9
Метан 4,8-16,7 5,0-59,2
Пропан 2,17-9,5 2,0-48,0
Бутан 1,55-8,4 1,3-47,0
Городской газ 3,8-24,8 10,0-73,6
Коксовый газ 7,0-21,0 -
Природньй газ 4,8-14,0 5,0-59,2
Нефтяной газ 3,5-16,3 -
Пары бензина 0,7-6,0 2,1-28,4
Пары керосина 1,4-5,5 -

Сварочная проволока и другие присадочные материалы

В качестве присадочных материалов при газопламенной сварке применяют сварочную проволоку или литые прутки, которые по своему химическому составу должны быть близкими к основному материалу. Нельзя в качестве присадочных материалов применять случайную проволоку, так как это скажется на качестве сварного соединения. Присадочные материалы должны отвечать следующим требованиям:

  • температура их плавления должна быть несколько меньше температуры плавления основного материала
  • химический состав должен соответствовать химическому составу основного материала
  • поверхность должна быть ровной и чистой, без окалины, ржавчины, масла и жировых отложений
  • плавление должно происходить ровно, без разбрызгиваний и испарений
  • после кристаллизации наплавленный металл должен обладать хорошей плотностью без раковин, пор, шлаковых включений и т.д.

Применение в качестве присадочного металла различных полосок недопустимо, так как это влечет за собой неравномерную ширину сварочного шва и его неоднородность, что сказывается на качестве сварного соединения. Вместо сварочной проволоки допускается применение пруткового материала, прошедшего калибровку. При газовой сварке цветных металлов и нержавеющих сталей в виде исключения допускается применение полосок, своим химическим составом сходных с основным металлом.

Стальная проволока, предназначенная для сварки, поставляется в бухтах с обязательной маркировкой в виде бирок, на которых указаны: марка провода, ее диаметр, покрытие и т.д. Низкоуглеродистая и легированная проволока может иметь омедненную поверхность, предназначенную для защиты от атмосферного воздействия. Размеры и масса мотков проволоки приведены в таблице 7.

Таблица 7. Размеры и масса сварочной проволоки

Диаметр проволоки, м Внутренний диаметр мотка, мм Масса мотка проволоки (неменее), кг
Из углеродистой стали Из легировнной стали Из высокорелегированной стали
0,3-0,8 150-350 2 2 1,5
1,0-1,2 250-400 15 10 6
1,4-2,0 250-600 20 15 8
2,5-3,0 400-700 30 20 10
4,0-6,0 500-700 30 20 10
6,5-8,8 500-700 30 20 15

Для сварки цветных металлов промышленность выпускает сварочную проволоку с соответствующим химическим составом. Так, проволока для сварки алюминия и его сплавов выпускается диаметром от 0,8 до 12,0 мм. Она может быть тянутой или прессованной. Поставляется в бухтах, которые упаковываются во влагонепроницаемые пакеты. К каждой бухте крепится бирка, на которой указывают изготовителя, номер упаковки, условное обозначение проволоки, масса мотка и предупреждение: «Боится сырости и ударов». Химический состав проволоки должен соответствовать свариваемому сплаву.

Проволока на медной основе выпускается в бухтах и прутками. Она может быть в отожженном (мягком) и в твердом состояниях. Предусматривается следующая маркировка проволоки на медной основе:

  • Ml — проволока для сварки неответственных конструкций на основе меди;
  • М1р, МЗр — проволока для газовой сварки медных конструкций общего назначения;
  • MCpl  —  для    сварки    ответственных электротехнических конструкций;
  • JI63 — для газофлюсовой сварки латуни;
  • JIO60-1 — для газофлюсовой сварки латуни, легированной оловом;
  • ЛКБО62-0,2-0,04-0,5 — для газовой сварки и пайки меди и латуни без применения флюса;
  • ЛМц58-2, ЛЖМц59-1-1, ЛОК59-1-0,3 — для сварки латуни, пайки меди и меди с латунью.

Флюсы

Флюсы - в газопламенной сварке и пайке используют для раскисления расплавленного металла и удаления из сварочной ванны образующихся окислов и неметаллических включений. Под действием высоких температур флюсы связывают оксиды химическим путем с образованием легкоплавких соединений или растворяют их в сварочной ванне, а образующиеся при этом шлаки всплывают. Образовавшаяся на поверхности сварочной ванны шлаковая пленка защищает металл от окисления при контакте с атмосферным кислородом.

Состав флюсов подбирают в зависимости от химических реакций, преобладающих в сварочной ванне. Так, если в сварочной ванне преобладают основные оксиды, то используют кислые флюсы. Если же реакция сварочной ванны кислая (SiO, и др.), то флюс должен быть основным. Физические свойства наиболее часто применяемых флюсов приведены в таблице 8.

Флюсы вводят в сварочную ванну рукой, ложкой, составляют в виде паст, которые наносят на свариваемые кромки в виде газов, вводимых непосредственно в сварочное пламя и т.д.

Таблица 8. Физические свойства флюсов

Свойства  Вид флюса
В2О3 Na2B4O2 LiF KF NaF CaF2<.sub> LiCl KC1 NaCl
Темтература плавления °С 577 741 842 846 988 1375 606 678 800
Температура кипения °С - - 1676 1505 1695 - 1382 1417 1439
Теплота образования, ккал/маль 282 - 144,7 134 136 289 98 105, G 97,7
Плотность, г/см3 1,8 - 2,6 2,4 2,7 3,16 2,1 2,8 2,2

Добавить комментарий

CAPTCHA
Подтвердите, что вы не спамер