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:
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:
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 |