Газы — заменители ацетилена

Для сварки и резки металлов применяют также горючие — заменители ацетилена. При сварке необходимо, чтобы температура пламени примерно в два раза превышала температуру плавления металла. Поэтому газы-заменители, поскольку температура их пламени ниже, чем у ацетилена, обычно используют при сварке металлов с более низкой температурой плавления, чем сталь (чугуна, алюминия и его сплавов, латуни, свинца), при пайке и т.п.

При замене ацетилена другими газами требуемое их количество можно примерно определить с помощью коэффициента замены: отношения объема газа-заменителя V_газа к объему ацетилена Vс₂н₂, при условии, что оба эти объема обеспечивают одинаковое количество теплоты, вводимое при сварке в металл в единицу времени (одинаковую эффективную тепловую мощность Q_эф):

К_з= V_газа/ Vс₂н₂, при Q_эф=const.

Вследствие более низкой температуры пламени применение газов-заменителей при сварке ограничено. Некоторые газы и жидкие горючие (например, нефтяной газ, пропан, керосин) для получения высокотемпературного пламени требуют по сравнению с ацетиленом большего удельного расхода кислорода. Низкокалорийные газы-заменители ацетилена неэкономично транспортировать в баллонах под высоким давлением на значительные расстояния. Такие газы следует использовать на предприятиях в тех районах, где эти газы имеются в достаточном количестве и могут додаваться к местам сварки и резки по трубопроводам.

Водород в нормальных условиях - один из самых легких газов, он в 14,5 раз легче воздуха, бесцветен, не имеет запаха, с кислородом и воздухом образует взрывчатые смеси - гремучий газ, чем опасен.

Метан - газ без цвета и без запаха, при концентрации в воздухе 5...15 % взрывоопасен, является главной составляющей частью большинства природных или попутных при добыче и переработке нефти и каменного угля горючих газов.

Пропан — бесцветный газ с резким запахом, получаемый при переработке нефтепродуктов. Так же получают и бутан - газ без цвета и без запаха, сжижающийся при температуре 0 °С, взрывоопасный при его содержании в воздухе 1,5...8,5 %. Для сварки применяют чаще всего смесь пропана с бутаном, которую получают как побочный продукт переработки нефти. Пропан, бутан и их смесь подают к месту сварки в стальных баллонах в жидком состоянии под давлением 1,6 МПа.

Нефтяной и пиролизный газы получают при переработке нефти и нефтепродуктов. Они похожи по составу и свойствам, которые могут изменяться в широких пределах в зависимости от состава исходных продуктов. Бесцветны, могут обладать запахом сероводорода. К месту сварки подаются очищенными от смолистых примесей и сероводорода в баллонах красного цвета под давлением в 15 МПа, в сжиженном виде или по трубопроводам.

Коксовый газ бесцветен, с запахом сероводорода (тухлых яиц). Получают его при выработке кокса из каменного угля. Может содержать ядовитые цианистые соединения. Для сварки применяют после очистки от сероводорода и смолистых веществ.

Жидкие горючие, бензин и керосин, доступнее, дешевле и безопаснее горючих газов. В пар они превращаются непосредственно в сварочных горелках при подогреве специальным пламенем, что усложняет конструкцию горелок. Бензин для сварки предпочтительнее использовать с низким октановым числом. Применение этилированного бензина запрещено. Керосин нужно применять осветительный, предварительно профильтровав его через войлок и кусочки едкого натра NаОН для очистки от механических частиц, смолистых веществ и воды.

Главное значение при газопламенной обработке и особенно сварке имеет температура пламени, которую эти газы могут обеспечивать при сгорании в кислороде. Этим определяются области применения различных газов при сварке (табл. 5.2).

Таблица 5.2

Области предпочтительного применения горючих газов

Виды газопламенной обработки и обрабатываемые материалы	Ацетилен	Водород	Метан	Природный газ	Пропан	Бутан	Смесь пропана с бутаном	Коксовый газ	Нефтяной газ	Бензин	Керосин
Сварка тонколистовой стали, чугуна, меди, алюминия и их сплавов	+				+		+
Сварка свинца, стекла		+						+	+
Пайка с газопламенным нагревом	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Поверхностная закалка	+				+		+	+	+	+	+
Напыление легкоплавких материалов			+	+	+		+
Нагрев при правке, гибке	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+

 

Карбид кальция

Карбид кальция - это твердое вещество темно-серого или коричневого цвета (в зависимости от наличия и количества примесей) плотностью 2,26... 2,4 г/см³. Карбид кальция получают в электрических печах сплавлением извести и кокса по следующей реакции:

СаО + ЗС = СаС₂ + СО.

В Институте электросварки им. Е.О. Патона разработан способ электрошлаковой выплавки карбида кальция, который удешевляет процесс и улучшает чистоту получаемого продукта.

В техническом карбиде кальция содержится до 90 % чистого карбида, остальное - известь и другие примеси. Остывший карбид кальция дробят и сортируют на куски размерами 2 - 8, 8 - 15, 15 - 25 и 25 - 80 мм. Частиц размером менее 2 мм (пыли) в техническом карбиде должно быть не более 3%. Чем крупнее куски, тем больше выход ацетилена. В среднем из 1 кг СаС₂ получают 250...280 дм³ ацетилена (таблица 5.3).

Таблица 5.3

Нормы выхода ацетилена в зависимости от размеров кусков карбида кальция (по ГОСТ 1460-76)

Размеры кусков карбида кальция, мм	Норма выхода ацетилена, дм3/час
	1-й сорт	2-й сорт
2 – 8 8 – 15 15 – 25 25 – 80 смешанные размеры	255 265 275 285 275	235 245 255 265 265

 

Потребителям карбид кальция доставляют в герметичных барабанах из кровельного железа или в бидонах вместимостью 80... 120 кг. При хранении карбид кальция надо оберегать от влаги, которую он активно поглощает из воздуха, образуя ацетилен.

Чем меньше размеры кусков карбида кальция, тем быстрее происходит его разложение. Карбидная пыль, смоченная водой, разлагается почти мгновенно, поэтому ее нельзя применять в обычных ацетиленовых генераторах, рассчитанных для работы на кусковом карбиде кальция, так как это может вызвать вспышку и даже взрыв ацетилена в генераторе. Для разложения карбидной пыли применяют генераторы специальной конструкции. Применяют также «сухой» способ разложения карбида кальция. Поэтому способу на 1 кг мелко раздробленного карбида кальция в генератор подают от 1 до 1,2 дм³ воды. Часть этой воды идет на реакцию разложения, а остаток ее испаряется, на что расходуется, основное количество тепла, выделяющегося при разложении карбида кальция. В результате этого процесса гашеная известь получается в виде сухой пушонки, удаление и транспортировка которой обходятся дешевле.