При газовой сварке и резке нагрев металла осуществляется высокотемпературным газовым пламенем, получаемым при сжигании горючего газа или паров жидкости в смеси с технически чистым кислородом.

Кислород является самым распространенным элементом на земле, встречающимся в виде химических соединений с различными веществами: в земле - до 50% по массе, в соединении с водородом в воде - около 86% по массе и в воздухе - до 21% по объему и 23% по массе.

Кислород при нормальных условиях (температура 20°С, давление 0,1 МПа) - это бесцветный, негорючий газ, немного тяжелее воздуха, не имеющий запаха, но активно поддерживающий горение. При нормальном атмосферном давлении и температуре 0°С масса 1 м3 кислорода равна 1,43 кг, а при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении - 1,33 кг.

Кислород имеет высокую химическую активность, образуя соединения со всеми химическими элементами, кроме инертных газов (аргона, гелия, ксенона, криптона и неона). Реакции соединения с кислородом протекают с выделением большого количества теплоты, т. е. носят экзотермический характер.

При соприкосновении сжатого газообразного кислорода с органическими веществами, маслами, жирами, угольной пылью, горючими пластмассами может произойти их самовоспламенение в результате выделения теплоты при быстром сжатии кислорода, трении и ударе твердых частиц о металл, а также электростатического искрового разряда. Поэтому при использовании кислорода необходимо тщательно следить за тем, чтобы он не находился в контакте с легковоспламеняющимися и горючими веществами.

Всю кислородную аппаратуру, кислородопроводы и баллоны необходимо тщательно обезжиривать. Кислород способен образовывать в широких пределах взрывчатые смеси с горючими газами или парами жидких горючих, что также может привести к взрывам при наличии открытого огня или даже искры.

Отмеченные особенности кислорода следует всегда иметь в виду при использовании его в процессах газопламенной обработки.

Атмосферный воздух в основном представляет собой механическую смесь трех газов при следующем их объемном содержании: азота - 78,08%, кислорода - 20,95%, аргона-0,94%, остальное - углекислый газ, водород, закись азота и др. Кислород получают разделением воздуха на кислород и азот методом глубокого охлаждения (сжижения), попутно идет отделение аргона, применение которого при аргонодуговой сварке непрерывно возрастает. Азот применяют как защитный газ при сварке меди.

Кислород можно получать химическим способом или электролизом воды. Химические способы малопроизводительны и неэкономичны. При электролизе воды постоянным током кислород получают как побочный продукт при производстве чистого водорода.

В промышленности кислород получают из атмосферного воздуха методом глубокого охлаждения и ректификации. В установках для получения кислорода и азота из воздуха последний очищают от вредных примесей, сжимают в компрессоре до соответствующего давления холодильного цикла 0,6-20 МПа и охлаждают в теплообменниках до температуры сжижения, разница в температурах сжижения кислорода и азота составляет 13°С, что достаточно для их полного разделения в жидкой фазе.

Жидкий чистый кислород накапливается в воздухоразделительном аппарате, испаряется и собирается в газгольдере, откуда компрессором его накачивают в баллоны под давлением до 20 МПа.

Технический кислород транспортируют также по трубопроводу. Давление кислорода, транспортируемого по трубопроводу, должно быть согласовано между изготовителем и потребителем. К месту сварки кислород доставляется в кислородных баллонах, и в жидком виде - в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией.

Для превращения жидкого кислорода в газ используют газификаторы или насосы с испарителями для жидкого кислорода. При нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С 1 дм3 жидкого кислорода при испарении дает 860 дм3 газообразного. Поэтому доставлять кислород к месту сварки целесообразно в жидком состоянии, так как при этом в 10 раз уменьшается масса тары, что позволяет экономить металл на изготовление баллонов, уменьшать расходы на транспортировку и хранение баллонов.

Для сварки и резки по ГОСТ 5583-78 технический кислород выпускается трех сортов:

• 1-й - чистотой не менее 99,7%
• 2-й - не менее 99,5%
• 3-й - не менее 99,2% по объему

Чистота кислорода имеет большое значение для кислородной резки. Чем меньше содержится в нем газовых примесей, тем выше скорость реза, чище кромки и меньше расход кислорода.

weldering.com

Кислород технический газообразный

В газовой сварке кислород является незаменимым дополнительным материалом, который обеспечивает высокую температуру горения пламени, чтобы можно было расплавить металл нужной толщины. Он применяется как основная температурная сила, в то время как другие газы имеют защитную функцию. Кислород технически не имеет цвета и запаха. Он не горючий сам по себе, но при взаимодействии с другими веществами существенно повышает температуру горения. Он не взрывоопасен, как многие другие из этой области. Это доступное и относительно недорогое вещество. Существует несколько технических разновидностей, которые отличаются содержанием примесей, их объемом и количеством. Главным показателем качества является объем чистого газа.

Технический кислород в баллонах

Даже с примесями газ сохраняет высокую химическую активность. Он образует массу химических соединений, которые встречаются на Земле. Инертные газы не взаимодействуют с ним для образования соединений. Золото, серебро, платина и прочие благородные металлы также бесследно переносят его воздействия. Хранится кислород чаще всего в жидком виде, так как это более компактно, удобно и экономно. Зачастую перевод его в газообразное состояние начинается уже на месте использования.

Область применения при сварке

Кислород технический газообразный находит очень широкое применение при сварке в среде защитных газов. Вне зависимости от того, какой основной защитный газ, вторым веществом, которое подается в горелку, практически всегда является кислород. Его можно встретить в строительстве, где создаются металлоконструкции и каркасы для будущих зданий. Также он является обязательным в каждой сварочной мастерской. Используется газ при ремонте труб, тонких металлических изделий, в ремонтных мастерских, на производстве в сборочных цехах и так далее.

Наиболее активно кислород применяется при резке металла. Здесь вещество подается в горелку под большим давлением, что дает длинную и мощную струю. Это позволяет прорезать металлические изделия на большую толщину. Края при таком выжигании получаются довольно ровными.

Виды технического кислорода

Кислород технический газообразный производится по ГОСТ 5583-65. Согласно данному стандарту выделяют два основных сорта, которые применяются в промышленности. Естественно, что есть и другие, более загрязненные варианты, которые могут использоваться в частной сфере, но к стандартам серьезных производственных работ, где на соединения возлагается высокая ответственность, они не имеют отношения. Выделяют первый и второй сорт газа с различными техническими характеристиками.

Характеристики марок газообразного кислорода

Несмотря на то, что оба сорта применяются практически в одной и той же сфере и во многих случаях являются взаимозаменяемыми, иногда для сварки требуется исключительно первый сорт. Отличия в характеристиках у них также не принципиально значительные, как и отличия в составе. Здесь приведены основные данные по каждому из вариантов:

Характеристики марок жидкого технического кислорода

Жидкий кислород имеет бледно-синий цвет. Благодаря этому поставляется кислород в баллонах синего цвета. Жидкость относится к мощным парамагнетикам. Удельная плотность данного материала составляет 1,141 г/см кубический. Жидкость обладает умеренно криогенными свойствами. Точка замерзания ее составляет -222,65 градусов Цельсия. Кипеть она начинает уже при температуре -182,96 градусов Цельсия. Получение данного вещества в промышленной среде производится путем фракционной перегонке воздуха.

Техническое обозначение

Главным стандартом, по которому производится технический кислород, является ГОСТ 5583-78. Данный стандарт распространяется как на медицинский, так и на технический кислород. Получение газа происходит из атмосферного воздуха, для чего используется низкотемпературная ректификация, или при помощи электролиза воды. Здесь указан состав, допустимое наличие и соотношение примесей для каждого сорта. Также имеются правила эксплуатации и прочие важные данные. Для применения на официальных предприятиях именно этот ГОСТ является основным.

Инструкция по применению кислорода технического при сварке

Перед началом сварки нужно проверить баллон. На нем не должно быть масла и прочих загрязнений, так как это может привести к возгоранию и несчастному случаю. Баллон должен находиться в вертикальном положении и быть хорошо закрепленным, чтобы не упал при передвижениях сварщика.

Расстояние от баллона до источника пламени не должно быть менее 5 метров.»

Перед началом сварки сначала пускается защитный газ. Разобравшись, для чего нужен кислород, стоит понимать, что он существенно добавляет температуру горения и для проверки работоспособности горелки, а также для прогревания деталей, его применение может оказаться лишним. Когда уже начинается непосредственное сваривание. Тогда стоит пускать газ согласно параметрам сварки для конкретного случая, в зависимости от заготовки.

Меры безопасности

Чтобы во время использования не случилось несчастного случая, следует придерживаться определенных правил, которые смогут снизить все опасности к минимуму. К основным относятся следующие меры безопасности:

• Не стоит допускать концентрацию газа в помещении свыше 23%, так как это может привести к повышенной опасности возникновения пожара;
• Несмотря на то, что кислород является не горючим веществом, он сильно влияет на другие элементы, так что при работе с ним нужно использовать только определенный круг разрешенных материалов;
• Если возникает контакт с масляными субстанциями, то они практически мгновенно окисляются, что может стать причиной взрыва или пожара;
• Категорически запрещается использовать баллоны, где ранее ранился кислород, для других горючих веществ;
• Во время перевозки нужно исключить вероятность ударов, падения и других факторов повреждения.

Заключение

Физические и химические свойства кислорода делают его уникальным газом для сварочной области. Если защитные газы имеют аналоги и могут заменяться, в случае необходимости, то этот нечем заменить. Использование имеет свои особенности, связанные с техникой безопасности, но это не столь страшно, как при использовании ацетилена и прочих газов.

svarkaipayka.ru

Для получения сварочного пламени высокой температуры сжигают газ или пары горючей жидкости в чистом кислороде. Если сгорание горючего будет происходить не в кислороде, а в воздухе, где кислород составляет 7в часть по объему, то температура пламени получится значительно ниже.

Кислород при атмосферном давлении и обычной температуре представляет собой бесцветный газ, не имеющий запаха. Он тяжелее воздуха. При атмосферном давлении и температуре 0°С 1 м3 кислорода весит 1,43 кг.

Технический кислород получают из воздуха на кислородных заводах и доставляют к месту сварки, как правило, в сжатом виде в стальных баллонах под давлением 150ат.

Кислород может также подводиться к месту сварочных работ по трубопроводу от кислородной станции под давлением от 5 до 30ат.

При температуре минус 183° С и атмосферном давлении кислород превращается в голубоватую, легко испаряющуюся жидкость. 1 л жидкого кислорода при испарении дает 790 л, или 0,79 м\ газообразного кислорода при атмосферном давлении и температуре 0°С.

Жидкий кислород хранят и транспортируют в специальных сосудах (танках), хорошо изолированных от тепла окружающей среды.

При использовании жидкого кислорода для сварки и резки его предварительно превращают в газ, испаряя в особых аппаратах, называемых газификаторами.

Горючие газы и горючие жидкости образуют в соединении с кислородом взрывчатые смеси. Жир и масло при контакте со сжатым кислородом могут самовоспламеняться. С целью предохранения от возможных несчастных случаев вся кислородная аппаратура подвергается тщательному обезжириванию. В процессе работы необходимо строго следить, чтобы масло и жир не могли попасть на детали кислородной аппаратуры.

electrowelder.ru

Газ для сварки – что обеспечивает такую мощь пламени?

Видов сварки существует множество. Деление построено на способе получения высокотемпературной сварочной ванны (вида энергии). Например, сварки электрической дугой, ультразвуком, газовым пламенем и другие. Такая горелка может резать и сваривать любые металлы. Края свариваемых металлических деталей буквально расплавляются и, соединяясь, составляют уже новую единую структуру в месте сплава, называемого сварным швом.

К сварочным газам относят, в первую очередь, ацетилен для сварки, выделяемый в результате реакции с водой карбида кальция. Смешиваясь с кислородом, он позволяет получать температуру пламени свыше трех тысяч градусов.

Также сварочными считаются пропаны, бутаны, сжиженные МАФы (новые газы, сменившие ацетилен), бензолы, керосины и другие. Важной особенностью применения сварочных газов будет обязательное присутствие кислорода, как катализатора горения. Причем от качества (чистоты) подаваемого в горелку кислорода зависит и развиваемая температура.

Газовая смесь для сварки с применением технически чистого кислорода дает очень интенсивное и полное сгорание самой смеси или испарений горючих веществ, поскольку обеспечивает очень высокие температуры горения. Количество кислорода в пламени определит его окислительные или восстановительные свойства.

С другой стороны, использование технического (чистого) кислорода требует специальных баллонов для его хранения и подачи. В смеси с таким кислородом некоторые газы или составы могут оказаться взрывоопасны (вследствие чрезвычайно высокой скорости их сгорания в таком катализаторе).

Часто они могут и сами по себе быть опасными из-за своей токсичности. Например, ацетилены, дицианы и т.п.

Применение же кислорода, содержащегося в атмосферном воздухе, делает сварочные газовые смеси менее эффективными. Их сгорание замедляется, что резко снижает температуру пламени. Причина в том, что в воздухе кислород составляет не более пятой его части, в большей степени присутствуют другие газы, тот же азот, например.

Помимо сказанного, сварка в условиях использования атмосферного кислорода часто не дает требуемой геометрии соединительного шва, изменяет свойства металла в этой зоне, что в конечном итоге влияет на качество соединения.

Технические газы используются не только в сварках. Широко применяются также защитные газы для сварки электрической дуговой и пр. Применение различных инертных (гелий, аргон) или активных (азот, СО2, водород, кислород) газов в качестве защитной среды для ванны сварочного расплава значительно улучшает качество результата, увеличивает скорость выполнения работ, позволяет получать нужные параметры шва и т.д.

Принцип сварки в среде защитных газов прост. Нужный состав подается в зону действия дуги через сопло специальной горелки под давлением, создавая эту самую защитную среду. На таком принципе построены популярные сварки на полуавтоматах.

Такая сварка доступна не только в заводских условиях, ее широко применяют в мастерских и даже в частных гаражах. Чаще всего газ для сварки полуавтоматом представляет смесь инертного и углекислого (в различных пропорциях). Из инертных более применимы гелий и аргон. В практике принято использование аргона, поэтому в составе и присутствуют СО2 и аргон.

Вообще инертный газ для сварки нужен в качестве защиты расплава ванны от внешнего воздействия воздуха, а также в случае необходимости качественного проведения сварочных работ по нержавеющим сталям, титану и сплавам из него, цветным металлам (никелю, меди, алюминию и сплавам) и др. При этом электрод может быть любым: классическим плавящимся, не меняющим своей формы и структуры (служащим для создания дуги) и т.п.

На выбор нужного для сварки газа влияет то, какой металл используется в работе. Та же смесь СО2 и аргона при сварках стальных элементов содержит больше углекислой составляющей (около 18%). А при сваривании нержавеющих сталей преобладает аргон (98%), СО2 составляет только два процента.

Таким образом, какой газ используют для сварки, определяется металлом, его маркой, необходимыми свойствами шва, видами сварочного оборудования, требованиями к химическому составу и даже форме швов, условиями проведения работ и т.д.

Основными горючими газами, применяемыми при резке, являются ацетилен, природный газ, пропан-бутан, пары жидких горючих (керосина), которые, сгорая в кислороде, дают достаточную для резки температуру. В судостроении наиболее широко применяется кислородно-ацетиленовая резка. Рассмотрим основные свойства кислорода и ацетилена.

Кислород - химический элемент, при нормальных условиях представляющий собой бесцветный газ без запаха и вкуса. Сжатый кислород при соприкосновении с маслом и жирами мгновенно их окисляет с выделением большого количества тепла, что может привести к быстрому воспламенению масла или к взрыву. Особенно активно соединяются с кислородом металлы, поэтому он и применяется при резке.

Рис. 7.1. Кислородный баллон. 1 - днище; 2 - цилиндрический корпус; 3 - горловина; 4 - кольцо; 5 - предохранительный колпак; 6 - вентиль; 7 - опорный башмак.

Кислород поступает к месту потребления по трубопроводу или в баллонах. Баллон (рис. 7.1) представляет собой цилиндрический корпус, имеющий внизу выпуклое днище, а сверху - сферическую часть с горловиной. Горловина имеет коническое отверстие с резьбой, в которое ввертывается вентиль. Для устойчивости баллона на нижнюю часть его корпуса насажен опорный башмак. Максимальное давление кислорода в баллоне равно 14,7 МПа, Расходовать кислород из баллона можно до давления 0,29 МПа. Кислородные баллоны окрашивают в голубой цвет. Поперек баллона черной краской делают надпись «Кислород». Верхнюю сферическую часть баллона не окрашивают, а выбивают на ней паспортные данные баллона. Наполненный кислородом баллон имеет массу около 70 кг.

Ацетилен - химическое соединение углерода с водородом. Химически чистый ацетилен является бесцветным газом со слабым эфирным запахом. Технический ацетилен, применяемый для газовой резки, из-за примесей (сероводорода, аммиака и др.) имеет резкий неприятный запах. С кислородом и воздухом ацетилен образует взрывоопасные смеси, которые взрываются от огня или искры.

Ацетилен получают при взаимодействии карбида кальция с водой в специальных аппаратах, называемых ацетиленовыми генераторами.

К газорезательным постам ацетилен подается по трубопроводам или в баллонах.

При давлении более 0,19 МПа газообразный ацетилен в больших объемах становится взрывоопасным. Помещенный же в очень узкие (капиллярные) каналы, он не взрывается даже при давлении 2,45 МПа. Поэтому ацетиленовые баллоны заполняют специальной высокопористой массой (древесным активированным углем, пемзой, инфузорной землей).

Ацетилен растворяется в некоторых жидкостях, особенно в ацетоне. Учитывая это свойство, баллоны на 30-40 % по объему заполняют ацетоном. При открытом вентиле баллона ацетилен выделяется из ацетона в виде газа, а ацетон остается в баллоне.

Баллоны накачивают ацетиленом до давления 1,47- 1,86 МПа. Расходовать ацетилен из баллонов можно до давления в баллоне 0,1 МПа. При меньшем давлении происходит значительный унос паров ацетона с ацетиленом.

Ацетиленовые баллоны отличаются от кислородных по устройству вентиля и окраске. Их окрашивают в белый цвет и надписывают красной краской «Ацетилен». Масса наполненного ацетиленом баллона около 80 кг.

Пропан-бутановая смесь получается при добыче и переработке природных нефтяных газов, а также при переработке нефти. Пропан-бутан в сжиженном состоянии хранится в баллонах.

Целесообразность применения пропан-бутана в качестве заменителя ацетилена обусловливается главным образом дороговизной и дефицитностью ацетилена, однако при резке на пропан-бутане возрастает расход кислорода от 40 до 70 % в зависимости от толщины разрезаемого материала, а скорость резки снижается от 15 до 30%. Применение пропан-бутана, как и других заменителей ацетилена, допускается только по специальному разрешению администрации и по согласованию с санитарной и пожарной инспекциями.

Природный газ состоит в основном из метана (до 99 %) с небольшими примесями других газов. При нормальных температуре и давлении метан представляет собой газ без запаха и цвета, поэтому для обнаружения его утечки добавляют одорант, придающий ему резкий запах. Целесообразность использования природного газа для кислородной резки обусловлена возможностью бесперебойного централизованного снабжения им предприятий по газопроводу без существенных затрат на транспортировку; значительным снижением стоимости газорезательных работ по сравнению с ацетилено-кислородной резкой; незначительным снижением скорости резки (5-25%) по сравнению с ацетилено-кислородной резкой; возможностью использования аппаратуры (резаков), применяемой для ацетилено-кислородной резки, с незначительной переделкой отдельных деталей.

Керосин для резки используется в виде паров. Поэтому резаки имеют специальные испарители, подогреваемые вспомогательным пламенем, или форсунки. Целесообразность применения керосиново-кислородной резки обусловлена возможностью замены керосином ацетилена; сокращением расхода кислорода от 5 до 10 % при его пониженном давлении; сокращением стоимости резки стали до 10 %. Резка с применением керосина разрешается только в цеховых условиях и на открытых площадках, так как она особенно пожароопасна.

Углекислый газ бесцветный газ с едва ощутимым запахом не ядовит, тяжелее воздуха. Углекислый газ широко распространен в природе. Растворяется в воде, образуя угольную кислоту Н 2 CO 3 , придает ей кислый вкус. В воздухе содержится около 0,03% углекислого газа. Плотность в 1,524 раза больше плотности воздуха и равна 0,001976 г/см 3 (при нулевой температуре и давлении 101,3 кПа). Потенциал ионизации 14,3В. Химическая формула – CO 2 .

В сварочном производстве используется термин «углекислый газ» см. . В «Правилах устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» принят термин «углекислота» , а в - термин «двуокись углерода» .

Существует множество способов получения углекислого газа, основные из которых рассмотрены в статье .

Плотность двуокиси углерода зависит от давления, температуры и агрегатного состояния, в котором она находится. При атмосферном давлении и температуре -78,5°С углекислый газ, минуя жидкое состояние, превращается в белую снегообразную массу «сухой лед» .

Под давлением 528 кПа и при температуре -56,6°С углекислота может находиться во всех трех состояниях (так называемая тройная точка).

Двуокись углерода термически устойчива, диссоциирует на окись углерода и только при температуре выше 2000°С.

Углекислый газ – это первый газ, который был описан как дискретное вещество . В семнадцатом веке, фламандский химик Ян Баптист ван Гельмонт (Jan Baptist van Helmont ) заметил, что после сжигания угля в закрытом сосуде масса пепла была намного меньше массы сжигаемого угля. Он объяснял это тем, что уголь трансформируется в невидимую массу, которую он назвал «газ».

Свойства углекислого газа были изучены намного позже в 1750г. шотландским физиком Джозефом Блэком (Joseph Black) .

Он обнаружил, что известняк (карбонат кальция CaCO 3) при нагреве или взаимодействии с кислотами, выделяет газ, который он назвал «связанный воздух» . Оказалось, что «связанный воздух» плотнее воздуха и не поддерживает горение.

CaCO 3 + 2HCl = СО 2 + CaCl 2 + H 2 O

Пропуская «связанный воздух» т.е. углекислый газ CO 2 через водный раствор извести Ca(OH) 2 на дно осаждается карбонат кальция CaCO 3 . Джозеф Блэк использовал этот опыт для доказательства того, что углекислый газ выделяется в результате дыхания животных .

CaO + H 2 O = Ca(OH) 2

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O

Жидкая двуокись углерода бесцветная жидкость без запаха, плотность которой сильно изменяется с изменением температуры. Она существует при комнатной температуре лишь при давлении более 5,85 МПа. Плотность жидкой углекислоты 0,771 г/см 3 (20°С). При температуре ниже +11°С она тяжелее воды, а выше +11°С - легче.

Удельная масса жидкой двуокиси углерода значительно изменяется с температурой , поэтому количество углекислоты определяют и продают по массе. Растворимость воды в жидкой двуокиси углерода в интервале температур 5,8-22,9°С не более 0,05%.

Жидкая двуокись углерода превращается в газ при подводе к ней теплоты. При нормальных условиях (20°С и 101,3 кПа) при испарении 1 кг жидкой углекислоты образуется 509 л углекислого газа . При чрезмерно быстром отборе газа, понижении давления в баллоне и недостаточном подводе теплоты углекислота охлаждается, скорость ее испарения снижается и при достижении «тройной точки» она превращается в сухой лед, который забивает отверстие в понижающем редукторе, и дальнейший отбор газа прекращается. При нагреве сухой лед непосредственно превращается в углекислый газ, минуя жидкое состояние. Для испарения сухого льда необходимо подвести значительно больше теплоты, чем для испарения жидкой двуокиси углерода - поэтому если в баллоне образовался сухой лед, то испаряется он медленно.

Впервые жидкую двуокись углерода получили в 1823 г. Гемфри Дэви (Humphry Davy) и Майкл Фарадей (Michael Faraday).

Твердая двуокись углерода «сухой лед», по внешнему виду напоминает снег и лед. Содержание углекислого газа, получаемого из брикета сухого льда, высокое - 99,93-99,99%. Содержание влаги в пределах 0,06-0,13%. Сухой лед, находясь на открытом воздухе, интенсивно испаряется, поэтому для его хранения и транспортировки используют контейнеры. Получение углекислого газа из сухого льда производится в специальных испарителях. Твердая двуокись углерода (сухой лед), поставляемая по ГОСТ 12162.

Двуокись углерода чаще всего применяют :

• для создания защитной среды при металлов;
• в производстве газированных напитков;
• охлаждение, замораживание и хранения пищевых продуктов;
• для систем пожаротушения;
• для чистки поверхностей сухим льдом.

Плотность углекислого газа достаточно высока, что позволяет обеспечивать защиту реакционного пространства дуги от соприкосновения с газами воздуха и предупреждает азотирование при относительно небольших расходах углекислоты в струе. Углекислый газ является , в процессе сварки он взаимодействует с металлом шва и оказывает на металл сварочной ванны окисляющее, а также науглероживающее действие .

Ранее препятствием для применения углекислоты в качестве защитной среды являлись в швах. Поры вызывались кипением затвердевающего металла сварочной ванны от выделения оксиси углерода (СО) вследствие недостаточной его раскисленности.

При высоких температурах углекислый газ диссоциирует с образованием весьма активного свободного, одноатомного кислорода:

Окисление металла шва выделяющимся при сварке из углекислого газа свободным нейтрализуется содержанием дополнительного количества легирующих элементов с большим сродством к кислороду, чаще всего кремнием и марганцем (сверх того количества, которое требуется для легирования металла шва) или вводимыми в зону сварки флюсами (сварка ).

Как двуокись, так и окись углерода практически не растворимы в твердом и расплавленном металле. Свободный активный окисляет элементы, присутствующие в сварочной ванне, в зависимости от их сродства к кислороду и концентрации по уравнению:

Мэ + О = МэО

где Мэ - металл (марганец, алюминий или др.).

Кроме того, и сам углекислый газ реагирует с этими элементами.

В результате этих реакций при сварке в углекислоте наблюдается значительное выгорание алюминия, титана и циркония, и менее интенсивное - кремния, марганца, хрома, ванадия и др.

Особенно энергично окисление примесей происходит при . Это связано с тем, что при сварке плавящимся электродом взаимодействие расплавленного металла с газом происходит при пребывании капли на конце электрода и в сварочной ванне, а при сварке неплавящимся электродом - только в ванне. Как известно, взаимодействие газа с металлом в дуговом промежутке происходит значительно интенсивнее вследствие высокой температуры и большей поверхности контактирования металла с газом.

Ввиду химической активности углекислого газа по отношению к вольфраму сварку в этом газе ведут только плавящимся электродом.

Двуокись углерода нетоксична и невзрывоопасна. При концентрациях более 5% (92 г/м 3) углекислый газ оказывает вредное влияние на здоровье человека, так как она тяжелее воздуха и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья. Помещения, где производится сварка с использованием углекислоты, должны быть оборудованы общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией. Предельно допустимая концентрация углекислого газа в воздухе рабочей зоны 9,2 г/м 3 (0,5%).

Углекислый газ поставляется по . Для получения качественных швов используют газообразную и сжиженную двуокись углерода высшего и первого сортов.

Углекислоту транспортируют и хранят в стальных баллонах по или цистернах большой емкости в жидком состоянии с последующей газификацией на заводе, с централизованным снабжением сварочных постов через рампы. В стандартный с водяной емкостью 40 л заливается 25 кг жидкой углекислоты, которая при нормальном давлении занимает 67,5% объема баллона и дает при испарении 12,5 м 3 углекислого газа. В верхней части баллона вместе с газообразной углекислотой скапливается воздух. Вода, как более тяжелая, чем жидкая двуокись углерода, собирается в нижней части баллона.

Для снижения влажности углекислого газа рекомендуется установить баллон вентилем вниз и после отстаивания в течение 10...15 мин осторожно открыть вентиль и выпустить из баллона влагу. Перед сваркой необходимо из нормально установленного баллона выпустить небольшое количество газа, чтобы удалить попавший в баллон воздух. Часть влаги задерживается в углекислоте в виде водяных паров, ухудшая при сварке шва.

При выпуске газа из баллона вследствие эффекта дросселирования и поглощения теплоты при испарении жидкой двуокиси углерода газ значительно охлаждается. При интенсивном отборе газа возможна закупорка редуктора замерзшей влагой, содержащейся в углекислоте, а также сухим льдом. Во избежание этого при отборе углекислого газа перед редуктором устанавливают подогреватель газа. Окончательное удаление влаги после редуктора производится специальным осушителем, наполненным стеклянной ватой и хлористым кальцием, силикогелием, медным купоросом или другими поглотителями влаги

Баллон с двуокисью углерода окрашен в черный цвет, с надписью желтыми буквами «УГЛЕКИСЛОТА» .

Не вступают в химическое взаимодействие с металлами и практически не растворяются в металлах

Аргон (Ar) - бесцветный, без запаха, негорючий, неядовитый газ, почти в 1,5 раза тяжелее воздуха. В металлах нерастворим как в жидком, так и в твердом состояниях. Выпускается ( -79) двух сортов: высшего и первого.

В газе высшего сорта содержится 99,993 % аргона, не более 0,006 % азота и не более 0,0007 % кислорода. Рекомендуется для сварки ответственных металлоконструкций из активных и редких металлов и сплавов, цветных металлов.

В газе первого сорта содержится 99,98 % аргона, до 0,01 % азота и не более 0,002 % кислорода. Рекомендуется для сварки стали и чистого алюминия.

Гелий (Не) - бесцветный газ, без запаха, неядовитый, значительно легче воздуха и аргона. Выпускается ( -75) двух сортов: высокой чистоты (до 99,985 %) и технический (99,8%).

Используется реже, чем аргон, из-за его дефицитности и высокой стоимости. Однако при одном и том же значении тока дуга в гелии выделяет в 1,5 - 2 раза больше энергии, чем в аргоне. Это способствует более глубокому проплавлению металла и значительному увеличению скорости сварки.

Гелий применяют при сварке химически чистых и активных материалов, а также сплавов на основе алюминия и магния.

Азот (N 2) - газ без цвета, запаха п вкуса, неядовитый. Используется только для сварки меди и ее сплавов, по отношению к которым азот является инертным газом. Выпускается ( -74) четырех сортов: высшего - 99,9% азота; 1-го - 99,5%; 2-го - 99,0%; 3-го - 97,0%.

Активные

Защищают зону сварки от воздуха, но сами растворяются в жидком металле либо вступают с ним в химическое взаимодействие

Кислород (О 2) - газ без цвета, запаха и вкуса. Негорючий, но активно поддерживающий горение. Технический газообразный кислород (ГОСТ5583-78) выпускается трех сортов: 1-й сорт - 99,7% кислорода; 2-й - 99,5%; 3-й - 99,2%. Применяется только как добавка к инертным и активным газам.

Углекислый газ (СО 2) - бесцветный, со слабым запахом, с резко выраженными окислительными свойствами, хорошо растворяется в воде. Тяжелее воздуха в 1,5 раза, может скапливаться в плохо проветриваемых помещениях, в колодцах, приямках. Выпускается ( -85) трех сортов: высший-99,8% СО 2 , 1-й-99,5% и 2-й-98,8%. Двуокись углерода 2-го сорта применять не рекомендуется. Для снижения влажности СО 2 рекомендуется установить баллон вентилем вниз и через 1-2 ч открыть вентиль на 8-10 с для удаления воды. Перед сваркой из нормально установленного баллона выпускают небольшое количество газа, чтобы удалить попавший внутрь воздух.

В углекислом газе сваривают чугун, низко- и среднеуглеродистые, низколегированные конструкционные коррозионностойкие стали.

Газовые смеси

Служат для улучшения процесса сварки и качества сварного шва

Смесь аргона и гелия. Оптимальный состав: 50% + 50% или 40% аргона и 60% гелия. Пригоден для сварки алюминиевых и титановых сплавов.

Смесь аргона и кислорода при содержании кислорода 1-5% стабилизирует процесс сварки, увеличивает жидко текучесть сварочной ванны, перенос электродного металла становится мелкокапельным. Смесь рекомендуется для сварки углеродистых и нержавеющих сталей.

Смесь аргона и углекислого газа. Рациональное соотношение - 75-80% аргона и 20-25% углекислого газа. При этом обеспечиваются минимальное разбрызгивание, качественное формирование шва, увеличение производительности, хорошие свойства сварного соединения. Используется при сварке низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

Смесь углекислого газа и кислорода. Оптимальный состав: 60-80% углекислого газа и 20-40% кислорода. Повышает окислительные свойства защитной среды и температуру жидкого металла. При этой смеси используют электродные проволоки с повышенным содержанием раскислителей, например Св-08Г2СЦ. Шов формируется несколько лучше, чем при сварке в чистом углекислом газе. Смесь применяют для сварки углеродистых, легированных и некоторых высоколегированных конструкционных сталей.

Смесь аргона, углекислого газа и кислорода - трехкомпонентная смесь обеспечивает высокую стабильность процесса и позволяет избежать пористости швов. Оптимальный состав: 75% аргона, 20% углекислого газа и 5% кислорода. Применяется при сварке углеродистых, нержавеющих и высоколегированных конструкционных сталей.

Во многих городах нашей страны газ широко вошел в быт людей.

Кислород играет решающую роль при его горении. Прикройте на минутку воздушную заслонку у горелки газовой плиты. Пламя газовой горелки станет белым, коптящим и недостаточно горячим. Это потому, что газ сгорает не полностью, ему не хватает того кислорода, который он встречает в воздухе при выходе из горелки.

Чтобы полнее использовать теплотворную способность газа, горелка устроена так, что при входе в нее газ подсасывает воздух и, смешиваясь с ним, подходит к пламени с таким количеством кислорода, которого достаточно для его полного сгорания. Пламя при этом получается синеватое, короткое и очень горячее. Прикрывая кран газовой горелки, вы уменьшаете приток газа и тем самым уменьшаете подсос воздуха.

Газ, которым пользуются в быту, чаще всего добывается из недр земли и называется природным газом.

Большинство природных газов - это смесь органических соединений, главным образом углеводородов, то есть соединений, в состав которых входят углерод и водород. Оба эти элемента при соединении с кислородом выделяют огромное количество тепла.

В настоящее время открыто очень много крупных месторождений природного газа. Особенно богата природными газами Саратовская область.

По специальному газопроводу Саратов - Москва газ поступает в столицу нашей Родины, где широко используется в промышленности и для бытовых нужд населения.

Преимущества газообразного топлива перед твердым огромны. К ним прежде всего относятся удобства потребления, легкость подачи топлива в топку или газовую горелку, чрезвычайная простота управления пламенем и большая гигиеничность.

Но самым важным преимуществом газообразного топлива является его высокая теплотворная способность. Температура пламени горящего газа значительно выше температуры пламени твердого топлива и в некоторых случаях достигает 3000°.

Как же проходит процесс горения твердого и газообразного топлива?

При горении твердое топливо вначале подсушивается, а затем наступает так называемая сухая перегонка. Образуются газообразные вещества, содержащие углерод. Углерод этих горючих веществ соединяется с кислородом воздуха.

Сгорая, углерод образует углекислый газ (СO 2). При этом выделяется тепло. Часть этого тепла расходуется на осушку и перегонку новых частей твердого топлива; часть тепла забирает азот, который поступает в топку вместе с кислородом.

Нагреваясь до высокой температуры, азот покидает топку, бесцельно унося с собой тепло в атмосферу. Кроме того, из-за плохого «перемешивания» воздуха с твердым топливом не весь кислород, поступающий в топку, участвует в горении; часть его, нагреваясь вместе с азотом, также уходит в атмосферу. Большое количество тепла уходит бесполезно, и вместе с ним уносится много мелких частиц угля в виде дыма.

При использовании газообразного топлива часть этик недостатков устраняется. Горючий газ еще до подхода к пламени хорошо перемешивается с кислородом воздуха. Подачу воздуха в топку можно отрегулировать так, чтобы его было достаточно для полного сгорания газа и не было лишней потери тепла.

При подаче в топку подогретого газа и горячего воздуха потери тепла почти полностью устраняются. На подогревание воздуха и газа обычно используется тепло газов, выходящих из топки. Газообразное топливо экономичнее и удобнее твердого.

Газообразное топливо можно получить и искусственным путем. Для этой цели служат так называемые газогенераторные установки.

В высокую колонку, снабженную внизу колосниковой решеткой, загружают уголь. Загрузка угля производится через верхнее загрузочное отверстие. Когда колонка заполнена, отверстие закрывают, оставляя только узкий выход для газов. Снизу колонки под решетку подают воздух с определенным содержанием кислорода и поджигают уголь. Нижние слои угля, сгорая в присутствии кислорода, образуют углекислый газ и выделяют тепло. Это тепло поднимается вверх по колонке и накаляет верхние слои угля. Углекислый газ, полученный при горении нижних слоев, проходит через раскаленные до 700° верхние слои угля, отдает им часть своего кислорода и образует окись углерода. Окись углерода вместе с азотом воздуха проходит через выходное отверстие и собирается в газохранилищах.

Газ, получаемый в генераторных установках, называют генераторным газом.

Если в генератор вместе с воздухом пустить водяной пар, то одновременно с окисью углерода образуется и водород. Смесь этих газов носит название водяного газа и также используется как газообразное топливо. При горении водяного газа окись углерода соединяется с кислородом и образует углекислый газ. А водород, соединяясь с кислородом, дает воду.

Как генераторный, так и водяной газ содержит окись углерода. Окись углерода - бесцветный газ, не имеющий запаха, немного легче воздуха. Она ядовита и вызывает угар, откуда и происходит другое ее название - угарный газ. В общежитии мы часто подразумеваем под «угаром» запах несгоревшего топлива. Однако запах этот принадлежит не окиси углерода, а другим продуктам горения, также содержащим углерод.

Если продолжительное время (3-4 часа) находиться в помещении, где на каждые 100 тысяч частей воздуха приходится только одна часть окиси углерода, можно угореть. Примесь одной части окиси углерода к 800 частям воздуха уже крайне опасна для жизни человека и за полчаса может вызвать смерть.

Лучшим средством для пострадавшего является чистый воздух, а при сильном отравлении - чистый кислород.

Окись углерода обладает большой калорийностью. При сгорании 1 граммолекулы окиси углерода (28 граммов) выделяется 67 500 калорий; это на 29 500 калорий меньше тепла, выделяемого при сгорании 1 грамматома углерода (12 граммов):

(С + O 2 = СO 2 + 97 000 кал.)

(СО + V2O2 = СO 2 + 67 500 кал.)

Казалось бы, что при таком соотношении тепловых эффектов нецелесообразно уголь переводить в окись углерода, с тем чтобы, в конечном итоге, при сжигании ее получить меньше тепла. В действительности же это не так. Если подсчитать все потери тепла при сгорании твердого топлива, в том числе и потери на золу, которая составляет 5-30 процентов, то использование генераторного газа окажется выгодным.

Еще более целесообразным является получение окиси углерода на месте залегания угля без добычи его на поверхность. Такой способ получения газообразного топлива носит название подземной газификации угля.

Идея подземной газификации угля впервые родилась у великого русского химика Менделеева. В 80-х годах прошлого столетия он писал: «Настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что угля из земли вынимать не будут, а там, в земле, сумеют превращать в горючие газы и их по трубам будут распределять на далекие расстояния».

Эта смелая для того времени мысль была подхвачена многими учеными. Начало осуществления идеи подземной газификации было оценено В. И. Лениным в статье «Одна из величайших побед в технике», опубликованной в «Правде» в 1913 году. В. И. Ленин охарактеризовал подземную газификацию как переворот в промышленности, равносильный гигантской технической революции едва ли не самой важной отрасли производства.

Однако в условиях царской России не удалось развить подземную газификацию. Это стало возможным только при советской власти.

В 1931 году Центральный Комитет Всесоюзной Коммунистической партии принял решение по реализации проблем подземной газификации угля. С тех пор в нашей стране идет непрерывная работа по широкому внедрению этого передового метода добычи топлива из недр земли.

Преимущества этого метода огромны.

Подземная газификация значительно упрощает и удешевляет разработку каменноугольных месторождений и облегчает труд горняков. Транспорт освобождается от перевозок большого количества твердого топлива.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .