Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Сварка, резка и пайка металлов

Горючие газы для сварки и резки

Как уже отмечалось выше, технически чистый кислород для процессов газовой сварки и кислородной резки в большинстве случаев не может быть ничем заменён. Более разнообразен выбор горючих. Существует много горючих газов, достаточно калорийных,. не дефицитных и доступных для широкого промышленного-использования . Кроме того, возможно использование жидких. и даже твёрдых порошкообразных горючих, однако всё это разнообразие горючих может быть использовано преимущественно для: кислородной резки, не требующей высокой температуры пламени. Для газовой сварки применяется почти исключительно горючий газ. ацетилен, и все попытки заменить его в сварке пока не дали серьёзных результатов. При сжигании в технически чистом кислороде один лишь ацетилен даёт температуру, достаточную для сварки стали. Прочие газы дают температуру не достаточную для. сварки, настолько снижающую её производительность, что применение их для этой цели становится в большинстве случаев нерентабельным и практически нецелесообразным.

В качестве твёрдых горючих для газовой сварки известно применение в лабораторных опытах порошкообразных алюминия и древесного или каменного угля. Практического применения для газовой сварки горючие порошки пока не нашли. Для сварки могут быть применены жидкие горючие с высокой теплотворной способностью, например бензин, керосин, бензол. Обычно жидкие горючие предварительно испаряются так, что в зону пламени подводятся уже пары, поэтому жидкие горючие правильнее отнести к категории газообразных. Следует, однако, заметить, что жидкие горючие могут поступать в зону пламени и в мелко распылённом капельном состоянии, и в этом случае, как показывает опыт, можно обеспечить достаточно полное их сгорание в активной зоне сварочного пламени.

Жидкие горючие транспортабельны, удобны в обращении, сравнительно дёшевы и безопасны, поэтому получили широкое применение для кислородной резки; применение их для сварки весьма незначительно из-за недостаточно высокой температуры пламени.

Для широкого промышленного использования доступны достаточно многочисленные технические горючие газы, как, например, водород, светильный газ, природный газ, коксовый газ, метан, сжиженный газ (пропанобутановая смесь) и т. д. В связи с быстро развивающейся газификацией нашей страны особого внимания заслуживает природный газ, саратовский, дашавский и газ других месторождений, поступающий в огромных количествах в важнейшие промышленные центры. В большинстве случаев природный газ состоит почти целиком из метана СН4. Не вызывает никаких сомнений возможность и целесообразность использования природного газа для кислородной резки. Для основных сварочных работ по стали при современной технике газовой сварки применение перечисленных выше горючих газов и жидкостей следует признать нецелесообразным. Эти газы могут быть использованы лишь для сварки легкоплавких металлов: свинца, цинка, алюминия, магния и их сплавов, латуни, частично чугуна при небольших толщинах и размерах изделий и, в виде исключения, для стали малых толщин. В газовой сварке стали до настоящего времени применяется исключительно ацетилен.

Основное и незаменимое преимущество ацетилена состоит в том. что он даёт максимальную температуру, на несколько сотен градусов превышающую температуру, получаемую при других горючих газах. Эти несколько сотен градусов являются решающими. Ацетилен даёт температуру, едва достаточную для сварки стали, другие же газы дают температуру, явно недостаточную, исключающую серьёзные промышленные применения этих газов для сварки стали. Помимо высокой температуры пламени ацетилен имеет и некоторые другие преимущества. Он легко получается на месте работ из твёрдого вещества карбида кальция, удобного для перевозки и хранения. Ацетилено-кислородное пламя легко и удобно регулируется по виду центральной части, так называемого ядра пламени. Наряду с перечисленными преимуществами применение ацетилена связано и с существенными недостатками. Ацетилен дорог, стоимость его в 10—20 раз превышает стоимость других промышленных горючих газов. Кроме того, ацетилен дефицитен, а главное, весьма взрывоопасен, применение его связано с необходимостью строгого соблюдения правил техники безопасности. Несоблюдение этих правил может привести к разрушительным взрывам большой силы. Высокая стоимость ацетилена и его взрывоопасность давно выдвигают проблему создания более дешёвого, менее дефицитного и безопасного в обращении заменителя ацетилена. До сих пор работы в этом направлении не дали существенных результатов.

Рассмотрим основные свойства ацетилена, обусловливающие его исключительное значение для газосварочной техники. Ацетилен

— 23 объёма при 15° и 760 мм рт . ст.

Ацетилен является эндотермическим химическим соединением, т. е. его образование из элементов углерода и водорода происходит с поглощением значительного количества энергии, а распадается он на элементы экзотермически с выделением того же количества энергии в форме тепла. Энергия, затрачиваемая на образование ацетилена или освобождающаяся при его распадении на элементы, составляет 54 ккал на 1 г-мол (26 г). Этого количества тепла достаточно для повышения температуры продуктов распада примерно на 3000°. Распад ацетилена происходит по уравнению

Продуктами распада ацетилена являются тонко раздроблённый твёрдый углерод (сажа) и газообразный водород. Если распад происходит в замкнутом пространстве, то давление скачкообразно увеличивается в 11 раз вследствие повышения температуры, и процесс распада имеет характер взрыва. Таким образом, молекула ацетилена неустойчива и склонна к распаду, легко принимающему характер взрыва. Ацетилен должен быть признан взрывчатым веществом, взрыв может происходить, в отличие от большинства других горючих газов, не только в смеси с кислородом, но и при полном отсутствии кислорода или воздуха, что увеличивает опасность ацетилена в эксплоатации . Ацетилен не всегда разлагается со взрывом, разложение может иттн медленно, часто сопровождаясь образованием тяжёлых молекул более сложного состава (полимеризация), дающих смолообразные продукты, жидкие при нормальных условиях. Быстрому распаду ацетилена, переходящему во взрыв, способствуют многие обстоятельства, в особенности повышение давления и температуры ацетилена. Поэтому промышленное применение ацетилена запрещено при давлении выше предельно допустимого. В СССР предельно допустимое давление ацетилена для сварки и резки установлено в 1,5 атм или 15000 мм вод. ст. Неустойчивость молекулы ацетилена и экзотермичность процесса её распада одновременно делают ацетилен незаменимым горючим газом для газовой сварки. Ацетилено-кислородное пламя в наиболее горячей части имеет температуру около 3100°. Ни один другой промышленный горючий газ не может дать температуры выше 2500— 2700°, разница в 400—600° безоговорочно решает вопрос в пользу ацетилена.

Теплота сгорания ацетилена определяется следующими процессами:

т. е. 11900 ккал на 1 кг ацетилена или 13700 ккал на 1 м3 ацетилена при 15° и 760 мм рт . ст.

_ имеют меньшее значение, так как продукты этих реакций недостаточно устойчивы и диссоциируют при высоких температурах с поглощением тепла, что задерживает возрастание температуры пламени.

Ацетилен обладает чрезвычайно высокой взрывчатостью; смеси ацетилена с воздухом взрывчаты при содержании в них ацетилена от 2,8 до 65%, с кислородом — при содержании ацетилена от 2,8 до 93%. Ацетилен образует взрывчатые соединения с серебром и медью, потому применение этих металлов в ацетиленовых генераторах не допускается (медные сплавы, например латунь, допускаются). Взрывчатость ацетилена быстро возрастает с увеличением его давления, и при давлении около 2—2,5 атм могут происходить самопроизвольные взрывы ацетилена при отсутствии в нём примеси кислорода или воздуха.

Взрывчатость ацетилена требует строгого соблюдения специальных правил по технике безопасности, установленных для работ с ним. Нестойкость молекулы ацетилена, помимо его взрывчатости, обусловливает повышенную способность ацетилена к химическим реакциям, что делает ацетилен весьма ценным исходным полупродуктом для химической промышленности. Из ацетилена могут быть получены, например, этиловый (винный) спирт, уксусная кислота,, синтетический каучук и многие другие ценные продукты. При нагревании ацетилена легко идёт процесс полимеризации, т. е. соединения нескольких молекул ацетилена в одну более сложную молекулу по общему уравнению

и т. д., дающие жидкие смолообразные продукты сложного состава. В условиях работы ацетиленовых генераторов полимеризация может начинаться в заметных размерах при температурах 150—180°. Наличие полимеризации, обнаруживаемое по смолистым продуктам в трубопроводах и по желтоватой окраске ила, удаляемого из генератора, указывает на ненормальные условия работы генератора и сильный перегрев ацетилена. В хорошо сконструированных и правильно работающих ацетиленовых генераторах полимеризация ацетилена практически отсутствует.