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» .

Для процессов газовой сварки и резки могут быть применены различные горючие газы, при сгорании которых в смеси с техническим кислородом температура газового пламени превышает 2000 °С. По химическому составу они, за исключением водорода, представляют собой или углеводородные соединения, или смеси различных углеводородов.

Для газопламенной обработки наибольшее распространение получил ацетилен (С 2 Н 2), при сгорании, в кислороде которого образуется пламя с более высокой температурой, чем при сгорании других горючих газов - заменителей ацетилена.

Ацетилен

Ацетилен представляет собой углеводород ненасыщенного ряда. Его химическая формула С 2 Н 2 , структурная формула Н-С = С-Н. При атмосферном давлении и нормальной температуре ацетилен - бесцветный газ. Технический ацетилен вследствие присутствия в нем примесей имеет резкий специфический запах. При 20 °С и 0,1 МПа плотность ацетилена р = 1,09 кг/м 3 . При атмосферном давлении ацетилен сжижается при температуре -82,4...-83,б °С.

Полное сгорание ацетилена происходит по реакции

т. е. для полного сгорания 1 объема ацетилена требуется 2,5 объема кислорода. Высшая теплота сгорания ацетилена при 0 °С и 0,1 МПа (2 В = 58660 кДж/м 3 . Теплота реакции сгорания ацетилена Q слагается из теплоты реакции распада ацетилена и суммы теплоты первичных реакций сгорания углерода и водорода.

Распад ацетилена происходит по реакции

Теплота распада Qq = 225,8 кДж/моль или Qq = 8686 кДж/кг.

Важным параметром сварочного пламени помимо его температуры является также интенсивность горения, под которой понимается произведение нормальной скорости горения на теплоту сгорания смеси. Данные об интенсивности горения ацетилена и некоторых других горючих приведены в табл. 2.1. Ацетилен обладает наибольшей интенсивностью горения по сравнению с другими газами, используемыми при газопламенной обработке.

Температура самовоспламенения ацетилена лежит в пределах 240-630 °С и зависит от давления и присутствия в ацетилене различных веществ. Повышение давления существенно снижает температуру самовоспламенения ацетилена. Присутствие в ацетилене частиц других веществ увеличивает поверхность контакта и тем понижает температуру самовоспламенения.

При сжатии ацетилена в компрессоре до давления 2,9 МПа, если температура в конце сжатия не превышает 275 °С, самовоспламенения ацетилена не происходит. Это позволяет наполнять баллоны ацетиленом с целью его длительного хранения и транспортирования. С повышением давления температурный предел начала процесса полимеризации понижается (рис. 2.1).

Практически при использовании ацетилена допустим нагрев его до следующих температур в зависимости от давления: при давлении 0,1 МПа до 300°С, придавлении 0,25 МПа до 150-180°С, при более высоких давлениях до 100 °С.

Один из важных показателей взрывоопасности горючих газов и паров - энергия зажигания. Чем меньше эта величина, тем взрывоопаснее данное вещество. Энергия зажигания кислородно-газовых смесей в 100 раз меньше, чем воздушно-газовых. Ацетилен имеет наименьшую энергию зажигания и в отношении взрывоопасности подобен водороду.

Рис. 2.1.

Таблица 2.1

Интенсивность горения газов

Присутствие паров воды сильно понижает способность ацетилена к самовоспламенению от случайных источников нагрева и взрывчатому распаду. В связи с этим в ацетиленовых генераторах, где ацетилен всегда насыщен парами воды, предельное давление действующими нормами установлено: избыточное 0,15 МПа, абсолютное 0,25 МПа.

При атмосферном давлении смесь ацетилена с воздухом взрывоопасна при содержании в ней 2,2% ацетилена и более; смесь с кислородом - 2,8% ацетилена и более. Верхнего предела взрываемости для смесей ацетилена с воздухом и кислородом не существует, так как взрываться, способен и чистый ацетилен при достаточной энергии зажигания.

Основным способом получения ацетилена является переработка карбида кальция. Этот способ довольно громоздок, дорог и требует затраты большого количества электроэнергий. Получение ацетилена из природного газа на 30-40% дешевле, чем из карбида кальция. Пиролизный ацетилен, используемый для сварки и резки, накачивают в баллоны с пористой массой, пропитанной ацетоном, по свойствам он не отличается от ацетилена, получаемого из карбида кальция.

Горючие газы

Для образования высокотемпературного пламени, применяемого при газопламенной обработке, используются различные горючие газы и пары горючих жидкостей. В большинстве случаев это предельные углеводороды – органические соединения углерода и водорода или смеси различных углеводородов.

Ацетилен получил наибольшее применение из-за наиболее высокой температуры пламени, образующегося при сгорании ацетилена в кислороде. Это единственный газ, горение которого возможно при отсутствии кислорода (или окислителя вообще).

Для работы ацетилен используется в двух видах – в растворенном (в баллонах) либо в газообразном (из ацетиленовых генераторов). Растворенный ацетилен – это газообразный ацетилен, растворенный в ацетоне. Преимущества этого состояния – безопасность проведения работ.

Кроме ацетилена при сварке и резке металлов используют и другие, более дешевые и менее дефицитные газы-заменители ацетилена (горючие газы и пары горючих жидкостей).

Горючие газы-заменители ацетилена подразделяются на две основные группы: сжимаемые и сжиженные .

К сжимаемым газам относятся водород, метан и такие много многокомпонентные газы, как природный, коксовый, городской и нефтяной.

К сжиженным газам относятся пропан, бутан и их смеси.

Сжимаемыми или сжатыми газами-заменителями ацетилена называются такие газы, которые при обычных условиях хранения и транспортировки не переходят в жидкое состояние ни при каких давлениях. Следуя этому определению, к сжимаемым можно отнести газы, критическая температура которых ниже встречающейся на практике температуры воздуха, ниже примерно –40 °С (ацетилен под это определение не подходит, так как его критическая температура равна 35,7 °С).

Газы-заменители используются в тех случаях, когда для осуществления процессов газопламенной обработки не требуется подогревающее пламя с очень высокой температурой. К таким процессам относятся сварка легкоплавких металлов (алюминий, магний и их сплавы, свинец), пайка высоко- и низкотемпературными припоями, поверхностная закалка, сварка тонкой стали, кислородная разделительная и поверхностная резка. Наиболее широкое применение газов-заменителей связано с кислородной разделительной резкой, при выполнении которой температура подогревающего пламени влияет лишь на продолжительность предварительного нагрева металла. Поэтому для резки могут быть использованы все газы-заменители, у которых температура пламени при сгорании в смеси с кислородом не ниже 2000 °С, а удельная теплота сгорания не менее 10 МДж/м 3 .

Применение местных дешевых газов вместо ацетилена значительно снижает стоимость газопламенной обработки и упрощает организацию работ.

Использование газов-заменителей не ухудшает качество сварки и резки металлов; применение их дает высокую чистоту кромок при резке металлов малых толщин. При сварке температура пламени должна примерно в два раза превышать температуру плавления металлов, поэтому газы-заменители, температура пламени которых ниже, чем у ацетилена, необходимо использовать для сварки металлов с более низкой температурой плавления, чем у сталей.

Выбор горючего газа зависит от его теплотворной способности.

Низшей теплотворной способностью (низшей теплотой сгорания) газа называется количество теплоты, получаемое при полном сгорании 1 м 3 или 1 кг горючего газа или жидкости. Чем выше теплотворная способность газа, тем меньше его расход при сварке и резке металлов, и тем оно более пригодно для газопламенной обработки. Для полного сгорания одинакового объема различных горючих газов требуется различное количество кислорода, от этого зависит эффективная мощность пламени.

Эффективной мощностью пламени называется количество теплоты, вводимой в нагреваемый металл в единицу времени.

Выражает тепловую эффективность газов-заменителей ацетилена. Он представляет собой отношение расхода газа-заменителя к расходу ацетилена при одинаковом тепловом воздействии на металл:

Этот коэффициент может быть также определен, как отношение теплотворной способности ацетилена к теплотворной способности газа-заменителя ацетилена:

ЛИТЕРАТУРА

• Основы сварочного дела / В.Г. Геворкян. – М.: Высшая школа, 1991. – 239 с.
• Газосварщик / Под ред. В.В. Шапкина. – СПб.: Политехника, 2003. – 354 с.
• Сварка и резка в промышленном строительстве / Под ред. Б.Д. Малышева. – М.: Стройиздат, 1980. – 782 с.
• Сварка, резка, пайка металлов – М.: Аделант, 2003. – 192 с.
• Газовая сварка / В.Г. Лупачев. – Мн.: Высшая школа, 2001. – 400 с.
• Газовая сварка и резка металлов / И.И. Соколов. – М.: Высшая школа, 1986. – 304 с.
• Справочник молодого газосварщика и газорезчика / Д.З. Амигуд. – М., Высшая школа, 1974. 207 с.
• Сварка в машиностроении. Т.1 / Под ред. Н.А. Ольшанского. 1978. 504 с.
• Газопламенная обработка металлов с использованием газов-заменителей ацетилена / А.К. Нинбург. М., Машиностроение, 1976. – 152 с.
• Газопламенная обработка металлов / Г.В. Полевой, Г.К. Сухинин. – М.: Академия, 2005. – 336 с.

Кислород - газ без цвета и запаха, соединяется с большинством элементов, кроме инертных газов, благородных металлов, а также фтора. Активно поддерживает горения. Химическая формула О 2 .Температура сжижения кислорода при нормальном атмосферном давлении -182,96°С. Температура затвердевания - 218,4 o С.

Кислород получают из атмосферного воздуха. Принцип получения заключается в следующем: воздух охлаждается и сжижается, а затем кислород выделяется вследствие разницы температур кипения кислорода (-183 o С) и азота (-195,8 o С), благодаря чему азот испаряется из воздуха раньше и быстрее, чем кислород.

Кислород поступает потребителю по трубопроводу под давлением 0,5-3,0 МПа (кгс/см 2) от кислородной станции или газификатора, от перепускных разрядных рамп или индивидуальных баллонов под давлением 15 МПа (150 кгс/см 2).

Кислород газообразный технический выпускается по ГОСТ 5583-78 трех сортов: (I, II, III) I сорт - чистота 99,7%; II сорт - чистота 99,5%; III сорт - чистота 99,2%.

На предприятиях используется в основном кислород I сорта. Для чистовой резки допускается применение кислорода II сорта, но при этом значительно возрастает его расход.

При работе с кислородом следует всегда помнить, что кислород при контакте с маслом или жиром образует взрывоопасное соединение, поэтому вся кислородная аппаратура должна подвергаться тщательному обезжириванию. В процессе работы необходимо следить, чтобы грязь, масло и жир не могли попадать на детали аппаратуры.

Ацетилен

Ацетилен - газ, ненасыщенный углеродом, легче воздуха, бесцветен, имеет сладковатый вкус и слабо эфирный запах. Химическая формула C 2 H 2 . Температура плавления при сгорании в смеси с кислородом до 3200 o С. Длительное вдыхание ацетилена вызывает головокружение и отравление. Ацетилен имеет наибольшую из всех горючих газов скорость реакции горения в кислороде. Этим объясняется его склонность к хлопкам и обратным ударам.

Смесь ацетилена с воздухом и кислородом крайне взрывоопасна в различных пропорциях (2,2 - 81% - с воздухом, и 2,8 - 93% - с кислородом), кроме того чистый ацетилен взрывоопасен в сжатом состоянии, начиная с 15 МПа (150 кгс/см 2). К потребителю ацетилен поступает по трубопроводу от газоразрядных перепускных рамп, в баллонах или его получают из карбида кальция в ацетиленовом генераторе. Использование растворенного ацетилена из баллонов предпочтительнее ацетилена, полученного в ацетиленовом генераторе: более устойчиво работает аппаратура, повышается безопасность работ и чистота рабочего места, обеспечивается лучшее использование дорогостоящего карбида кальция.

Газы - заменители ацетилена

Ввиду высокой стоимости ацетилена (С 2 Н 2 стоит приблизительно в 4 раза дороже пропанобутановой смеси и в 43 раза дороже природного газа). Кроме того газы-заменители обладают рядом преимуществ перед кислородно-ацетиленовой резкой: более высокое качество поверхности реза; отсутствует оплавление кромок; процесс резки устойчивый, отсутствуют «хлопки» пламени; расстояние между мундштуком и разрезаемым металлом может изменяться в более широких пределах; износоустойчивость мундштуков при применении природного газа в 2-3 раза больше по сравнению с кислородно-ацетиленовой резкой. Газы-заменители подразделяются на две группы: сжиженные и сжимаемые.

Сжимаемые газы - метан и многокомпонентные газы, такие, как природный, городской, нефтяной и коксовый. К ним же относится и водород. Природные газы состоят в основном из метана и подаются, как правило, по трубопроводу или (реже) в баллонах под давлением 15 МПа (150 кгс/см 2). Городской газ по своему составу непостоянен и содержит от 70 до 98% метана. К заводскому потребителю газ поступает по трубопроводу под давлением 0,3 МПа (3 кгс/см 2).

Сжиженные газы - пропан, бутан и их смеси. Крупные потребители получают их в железнодорожных и автомобильных цистернах, из которых их переливают в заводские стационарные емкости (хранилища). Далее газ подается в газификатор или отбирается в паровой фазе. В таком виде он поступает в заводской газорегуляторный пункт и далее в межцеховые газопроводы под давлением не менее 0,01 МПа (0,1 кгс/см 2).

Техника кислородной резки с использованием газов - заменителей ацетилена принципиально такая же, как при резке ацетилено-кислородным пламенем. К особенностям кислородной резки на газах - заменителях ацетилена можно отнести следующее: максимальная температура пламени находится на расстоянии от ядра в 2-3 раза большем, чем у ацетилено-кислородного пламени. Это позволяет изменять расстояние между мундштуком резака и разрезаемым металлом в более широких пределах. Время начального подогрева металла при резке примерно вдвое больше, чем при нагреве ацетилено-кислородным пламенем, что несколько снижает производительность процесса резки.

В целом, кислородная резка с использованием газов-заменителей ацетилена (особенно природного газа) имеет ряд преимуществ перед ацетилено-кислородной: более низкая себестоимость процесса за счет низкой стоимости пропан-бутановой смеси и природного газа по сравнению со стоимостью ацетилена (в 3,5 и 43 раза соответственно!); более высокое качество поверхности реза (отсутствует оплавление кромок); процесс резки устойчивый, отсутствуют «хлопки» и обратные удары, что в свою очередь увеличивает безопасность и долговечность резака; износоустойчивость мундштуков в 2-3 раза больше у резаков с использованием газов-заменителей, чем у ацетиленовых; расстояние между мундштуком резака и разрезаемым металлом изменяется в более широких пределах.

Помимо газов также следует уделять внимание нефтепродуктам. Бензин, керосин, мазут и битум востребованные на нефтяном рынке. Оптом купить дизельное топливо летнее можно в компании Евро Групп Ойл по недорогим ценам.

Основные свойства горючих газов и жидкостей

Наименование	Низшая удельная теплота, МДж/м 3 (ккал/м)	Температура пламени в смеси с кислородом, о C	Коэффициент замены	Количество кислорода, подаваемого на 1 м 3 горючего, м 3	Предел взрываемости в смеси с кислородом, %
Ацетилен	52,8 (12600)	3100-3200	1,0	0,8-1,3	2,3-93,0
Природный газ	31-38 (7500-9000)	2000-2200	1,8	1,6-1,8	5-61 (по метану)
Городской газ	17-21 (4100-5000)	2000-2200	3,0	1,3-1,5	5-61 (по метану)
Пропан-бутан	9,1 (22000)	2500-2700	0,6	3,4-4,2	2,3-57 (по пропану)
Керосин (пары)	4,2-5 (1000-1200)	2400-2450	1-1,3	1,7-2,4 (м 3 /кг)

Жидкое горючее

Жидкое горючее - керосин, бензин - поступает к потребителю только из специальных бачков (передвижных и стационарных) под давлением до 0,3 МПа (3 кгс/см 2). Бензин и керосин перед применением следует очистить от механических примесей фильтрованием через войлок. Бензин следует использовать в смеси с керосином в соответствии 1/1.

Карбид кальция

Карбид кальция - твердое вещество темно-серого или коричневатого цвета и представляет собой продукт плавления извести с углеродом. Ацетилен получается в результате разложения карбида кальция водой по формуле: СаС 2 +2Н 2 0 = С 2 Н 2 + Са(ОН) 2 . Карбид кальция получается в больших кусках, которые дробятся. Количество мелочи и пыли, во избежание взрыва генератора, не должно превышать 5%. Транспортируется и хранится карбид кальция в специальных герметических закрытых барабанах. Масса в наполненном состоянии от 50 до 130 кг. Вскрываться барабаны должны специальными искробезопасными ключами.

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.