Введение

Ацетилен (C 2 H 2) – химическое газообразное соединение углерода с водородом, без цвета, со слабым эфирным запахом и сладковатым вкусом.

Ацетилен в газосварочном производстве получил наибольшее распространение благодаря важным для сварки качествам (высокая температура пламени, большая теплота сгорания). Так, при разложении 1 кг ацетилена выделяется 8473,6 кДж теплоты. Это единственный газ, горение которого возможно при отсутствии кислорода (или окислителя вообще).

Выделение тепла при сгорании ацетилена обусловлено следующими процессами:

распад ацетилена: C 2 H 2 = 2C + H 2
сгорание углерода: 2С + O 2 = 2CO, 2CO + O 2 = 2CO 2
сгорание водорода: H 2 + 1/2O 2 = H 2 O

Ацетилен легче воздуха, масса 1 м 3 ацетилена при температуре 20 °С (273 К) и нормальном атмосферном давлении составляет 1,09 кг. При нормальном давлении и температуре от –82,4 °С (190,6 К) до –84,0 °С (189 К) ацетилен переходит в жидкое состояние, а при температуре –85 °С (188 К) затвердевает, образуя кристаллы.

Технический ацетилен выпускается двух видов: растворенный и газообразный.

Технический растворенный ацетилен марки А предназначается для питания осветительных установок, технический растворенный ацетилен марки Б и технический газообразный ацетилен предназначаются в качестве горючего газа при газопламенной обработке металлов.

Технический ацетилен получают из карбида кальция путем разложения последнего водой. При этом из карбида кальция в ацетилен переходят вредные примеси, загрязняющие ацетилен: сероводород, аммиак, фосфорный водород, кремнистый водород. Эти примеси могут ухудшать свойства наплавленного металла и поэтому удаляются из ацетилена промывкой в воде и химической очисткой. Особенно нежелательна примесь фосфористого водорода, содержание более 0,7 % в ацетилене повышает взрывоопасность последнего.

Свойства ацетилена

Основные свойства ацетилена приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные свойства ацетилена

Показатель	Данные показателя
Формула	С 2 H 2
Молекулярная масса	26,038
Плотность (при 0 °С и давлении 760 мм рт. ст.), кг/м 3	1,17
Плотность (при 20 °С и давлении 760 мм рт. ст.), кг/м 3	1,09
Критическая температура, °С	35,9
Критическое давление, кгс/см 2	61,6
Температура пламени, °С	3150-3200
Температура кипения (при 760 мм рт. ст.), °С	-81,8
Температура плавления (затвердевания) (при 760 мм рт. ст.), °С	-85
Высшая удельная теплота сгорания, кДж/м 3	58660
Низшая удельная теплота сгорания, кДж/м 3	55890
Температура самовоспламенения, °С	335
Давление самовоспламенения, МПа	0,14–0,16

По физико-химическим показателям технический ацетилен должен соответствовать нормам, указанным в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-химические показатели технического ацетилена

Показатель	Для ацетилена
	растворенного			газообразного
	марки А	марки Б
	высшей категории качества	высшей категории качества	первой категории качества
Объемная доля ацетилена, % не менее	99,5	99,1	98,8	98,5
Объемная доля воздуха и других малорастворимых в воде газов, % не более	0,5	0,8	1,0	1,4
Объемная доля фосфористого водорода, % не более	0,005	0,02	0,05	0,08
Объемная доля сероводорода, % не более	0,002	0,005	0,05	0,05
Массовая концентрация водяных паров при температуре 20 °С и давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), г/м 3 , не более Что соответствует температуре насыщения, °С, не выше	0,4	0,5	0,6	Не нормируется

Растворимость ацетилена

Газообразный ацетилен может растворятся во многих жидкостях. Данные о растворимости ацетилена в некоторых жидкостях при атмосферном давлении и температуре 15 °С приведены в таблице 3.

Растворимость ацетилена в жидкостях с понижением температуры увеличивается. Данные о растворимости ацетилена в ацетоне при различных температурах приведены в таблице 4.

Растворенным ацетиленом называется ацетилен, находящийся в баллоне, заполненном пористой массой, пропитанной растворителем – ацетоном. Искусственное охлаждение баллонов ускоряет процесс их наполнения. В порах пористой массы ацетилен растворен в ацетоне. При открывании вентиля баллона ацетилен выделяется из ацетона в виде газа. Растворенный ацетилен предназначен для его хранения и транспортирования.

Взрывоопасность ацетилена

При использовании ацетилена необходимо учитывать его взрывоопасные свойства. Это единственный широко применяемый в промышленности газ, горение и взрыв которого возможны даже при отсутствии кислорода или других окислителей.

Температура самовоспламенения ацетилена зависит от давления (таблица 5).

Повышение давления существенно уменьшает температуру самовоспламенения ацетилена. Частицы других веществ, присутствующие в ацетилене, увеличивают поверхность его контакта и тем самым снижают температуру самовоспламенения при атмосферном давлении до следующих значений, °С (К):

железная стружка – 520 (793);
латунная стружка – 500–520 (773–793);
карбид кальция – 500 (773);
оксид алюминия – 490 (763);
медная стружка – 460 (733);
активированный уголь – 400 (673);
гидрат оксида железа (ржавчина) – 280–300 (553–573);
оксид железа – 280 (553);
оксид меди – 250 (523).

Если ацетилен медленно нагревать до температуры 700–800 °С (973–1073 К) при атмосферном давлении, то происходит его полимеризация, при которой молекулы уплотняются и образуют более сложные соединения: бензол C 6 H 6 , стирол C 8 H 8 , нафталин C 10 H 8 , толуол C 7 H 8 и др. Полимеризация всегда сопровождается выделением теплоты и при быстром нагреве ацетилена может перейти в его самовоспламенение или взрывчатый распад.

Если при сжатии ацетилена в компрессоре до давления 29 кгс/м 3 (2,9 МПа) температура при завершении этого процесса не превышает 275 °С (548 К), то воспламенения не происходит, что позволяет наполнять баллоны ацетоном с целью его длительного хранения и транспортирования. С повышением давления температура, при которой начинается процесс полимеризации, понижается (рис.1).

При практическом использовании ацетилена допустим его нагрев до следующих значений температуры, °С (К):

300 (573) – при давлении 1 кгс/см 2 (0,1 МПа);
150–180 (423–453) – при 2,5 кгс/см 2 (0,25 МПа);
100 (373) – при более высоких давлениях.

Одним из важных показателей взрывоопасности горючих газов и паров является энергия зажигания. Чем меньше эта величина, тем взрывоопаснее данной вещество. Значения энергии зажигания ацетилена (при нормальных условиях): с воздухом – 19 кДж; в кислородом – 0,3 кДж.

Водяной пар служит флегматизатором для ацетилена, т.е. его присутствие существенно снижает способность ацетилена к самовоспламенению при наличии случайных источников теплоты и взрывчатому распаду. Согласно действующим нормам для ацетиленовых генераторов, в которых ацетилен всегда насыщен парами воды, предельное избыточное давление составляет 150 кПа, а абсолютное – 250 кПа.

При атмосферном давлении смесь ацетилена с воздухом взрывоопасна, если в ней содержатся 2,2 % ацетилена и более, смесь с кислородом – 2,8 % ацетилена и более (верхних пределов концентрации ацетилена для его смесей с воздухом и кислородом не существует, так как при достаточной энергии зажигания способен взрываться и чистый ацетилен).

Получение ацетилена

В промышленности ацетилен получают при разложении жидких горючих, таких как нефть, керосин, воздействием электродугового разряда. Применяется также способ производства ацетилена из природного газа (метана). Смесь метана с кислородом сжигают в специальных реакторах при температуре 1300–1500 °С. Из полученной смеси с помощью растворителя извлекается концентрированный ацетилен. Получение ацетилена промышленным способом на 30–40 % дешевле, чем из карбида калия. Промышленный ацетилен закачивается в баллоны, где находится в порах специальный массы растворенным в ацетоне. В таком виде потребители получают баллонный промышленный ацетилен. Свойства ацетилена не зависят от способа его получения. Остаточное давление в ацетиленовом баллоне при температуре 20 °С должно быть 0,05–0,1 МПа (0,5–1,0 кгс/см 2). Рабочее давление в наполненном баллоне не должно превышать 1,9 МПа (19 кгс/см 2) при 20 °С.

Для сохранности наполнительной массы нельзя отбирать ацетилен из баллона со скоростью 1700 дм 3 /ч.

Рассмотрим подробнее способ получения ацетилена в генераторе из карбида кальция. Карбид кальция получают путем сплавления кокса и негашеной извести в электрических дуговых печах при температуре 1900–2300 °С, при которой протекает реакция:

Ca + 3C = CaC 2 + CO

Расплавленный карбид кальция сливают из печи в формы-изложницы, где он остывает. Далее его дробят и сортируют на куски размером от 2 до 80 мм. Готовый карбид кальция упаковывают в герметически закрываемые кальция не должно быть более 3 % частиц размером менее 2 мм (пыль). По ГОСТу 1460-81 устанавливаются размеры (грануляция) кусков карбида кальция: 2×8; 8×15; 15×25; 25×80 мм.

При взаимодействии с водой карбид кальция выделяет газообразный ацетилен и образует в остатке гашеную известь, являющуюся отходом.

Реакция разложения карбида кальция водой происходит по схеме:

Из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 372 дм 3 (литра) ацетилена. Практически из-за наличия примесей в карбиде кальция выход ацетилена составляет до 280 дм 3 (литров). В среднем для получения 1000 дм 3 (литров) ацетилена расходуется 4,3–4,5 кг карбида кальция.

Карбидная пыль при смачивании водой разлагается почти мгновенно. Карбидную пыль нельзя применять в обычных ацетиленовых генераторах, рассчитанных для работы на кусковом карбиде кальция. Для разложения карбидной пыли применяются генераторы специальной конструкции. Для охлаждения ацетилена при разложении карбида кальция. Применяют также от 5 до 20 дм 3 (литров) воды на 1 кг карбида кальция. Применяют также «сухой» способ разложения карбида кальция. На 1 кг мелко раздробленного карбида кальция в генератор подают 0,2–1 дм 3 (литра) воды. В этом процессе гашения известь получается не в виде жидкого известкового ила, а в виде сухой «пушонки», удаление, транспортировка и утилизация которой значительно упрощается.

Транспортирование и хранение

Технический газообразный ацетилен транспортируют по трубопроводам из стальных бесшовных труб по ГОСТ 8731 и ГОСТ 8734. Давление ацетилена в трубопроводе должно быть не более 0,15 МПа (1,5 кгс/см 2). Окраска трубопроводов – по ГОСТ 14202.

Давление газа в трубопроводе должно измеряться манометром класса точности 2,5 по ГОСТ 8625, на циферблате которого должна стоять надпись «Ацетилен».

Техническим растворенным ацетиленом наполняют стальные баллоны для растворенного ацетилена с пористой массой (активным углем или литой пористой массой) и ацетиленом.

Баллоны должны быть оснащены вентилями специальных типов, предназначенными для ацетиленовых баллонов.

Давление газа в баллоне должно измеряться манометром класса точности не ниже 4 по ГОСТ 8625. Температуру газа в баллоне принимают равной температуре окружающей среды, в которой наполненный баллон должен быть выдержан не менее 8 ч.

При номинальном давлении 1,9 МПа (19,0 кгс/см 2) при 20 °С давление газа в баллоне в интервале температур от минус 5 до плюс 40 °С должно соответствовать указанному в таблице 6.

Таблица 6 - Давление ацетилена в баллоне в интервале температур

Температура газа, °С	Давление газа в баллоне, МПа (кгс/см 2), не более
-5	1,34 (13,4)
0	1,40 (14,0)
+5	1,50 (15,0)
+10	1,65 (16,5)
+15	1,80 (18,0)
+20	1,90 (19,0)
+25	2,15 (21,5)
+30	2,35 (23,5)
+35	2,60 (26,0)
+40	3,00 (30,0)

Остаточное давление газа в баллоне измеряют манометром класса точности 2,5 диаметром шкалы не менее 100 мм по ГОСТ 8625.

Баллоны от потребителя должны поступать с остаточным давлением, соответствующим указанному в таблице 7.

Растворенный ацетилен в баллонах перевозят всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки опасных грузов, действующими на данном виде транспорта, и правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

По железной дороге баллоны, наполненные растворенным ацетиленом, транспортируют повагонными и мелкими отправками в крытых вагонах. При транспортировании мелкими отправками колпаки баллонов должны быть опломбированы.

Для механизации погрузочно-разгрузочных работ и укрупнения перевозок автомобильным транспортом баллоны среднего объема помещают в металлические специальные контейнеры.

При транспортировании баллонов малого объема всеми видами транспорта они должны быть дополнительно упакованы в дощатые решетчатые ящики типа VII по ГОСТ 2991. Баллоны должны укладываться в ящики горизонтально, вентилями в одну сторону с обязательными прокладками между баллонами, предохраняющими их от ударов друг о друга.

Баллоны, наполненные ацетиленом, хранят в специальных складских помещениях или на открытых площадках под навесом, защищающим их от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей, по группе ОЖ 2 ГОСТ 15150.

Требования безопасности

Ацетилен – взрывоопасный газ. Взрывы ацетилена обладают большой разрушительной силой.

С воздухом образует взрывоопасную смесь с нижним концентрационным пределом воспламенения при атмосферном давлении, приведенным к температуре 25 °С, – 2,5 % (по объему) по ГОСТ 12.1.004-85.

Температура самовоспламенения 335 °С.

Давление самовоспламенения 0,14–0,16 МПа.

При определенных условиях ацетилен реагирует с медью, образуя взрывоопасные соединения, поэтому категорически запрещается при изготовлении ацетиленового обо-рудования применение сплавов, содержащих более 70 % меди.

Давление, образующееся при взрыве ацетилена, зависит от начальных параметров и характера взрыва. Оно может увеличиться примерно в 10-12 раз по сравнению с начальным при взрыве в небольших сосудах и возрасти при детонации чистого ацетилена в 22 раза, а при детонации ацетилено-кислородной смеси в 50 раз.

Технический ацетилен (с примесями) имеет резкий неприятный запах; длительное вдыхание его вызывает тошноту, головокружение и даже отравление. Ацетилен обладает наркотическим действием. Отравление вызывает, главным образом, фосфористый водород, находящийся в карбидном ацетилене.

Газообразный ацетилен легче воздуха и накапливается в высших точках слабо проветриваемых помещений, где возможно образование ацетилено-воздушной смеси.

Производство ацетилена по пожарной опасности относится к категории А, по классам взрывоопасных зон – к классам В1; В1а; В1б; В1г.

Помещения ацетиленового производства должны иметь приточную и вытяжную вентиляцию.

В качестве средств пожаротушения следует использовать сжатый азот, углекислотные огнетушители, асбестовое полотно, песок.

Сварка ацетиленом — это проверенная временем технология, которая позволяет выполнять красивые, качественные и надежные соединения металлических элементов. Ацетилен — это горючий газ, который получают из воды, кислорода и карбида кальция. Данная технология отличается универсальностью, что позволяет применять ее для работы с различными по своим показателям тугоплавкости металлами. Оборудование для выполнения такой сварки ацетиленом включает соответствующие баллоны с кислородом, который в процессе работы смешивается с карбидом, что и позволяет получать на выходе качественный горючий ацетилен.

Используемое оборудование

В недавнем прошлом обеспечить качественное соединение при помощи ацетилена было затруднительно, что объяснялось несовершенством используемых технологий. Однако сегодня появилось высококачественное оборудование, которое позволяет получать на выходе пламя с ровными параметрами, а сварщик имеет возможность с легкостью регулировать интенсивность и температуру горения пламени горелки. Такое оборудование для сварки ацетиленом включает соответствующий генератор, который в процессе работы заправляется карбидом и позволяет контролировать уровень давления в системе. Современные установки для такой сварки ацетиленом отличаются полной безопасностью в эксплуатации, они надежны, и просты в использовании.

Также возможно использование вместо кислорода и генератора сразу же баллона, заправленного ацетиленом, что позволяет существенно упростить выполнение сварочных работ. Тем самым снижаются трудозатраты и повышается производительность выполнения такой сварки. Однако необходимо учитывать, что использование уже заправленных ацетиленовых баллонов приводит к некоторому увеличению себестоимости выполняемой элементов.

Газовая сварка ацетиленом металлических изделий

Одним из несомненных преимуществ этой технологии сварки является ее простота. Для такой работы потребуются специальные горелки для работы с ацетиленом. Такие горелки промаркированы индексами от 0 до 5. Оборудование с индексом 0 имеет наименьшую производительность и предназначено для работы с легкосплавными металлами. А вот установки с маркировкой 5 отличаются максимальной производительностью, что позволяет использовать их для работы с тугоплавкими металлами.

Залогом качественного выполнения такой сварки ацетиленом станет правильный выбор горелки и ее грамотная регулировка. Необходимо также учитывать, что номер используемых электродов должен соответствовать маркировке горелки. В целом же, выбор электродов не представляет сложности. По параметрам они должны соответствовать показателям тугоплавкости металлов и быть приближены к нему своим сплавом.

Горелку продувают горючим газом из генератора и лишь после появления характерного запаха ацетилена можно поджигать горелку и добавлять небольшое количество кислорода из баллона. Регулируя вентиль на баллоне с кислородом, сварщик может регулировать интенсивность пламени, его температуру и насыщенность. Давление редуктора должно составлять приблизительно 2 атмосферы для кислородного баллона и от 2 до 4 атмосферы для генератора. В каждом конкретном случае эти показатели должны выбираться в зависимости от особенностей свариваемых металлических элементов.

Поверхности металлических элементов для сварки ацетиленом должны быть очищены от краски и других загрязнений. Их подгоняют максимально близко друг к другу. Далее необходимо пламя горелки направлять на шов соединения, а присадочный материал должен перемещаться вслед за горелкой. Подобная технология работы позволит обеспечить эластичность и прочность соединения. Также можно использовать технологию сварки, когда пламя от горелки направлено в сторону от получающегося шва. При этом присадочный материал вносится в высокотемпературную сварочную ванну, расплавляется и стекает в получаемый соединительный шов. Недостатком подобной технологии является увеличение зоны нагрева, что может привести к короблению металлических элементов и изменению структуры металла.

Сварка ацетиленом и кислородом: преимущества и недостатки данной технологии

Если же говорить о преимуществах и недостатках данной технологии можно отметить следующее:

Преимущества :

Низкая себестоимость работы.
Качественное пламя горелки.
Высокая температура сварки.
Качество соединения.

Недостатки :

Необходимость использования сложного оборудования.
Строгие требования по технике безопасности.
Сложность выполнения сварки в помещении.
Определенные сложности при работе с тонкими материалами.

Имеющиеся преимущества и недостатки необходимо учитывать при выборе данной технологии сварки, а также обязательно следовать правилам безопасности, что и позволит выполнить качественное соединение металлических элементов.

Заключение

Ацетиленокислородная сварка сегодня широко используется при проведении промышленных работ. С помощью данной технологии можно сваривать различные металлические элементы, которые отличаются своими показателями тугоплавкости. Данная технология позволяет существенно снизить расходы на работу с металлом, при этом отсутствуют какие-либо сложности при выполнении такой сварки. Необходимо лиши использовать высококачественное надежное оборудование и следовать требованиям правил безопасности.

Для газовой сварки необходимы два вида газов, первый - это кислород и второй- ацетилен. Кислородное соединение необходимо для содействия горению ацетилена во и других видов работ. Сам же ацетилен является горючим веществом. Иногда эту смесь стала заменять водородно кислородная смесь для сварки, производимая электролизно–водными агрегатами. При горении эта смесь дает более высокую температуру, но использование ее возможно только при наличии надежного оборудования для изготовления водородно кислородной смеси на месте.

Сварочное оснащение состоит непосредственно из баллонов с кислородом и ацетиленом. Наверху ёмкостей находится редуктор давления. К нему идет кислородная трубка темного цвета, а для ацетилена - обязательно красная. Оба эти шланга присоединены к горелке, с ее помощью и ведутся работы по металлу.

Кислородно ацетиленовая сварка и оборудование для нее

Баллон

Ёмкость для кислорода несколько массивнее ацетиленового. Все это обусловлено тем, что при работе со сваркой, кислорода уходит больше. Вверху ёмкости есть клапан отсечки, внизу которого приделан редуктор давления. Он необходим для контроля над давлением на некоторых этапах работы. Также стоит всегда помнить, что работать с сильным напором обоих веществ не рекомендуется.

Регулятор и его составные:

Входной патрубок регулятора
Кран регулятора давления
Два манометра для измерения низкого и высокого давления в баллоне
Выходной патрубок регулятора
Винт для регулирования давления
Кран регулятора давления
Соединение входа
Соединение выхода.

Перед тем, как приступить к работе, необходимо внимательно изучить составные части оборудования, чтобы не было сюрпризов во время работы. Контакты у ацетиленового редуктора и шлангов с левой нарезкой, а у кислородных - с правой. Гайки соединений для ацетилена имеют V-образное углубление, которое окружает центр ровного участка для распознавания.

Манометры прикреплены к каждому регулятору - это приборы для измерения и требуют бережного обращения. Манометр для измерения высокого давления имеет повышенные величины и измеряется в кгс/см 2 . Этот же прибор для низкого давления имеет те же величины. Редуктор держит линейное давление в точных рамках, даже если с уменьшением количества вещества в баллоне, уменьшается его напор. Когда давление очень понижается, линейное так же начинает уменьшаться. После чего его придется заново отладить для дальнейшей работы.

Корректирующие краны напора вещества

Для управления линейным давлением в шлангах и горелке имеются специальные корректирующие краны редуктора. Чтобы давление сделать больше, кран стоит повернуть вправо, что способствует подачи газов через шланги в горелку.

Стыки на выходах

Шланги для сварки прикрепляются к выходным патрубкам регулятора горелки. Для мер предосторожности стоит применять пламегаситель между редуктором и шлангами, чтобы предотвратить продвижению огня по шлангу в баллон для газа. Надо помнить на зубок, что насечка на кислородных соединениях - правая. Смазку использовать нельзя. Все должно быть сухое.

Шланги

Они необходимы, чтобы поставлять газы от редуктора к горелке под пониженным давлением, для чего их связали вместе.

Как можно прочитать выше, они разного цвета - темный для кислорода и красный для ацетилена. Шланги для сварки состоят из нескольких слоев резины и оплетки. В его середине - резина, вокруг которой прорезиненная ткань и впоследствии покрытая провулканезированным защитным слоем из резины. Шланги не подвержены горению, но если такое случается, то они сами гаснут при удалении источника жара.

Условия пользования шлангами

Необходимо придерживаться нескольких несложных правил, все это увеличит время службы данного материала:

Перед вводом в работу нового шланга, очистите его от талька посредством выдувания.
Хранить их надо в защищенном от огня и искр месте.
Содержите в чистоте и не кладите куда попало.
Вовремя удаляйте поврежденные участки шланга и соединяйте их в том месте с помощью специальных муфт.
Всегда помните, какой из них кислородный, а какой ацетиленовый.
Если шланг старый или имеет множество стыков муфтами, смените его на новый.

Сварочная горелка и ее оболочка

Состоит она из двух трубок и клапанов, которыми можно управлять. Один клапан с трубкой для управления ацетиленом, соответственно второй - для кислорода. В самой оболочке не происходит смешение газов, это происходит при помощи отрезного наконечника, который прикреплен к горелке. Сама же оболочка предназначена для поступления вещества к наконечнику и в качестве держателя. На самой оболочке имеются два колец для усиления сварочного наконечника. Одно большее - для усиления канала поступления кислорода, второе - маленькое, чтобы усилить канал подачи ацетилена.

Управляющие клапаны

У горелки в корпусе имеются два укрепляющих клапана на концах шлангов. Время от времени подтягивайте скрепляющие гайки, очищайте от загрязнений чистым материалом, смазывать нельзя.

Цилиндр (держатель) горелки

Он играет роль помощника, что помогает подавать вещества раздельно к сварочному наконечнику. В середине находится кислородная трубка, вокруг которой сконцентрировано, расположены отверстия для выхода ацетилена.

Наконечник

Сварочный наконечник или головка насаживается на цилиндр горелки посредством накручивания. Через канал в середине кислород поступает в наконечнике, а ацетилен - вокруг кислородного канала через отверстия. Для уплотнения соединения поверхность конуса внутри головки усилена кольцом. Резьба снаружи и корпус внутри могут быть восстановлены при необходимости. По мере загрязнения стоит очищать поверхность чистой ветошью.

Запуск горелки в работу

Чтобы рассказать, как правильно пользоваться таким оборудованием, как ацетилено кислородная сварка, рассмотрим данный пример. Предположим, что металлический лист толщиной 0,8 мм необходимо сварить. В руководстве по использованию данным оборудованием рекомендовано пользоваться наконечником №0 при ацетиленовом и кислородном линейном давлении 0,2 кгс/см 2 . Для начала необходимо открыть баллон с помощью клапана, но клапаны горелки при этом не надо трогать. Затем давление в редукторе настроить до значения примерно 0,35 кгс/см2. Если вдруг возникнет такая необходимость, как замена наконечника на другой размер, то нужно будет заново установить параметры линейного давления редуктора.

Убедитесь, что все правильно сделано и включайте горелку. Но сначала надо надеть защитные очки. Для подачи ацетилена откройте клапан на горелке на столько оборотов, как и кислородный. Зажигайте горелку, воспользовавшись специальной зажигалкой, только ни в коем случае не спичками, прикуривателем или подобным. Нельзя зажигать в сторону рядом стоящих людей или легко воспламеняющихся приборов и материалов. Откручивайте кислородный клапан баллона, пока не пропадет сажа или дым. Только потом выставьте значение редуктора до нужного напора. Необходимо, чтобы пламя горелки было нейтральным.

Есть 4 типа сварочного пламени и каждое имеет свое предназначение. Чаще всего применяется нейтральное, именно оно необходимо для сварочных работ.

Надо настроить клапан горелки так, чтобы в результате получить пламя яркого светло-голубого цвета. Если она отрегулирована правильно, то не слышно шипения и виден только острый внутренний конус. При неправильной настройке горелки пламя будет сжигать металл, а не сваривать его. Концентрированное ацетиленом пламя можно определить по длинному грубо-оранжевому концу. Такой огонь вводит в металл избыточный углерод. Это неправильно. Огонь должен быть светло-голубой с четким внутренним конусом. После получения нейтрального огня можно приступать к работе.

Способы сварки

Сварка «на себя»

Этот способ предназначен для создания шва, когда горелка направлена под углом в 450 к металлу. Сварочный электрод и расплавленное место движутся вместе. При этом наконечник совершает круговые и полукруговые движения вдоль сварочного шва. Электрод двигается по месту нагрева внутрь и наружу. Получается ровное и прочное соединение посредством равномерного распределения тепла.

Сварка способом «от себя»

Осуществляется аналогично, как и в методе «на себя», но имеет различие в направлении наложения сварочного шва (стрелки).

Применяется, как правило, для сваривания элементов толстой стали. Принцип заключается в поддержании температуры расплавленного пятна горелкой (можно агрегат и баллон с газом и кислородом), за которым следует электрод. Другими словами образуется расплавленный шов, в котором и базовый метал и электрод расплавляются непосредственно в шве в единую взаимопроникающую массу и полностью заполняют пространство свариваемых деталей. При этом важно добиться именно взаимопроникновения, поскольку в противном случае качество сварки будет на низком уровне.

В случае использования этого метода при газовой сварке (например, кислородно-ацетиленовая сварка), электрод и горелку размещают под углом 40-45 градусов к свариваемой поверхности таким образом, чтобы угол между горелкой и электродом ровнялся 90 градусам. Далее горелку следует передвигать по контуру шва изнутри в наружу для контроля прогреваемого участка и заполнять расплавленное пятно электродом.

Очень важный момент в достижении высокого качества сварки является пенетрация, или другими словами взаимопроникновение расплавленного металла свариваемых между собой деталей и соединителя (электрода). Таким образом, получается, что при недостаточном проникновении сварочный шов может хорошо выглядеть, но прочность будет желать лучшего. И наоборот, отличная пенетрация при неаккуратно проделанной сварочной работе может гарантировать отличное качество соединения металлических элементов. Для достижения максимального результата необходимо предварительно «прихватывать» сварочные поверхности с целью уменьшения зазоров между ними.

Сварка с использованием флюса (понадобится баллон с кислородом и газом)

Теперь пришла очередь рассмотреть сварку с применением флюса, которую еще называют пайкой твердым припоем. Суть процесса называется именно пайкой, поскольку в качестве электрода используется металл с более низкой температурой плавления, нежели элементы, которые следует соединить.

Как правило, электроходом или припоем в таких случаях служит бронзовые или латунные стержни. Сварка производится путем разогрева металлических деталей до температуры плавления латунного или бронзового электрода, который благодаря действию папиллярного эффекта плотно заполняет шов, а диффузия припоя обеспечивает плотное и надежное соединение. При этом в качестве смеси для газовой сварки используется топливо (пропан, метан, ацетилен и т.д.) и кислородный газовый баллон.

Особую роль при такой сварке играет флюс, поскольку очищая и обезжиривая сварочные поверхности, именно он обеспечивает физическое явление папиллярного эффекта и диффузии, без которых пайка не была бы возможной. По сути, это явление пенетрации (взаимопроникновения), которое происходит при сварке тугоплавких металлов.

Вышеописанный метод может использовать для нагрева обычную газовую сварку, но сама процедура спаивания происходит при более низких температурах, что бывает в некоторых случаях очень полезным (например, при кузовных работах). Поэтому, при необходимости частого использования подобной сварки нужно держать про запас кислородный и газовый баллон.

В то же время, использовать пайку крайне не рекомендуется при необходимости соединения деталей, берущих на себя значительную нагрузку (подвеска шасси, рамы, детали кузова и ходовой части). В этом случае нужна традиционная высокотемпературная сварка.

Сварка с использованием флюса имеет несколько важных моментов:

Во-первых, спаиваемые поверхности должны быть не только зачищены, но и обезжирены.
Во-вторых, для достижения этого эффекта необходимо использовать флюс, который бывает в виде порошка или пасты, но лучше всего, когда он уже нанесен на электроды, что значительно упрощает процедуру его применения непосредственно при пайке.

Таким образом, проявлением высокого качества пайки является ровные и блестящие поверхности соединенных деталей и наоборот, пузырьки и белый порошок по краям свидетельствует о допущении распространенной в этих случаях ошибке - перегрева металла и как следствие плохое качество соединения (бывает также в случае, если кислородный баллон неправильно настроен или отрегулирован).

Существует также технология сварки способом «внахлест», который заключается в действии папиллярного эффекта, который заставляет припою или электроду действовать подобно клею без взаимопроникновения металлов (пенетрации).

Газовая (кислородная) сварка металлических сплавов (понадобится баллон с кислородом и газом).

Используется для спаивания цветных или «белых» металлов и их сплавов на основе цинка. В этом случае для припоя флюс не используется. Особенностью пайки эти металлов является удержание спаиваемых материалов и припоя в граничном состоянии между твердым и редким состоянием. Фактически они пребывают в пастообразном состоянии и сложность этого процесса как раз, и состоит в поддержании именно этой, «граничной» температуры деталей и электрода (в пределах 390 градусов).

Контроль температуры при пайке

Кислородная газовая горелка должна быть отрегулирована на пламя самой минимальной интенсивности. При этом удерживая горелку на расстоянии примерно 5-ти сантиметров от деталей на протяжении 10-ти секунд, вы должны заметить размягчение металла.

Нагревать спаиваемые детали и припой следует не спеша и равномерно, кислородная газовая горелка позволяет это делать без проблем, и со временем трудностей у вас будет возникать все меньше (но до этого момента вам придется израсходовать не один кислородный газовый баллон). Доведя, таким образом, основной металл и припой до пастообразного состояния поступаем как с замазкой для окон – разогревая понемногу электрод, вставляем (замазываем) его в проемы меж деталями, при этом, то приближая, то отдаляя пламя для поддержания «рабочей» температуры.

Налаживать припой следует в проемы с небольшим избытком, при этом важно использовать низкое давление газов, соответствующим образом отрегулировав баллон, при которой кислородная газовая сварка не будет выдавать избыточное давление, которое может сдуть спаиваемый шов.

Перед переходом метала в жидкое состояние, на нем появляются видимые маленькие блестки, что свидетельствует о необходимой «рабочей» температуре. Достаточно потренироваться пару часов, и вы без труда освоите эту технологию, при этом кислородная газовая сварка перестанет быть для вас проблемой.

Не нужно также держать горелку слишком близко, дабы не допустить перегрева металла, но и вовсе убирать тоже нельзя, чтобы не допустить остывания. Кроме того, температура должна быть более-менее постоянной в пределах рабочих градусов.

Газовая сварка алюминия

При этом кислородный сварочный агрегат необходимо полностью заменить газовым (понадобится баллон с газом метаном, пропаном и т.д.).

Для начала необходимо тщательно зачистить сварочные поверхности, потом нанести по обе стороны зачищенных участков специальный для алюминия сварочный флюс и дать ему время подсохнуть.
Пока он подсыхает необходимо вырезать шириной в 5-6 миллиметров и длиной в 25-30 сантиметров алюминиевую полоску, которая будет служить нам электродом (припоем). Здесь очень важно, чтобы температура плавления основного металла и припоя были идентичны.
Теперь необходимо настроить кислородный агрегат (баллон) и отрегулировать горелку. Использовать надо нейтральное пламя, поскольку алюминий легко поддается окислению. Линейное давление нужно отрегулировать в пределах от 0,15 до 0,3 кгс/см 2 , при этом, чем меньше толщина спаиваемого материала, тем ниже должно быть давление для предотвращения прожигания поверхностей.

Теория
Температура пламени зависит от теплоты сгорания топлива и теплоемкости продуктов реакции. Когда мы сжигаем что-то в воздухе - нагревать приходится и азот (которого почти 80%), потому температура пламени в воздухе обычно не высокая (~1500-2000C и ниже). А вот в чистом кислороде, при правильном соотношении объема горючего и кислорода - греть нужно только продукты реакции, и достижимы намного более высокие температуры.
Как топливо обычно рассматривают углеводороды. Углерод при сгорании дает углекислый газ, а водород - воду. Вода имеет очень большую теплоемкость (4.183 против 1.4 кДж/(кг*К)), соответственно, чем больше в горючем будет углерода, и меньше водорода - тем выше в первом приближении потенциально достижимая температура.
Наилучшее сочетание - у ацетилена C2H2, а например у метана CH4 и пропана C3H8 - это соотношение намного хуже.
Но существуют и другие соединения с равным количеством углерода и водорода - например бензол, C6H6. Помимо токсичности бензола, при его сгорании выделяется меньше энергии, т.к. в ацетилене "лишняя" энергия запасена в нестабильной тройной углеродной связи, что и обеспечивает ему одну из наибольших температур горения в кислороде - 3150 °C.
Эта лишняя энергия (~16%) может выделится во время самопроизвольной детонации сжатого ацетилена даже без доступа воздуха (продуктом реакции будет как раз бензол и винилацетилен). Wikipedia утверждает, что для этого нужно давление всего в 2 атмосферы - но я в шприце сжимал ацетилен до 4-5 атмосфер и ничего не происходило (видимо нужны катализаторы, удар или повышенная температура). В любом случае, из-за этого эффекта ацетилен в сжатом виде не хранят, а растворяют его в баллонах в ацетоне. Но есть и более простой и безопасный при маленьких объемах способ получения ацетилена - реакция карбида кальция с водой. Именно этот способ и будет использоваться.
Что примечательно, достигнуть еще бОльшей температуры можно - если использовать как топливо вещества, не содержащие водорода вообще: cyanogen (привет Android), (CN)2 - горит при 4525 °C и dicyanoacetylene C4N2, горит при 4990 °C (опять благодаря тройным углеродным связям, и меньшему относительному количеству лишнего азота). Но практически с этой целью их не используют из-за токсичности.

Безопасность
Сжатые кислород и ацетилен в баллонах - могут быть очень опасны при малейших нарушениях правил эксплуатации, потому их я конечно использовать не буду.
Ацетилен будет генерироваться из небольшого количества карбида кальция (~100г на одну сессию), в бутылке объемом 0.5л. Изначально я хотел использовать 2л, чтобы давление было более равномерное - но посмотрев на YouTube как взрывается литр ацетилена с кислородом - решил урезать осетра. Чтобы не создавалось опасного давление в генераторе - выход ацетилена на горелке никогда нельзя перекрывать. Генератор ацетилена нужно охлаждать - иначе будет "саморазгон" реакции из-за нагрева.
Кислород - будет генерироваться медицинским концентратором кислорода, что относительно безопасно.
Могла быть еще опасность накачать кислорода в генератор ацетилена с последующим хлопком - но для этого нужно, чтобы не сработал защитный клапан в генераторе кислорода, и был заблокирован (грязью например) выход газа из горелки.
И конечно работать нужно в специальных очках - не только для защиты от брызг металла, но и ультрафиолетового излучения пламени (т.е. прозрачные пластиковые защитные очки тут не подойдут).
Чтобы не допустить скапливания взрывоопасной концентрации ацетилена в случае утечек - вентилятор постоянно обдувал рабочее место + все операции проводились на свежем воздухе.
Также существует проблема "обратного удара" (в видео в конце статьи показан на 1:30): когда скорость течения газа в горелке становится слишком маленькая, пламя уходит внутрь горелки с хлопком, и если в ацетилене есть воздух - пламя может дойти до генератора ацетилена. Потому я не поджигал ацетилен сразу после начала реакции, а ждал ~15-30 секунд пока воздух не будет вытеснен. Также эта проблема может быть решена добавлением водяного клапана на пути ацетилена.

Конструкция
Итак, нам понадобится генератор кислорода. В моем случае - медицинский кислородный концентратор Atmung (цена порядка 20к рублей - но он, к счастью, уже был в наличии). Может генерировать 1 литр в минуту 95% кислорода, и бОльшие объемы при снижении концентрации. Работает по принципу короткоцикловой безнагревной адсорбции - за счет различной скорости прохождения газов через поры цеолита:

Далее - стандартная ацетиленовая горелка "Малютка", у неё самое маленькое сопло, куплена в интернет-магазине (960 рублей):

Мой генератор ацетилена работает следующим образом: вода из банки, стоящей на высоте 1-2 метра (для создания давления) через иглу инсулинового шприца маленькими каплями капает на карбид кальция в бутылке. Как только давление вырастает из-за выделившегося газа - вода капать перестает, до тех пор пока давление не снизится. Таким образом система стабилизирует сама себя. Тем не менее, генератор в банке с холодной водой - чтобы не допустить излишнего нагрева:

Результат
Пламя ацетилена в воздухе сильно коптит, и выглядит вполне заурядно:

С включением кислорода все меняется:

Можно плавить и поджигать сталь, резать все-таки не хватает мощности (надо брать более толстый наконечник, увеличивать давление):

Оказалось, гибкое стеклянное "оптоволокно" получается автомагически - когда расплавленное стекло капает, как только толщина шейки становится достаточно маленькой, оно очень быстро остывает и дальше не утончается.

Можно плавить стекло как масло, запаивать капсулы из стеклянных трубок:

Видео самодельного кислородно-ацетиленового сварочного аппарата:

Путь к IT у всех бывает очень тернистый. Я например в детстве хотел быть сварщиком - это же так красиво, когда вокруг летят брызги расплавленного металла! Но как-то не сложилось: мне начали выписывать журнал «Юный техник», где на последней странице одного из номеров рассказывали про робота, управляемого компьютером БК-0010… Но пунктик-то остался…

Также кто-то наверняка помнит передачу «Очумелые ручки», где из пластиковых бутылок делали различные креативные (как бы сказали сейчас) вещи.

Под катом - я покажу, как из пластиковой бутылки, инсулинового шприца, нескольких метров резинового шланга, клеевого пистолета (куда же без него) и некоторых других вещей, которые можно найти в каждом доме* сделать самую настоящую кислородно-ацетиленовую сварку.

Теория

Температура пламени зависит от теплоты сгорания топлива и теплоемкости продуктов реакции. Когда мы сжигаем что-то в воздухе - нагревать приходится и азот (которого почти 80%), потому температура пламени в воздухе обычно не высокая (~1500-2000C и ниже). А вот в чистом кислороде, при правильном соотношении объема горючего и кислорода - греть нужно только продукты реакции, и достижимы намного более высокие температуры.

Как топливо обычно рассматривают углеводороды. Углерод при сгорании дает углекислый газ, а водород - воду. Вода имеет очень большую теплоемкость (4.183 против 1.4 кДж/(кг*К)), соответственно, чем больше в горючем будет углерода, и меньше водорода - тем выше в первом приближении потенциально достижимая температура.

Наилучшее сочетание - у ацетилена C 2 H 2 , а например у метана CH 4 и пропана C 3 H 8 - это соотношение намного хуже.

Но существуют и другие соединения с равным количеством углерода и водорода - например бензол, C 6 H 6 . Помимо токсичности бензола, при его сгорании выделяется меньше энергии, т.к. в ацетилене «лишняя» энергия запасена в нестабильной тройной углеродной связи, что и обеспечивает ему одну из наибольших температур горения в кислороде - 3150 °C.

Эта лишняя энергия (~16%) может выделится во время самопроизвольной детонации сжатого ацетилена даже без доступа воздуха (продуктом реакции будет как раз бензол и винилацетилен). Wikipedia утверждает, что для этого нужно давление всего в 2 атмосферы - но я в шприце сжимал ацетилен до 4-5 атмосфер и ничего не происходило (видимо нужны катализаторы, удар или повышенная температура). В любом случае, из-за этого эффекта ацетилен в сжатом виде не хранят, а растворяют его в баллонах в ацетоне. Но есть и более простой и безопасный при маленьких объемах способ получения ацетилена - реакция карбида кальция с водой. Именно этот способ и будет использоваться.

Что примечательно, достигнуть еще бОльшей температуры можно - если использовать как топливо вещества, не содержащие водорода вообще: cyanogen (привет Android), (CN) 2 - горит при 4525 °C и dicyanoacetylene C 4 N 2 , горит при 4990 °C (опять благодаря тройным углеродным связям, и меньшему относительному количеству лишнего азота). Но практически с этой целью их не используют из-за токсичности.

Безопасность

Сжатые кислород и ацетилен в баллонах - могут быть очень опасны при малейших нарушениях правил эксплуатации, потому их я конечно использовать не буду.

Ацетилен будет генерироваться из небольшого количества карбида кальция (~100г на одну сессию), в бутылке объемом 0.5л. Изначально я хотел использовать 2л, чтобы давление было более равномерное - но посмотрев на YouTube как взрывается литр ацетилена с кислородом - решил урезать осетра. Чтобы не создавалось опасного давление в генераторе - выход ацетилена на горелке никогда нельзя перекрывать. Генератор ацетилена нужно охлаждать - иначе будет «саморазгон» реакции из-за нагрева.

Кислород - будет генерироваться медицинским концентратором кислорода, что относительно безопасно.

Могла быть еще опасность накачать кислорода в генератор ацетилена с последующим хлопком - но для этого нужно, чтобы не сработал защитный клапан в генераторе кислорода, и был заблокирован (грязью например) выход газа из горелки.

И конечно работать нужно в специальных очках - не только для защиты от брызг металла, но и ультрафиолетового излучения пламени (т.е. прозрачные пластиковые защитные очки тут не подойдут).

Чтобы не допустить скапливания взрывоопасной концентрации ацетилена в случае утечек - вентилятор постоянно обдувал рабочее место + все операции проводились на открытом воздухе.

Также существует проблема «обратного удара»: когда скорость течения газа в горелке становится слишком маленькая, пламя уходит внутрь горелки с хлопком, и если в ацетилене есть воздух - пламя может дойти до генератора ацетилена. Потому я не поджигал ацетилен сразу после начала реакции, а ждал ~15-30 секунд пока воздух не будет вытеснен. Также эта проблема может быть решена добавлением водяного клапана на пути ацетилена.

Конструкция

Итак, нам понадобится генератор кислорода. В моем случае - медицинский кислородный концентратор Atmung (цена порядка 20к рублей - но он, к счастью, уже был в наличии). Может генерировать 1 литр в минуту 95% кислорода, и бОльшие объемы при снижении концентрации. Работает по принципу короткоцикловой безнагревной адсорбции - за счет различной скорости прохождения газов через поры цеолита:

Далее - стандартная ацетиленовая горелка «Малютка», у неё самое маленькое сопло, куплена в интернет-магазине (960 рублей):

Результат

Пламя ацетилена в воздухе сильно коптит, и выглядит вполне заурядно:

С включением кислорода все меняется:

Оказалось, гибкое стеклянное «оптоволокно» получается автомагически - когда расплавленное стекло капает, как только толщина шейки становится достаточно маленькой, оно очень быстро остывает и дальше не утончается.

Можно плавить стекло как масло, запаивать капсулы из стеклянных трубок:

Задача жизни выполнена, надеюсь и вам было интересно:-)

PS. И не повторяйте это дома.

Дополнение от специалиста (@freuser):

С точки зрения профессионального сварщика (30 лет, 11 стажа, из них 2 именно газосварка):
Статья гожая, в общем дисклеймеры правильные. Стоит добавить, что работы ведутся на несгораемых поверхностях (искры летят метра на 2 от ветра, а капли металла даже потемневшие до обычных цветов могут прожечь обувь, если она является туфлями.)
Конструкция генератора называется ВК (вода на карбид), есть еще КВ и ВВ (гуглится со схемами, копирайт еще советский:)).
К видео комментариев нет, особо и смотреть нечего (с моей точки зрения), только стоит добавить, что большие стекла (или целые бутылки), а также камень/бетон/некоторые кирпичи при нагревании могут лопнуть/расслоиться с образованием низколетящих осколков, которые замечательно впиваются и вплавляются в кожу (особенно на лице), правда, на миллиметр, не более, и легко вынимаются оттуда.
Еще хотел бы ответить именно на habrahabr.ru/post/185720/#comment_6461342 : это не обратный удар, вернее не то, от чего предостерегал Nepherhotep, а просто горелка либо перегрелась, либо, скорее, от малого давления и близкого от сопла препятствия (либо засора внутри сопла) пламя пошло навстречу потоку, к инжектору (в этой горелке он под накидной гайкой, между ней и вентилями), но дальше не двинулось. А обычно под обратным ударом понимается случай, когда пламя проскочило инжектор и пошло по шлангу навстречу источнику. Бывает два вида обратных ударов (один я наблюдал воочию): пламя идет по ацетиленовому шлангу (обычное горение, только конец шланга постоянно обгорает и пламя движется равномерно к баллону/генератору) и по кислородному (тут все красивее - шланг вдруг 20-30-сантиметровым куском вспыхивает и превращается в лохмотья, секундная пауза - следующий отрезок и т.д. до самого баллона.) Хотя второй случай - редкость. Простейшая защита - пережимаешь шланг в отдалении, придавливаешь ногой (не забываем про туфли) и орешь напарнику «Санька, баллоны закрывай, *** !!» Для более цивильной защиты можно сделать водяные затворы - тоже бутылка, две трубки, одна до дна - входящая, вторая короткая - на горелку. До половины наливается водой и все, пузырьки красиво бегут))

Теги: