Ацетилен газ с резким запахом ацетилен используется для сварки и резки металлов

Обновлено: 06.07.2024

Горючие газы в смеси с кислородом предназначены для газопламенной обработки металлов. Наиболее часто для газовой сварки применяют ацетилен. Для газовой резки сталей, когда температура подогревающего пламени не оказывает решающего влияния на протекание процесса, а лишь увеличивает продолжительность начального подогрева металла перед резкой, рекомендуется использовать газы-заменители ацетилена, у которых температура пламени не менее 1800-2000°C.

В качестве газов-заменителей ацетилена используют:

Содержание

Ацетилен

Ацетилен С₂Н₂ является основным горючим газом для газовой сварки и резки металлов, температура его плавления при сгорании в смеси с технически чистым кислородом достигает 3150°С.

Ацетилен является химическим соединением углерода и водорода. Технический ацетилен при нормальных давлении и температуре представляет собой бесцветный газ с резким специфическим чесночным запахом, обусловленным содержащимися в нем примесями сероводорода, аммиака, фосфористого водорода и др. Длительное вдыхание его вызывает тошноту, головокружение и даже отравление.

Ацетилен легче воздуха, 1 м 3 при нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С имеет массу 1,09 кг. При нормальном давлении и температуре от -82,4°С (190,6 К) до -84,0°С (189 К) он переходит в жидкое состояние, а при температуре -85°С (188 К) затвердевает.

Ацетилен - самое распространенное горючее, используемое в процессах газопламенной обработки. При его использовании необходимо учитывать его взрывоопасные свойства. Ацетилен - высокое эндотермическое соединение, при разложении 1 кг С₂Н₂ выделяется 8373,6 кДж. Температура самовоспламенения колеблется в пределах 240-630°С и зависит от давления и присутствия в нем различных веществ.

Повышение давления существенно снижает температуру самовоспламенения. Присутствие в ацетилене других веществ увеличивает поверхность контакта и тем понижает температуру самовоспламенения.

Зависимость температуры воспламенения ацетилена от давления приведена ниже:

Температура, °С	630	530	475	350
Абсолютное давление, МПа	0,2	0,3	0,4	2,2

При взрыве ацетилена происходит резкое повышение давления и температуры, что может вызвать большие разрушения и тяжелые несчастные случаи. Ацетилен с воздухом образует взрывоопасные смеси в пределах от 2,2 до 81% С₂Н₂ по объему при нормальном атмосферном давлении, а с технически чистым кислородом - в пределах от 2,3 до 93%. Наиболее взрывоопасны смеси с содержанием 7-13% С₂Н₂. Взрыв ацетиленокислородной и ацетиленовоздушной смеси, в указанных пределах может произойти от сильного нагрева и искры.

Присутствие окиси меди снижает температуру самовоспламенения ацетилена до 240°С. При определенных условиях ацетилен реагирует с медью, образуя взрывоопасные соединения, вот почему категорически запрещается при изготовлении ацетиленового оборудования применение сплавов, содержащих более 70% меди.

Взрываемость ацетилена понижается при растворении его в жидкостях. Особенно хорошо он растворяется в ацетоне. В одном объеме технического ацетона при 20°С и нормальном атмосферном давлении можно растворить до 20 объемов ацетилена. Растворимость в ацетоне увеличивается с увеличением давления и понижением температуры.

Технический ацетилен получают двумя способами:

из карбида кальция
из природного газа, нефти и угля

Ацетилен, полученный из природного газа, называется пиролизным. Получение его из природного газа на 30-40% дешевле, чем из карбида кальция.

К месту сварки ацетилен доставляется в специальных стальных баллонах, заполненных пористой пропитанной ацетоном массой, под давлением 1,9 МПа.

Кроме ацетилена при сварке и резке металлов применяют и другие более дешевые и менее дефицитные горючие газы и пары горючих жидкостей. Основная область применения газов-заменителей - кислородная резка, однако в последние годы они находят широкое применение и при других видах газопламенной обработки металлов - пайке, наплавке, газопламенной закалке, металлизации, газопрессовой сварке, сварке цветных металлов и сплавов. Правильное использование газов-заменителей не ухудшает качество сварки и резки металлов, применение их дает более высокую чистоту реза 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 при сварке металлов с более низкой температурой плавления, чем у сталей. При кислородной резке используются горючие газы, которые при сгорании в смеси с кислородом дают пламя с температурой не ниже 2000°С. Выбор горючего газа зависит от его теплотворной способности.

Теплотворная способность количество теплоты в килоджоулях, получаемое при полном сгорании 1 м 3 газа

Чем выше теплотворная способность газа, тем меньше его расход при сварке и резке металлов. Для полного сгорания одинакового объема различных горючих газов требуется различное количество кислорода, от этого зависит эффективная мощность пламени.

Эффективной мощностью пламени называется количество тепла, вводимое в нагреваемый металл в единицу времени

Для расчетов замены ацетилена другим газом-заменителем пользуются коэффициентом замены ацетилена.

Коэффициент замены ацетилена отношение расхода газа-заменителя V₃ к расходу ацетилена Va при одинаковой эффективной тепловой мощности: ?=V₃/Va

Водород

Ниже представлена лишь справочная информация о водороде, для более подробной информации читайте статью плотность, формула, масса, получение и другие характеристики водорода

Водород H₂ в нормальных условиях представляет собой горючий газ без цвета и запаха. Это один из самых легких газов, он в 14,5 раза легче воздуха. Водород способен образовывать в определенных пропорциях взрывоопасные смеси с воздухом и кислородом. Поэтому при сварочных работах необходимо строго соблюдать правила безопасности труда. Получают водород разложением воды электрическим током. К месту сварки водород доставляют в стальных баллонах в газообразном состоянии под давлением 15 МПа. Баллоны для водорода окрашивают в зеленый цвет. Водород, применяемый для сварочных работ, должен удовлетворять требованиям ГОСТ 3022-80. Водородно-кислородное пламя имеет синюю окраску и не имеет четких очертаний зон пламени, что затрудняет, его регулировку.

Коксовый газ

Коксовый газ - бесцветный горючий газ с запахом сероводорода. Коксовый газ получают при выработке кокса из каменного угля, состоит он из смеси газообразных горючих продуктов водорода, метана и других непредельных углеводородов. Применяют в основном для резки сталей, сварки и пайки легкоплавких цветных металлов. Для сварки и резки применяют коксовый газ, очищенный от сернистых соединений и смолистых веществ. Для полного сгорания 1 м 3 необходимо 0,9 м 3 кислорода. К месту сварки и резки коксовый газ подают по трубопроводам под давлением 1,3-1,5 кПа.

Городской газ

Городской газ является составным горючим газом. Обычно основным компонентом городского газа является природный газ, к нему добавляют коксовый и генераторный газы. Состав городского газа непостоянен, газ типа московского имеет следующий состав: метан (70-95%), водород (до 25%), тяжелые углеводороды (до 1%), азот (до 3%), оксид углерода (до 3%), двуокись углерода (до 1%), кислород (до 0,5%). К месту сварки городской газ доставляют по трубопроводам. Как заменитель ацетилена он используется для резки сталей, сварки и пайки легкоплавких цветных металлов.

Пропан

Пропан технический - бесцветный горючий газ с резким запахом, состоящий из пропана С₃Н₈ или из пропана и пропилена С₃Н₈, суммарное содержание которых должно быть не менее 93%. Получают пропан при переработке нефтепродуктов. При нормальных условиях пропан находится в газообразном состоянии, а при понижении температуры или повышении давления переходит в жидкое состояние. Так, при температуре 293 К пропан переходит в жидкое состояние при давлении 0,85 МПа. Испарение 1 кг жидкого пропана дает 0,53 м 3 паров.

Пропан-бутановая смесь - бесцветный горючий газ с резким запахом, является побочным продуктом при переработке нефти.

Смесь легко превращается в жидкое состояние, например при температуре 233 К пропан-бутановая смесь сжижается при атмосферном давлении. Сжиженные газы хранят только в закрытых емкостях, так как испарение жидкости происходит даже при 273 К.

Плотность пропан-бутана больше плотности воздуха, поэтому необходимо тщательно следить за герметичностью аппаратуры и коммуникаций во избежание образования взрывоопасной смеси газа с воздухом внизу помещения. Заполнение емкостей пропаном и пропан-бутановой смесью, транспортирование их, а также слив газа должны выполняться в соответствии с "Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением", утвержденными Госгортехнадзором.

Пропан-бутановые смеси широко применяются при резке сталей, сварке и пайке легкоплавких цветных металлов, закалке, газовой сварке пластмасс. К месту сварки смесь поставляют в стальных баллонах под давлением 1,6 МПа или по газопроводам через перепускную рампу. При испарении 1 кг пропана образуется 500 дм 3 газа.

Бензин

Бензин является продуктом переработки нефти. Он представляет собой легко испаряющуюся прозрачную жидкость с резким характерным запахом. Пары бензина при сгорании в кислороде дают температуру пламени 2400-2500°С. Для очистки бензина его фильтруют через войлок. Бензин используется для кислородной резки, а также для сварки и пайки легкоплавких металлов.

Керосин

Итак, мы узнали, что ацетилен является основным горючим газом для газовой сварки, но для газовой резки применяют другие, менее дорогие газы, которые позволяют осуществлять процесс резки без существенной потери производительности и качества.

Ацетилен - газ с самой высокой температурой пламени!

Ацетилен химическое соединение углерода и водорода. Ацетилен легче воздуха, 1 м 3 при 20°С и 760 мм рт. ст. имеет массу 1,091 кг/м 3 . Плотность по отношению к воздуху 0,9. Критическая температура 35,9°С и критическое давление 61,6 кгс/см 2 . При сгорании с кислородом он дает пламя с наиболее высокой температурой, которая достигает 3200°С, что объясняется его эндотермичностью (другие углеводороды экзотермичны, т. е. при распаде поглощают тепло). Химическая формула - C₂H₂, структурная формула Н-С=С-Н.

При нормальном давлении и температуре от -82,4°С (190,6 К) до -84,0°С (189 К) переходит в жидкое состояние, а при температуре -85°С (188 К) затвердевает, образуя кристаллы плотностью 0,76 кг/м 3 . Жидкий и твердый ацетилен легко взрывается от трения, механического или гидравлического удара и действия детонатора. Технический ацетилен при нормальных давлении и температуре представляет собой бесцветный газ с резким специфическим чесночным запахом из-за содержащихся в нем примесей в виде сернистого водорода, аммиака, фосфористого водорода и др.

История получения ацетилена

В 1836 г. в Бристоле на заседании Британской ассоциации Эдмунд Дэви (Edmund Davy), профессор химии Дублинского Королевского общества и двоюродный брат Гемфри Дэви (Humphry Davy), сообщил:

. При попытке получить калий, сильно нагревая смесь прокаленного винного камня с древесным углем в большом железном сосуде, я получил черное вещество, которое легко разлагалось водой и образовывало газ, оказавшийся новым соединением углерода и водорода. Этот газ горит на воздухе ярким пламенем, более густым и светящимся даже сильнее, чем пламя маслородного газа (этилена). Если подача воздуха ограничена, горение сопровождается обильным отложением сажи. В контакте с хлором газ мгновенно взрывается, причем взрыв сопровождается большим красным пламенем и значительными отложениями сажи. Дистиллированная вода поглощает около одного объема нового газа, однако при нагревании раствора газ выделяется, по-видимому, не изменяясь. Для полного сгорания нового газа необходимо 2,5 объема кислорода. При этом образуются два объема углекислого газа и вода, которые являются единственными продуктами горения. Газ содержит столько же углерода, что и маслородный газ, но вдвое меньше водорода. Он удивительно подойдет для целей искусственного освещения, если только его удастся дешево получать.

Дэви получил карбид калия К₂С₂ и обработал его водой.

В статье о получении карбида кальция мы писали о том, что его «двууглеродистый водород» впервые был назван ацетиленом французским химиком Пьером Эженом Марселеном Бертло (Marcellin Berthelot) в 1860 г. Только через 60 лет после открытия Дэви предсказанное им использование ацетилена для освещения явилось первым толчком для его промышленного получения.

Получение ацетилена

Получение ацетилена производится двумя основными способами:

в результате реакции карбида кальция и воды
из метана путем сжигания в смеси с кислородом в специальных реакторах при температуре 1300-1500°C

А вот какой способ сейчас более распространён можно узнать из статьи о получении ацетилена.

Применение ацетилена

Применение ацетилена при газовой сварке обусловлено тем, что у него самая большая температуры горения. Но он также нашел свое применение в химической отрасли для получения пластмасс, синтетического каучука, уксусной кислоты и растворителей. Более подробный ответ по данному вопросу можно найти в статье о применении ацетилена.

Горение ацетилена

Для полного сгорания 1 м 3 ацетилена по вышеуказанной реакции теоретически требуется 2,5 м 3 кислорода или = 11,905 м 3 воздуха. При этом выделяется тепло Q₁ ? 312 ккал/моль. Высшая теплотворная способность 1 м 3 С₂Н₂ при 0°C и 760 мм рт. ст., определенная в газовом калориметре, составляет Q_В = 14000 ккал/м 3 (58660 кДж/м 3 ), что соответствует расчетной:

312?1,1709?1000/26,036 = 14000 ккал/м 3

Низшая теплотворная способность при тех же условиях может быть принята Q_H = 13500 ккал/м 3 (55890 кДж/м 3 ).

Практически для горения в горелках при восстановительном пламени в горелку подается не 2,5 м 3 кислорода на 1 м 3 ацетилена, а всего лишь от 1 до 1,2 м 3 , что примерно соответствует неполному сгоранию по реакции:

где Q2 ? 60 ккал/моль или 2300 ккал/кгС₂H₂. Остальные 1,5-1,3 м 3 кислорода поступают в пламя из окружающего воздуха, в результате чего в наружной оболочке пламени протекает реакция:

Реакция неполного горения ацетилена протекает на внешней оболочке светящегося внутреннего конуса пламени, причем под влиянием высокой температуры на внутренней поверхности конуса происходит распад С₂Н₂ на его составляющие по реакции:

где Q₄?54 ккал/моль или 2070 ккал/кг С₂H₂.

Таким образом, общая полезная теплопроизводительность пламени применительно к сварочным процессам представляет собой сумму тепла, выделяемого при распаде С₂Н₂, и тепла, выделяемого при неполном сгорании, что составляет Q4 + Q2 = 2070 + 2300 = 4370 ккал/кг или 4370?1,1709 ? 5120 ккал/м 3 .

При содержании С₂Н₂ в смеси около 45% (т. е. при отношении кислорода к ацетилену, примерно равном 1,25) достигается максимальная температура горения ацетилена, которая составляет 3200°С.

При содержании 27% С₂Н₂ достигается максимальная скорость воспламенения ацетилено-кислородной смеси, которая равна 13,5 м/сек.

Данные зависимостей скорости воспламенения и температуры пламени и от содержания в ней ацетилена представлены ниже в таблице.

Содержание С₂Н₂ в смеси в объемных процентах	12	15	20	25	27	30	32	35	40	45	50	55
Максимальная температура горения ацетилена, °С	-	2920	2940	2960	2970	2990	3010	3060	3140	3200	3070	2840
Скорость воспламенения смеси, м/сек	8,0	10,0	11,8	13,3	13,5	13,1	12,5	11,3	9,3	7,8	6,7	-

Необходимо понимать, что полное сгорание ацетилено-воздушной смеси достигается при наличии в ней не более 1?100/(1+11,905)=7,75% ацетилена (так называемая стехиометрическая смесь). При этом продуктами реакции являются только углекислый газ (СО₂) и вода (H₂О). При содержании ацетилена более 17,37% в виде сажи выделяется свободный углерод.

С увеличение процентного содержание ацетила выделение сажи также возрастает (коптящее пламя), а при 81% С₂Н₂ - процесс горения прекращается или не возникает.

Хранение и транспортировка ацетилена

Ацетилен выпускают по ГОСТ 5457 растворенным и газообразным. Хранят и транспортируют его в растворенном состоянии в специальных стальных баллонах по ГОСТ 949, заполненных пористой, пропитанной ацетоном массой. Ацетилен, растворенный в ацетоне не склонен к взрывчатому распаду.

Баллоны окрашены в серый цвет и надписью красными буквами «АЦЕТИЛЕН» на верхней цилиндрической части.

Максимальное давление ацетилена при заполнении баллона составляет 2,5 МПа (25 кгс/см 2 ), при отстое и охлаждении баллона до 20°С оно снижается до 1,9 МПа (19 кгс/см 2 ). При этом давлении в 40-литровый баллон вмещается 5-5,8 кг С₂Н₂ по массе (4,6-5,3 м 3 газа при 20°С и 760 мм рт. ст.).

Давление ацетилена в полностью наполненном баллоне изменяется при изменении температуры следующим образом:

Температура, °С	-5	0	5	10	15	20	30	40
Давление, МПа	1,3	1,4	14	1,7	1,8	12	2,4	3,0

Другие требования техники безопасности можно узнать из статьи о классе опасности и мерах безопасности при работе с ацетиленом

Физические свойства ацетилена

Физические свойства ацетилена представлены в таблицах ниже.

Коэффициенты перевода объема и массы С₂Н₂ при Т=15°С и Р=0,1 МПа

Коэффициенты перевода объема и массы С₂Н₂ при Т=0°С и Р=0,1 МПа

Ацетилен в баллоне

Наименование	Объем баллона, л	Масса газа в баллоне, кг	Объем газа (м 3 ) при Т=15°С, Р=0,1 МПа
С₂Н₂	40	5	4,545

Благодаря информации в таблице можно дать ответы на часто задаваемые вопросы:

Получение и применение ацетилена

Прежде чем приступить к объяснению, где применяется ацетилен, давайте рассмотрим, как его получить.

Получение ацетилена производят двумя основными способами:

На данный момент способ получения ацетилена из карбида кальция используется редко, поскольку он довольно громоздкий, дорогой и требующий затрат большого количества электроэнергии.

Поэтому на смену ему пришел способ получения ацетилена из природного газа (метана) термоокислительным пиролизом метана с кислородом (так называемый пиролизный ацетилен).

Получение ацетилена пиролизным способом

Пиролизный ацетилен получают путем сжигания метана в смеси с кислородом в реакторах при температуре 1300-1500°C. В результате чего получается смесь, которая содержит:

ацетилен - до 8%; - 54%;
окись углерода - 25%;
примеси – до 13%.

При помощи растворителя (диметилформамида) из нее извлекается ацетилен концентрации 99,0-99,2%. Оставшаяся часть пиролизных газов используется для производства аммиака и других продуктов.

Также ацетилен получают путем разложения жидких горючих (нефть, керосин) действием электродугового разряда, который называется электропиролизом.

Пиролизный и электропиролизный ацетилена по своим свойствам является идентичным ацетилену, получаемому из карбида кальция, но дешевле на 30-40%.

Ацетилен применяется при всех процессах газопламенной обработки металлов (газовой сварке и газовой резки), благодаря высокой температуре пламени, достигнуть которой при использовании других горючих не удается.

Для пайки, резки, наплавки, газопламенной закалки, металлизации, газопрессовой сварки, сварки цветных металлов и сплавов с успехом применяются газы-заменители ацетилена:

пропано-бутановые смеси
городской газ
природные газы
водород
пары бензина
пары керосина
МАФ
и др.

По химическому составу все они, за исключением водорода, представляют собой или соединения, или смеси различных углеводородов.

Правильный выбор и использование газов-заменителей позволяет добиться высокого качества сварки и резки, а при газовой резке металлов малых толщин дает более высокую чистоту резки.

Газовая сварка возможна при условии, что температура пламени в два раза превышает температуру плавления свариваемого металла. Поэтому газы-заменители температура пламени которых ниже, чем у ацетилена применяют для сварки металлов с температурой плавления ниже, чем у сталей

Для газовой резки выбор горючего газа основывается на его теплотворной способности, но необходимо учитывать, что газ при сгорании в смеси с кислородом должен образовывать пламя с температурой не ниже 2000°C.

Влияние примесей в ацетилене на качество сварного шва

Давайте остановимся еще на некоторых особенностях применения ацетилена при газовой сварке – влияние примесей на качество сварного шва. Вредное влияние имеют следующие примеси:

Вышеуказанные примеси обязательно удаляются из ацетилена, не только из-за влияния на качество сварного шва, но также из-за пагубного влияния на органы дыхания и зрения сварщика (см. статью Взрывоопасность, ядовитость и самовоспламенение ацетилена).

Сероводород при сгорании образовывает серную кислоту, которая при переходе в металл сварного шва вызывает красноломкость. Установлено, что наличие сероводорода до 0,007% не оказывает вредного влияния на прочность сварного шва.

Определить наличие сероводорода в ацетилене довольно легко, необходимо поднести фильтровальную бумагу, смоченную в растворе хлористой ртути под струю ацетилена. При наличии сероводорода - бумага побелеет.

Процесс очистки от сероводорода тоже довольно простой – необходимо ацетилен пропустить через воду, в результате чего сероводород растворится в воде.

Фосфористый водород при сгорании образовывает фосфорную кислоту, которая при переходе в металл сварного шва вызывает хладноломкость. Установлено, что наличие фосфористого водорода до 0,027% не оказывает вредного влияния на прочность сварного шва.

Для определения наличия фосфористого водорода необходимо кусок фильтровальной бумаги, смоченный в десятипроцентном растворе азотнокислого серебра поднести под струю ацетилена. При содержании 0,01% фосфористого водорода бумага принимает отчетливую светло- желтую окраску, при содержании более 0,02% - бумага темнеет.

Химическим путем очистка ацетилена от фосфористого водорода производится путем пропускания через особую очистительную массу – гератоль. Гератоль представляет собой массу желтого цвета, которая в результате взаимодействия с фосфористым водородом приобретает зеленый цвет.

Применение ацетилена в химической отрасли

Помимо газопламенной обработки ацетилен используют в области химической промышленности в качестве основного исходного вещества для получения ряда важнейших продуктов органического синтеза: синтетического каучука, пластмасс, растворителей, уксусной кислоты и т. п. Далее мы рассмотрим, как ацетилен используется для получения тех или иных химических соединений.

Уксусный альдегид

Продуктом присоединения воды к ацетилену является уксусный альдегид. Впервые этот синтез был осуществлен М. Г. Кучеровым в 1881 г. Реакция протекает по уравнению:

Реакция проводится пропусканием ацетилена через сернокислый раствор соли окиси ртути при температуре 70-80°C.

Применение этой реакции явилось началом промышленного синтеза органических веществ с применением ацетилена в качестве исходного продукта.

Ацетон

При пропускании смеси ацетилена и паров воды в соотношении примерно 1:10 при температуре 430-450°C над цинк-ванадиевым катализатором происходит образование ацетона по уравнению:

Указанный процесс нашел применение в промышленных масштабах.

Хлористый винил

При взаимодействии ацетилена с хлористым водородом при 200°C над катализатором, представляющим собой двухлористую ртуть, нанесенную на активированный уголь, образуется хлористый винил по уравнению:

Винилацетат

C уксусной кислотой также в присутствии ртутных солей ацетилен образует винилацетат:

Хлористый винил и винилацетат широко применяются при производстве пластмасс.

Винилацетилен

При пропускании ацетилена через насыщенный раствор однохлористой меди и хлористого аммония при температуре 50°C образуется винилацетилен.

Реакция протекает по уравнению:

CH ? CH + CH ? CH ? CH ? C-CH ? CH₂

В результате присоединения хлороводорода к винилацетилену образуется хлоропрен, который способен к быстрой и самопроизвольной полимеризации с образованием каучука высоких технических качеств.

Химия винилацетилена нашла широкое теоретическое обобщение, что позволило значительно расширить область применения этого продукта.

При взаимодействии ацетилена со спиртами в щелочном растворе образуются простые виниловые эфиры.

Так, например, реакция между ацетиленом и этиловым спиртом протекает по уравнению:

Эта реакция была открыта А. Е. Фаворским в 1887 г.

Подводя итог всему вышенаписанному, мы установили, что ацетилен получают не только из карбида кальция, но также путем сжигания метана. При этом выяснили, что ацетилен применяют не только для газовой сварки и газовой резки, но и в химической отрасли для получения пластмасс, растворителей и т. д.

Ацетиленовая сварка: особенности и технология

Помните, как в юном возрасте мы собирали на стройках или за гаражами куски карбида, дополняли находку пластиковой бутылкой с водой и играли в подрывников? Весёлое было детство и опасное. Теперь мы выросли и знаем, что такие вещи надо использовать строго по назначению с соблюдением всех мер безопасности.

Вспомним уроки химии: ацетилен – бесцветный горючий газ, с резким запахом. Непредельный углерод класса алкинов с формулой С₂Н₂. Вещество взрывоопасно и способно к самовоспламенению в определённых условиях. При горении пламя достигает температуры 3150 °С. Этого хватает, чтобы перевести в жидкое состояние даже тугоплавкие металлы. Поэтому газ ацетилен идеально подходит для сварки и резки металлоконструкций.

Ацетиленовая сварка

Для начала небольшой экскурс в историю. Патент на ацетилено-кислородную сварочную горелку датируется 1903 годом. Интересно, что её конструкция принципиально не изменилась и в наше время. В промышленности ацетиленовая сварка начала применяться в 1906 году, после того как появились генераторы ацетилена достаточной надёжности. В то время уже был известен электродуговой способ соединения металлов, но сварка ацетиленом уверенно завоевала свои позиции и активно применяется до сих пор.

Раньше сварщикам приходилось самостоятельно получать ацетилен. Карбид кальция засыпали в бак-генератор, наполненный водой. В результате реакции выделялся газ, который по шлангу поступал в горелку. Сюда же подводился из отдельного баллона кислород, выполняющий функцию катализатора. Процесс подготовки занимал много времени, зато оставшийся карбид можно было использовать повторно. В наше время всё проще. Достаточно купить баллон, уже наполненный ацетиленовым газом.

Применение

Ацетилено-кислородную смесь применяют для сваривания практически всех металлов, включая чёрные, цветные и их сплавы. Но есть исключения, к которым относятся стали:

хромистая и высокохромистая;

Ацетиленовая газовая сварка активно применяется в строительно-монтажных процессах, но особое распространение она получила при прокладке труб. Регулируя мощность пламени, можно соединять, резать или проводить газопламенную чистку металла.

Ацетиленовая сварка: технология работы

Во время сварочного процесса расплавляются и перемешиваются кромки соединяемых деталей. Дополнительно вводится присадочный материал. После застывания образуется прочный шов. Чтобы ацетилен сгорал полностью и не дымил, необходим катализатор – кислород. Оба газа из отдельных баллонов подводятся по шлангам к горелке и смешиваются. Оптимальная пропорция смеси – 45% ацетиленового газа и 55% кислорода. Без кислорода ацетилен сгорает не полностью, пламя будет дымить.

Подготовка к сварке

Прежде всего, очистите своё рабочее пространство от всего лишнего. Уберите на безопасное расстояние или надёжно защитите легковоспламеняющиеся материалы. Свариваемые поверхности должны быть очищены от грязи, ржавчины и окислов. При необходимости заранее проведите их правку, разметку, гибку и сборку.

Качество соединения металлов зависит от трёх основных факторов:

Мощность пламени – подбирают в зависимости от свойств (теплопроводности и температуры плавления) и толщины металла. С увеличением мощности возрастает расход горючего газа. Регулируют режим подбором горелок (от Г1 до Г4) и наконечников к ним разной величины.

Диаметр присадочной проволоки – измеряется в миллиметрах и рассчитывается так: померьте толщину свариваемого металла, поделите на два, к получившемуся значению прибавьте 1 мм.

Угол сварки – зависит от толщины. Чем больше, тем тупее угол и наоборот. Рабочий диапазон наклона горелки относительно детали от 10 до 80 градусов. Прогрев поверхности осуществляют всегда под прямым углом. А завершающий этап, на котором формируется кратер, делают с минимальным углом – это исключает риск прожечь металл.

Работа с горелкой

Оба газовых баллона оснащены редукторами, которыми регулируется давление на выходе. Оптимально выставлять значения до двух атмосфер. Большие показатели осложняют регулировку пламени. Открыв вентили на баллонах, выставите нужное давление, затем можно поджигать горелку. Первым открывают вентиль подачи ацетилена и поджигают вырывающийся из сопла газ. Затем плавно откручивают второй вентиль, пуская кислород, и регулируют пламя.

Виды пламени

Горящий факел состоит из нескольких частей, которые можно различить визуально. Самая короткая и ближайшая к горелке – ядро. Дальше идёт восстановительная (рабочая) зона. Внешняя наибольшая часть – факел, отвечающий за нагрев металла.

В зависимости от соотношения количества ацетилена и кислорода пламя делится на три вида:

Нормальное – пропорции газов 1:1 или 1:1,1. Все три зоны чётко видны, ядро имеет ровный округлый конец. Это самый распространённый вид. Применяется при работе с различными сталями и цветными металлами.

С избытком ацетилена – над ядром появляется зелёный ореол, рабочая зона пламени плохо различима, а сам факел жёлтого цвета. Применимо для работы с чугуном.

Избыток кислорода – все зоны укорачиваются, ядро бледнеет, становится конусообразным. Пламя шумит сильнее обычного и приобретает синевато-фиолетовый оттенок. Применимо для сварки латуни.

Способы ведения горелки и введение присадочной проволоки

Чтобы образовалась сварочная ванна, заготовку необходимо прогреть. Пламя направляется под прямым углом так, чтобы ядро находилось в 1-3 мм от поверхности. Когда металл приобретёт светло-жёлтый цвет – ванна готова, можно приступать к формированию шва.

Технология ацетиленовой сварки подразумевает ведение горелки двумя способами: справа налево (на себя) и слева направо (от себя).

В первом случае пламя направлено вперёд от шва, присадка расположена перед горелкой. Работая таким способом, удобно визуально контролировать шов. Применимо для тонкостенных деталей (до 5 мм).

Второй способ (от себя) используют при работе с металлом толщиной более 5 мм. Пламя горелки направлено в сторону шва. Это позволяет замедлить его остывание и повышает качество. Однако из-за того, что визуальный контроль осложняется, такое соединение будет выглядеть не слишком аккуратным.

Присадку подают либо непосредственно в сварочную ванну, либо ведут над швом. Горелку медленно продвигают вдоль соединения с поперечными дугообразными движениями. Ядро не должно касаться сварочной ванны.

Завершающий этап ацетиленовой сварки: как закрывать горелку и баллоны

Первым на горелке перекрывается ацетилен и только затем – кислород. Далее необходимо удалить из рукавов оставшийся газ. Перекройте баллоны, а вентили на горелке приоткройте. Дождитесь, когда прекратится шипение и стрелка на манометре покажет ноль. Затем обязательно закройте все вентили.

Оборудование и средства защиты

Для сварки ацетиленом потребуется минимум оборудования, которое стоит относительно недорого:

Баллоны с газом. Баллоны с ацетиленовым газом обычно окрашиваются в белый цвет, с кислородом – в голубой.

Редукторы для регулировки давления с обратными клапанами для защиты от обратного удара.

Два рукава для подачи газов в горелку.

Газовая горелка с мундштуком необходимой величины.

Горелки

Ацетиленовые горелки различаются по мощности, которая зависит от сменного наконечника. Размер подбирается в зависимости от толщины свариваемого металла. Минимальный размер – нулевой, максимальный – пятый. Чем больше диаметр сопла, тем больше газовой смеси подаётся в сварочную ванну, а значит сильнее и глубже прогревается металл.

Никогда не покупайте газосварочный инструмент от малоизвестных фирм. От его качества зависит ваша безопасность. Хорошим выбором для ручной ацетиленовой сварки в домашних условиях станет горелка КЕДР Г-2 Малютка с наконечниками размером от 0 до 3 или горелка малой мощности КЕДР Г-2А-02 Малютка. Обе снабжены сменными наконечниками для регулировки мощности и позволяют выполнять все виды газопламенной обработки металла – от нагрева и пайки до сварки и резки.

Средства защиты

Во время сварочного процесса есть риск повредить кожу или глаза. Отлетающие расплавленные частички металла способны привести к серьёзным травмам. Во избежание этого всегда работайте в сварочном костюме из толстой ткани. Большое количество брызг попадает на руки. Их необходимо защитить в первую очередь. Обычные рабочие перчатки здесь не подойдут, они легко прожигаются и не способны противостоять даже мелким искрам.

Сварочные краги должны надёжно защищать руки от температурного и абразивного воздействия, но при этом не сковывать движения и обеспечивать чувствительность. Перчатки сварщика (краги) производства российской компании Кедр максимально соответствуют этим качествам. Они долговечны и удобны.

Во время газовой сварки вспышки отсутствует УФ-излучение. Но варить в обычных сварочных затемнённых очках не рекомендуется. Такая защита становится модной, особенно среди сварщиков-блогеров. Но вам станет плевать на модные тенденции после того как первая капля расплавленного металла попадёт вам на лицо. Присмотритесь к полноценным маскам сварщика от производителя КЕДР. Они удобны и надёжны. Да и те, кому важен дизайн, смогут среди предлагаемого на сайте разнообразия подобрать для себя подходящий вариант. При этом можно заказать доставку не только по Москве, но и во все регионы страны.

Взрывоопасность

Опасная особенность ацетилена – склонность к самовоспламенению. Это может произойти при температуре от 300 °С и давлении 150-200 кПа (1,5-2 атмосферы). При хранении и транспортировке ацетилена соблюдайте технику безопасности:

Храните и используйте баллоны с ацетиленом только в вертикальном положении. Держите их вдали от отопительных приборов и защищайте от прямых солнечных лучей.

Применяйте только специально предназначенные для ацетилена клапаны и регуляторы давления.

Отслеживайте содержание ацетилена в воздухе. Концентрация выше 0,5 % взрывоопасна.

Открывайте баллон только неискрящимся ключом.

Не допускайте долгого контакта с медью или серебром.

Если произошло возгорание, постарайтесь удалить из опасной зоны баллоны с газом, которые ещё не успели нагреться. Оставшиеся охлаждайте, поливая водой. Если загорелся газ, выходящий из баллона, перекройте вентиль и остудите водой. При сильном возгорании находиться рядом с баллонами опасно, тушить огонь лучше с безопасного расстояния.

Плюсы и минусы сварки ацетиленом

Первое и неоспоримое преимущество – это мобильность. Варить можно хоть в чистом поле без привязки к электричеству, причём практически все виды металлов. Нет необходимости в операционных стыках, даже если выполняется поворотный шов с большим расстоянием до стены. Можно сваривать между собой детали из разных металлов. Температура пламени регулируется – это позволяет уменьшить деформацию и точно подобрать режимы. Отсутствует сильное разбрызгивание металла.

К недостаткам можно отнести тот факт, что тепло от пламени распространяется на большую площадь детали и может изменить её свойства. Нельзя варить ацетиленом высокоуглеродистые стали. Детали толщиной более 5 мм тоже лучше доверить электросварке. При варке внахлёст образуется напряжение металла, из-за чего впоследствии возможна деформация. Ну и естественно – взрывоопасность.

Заключение

Сварка ацетилено-кислородной смесью практически незаменима, когда необходимо соединить тонкостенные трубы. С её помощью легко варить изделия из чугуна, цветных металлов и конструкционных сплавов. Сварка ацетиленом с успехом используется для ремонтных работ и пайки, а также для восстановления своими руками изношенных деталей. Например, на выработанную поверхность коленчатого вала можно наплавить новый слой металла, а затем точением и шлифовкой довести его до нужного размера и класса шероховатости.

Однако скорость работы небольшая и напрямую зависит от толщины металла. Так 1-миллиметровую листовую сталь сварщик может варить ацетиленом со скоростью 10-15 метров в час. При увеличении толщины до 5 мм, скорость работы упадёт в 3-4 раза. Это стоит учитывать, при планировании сроков предстоящей работы.

Начинающим сварщикам освоить ацетиленовую сварку не составит труда. Но делать это желательно под руководством опытных мастеров, соблюдая технику безопасности.

Применение ацетилена. Сварка ацетиленом

Чтобы понять, где применяется ацетилен, необходимо изучить и понять, что же это такое. Данное вещество представляет собой горючий бесцветный газ. Его химическая формула – С₂Н₂. Газ обладает атомной массой, равной 26,04. Он немного легче воздуха и обладает резким запахом. Получение и применение ацетилена осуществляется лишь в промышленных условиях. Получают данное вещество из карбида кальция путем разложения компонента в воде.

Чем опасен ацетилен

Применение ацетилена ограничено его необычайными свойствами. Этот газ самовоспламеняется. Происходит это при температуре 335°С, а его смесь с кислородом – при температуре от 297 до 306°С, с воздухом – при температуре от 305 до 470°С.

Стоит отметить, что ацетилен технический взрывоопасен. Это было происходит при:

Повышении температуры до 450-500°С, а также при давлении в 150-200 кПа, что равно 1,5-2 атмосферам.
Смесь ацетилена и кислорода при атмосферном давлении также опасна, если ацетилена в ней содержится 2,3-93%. Взрыв может произойти от сильного нагрева, открытого пламени и даже от искры.
При подобных же условиях происходит взрыв смеси воздуха с ацетиленом, если в ней содержится 2,2-80,7 % ацетилена.
Если газ долго соприкасается с медным или серебряным предметом, то может образоваться ацетиленистое взрывчатое серебро или же медь. Это вещество очень опасно. Взрыв может произойти от сильного удара или же в результате повышения температуры. Работать с газом следует осторожно.

Особенности вещества

Ацетилен, свойства и применение которого до конца не изучены, в результате взрыва может привести к несчастному случаю и сильнейшим разрушениям. Вот некоторые данные. При взрыве одного килограмма данного вещества выделяется в 2 раз больше тепловой энергии, чем при взрыве такого же количества тротила, а также в полтора раза больше, чем при взрыве одного килограмма нитроглицерина.

Области применения ацетилена

Ацетилен – это горючий газ, который используется при газовой сварке. Нередко его используют для кислородной резки. Стоит отметить, что температура горения смеси кислорода и ацетилена может достигать 3300°С. Благодаря этому свойству вещество чаще других используется при сварке. Ацетиленом обычно заменяют природный газ и пропан-бутан. Вещество обеспечивает производительность и высокое качество сварки.

Снабжение постов газом для резки и сварки может осуществляться от ацетиленового генератора или же от баллонов с ацетиленом. Для хранения данного вещества обычно используют емкости белого цвета. Как правило, на них присутствует надпись «Ацетилен», нанесенная красной краской. Стоит учесть, что существует ГОСТ 5457-75. Согласно данному документу для обработки металлов применяется технический растворенный ацетилен марки Б или же вещество в газообразном виде.

Сварка ацетиленом: проверка

Технология сварки данным газом достаточно проста. Однако при работе с веществом требуется терпение и внимательность. Для сварки обычно используют специальные горелки, с маркировкой 0-5. Ее выбор зависит от того, какой толщиной обладают свариваемые детали. Следует учесть, что чем больше размер горелки, тем больше расход.

Сварка ацетиленом осуществляется только после того, как оборудование будет проверено и отрегулировано. При этом следует обратить внимание на номер наконечника и номер подающей газ форсунки, которая располагается около рукоятки горелки под гайкой. Также следует проверить все уплотнения.

Процесс сварки

Применение ацетилена при сварке должно осуществляться аккуратно и в соответствии с определенными правилами. Для начала горелку следует продуть газом. Это нужно делать до тех пор, пока не появится запах ацетилена. После этого газ поджигается. При этом следует добавлять кислород, пока пламя не станет более устойчивым. Из редуктора на выходе давление ацетилена должно быть от 2 до 4 атмосфер, а кислорода – от 2 атмосфер.

Для сварки черных металлов требуется нейтральное пламя. Оно обладает четко очерченной короной и условно его можно разделить на три яркие части: ядро – ярко-голубой окрас с зеленоватым отливом, восстановленное пламя – бледно-голубого оттенка, факел пламени. Последние две зоны являются рабочими.

Перед началом работы все детали нужно очистить, а затем подогнать друг к другу. При работе с горелкой также применяют левый и правый способ. В последнем случае происходит медленное остывание шва. Присадочный материал, как правило, перемещается за горелкой. При левом способе повышается эластичность и прочность шва. В данном случае пламя направляется от места сварки. Присадочный материал следует вносить в сварочную ванну только после того, как переместится на следующую позицию горелка.

Правила безопасности

Применение ацетилена без навыков и опыта запрещено. Существует несколько правил, которые следует соблюдать при работе с веществом:

Содержание ацетилена в помещении в воздухе необходимо постоянно контролировать. Для этого следует использовать специальные автоматические приборы, которые способны оповещать о превышении концентрации газа. Этот показатель не должен быть более 0,46 %.
Области применения ацетилена совершенно разные, но чаще всего его используют при сварке. При работе с баллонами, наполненными именно этим газом, следует соблюдать осторожность. Запрещено размещать емкости вблизи открытого огня или же около отопительных систем. Помимо этого, запрещено работать с баллонами, которые находятся в горизонтальном положении, а также, если они не закреплены и неисправны.
При работе с ацетиленом следует использовать исключительно неискрящиеся инструменты, электрическое оборудование и освещение во взрывобезопасном исполнении.
Если происходит утечка ацетилена из баллона, то следует быстро закрыть вентиль емкости. Для этого можно использовать неискрящийся специальный ключ. Определить утечку можно лишь по звуку или же запаху.

Что делать, если возник пожар

Неправильное применение ацетилена может привести к печальным последствиям. Этот газ взрывается и приносит сильное разрушение. Что же делать, если возник пожар?

Читайте также: