Применение смеси МАФ при сварке и резке

В качестве заменителя ацетилена МАФ может использоваться при газовой сварке, разделительной и поверхностной резке, пайке, металлизации и других процессах газопламенной обработки металлов. При этом применяются немного модернизированные ацетиленовые горелки и резаки. Выходное отверстие мундштука рассверливается сверлом диаметром 3 мм на глубину 3,5 мм. За счет этого увеличивается тепловая мощность пламени и обеспечивается более устойчивый режим работы горелки без отрыва пламени.

Температура эффективной зоны пламени при сгорании МАФ (2927°С) близка к температуре пламени ацетилена (3087°С). МАФ сохраняет передачу большого количества теплоты на нагреваемый металл даже на расстоянии 12 мм от самой горячей точки пламени.

В зависимости от соотношения расхода кислорода к МАФ

β = VO2 / VМАФ

пламя МАФ (как и любое углеводородное пламя) может быть

  • науглероживающим (восстановительным), β ≤ 2,2;
  • нормальным (нейтральным), β = 2,3–2,5;
  • окислительным, β>2,5.

Науглероживающее пламя применяется для сварки легко окисляющихся сплавов, например, алюминиевых. Нормальное пламя имеет ядро синего цвета и используется для сварки низкоуглеродистых сталей. Окислительным синим пламенем может выполняться сварка меди и ее сплавов.

При сварке смесью МАФ в качестве присадочного материала обычно применяют проволоки марок СВ08Г2, СВ08ГС, СВ08Г2С, СВ12ГС.

При сварке низкоуглеродистой стали расход газа МАФ определяется по формулам:

V = (60–70)δ – для левого способа газовой сварки;
V = (75–90)δ – для правого способа газовой сварки,

где δ – толщина металла (свариваемых кромок), мм.

Таблица. Некоторые сравнительные характеристики газов МАФ, ацетилена и пропана

Параметр МАФ ацетилен пропан
Чувствительность к удару, безопасность стабилен нестабилен стабилен
Токсичность незначительная
Предел взрываемости в воздухе (%) 3,4–10,8 2,2–81 2,0–9,5
Предел взрываемости в кислороде (%) 2,5–60 2,3–93 2,4–57
Температура пламени 2927°С * 3087°С 2526°С
Реакции с обычными металлами избегать сплавов с содержанием меди свыше 65–67% избегать сплавов с содержанием меди свыше 70% незначительные ограничения
Склонность к обратному удару незначительная значительная незначительная
Скорость сгорания в кислороде (м/с) 4,70 6,10 3,72
Плотность газа при 0°С (кг/м3) 1,70 * 1,17 2,02
Плотность в жидком состоянии при 15,6°С (кг/м3) –
Отношение расхода кислорода к горючему газу (м3/м3) при нормальном пламени 2,3–2,5 1–1,2 3,50
* – данные ОАО «Нафтан» Завод «Полимир» (Беларусь), производителя МАФ

Таблица. Нормы расхода материалов при сварке низкоуглеродистой стали газом МАФ

Толщина Нормы расхода на 1м сварного шва
Масса наплавленного металла (кг) Масса присадочной проволоки (кг) Газ МАФ (м3) Кислород (м3)
без разделки кромок
0,028 0,029 0,013 0,030
1,5 0,040 0,051 0,023 0,053
0,070 0,074 0,034 0,078
2,5 0,084 0,088 0,044 0,101
0,094 0,103 0,051 0,174
для швов стыковых соединений с Y-образной разделкой кромок
0,123 0,140 0,063 0,145
0,178 0,187 0,104 0,240
0,224 0,235 0,139 0,320
0,265 0,278 0,197 0,450
Кислород   Кислород (при нормальных условиях) – бесцветный газ без вкуса и запаха, активно поддерживающий процесс горения. Немного тяжелее воздуха, его плотность при 0°С и давлении 760 мм рт. ст. составляет 1,43 кг/м3. Мало растворим в воде и спирте. При охлаждении до -183°С и давлении 760 мм рт. ст. кислород превращается в бледно-голубую жидкость без запаха, а при -218,8°С – замерзает. Кислород наиболее распространен на Земле. В земной коре (около 47% по массе) существует в связанном виде, в атмосфере (около 23% по массе) – в свободном. Основные способы получения кислорода:
  • из воздуха путем его очищения от механических примесей, влаги и углекислоты, сжатия в компрессорах, охлаждения до сжижения и последующего разделения на кислород и азот при медленном повышении температуры: азот, имеющий меньшую температуру кипения, испаряется и отводится в окружающую среду, а кислород накапливается в жидком виде (криогенная ректификация);
  • электролизом дистиллированной воды, протекающим по формальной реакции: 2H2O → O2↑ + 2H2↑ ; поскольку чистая вода практически не проводит ток, в нее добавляются электролиты, например, KOH или NaOH;
  • в лабораторных условиях – каталитическое разложение пероксида водорода H2O2, разложение нагреванием оксидов тяжелых металлов (например, оксида ртути HgO), перманганата калия KMnO4, хлората калия KClO3 и др.
Кислород газообразный технический, согласно ГОСТ 5583-78, выпускается двух сортов: первого и второго. Баллон с кислородом окрашен в голубой цвет, с надписью «Кислород» черного цвета (ПБ 10-115-96, ГОСТ 949-73). Номинальное давление газообразного кислорода в баллоне и автореципиенте при 20°С (ГОСТ 5583-78) составляет 150 кгс/см2(14,7 МПа) или 200 кгс/см2 (19,6 МПа).     Таблица. Характеристики марок газообразного технического кислорода (ГОСТ 5583-78)
Параметр Кислород газообразный технический
первого сорта второго сорта
Объемная доля кислорода O2, %, не менее 99,7 99,5 (в ряде случаев – 99,2)
Объемная доля водяных паров, %, не более 0,007 0,009
Объемная доля водорода H2, %, не более (только для кислорода, полученного электролизом воды) 0,3 0,5
Содержание углекислоты CO2, окиси углерода CO, газообразных кислот и оснований, озона O3 и других газов-окислителей Не нормируется
Содержание щелочи (только для кислорода, полученного электролизом воды) Кусок фильтровальной бумаги (смоченный раствором фенолфталеина, разбавленного водой в соотношении 1:10) в стеклянной трубке с пропускаемым кислородом (0,1–0,2 дм3/мин в течение 8–10 минут) не должен окраситься в красный или розовый цвет
Запах Не нормируется

 

Таблица. Допустимое давление кислорода в баллонах в зависимости от температуры (при номинальном давлении 150 кгс/см2 / 20°С)

Температура, °С -50 -40 -30 -20 -10 +10 +20 +30 +40 +50
Давление в баллоне, кгс/см2 129,5 134,5 139,5

Для расчета объема газообразного кислорода в баллоне в м3 при нормальных условиях используют формулу (ГОСТ 5583-78):

V = K1 • Vб,

где K1 – коэффициент,
Vб – вместимость баллона в дм3 (л).

 

Таблица. Некоторые значения коэффициента K1 для расчета объема газообразного кислорода при нормальных условиях

t газа в бал- лоне, °С Значение K1 при избыточном давлении, кгс/см2 (МПа)
140 (13,7) 145 (14,2) 150 (14,7) 155 (15,2) 160 (15,7) 165 (16,2) 170 (16,7) 175 (17,2) 180 (17,7) 185 (18,1) 190 (18,6) 195 (19,1)
-50 0,232 0,242 0,251 0,260 0,269 0,278 0,286 0,296 0,303 0,311 0,319 0,327
-40 0,212 0,221 0,229 0,236 0,245 0,253 0,260 0,269 0,275 0,284 0,290 0,298
-30 0,195 0,202 0,211 0,217 0,225 0,232 0,239 0,248 0,253 0,261 0,267 0,274
-20 0,182 0,188 0,195 0,202 0,209 0,215 0,222 0,229 0,235 0,242 0,248 0,255
-10 0,171 0,177 0,183 0,189 0,195 0,202 0,208 0,214 0,220 0,226 0,232 0,238
0,161 0,167 0,172 0,179 0,184 0,190 0,196 0,201 0,207 0,213 0,219 0,224
+10 0,153 0,158 0,163 0,169 0,174 0,180 0,185 0,191 0,196 0,201 0,206 0,211
+20 0,145 0,150 0,156 0,160 0,166 0,171 0,176 0,181 0,186 0,191 0,196 0,201
+30 0,139 0,143 0,148 0,153 0,158 0,163 0,168 0,173 0,177 0,182 0,187 0,192
+40 0,133 0,137 0,142 0,147 0,151 0,156 0,160 0,165 0,170 0,174 0,178 0,183
+50 0,127 0,132 0,136 0,141 0,145 0,149 0,154 0,158 0,163 0,167 0,171 0,175

Таким образом, в новом баллоне (150 кгс/см2 при 20°С) объемом 40 л содержится 6,24 м3кислорода при нормальных условиях.

Кислород жидкий технический, согласно ГОСТ 6331-78, также выпускается первого и второго сортов. Он хранится и перевозится в сосудах Дьюара, а также в других криогенных резервуарах (танках).

 

Таблица. Характеристики марок жидкого технического кислорода (ГОСТ 6331-78)

Параметр Кислород жидкий технический
первого сорта второго сорта
Объемная доля кислорода O2, %, не менее 99,7 99,5 (в ряде случаев – 99,2)
Объем углекислоты CO2 в 1 дм3жидкого кислорода при 760 мм рт. ст. и 20°С, см3, не более 2,0 (по согласованию с потребителем – 3,0) 3,0 (по согласованию с потребителем – не норм.)
Содержание ацетилена C2H2, масла Отсутствие
Содержание окиси углерода CO, газообразных кислот и оснований, озона O3 и других газов-окислителей Не нормируется
Содержание влаги и механических примесей На внутренней поверхности колбы после испарения 1 дм3 кислорода не должно быть водяных капель и твердых частиц (при комнатной температуре)
Запах Не нормируется

Сосуды Дьюара бывают шаровые или цилиндрические. Внутренний и наружный корпус изготавливают из сплава алюминия, трубку (горловину), на которой подвешен внутренний сосуд, – из стали Х18Н10Т, имеющей низкий коэффициент теплопроводности. В межстенном пространстве обычно создается вакуумно-порошковая теплоизоляция из технического вакуума и смеси порошкообразного аэрогеля с бронзовой пудрой. Адсорбент охлаждается жидким кислородом и поглощает остаточные газы межстенной полости, создавая в ней вакуум до давления порядка 10-4–10-3 мм рт. ст.

При испарении 1 л жидкого кислорода образуется около 860 л газообразного (при нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С). При транспортировке жидкого кислорода масса тары, приходящаяся на 1кг кислорода, в 10 и более раз меньше, чем при транспортировке газообразного. При хранении, перевозке и газификации сжиженного газа неизбежны потери на его испарение.

Опасные факторы и меры безопасности