Применение углекислого газа при сварке

Углекислый газ применяется в качестве активного защитного газа при дуговой сварке(обычно при полуавтоматической сварке) плавящимся электродом (проволокой), в том числе в составе газовой смеси (с кислородом, аргоном).

Снабжение сварочных постов углекислым газом может осуществляться следующими способами:

  • непосредственно от автономной станции по производству углекислоты;
  • от стационарного сосуда-накопителя – при значительных объемах потребления углекислого газа и отсутствии у предприятия собственной автономной станции;
  • от транспортной углекислотной емкости – при меньших объемах потребления углекислого газа;
  • от баллонов – при незначительных объемах применения углекислого газа или невозможности прокладки трубопроводов к сварочному посту.

Автономная станция по производству углекислоты – отдельный специализированный цех предприятия, производящий диоксид углерода для собственных нужд и поставки другим организациям. Углекислый газ подается к сварочным постам по газопроводам, проложенным в сварочных цехах.

При больших объемах потребления углекислого газа и отсутствии у предприятия автономной станции углекислота хранится в стационарных сосудах-накопителях, в которые она поступает из транспортных емкостей (см. рисунок 7 ниже).

Рисунок 11. Схема снабжения сварочных постов углекислым газом от стационарного сосуда-накопителя

При меньших объемах потребления подача углекислоты по трубопроводам может осуществляться непосредственно от транспортной емкости. Характеристики некоторых стационарных и транспортных емкостей приведены в таблице ниже.

 

 

Таблица 7. Характеристики емкостей для хранения и транспортировки углекислого газа (углекислоты)

Марка Масса углекислого газа, кг Назначение Время хранения углекислого газа, сутки Марка газификатора
ЦЖУ-3,0-2,0 2 950 Транспортная автомобильная ЗИЛ-130 6-20 ЭГУ-100
НЖУ-4-1,6 4 050 Стационарный накопитель 6-20 ЭГУ-100
ЦЖУ-9,0-1,8 9 000 Транспортная автомобильная МАЗ 5245 6-20 ГУ-400
НЖУ-12,5-1,6 12 800 Стационарный накопитель 6-20 ГУ-400
УДХ-12,5 12 300 Стационарный накопитель Неограниченно, оборудован холодильной установкой УГМ-200М
ЦЖУ-40-2 39 350 Транспортная железнодорожная ГУ-400
РДХ-25-2 25 500 Стационарный накопитель Неограниченно, оборудован холодильной установкой ГУ-400
НЖУ-50Д 50 000 Стационарный накопитель Неограниченно, оборудован холодильной установкой ГУ-400

При небольших объемах потребления углекислого газа или невозможности проведения трубопроводов к сварочным постам для снабжения углекислым газом используются баллоны. В стандартный черный баллон емкостью 40 л заливают 25 кг жидкой углекислоты, которая обычно хранится при давлении 5–6 МПа. В результате испарения 25 кг жидкой углекислоты образуется примерно 12 600 л газа. Схема хранения углекислоты в баллоне приведена на рисунке ниже.

Рисунок 12. Схема хранения углекислого газа (углекислоты) в баллоне

Для отбора газа из баллона он должен оснащаться редуктором, подогревателем газа и осушителем газа. При выходе углекислого газа из баллона в результате его расширения происходит адиабатическое охлаждение газа. При высокой скорости расхода газа (более 18 л/мин) это может привести к замерзанию содержащихся в газе паров воды и закупорке редуктора. В связи с этим между редуктором и вентилем баллона желательно размещать подогреватель газа. При прохождении газа по змеевику он подогревается электрическим нагревательным элементом, включенным в сеть с напряжением 24 или 36В.

Для извлечения влаги из углекислого газа применяется осушитель газа. Он представляет собой корпус, заполненный материалом (обычно силикагелем, медным купоросом или алюмогелем), хорошо впитывающим влагу. Осушители бывают высокого давления, устанавливаемые до редуктора, и низкого давления, устанавливаемые после редуктора.

1.8. Ацетилен
 
Ацетилен – бесцветный горючий газ C2H2 с атомной массой 26,04, немного легче воздуха. Обладает резким запахом. В промышленности ацетилен обычно получают из карбида кальция (CaC2) при разложении последнего водой. Ацетилен самовоспламеняется при температуре 335°С, смесь ацетилена с кислородом воспламеняется при температуре 297–306°С, смесь ацетилена с воздухом – при температуре 305–470°С. Ацетилен взрывоопасен при следующих условиях:
  • при увеличении температуры более 450–500°С и давления более 1,5–2 ат (около 150–200 кПа);
  • при атмосферном давлении ацетилено-кислородная смесь с содержанием ацетилена от 2,3 до 93% взрывается от искры, пламени, сильного местного нагрева и др.;
  • при аналогичных условиях смесь ацетилена с воздухом взрывается при содержании в ней ацетилена от 2,2 до 80,7%;
  • в результате длительного соприкосновении ацетилена с серебром или медью образуется взрывчатое ацетиленистое серебро или медь, взрывающиеся при повышении температуры или ударе.
Взрыв ацетилена способен вызвать значительные разрушения и тяжелые несчастные случаи: при взрыве 1 кг ацетилена выделяется примерно в два раза больше тепла, чем при взрыве 1 кг тротила и примерно в 1,5 раза больше, чем при взрыве 1 кг нитроглицерина. Меры безопасности при работе с ацетиленом
  • содержание ацетилена в воздухе рабочей зоны необходимо непрерывно контролировать автоматическими приборами, сигнализирующими о превышении допустимой взрывобезопасной концентрации ацетилена в воздухе, равной 0,46%;
  • при работе с ацетиленовыми баллонами поблизости не должно быть открытого пламени или отопительной системы; запрещается работать с баллонами, находящимися в горизонтальном положении, с незакрепленными баллонами, с неисправными баллонами; необходимо использовать неискрящийся инструмент, освещение и электрическое оборудование только во взрывобезопасном исполнении;
  • в случае обнаружения утечки ацетилена из баллона (по запаху и звуку) необходимо по возможности быстро закрыть вентиль баллона специальным неискрящимся ключом;
  • при нагреве баллон с ацетиленом может взорваться с крайне разрушительными последствиями; в случае пожара необходимо по возможности удалить из опасной зоны холодные баллоны с ацетиленом, оставшиеся баллоны постоянно охлаждать водой или специальными составами до полного остывания; при загорании ацетилена, выходящего из баллона, необходимо по возможности быстро закрыть вентиль баллона специальным неискрящимся ключом и поливать баллон водой до полного остывания; при сильном возгорании пожаротушение необходимо производить с безопасного расстояния; при пожаротушении рекомендуется применять огнетушители с содержанием флегматизирующей концентрации азота 70% по объему, диоксида углерода 57% по объему, водяные струи, песок, сжатый азот, асбестовое полотно, токораспыленную пену и воду; при тушении сильного пожара используются огнезащитные костюмы, противогазы и т.п.
Применение ацетилена при сварке Ацетилен – основной горючий газ, используемый при газовой сварке, а также широко применяется для газовой резки (кислородной резки). Температура ацетилено-кислородного пламени может достигать 3300°C. Благодаря этому ацетилен по сравнению с более доступными горючими газами (пропан-бутаном, природным газом и др.) обеспечивает более высокое качество и производительность сварки. Снабжение постов ацетиленом для газовой сварки и резки может осуществляться
  • от баллонов с ацетиленом и
  • от ацетиленового генератора.
Для хранения ацетилена обычно используются стандартные баллоны емкостью 40 л, окрашенные в белый цвет, с надписью «Ацетилен» красного цвета (ПБ 10-115-96, ГОСТ 949-73). Согласно ГОСТ 5457-75 для газопламенной обработки металлов применяется технический ацетилен растворенный марки Б и газообразный. Таблица 8. Характеристики марок технического ацетилена (ГОСТ 5457-75), используемого при сварке и резке.
Параметр Ацетилен технический
растворенный марки Б газообразный
первого сорта второго сорта
Объемная доля ацетилена C2H2, %, не менее 99,1 98,8 98,5
Объемная доля воздуха и других газов, малорастворимых в воде, %, не более 0,8 1,0 1,4
Объемная доля фосфористого водорода PH3, %, не более 0,02 0,05 0,08
Объемная доля сероводорода H2S, %, не более 0,005 0,05 0,05
Массовая концентрация водяных паров при давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.) и температуре 20°С, г/м3, не более 0,5 0,6 не нормируется
что соответствует температуре насыщения, не выше (°C) -24 -22  

Баллоны заполнены пористой массой, пропитанной ацетоном. Ацетилен хорошо растворяется а ацетоне: при нормальной температуре и давлении в 1 л ацетона растворяется 23 л ацетилена (в 1 л бензина растворяется 5,7 л ацетилена, в 1 л воды – 1,15 л ацетилена). Пористая масса выполняет следующие функции:

  • повышает безопасность при работе с баллоном – за счет пористой массы общий объем ацетилена разделен на отдельные ячейки; таким образом, вероятность распространения общего фронта горения и взрыва значительно уменьшается;
  • позволяет повысить количество ацетилена в баллоне, ускорить процесс его растворения при заполнении баллона и выделении при отборе газа – поскольку при использовании пористой массы, пропитанной ацетоном, обеспечивается большая поверхность взаимного контакта между газом и ацетоном.

В качестве пористых масс могут применяться активированный уголь, пемза, волокнистый асбест.

Таблица 9. Допустимое давление газа в баллоне в зависимости от температуры (при номинальном давлении 1,9 МПа / +20°С) (ГОСТ 5457-75)

Температура, °С -5 +5 +10 +15 +20 +25 +30 +35 +40
Давление в баллоне, не более МПа 1,34 1,4 1,5 1,65 1,8 1,9 2,15 2,35 2,6
кгс/см2 13,4 16,5 21,5 23,5

Таблица 10. Остаточное давление газа в баллоне, поступающем от потребителя (ГОСТ 5457-75)

Температура, °С до 0 от 0 до +15 от +15 до +25 от +25 до +35
Остаточное давление в баллоне, не менее МПа 0,05 0,1 0,2 0,3
кгс/см2 0,5

40-литровые баллоны с максимальным давлением газа 1,9 МПа при температуре 20°С обычно заполняют 5–5,8 кг ацетилена (4,6–5,3 м3 газа при температуре 20°С и давлении 760 мм рт. ст.). Масса ацетилена в баллоне определяется по разности масс баллона до и после наполнения газом. Объем ацетилена равен отношению его массы и плотности. Так, объем 5,5 кг ацетилена при температуре 20°С и давлении 760 мм рт. ст. составляет 5,5/1,09 = 5,05 м3.

 

Таблица 11. Сравнительные характеристики ацетилена, пропана и метилацетилен-алленовой фракции (МАФ)

Параметр ацетилен пропан МАФ
Чувствительность к удару, безопасность нестабилен стабилен стабилен
Токсичность незначительная
Предел взрываемости в воздухе (%) 2,2–81 2,0–9,5 3,4–10,8
Предел взрываемости в кислороде (%) 2,3–93 2,4–57 2,5–60
Температура пламени (°С) 2927 *
Реакции с обычными металлами избегать сплавов, содержащих более 70% меди незначительные ограничения избегать сплавов, содержащих более 65–67% меди
Склонность к обратному удару значительная незначительная незначительная
Скорость сгорания в кислороде (м/с) 6,10 3,72 4,70
Плотность газа (кг/м3) 1,17 (при 0°С) 1,09 (при 20°С) 2,02 (при 0°С) 1,70 (при 0°С) *
Плотность в жидком состоянии при 15,6°С (кг/м3) –
Отношение расхода кислорода к горючему газу (м3/м3) при нормальном пламени 1–1,2 3,50 2,3–2,5
 

Список литературы

 

· http://www.osvarke.com/oborud.html Сварочное оборудование 24.03.2015

· http://www.osvarke.com/material.html Сварочные материалы 24.03.2015

· Ай Пи Эр Медиа, 2009 24.03.2015

· Сварка. Введение в специальность. В.А. Фролов, В.В. Пешков, .. - М.: Интермет Инжиниринг 24.03.2015

· http://uralpromresurs.ru/ 24.03.2015

· http://penzaelektrod.ru/articles/art1.htm сварочные материалы 24.03.2015