Тема уроку: Пропан-бутанові суміші. Види і склад скраплених газів. Їх властивості і використання для газового зварювання

Основна роль захисних газів - забезпечення газового захисту розплавленого металу від повітря. До захисних газів відносяться інертні (аргон, гелій та їх суміші) і активні гази (вуглекислий газ і його суміші). Інертні гази не вступають в хімічні реакції з металом і в ньому практично не розчиняються. Активні гази вступають в хімічні реакції з металом або розчиняються в ньому.

Горючі гази і гази, що підтримують горіння застосовуються при газовій зварці та різанні. До них відносяться ацетилен, пропан-бутанові суміші, метилацетилен-аллеінова фракція (МАФ), водень, а також підтримуючий горіння кисень.

Пропан-бутан - суміш двох нафтових вуглеводневих газів, пропану C₃H₈ і бутану C₄H₁₀. Пропан-бутанова суміш у газоподібному стані є безбарвною, не отруйною, важчий за повітря, має різким запахом від одорантів - мають сильний речовин, що додають у газ для виявлення можливого витоку. При зниженні температури і підвищення тиску суміш переходить у рідкий стан.

Пропан технічний складається з пропану C₃H₈ з домішкою пропілену C₃H₆ і являє собою безбарвний газ з різким запахом від одорантів.

Бутан C₄H₁₀ має більшу теплотворною здатністю, ніж пропан, однак має більш високу температуру початку газоутворення (-0,5 ° С у бутану і -42 ° С у пропану). У зв'язку з цим при температурі нижче -0,5 ° С відбір газоподібного бутану не представляється можливим. Суміш із вмістом бутану від 5 до 30% (з переважанням пропану) має підвищену теплотворну здатність і може використовуватися в умовах холодного клімату з температурою навколишнього середовища приблизно до -25 ° С.

Пропан-бутанові суміші отримують в якості попутних при видобутку природного газу, переробки нафти і нафтопродуктів.

Балони сталеві зварні з пропаном згідно з ГОСТ 15860-84 фарбують у червоний колір, з написом «Пропан» білого кольору. Тиск газу в балоні до 1,6 МПа. При випаровуванні 1кг рідкого пропану утворюється близько 530 л газу, при випаровуванні 1 кг рідкого бутану - близько 460 л газу.

Небезпечні фактори і заходи безпеки при роботі з пропан-бутаном (згідно з ГОСТ 20448-90):

• зріджені вуглеводневі гази вибухо-і пожежонебезпечні; вони утворюють з повітрям вибухонебезпечні суміші при утриманні парів пропану в діапазоні 2,1-9,5%, нормального бутану 1,5-8,5% (за об'ємом) при тиску 1 атм і температурі від 15 до 20 ° С;

• температура самозаймання газів в повітрі при тиску 760 мм рт. ст.

• пропану - 466 ° С;

• нормального бутану - 405 ° С;

• ізобутану - 462 ° С;

• при попаданні на тіло людини зріджені гази викликають обмороження;

• зріджені вуглеводневі гази надають на організм наркотичний вплив;

• при невеликих концентраціях газів в повітрі для захисту від кисневого голодування застосовують фільтруючі протигази, при високих концентраціях - ізолюючі шлангові протигази з примусовою подачею чистого повітря;

• виробничі приміщення повинні обладнуватися припливно-витяжною вентиляцією;

• при загорянні використовують такі засоби пожежогасіння як пінні і вуглекислотні вогнегасники, сухий пісок, тонкорозпилену струменя води, водяна пара та ін.

Застосування пропан-бутану при зварюванні і різанні

Пропан-бутанові суміші широко використовуються в якості пального газу при кисневого різання. Вони також поширені в якості замінників ацетилену при газовому зварюванні.

Ефективна теплова потужність полум'я при згорянні пропан-бутану в кисні навіть вище, ніж для ацетилену. Однак через значно меншій швидкості розповсюдження полум'я для цих сумішей довжина конуса полум'я різко збільшена і концентрація полум'я нижче. Менше і температура полум'я при згорянні пропан-бутанової суміші в порівнянні з ацетиленом.

Метилацетилен-аллеінова фракція (МАФ) у зрідженому стані являє собою суміш метилацетилену C₃H₄ (CH₃C ≡ CH) і аллена C₃H₄ (CH₂ = C = CH₂), стабілізовану з метою безпеки пропиленом, пропаном, ізобутиленом, ізобутанів або іншими вуглеводнями в різних поєднаннях.

Суміш важче повітря, малотоксична (за токсичністю відноситься до четвертої групи), має різко вираженим запахом при концентрації від 1:100 мг/м³.

МАФ поставляється в пропанових балонах (червоного кольору) для зріджених газів (ГОСТ 15860-84), оснащених прокаловим редуктором.

Небезпечні фактори і заходи безпеки при роботі з сумішшю МАФ:

• у загальному випадку заходи безпеки при роботі з МАФ повинні відповідати заходам безпеки, які використовуються при роботі з пропаном;

• зріджені вуглеводневі гази вибухо-і пожежонебезпечні; межа вибуховості МАФ у повітрі становить 3,4-10,8%, в кисні - 2,5%;

• слід уникати контакту МАФ зі сплавами, що містять понад 65-67% міді, оскільки це може призвести до утворення вибухонебезпечних ацетіленідов міді;

• при попаданні на тіло людини зріджені гази можуть викликати обмороження шкіри;

• при концентраціях в повітрі більше 300 мг/м³ суміш МАФ може надати анестезуючу дію;

• при невисоких концентраціях парів МАФ у повітрі використовують фільтруючі протигази, а при великих концентраціях - ізолюючі шлангові протигази з примусовою подачею чистого повітря;

• виробничі приміщення необхідно обладнати припливно-витяжною вентиляцією.

Застосування суміші МАФ при зварюванні та різанні

Як замінник ацетилену МАФ може використовуватися при газовому зварюванні, розділової та поверхневої різанні, пайку, металізації та інших процесах газополум'яної обробки металів. При цьому застосовуються трохи модернізовані ацетиленові пальники та різаки. Вихідний отвір мундштука розсвердлюється свердлом діаметром 3 мм на глибину 3,5 мм. За рахунок цього збільшується теплова потужність полум'я і забезпечується більш стійкий режим роботи пальника без відриву полум'я.

Температура ефективної зони полум'я при згорянні МАФ (2927 ° С) близька до температури полум'я ацетилену (3087 ° С).

Тема уроку: Інші горючі гази і рідини, застосовувані при газовому зварюванні і різанні металів.

Ацетилен - безбарвний горючий газ C₂H₂ з атомною масою 26,04, трохи легший за повітря. Володіє різким запахом.

У промисловості ацетилен зазвичай отримують з карбіду кальцію (CaC2) при розкладанні останнього водою.

Ацетилен самозаймається при температурі 335 ° С, суміш ацетилену з киснем запалюється при температурі 297-306 ° С, суміш ацетилену з повітрям - при температурі 305-470 ° С.

Ацетилен вибухонебезпечний при наступних умовах:

• при збільшенні температури більш 450-500 ° С і тиску більше 1,5-2 ат (близько 150-200 кПа);

• при атмосферному тиску ацетилено-киснева суміш із вмістом ацетилену від 2,3 до 93% вибухає від іскри, полум'я, сильного місцевого нагріву та ін;

• при аналогічних умовах суміш ацетилену з повітрям вибухає при вмісті в ній ацетилену від 2,3 до 80,7%;

• в результаті тривалого зіткненні ацетилену з сріблом або міддю утворюється вибухова ацетіленістое срібло або мідь, що вибухають при підвищенні температури або ударі.

Вибух ацетилену здатний викликати значні руйнування і важкі нещасні випадки: при вибуху 1 кг ацетилену виділяється приблизно у два рази більше тепла, ніж при вибуху 1 кг тротилу і приблизно в 1,5 рази більше, ніж при вибуху 1 кг нітрогліцерину.

Заходи безпеки при роботі з ацетиленом

• зміст ацетилену в повітрі робочої зони необхідно безперервно контролювати автоматичними приладами, що сигналізують про перевищення допустимої вибухобезпечної концентрації ацетилену в повітрі, що дорівнює 0,46%;

• при роботі з ацетиленовими балонами поблизу не має бути відкритого полум'я або опалювальної системи; забороняється працювати з балонами, що знаходяться в горизонтальному положенні, з незакріпленими балонами, з несправними балонами; необхідно використовувати неіскристий інструмент, освітлення та електричне обладнання тільки у вибухобезпечному виконанні;

• у разі виявлення витоку ацетилену з балона (по запаху і звуку) необхідно по можливості швидко закрити вентиль балона спеціальним неіскристим ключем;

• при нагріванні балон з ацетиленом може вибухнути з украй руйнівними наслідками; у разі пожежі необхідно по можливості видалити з небезпечної зони холодні балони з ацетиленом, що залишилися балони постійно охолоджувати водою або спеціальними складами до повного охолодження; при загорянні ацетилену, що виходить з балона, необхідно по можливості швидко закрити вентиль балона спеціальним неіскристими ключем і поливати балон водою до повного охолодження; при сильному спалах пожежогасіння необхідно здійснювати з безпечної відстані; при пожежогасінні рекомендується застосовувати вогнегасники з вмістом флегматізірующей концентрації азоту 70% за обсягом, діоксиду вуглецю 57% за обсягом, водяні струмені , пісок, стиснений азот, азбестове полотно, токораспиленную піну і воду; при гасінні великої пожежі використовуються вогнезахисні костюми, протигази тощо

Застосування ацетилену при зварюванні

Ацетилен - основний горючий газ, що використовується при газовому зварюванні, а також широко застосовується для газового різання (кисневої різки). Температура ацетилено-кисневого полум'я може досягати 3300 ° C. Завдяки цьому ацетилен в порівнянні з більш доступними горючими газами (пропан-бутаном, природним газом та ін) забезпечує більш високу якість і продуктивність зварювання.

Постачання постів ацетиленом для газового зварювання та різання може здійснюватися від балонів з ацетиленом і

від ацетиленового генератора.

Вуглекислий газ CO₂ (вуглекислота, двоокис вуглецю, діоксид вуглецю, вугільний ангідрид) залежно від тиску і температури може знаходитися у газоподібному, рідкому або твердому стані.

У газоподібному стані діоксид вуглецю є безбарвний газ з трохи кислуватим смаком і запахом. В атмосфері Землі міститься близько 0,04% вуглекислого газу. При нормальних умовах його щільність складає 1,98 г / л - приблизно в 1,5 рази більше щільності повітря.

Рідкий діоксид вуглецю (вуглекислота) представляє собою безбарвну рідину без запаху. Вуглекислота зберігає стійке рідкий стан при температурі від -56,5 ° С до 31,05 ° С і певних значеннях тиску з діапазону від 518,6 кПа до 7383 кПа. Наприклад, при кімнатній температурі вона існує тільки при тиску понад 5850 кПа. Густина рідкої вуглекислоти сильно залежить від температури. Наприклад, при температурі нижче +11 ° С рідка вуглекислота важче води, при температурі вище +11 ° С - легше. У результаті випаровування 1 кг рідкої вуглекислоти при нормальних умовах утворюється близько 506 л газу.

При температурі близько -56,6 ° С і тиску близько 503 кПа рідка вуглекислота перетворюється у тверду речовину - «сухий лід».

У промисловості найбільш поширені 3 способу отримання вуглекислого газу:

• з газів, що відходять хімічних виробництв, перш за все синтетичного аміаку та метанолу; в відходить газі міститься приблизно 90% вуглекислого газу;

• з димових газів промислових котелень, що спалюють природний газ, вугілля та інше паливо; в димовому газі міститься 12-20% вуглекислого газу;

• з відведених газів, що утворюються при бродінні в процесі отримання пива, спирту, при розщепленні жирів; відходить газ являє собою майже чистий вуглекислий газ.

Гелій - інертний газ без кольору, запаху і смаку, з атомною масою 4 і щільністю 0,178 г / л (при температурі +20 ° C). Гелій значно легший за повітря. Температура його зрідження становить -268,9 ° C.

Гелій дуже поширеним у Всесвіті (згідно з сучасними підрахунками понад 20% космічної маси доводиться на гелій), проте на Землі його мало. Гелій міститься в повітрі (близько 0,0005%) і в земній корі, де утворюється в результаті розпаду радіоактивних елементів.

Гелій отримують методом фракційної конденсації з природних газів, що утворюються при розпаді ураносодержащих гірських порід.

Газоподібний гелій не горить, не токсичний, не вибухонебезпечний. Однак у разі високої концентрації в повітрі може викликати стан кисневої недостатності і задуха. Рідкий гелій - безбарвна низькокипляча рідина, яка здатна викликати обмороження шкіри і ураження слизової оболонки очей.

Заходи безпеки при поводженні з гелієм:

• приміщення для зберігання або застосування гелію повинні бути добре вентильованими;

• балони з гелієм не повинні піддаватися надмірному нагріванню;

• вентилі балонів з гелієм необхідно відкривати повільно;

• при роботі з рідким гелієм необхідно використовувати захисні засоби для тіла, спеціальні рукавички, захисні окуляри і захисну взуття.

Застосування гелію при зварюванні

Гелій може застосовуватися в якості інертного захисного газу при зварюванні нержавіючих сталей, кольорових металів і сплавів, хімічно чистих й активних матеріалів. Він має здатність забезпечувати підвищений проплавлення, у зв'язку з чим його іноді використовують для проплавлення великих товщин або отримання спеціальної форми шва. Однак у зв'язку з підвищеною витратою і високою вартістю гелію в порівнянні з аргоном область його застосування обмежена.

Гелій також використовується при лазерній зварюванні в суміші з іншими газами для створення робочого середовища в газових лазерах; як плазмоутворюючого газу, що подається в зону лазерного зварювання; при плазмовому зварюванні зазвичай як добавки до плазмоутворюючого газу - аргону.

Аргон - інертний газ з атомною масою 39,9, у звичайних умовах - безбарвний, без запаху і смаку, приблизно в 1,38 рази важчий за повітря. Аргон вважається найбільш доступним і порівняно дешевим серед інертних газів.

Аргон займає третє місце за вмістом у повітрі (після азоту і кисню), на нього припадають приблизно 1,3% маси і 0,9% обсягу атмосфери Землі.

У промисловості основний спосіб отримання аргону - метод низькотемпературної ректифікації повітря з отриманням кисню та азоту і попутним вилученням аргону. Також аргон отримують в якості побічного продукту при отриманні аміаку.

Газоподібний аргон зберігається і транспортується в сталевих балонах (за ГОСТ 949-73). Балон з чистим аргоном забарвлений в сірий колір, з написом «Аргон чистий» зеленого кольору.

Аргон не вибухонебезпечний і не токсичний, однак при високій концентрації в повітрі може становити небезпеку для життя: при зменшенні об'ємної частки кисню нижче 19% з'являється киснева недостатність, а при значному зниженні вмісту кисню виникають задуха, втрата свідомості і навіть смерть.

Заходи безпеки при поводженні з аргоном:

• дистанційний контроль вмісту кисню в повітрі ручними або автоматичними приладами; обсяг кисню в повітрі повинен становити не менше 19%;

• при роботі з рідким аргоном, здатним викликати обмороження шкіри і ураження слизової оболонки очей, необхідно використовувати захисні окуляри і спецодяг;

• при роботі в атмосфері аргону необхідно використовувати шланговий протигаз або ізолюючий кисневий прилад.

Застосування аргону при зварюванні

Аргон використовується в якості інертного захисного газу при дуговому зварюванні, у тому числі в якості основи захисної газової суміші (з киснем, вуглекислим газом). Є основною захисної середовищем при зварюванні алюмінію, титану, рідкісних і активних металів.

Аргон також застосовується при плазмовому зварюванні в якості плазмообразующего газу, при лазерній зварюванні в якості плазмоподавляющего і захисного газу.

Горючі рідіні менш дефіцітні, но потребують спеціальної тари. При зварюванні та різанні шляхом нагрівання наконечника пальника або різака горюча рідіна перетворюється в пару. Температура полум'я: гасо-киснево - 2400-2450 ° С; бензино-киснево - 2500-2600 ° С.

В основному використовуються для різання І поверхневої обробка металів.

При продажам на тракторному гасі апаратура забівається смолою. Забороняється вікорістовуваті етілованій бензин через його токсічність.

Тема уроку: Флюси. Застосування флюсів при газовому зварюванні металів і сплавів

Зварювальний флюс - гранульований порошок з розміром зерен 0,2-4 мм, призначений для подачі в зону горіння дуги при зварюванні. Під дією високої температури флюс розплавляється, при цьому

• створює газову і жужільну захист зварювальної ванни;

• забезпечує стабільність горіння дуги і перенесення електродного металу в зварювальну ванну;

• забезпечує необхідні властивості зварного з'єднання;

• виводить шкідливі домішки в шлакову кірку.

Зварювальні флюси класифікуються за технологією виробництва, хімічним складом, призначенням та ін характеристикам.

За способом виробництва зварювальні флюси діляться на плавлені та керамічні (неплавлені). Рудомінеральні компоненти плавлених флюсів розплавляються в печі, а потім гранулюється, піддаються прокалюванню і фракціонуванню. Керамічні флюси є сухі суміші компонентів, одержувані в результаті змішування мінералів і феросплавів з рідким склом з подальшою сушкою, прокалюванням і фракціонуванням. Найбільш поширеними є плавлені флюси.

У залежності від хімічного складу флюси бувають оксидні, солеоксидні і сольові.

Оксидні флюси складаються з оксидів металів і можуть містити до 10% фторидних сполук. Вони призначені для зварювання низьколегованих і фтористих сталей. Оскідні флюси за змістом SiO2 поділяються на безкремністі (вміст SiO2 менше 5%), нізкокремністі (6-35% SiO2), висококремнисті (SiO2 більше 35%), а за змістом марганцю - на безмарганцеві (вміст марганцю менше 1%), нізкомарганцеві ( марганцю менше 10%), среднемарганцеві (10-30% марганцю) і високомарганцеві (марганцю більше 30%).

Солеоксидні (змішані) флюси в порівнянні з оксидними флюсами містять менше оксидів і більшу кількість солей. Кількість SiO2 в них знижений до 15-30%, MnO до 1-9%, CaF2 збільшено до 12-30%. Солеоксідні флюси використовуються для зварювання легованих сталей.

Сольові флюси не містять оксидів і складаються з хлоридів і фторидів NaF, CaF2, BaCl2 та ін Вони застосовуються для зварювання активних металів, а також для електрошлакового переплаву.

Флюси можуть бути призначені для зварювання високолегованих сталей, для зварювання вуглецевих і легованих сталей, для зварювання кольорових металів і сплавів.

За будовою зерен (часток) зварювальний флюс може бути скловидним, пемзовидним або цементовий.

Хімічна активність флюсу - одна з його важливих характеристик, що визначається за сумарною окислювальної здатності. Показником активності флюсу служить відносна величина Аф зі значенням від 0 до 1. Залежно від хімічної активності флюси поділяються на чотири види:

• високоактивні (Аф> 0,6);

• активні (Аф від 0,3 до 0,6);

• малоактивні (Аф від 0,1 до 0,3);

• пасивні (Аф <0,1).

Зварювальні флюси для зварювання низьковуглецевих сталей

Найбільш поширеними вітчизняними флюсами для зварювання низьковуглецевих сталей є наступні:

• висококремнисті високомарганцеві флюси - склоподібні АН-348, АНЦ-1, ОСЦ-45, ФЦ-3, ФЦ-6, ФЦ-9 і пемзовідний АН-60; хімічна активність Аф - від 0,75 до 0,9;

• висококремнисті среднемарганцеві флюси - склоподібні АН-1, АН-65, ФЦ-7; хімічна активність Аф - від 0,75 до 0,9;

• висококремнисті нізкомарганцеві флюс ФВТ-4 (склоподібний); хімічна активність Аф = 0,6;

Зварювальні флюси для зварювання низьколегованих сталей

При зварюванні низьколегованих сталей використовуються зварювальні флюси з більш низькою хімічною активністю (Аф від 0,3 до 0,6), ніж при зварюванні низьковуглецевих сталей. У них міститься менша кількість оксидів SiO2 і MnO і більшу кількість CaF2 та СаО. За рахунок меншої активності зварювального флюсу знижується окислення легуючих елементів в сталі і поліпшується пластичність шва, однак при цьому кілька погіршується формування шва, підвищується ймовірність пороутворення.

Найбільш поширені вітчизняні флюси для зварювання низьколегованих сталей:

• нізкокремністі нізкомарганцеві флюси ФЦ-11, ФЦ-15, ФЦ-16, ФЦ-22, ФВТ-1, АН-43;

• нізкокремністі середньо-марганцеві флюси АН-42, АН-47.

Зварювальні флюси для зварювання середньо-та високолегованих сталей

При зварюванні середньо-та високолегованих сталей звичайно використовуються малоактивні флюси (Аф від 0,1 до 0,3). У них міститься ще менша кількість SiO2, практично відсутня MnO, зміст CaO - від 8 до 20%, CaF2 - від 20 до 60% (для більш легованих сталей зміст CaF2 у флюсі підвищується).

Відомі вітчизняні флюси для зварювання середньо-та високолегованих сталей:

• малоактивні флюси АН-15, АН-17, АН-18, АН-20, АН-45, АВ-5, ФЦ-17, ФЦ-19, НФ-18, ОФ-6;

• активний зварювальний флюс АН-26 (Аф становить близько 0,5).

Зварювальні флюси для зварювання активних металів

Для зварювання активних металів, наприклад, титану, застосовуються повністю сольові флюси. У них не додаються оксиди, оскільки це призводить до забруднення швів киснем і різкого зниження їх пластичності. Флюси виробляють на основі фторидів і хлоридів лужних та лужноземельних металів, наприклад, із таким складом: 85-95% CaF2, 0-19% BaCl, 1-6% NaCl, 0-4% CaCl.

Виплавка флюсу здійснюється в електродугових або газополуменевих печах. Зварювальний флюс після виплавки у газополум'яної печі завжди гранулюється мокрим способом і виходить склоподібним, а як флюс, виплавлений в електродуговій печі може гранулювати сухим способом і бути пемзовідним.

Грануляція флюсу може виконуватися мокрим і сухим способом. При мокрій грануляції розплав виливається в наповнений водою басейн і при зіткненні з холодною водою ділиться на дрібні частинки. При сухому способі грануляції розплав зливають в металевий піддон або виливницю з подальшим подрібненням злитка.

При обробці флюсу виконуються його сушка, дроблення і просіювання. Після закінчення просіювання дрібну і велику фракції, що не відповідають ТУ, повертають на переплав.

При контролі якості зварювального флюсу перевіряються розмір зерен, питома вага, хімічний склад, вологість та інші характеристики.

Упаковка флюсу може здійснюватися в поліетиленові мішки, п'ятишарові паперові мішки, металеві барабани або ящики.