Газы, применяемые при электрической сварке плавлением

Газы, применяемые при электрической сварке плавлением

Для защиты дуги при электрической сварке плавлением применяют такие газы как аргон, гелий, углекислый газ, азот, водород, кислород и их смеси.

Аргон и гелий являются одноатомными инертными газами. Они бесцветны, не имеют запаха. Аргон тяжелее воздуха, что обеспечивает хорошую защиту сварочной ванны. Аргон, предназначенный для сварки, регламентируется ГОСТ 10157-79 и поставляется двух сортов в зависимости от процентного содержания аргона и его назначения. Аргон высшего качества предназначен для сварки ответственных изделий из цветных металлов. Аргон первого сорта предназначен для сварки сталей. Смеси аргона с другими газами в определенных отношениях поставляют по особым ТУ (техническим условиям).

Гелий значительно легче воздуха. ГОСТ 20461-75 предусматривает два сорта газообразного гелия: гелий высокой чистоты и гелий технический.
Углекислый газ в нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с едва ощутимым запахом. Углекислый газ, предназначенный для сварки, должен соответствовать ГОСТ 8050-85, в зависимости от содержания он выпускается трех марок: сварочный, пищевой и технический. Летом в стандартные баллоны емкостью 40 дм3 (литров) заливается 25 дм3 (литров) углекислоты, при испарении которой образуется 12600 дм3 газа. Зимой заливается 30 дм3 (литров) углекислоты, при испарении которой образуется 15120 дм3 газа. Сварочную углекислоту не разрешается заливать в баллоны из-под пищевой и технической углекислоты.
Водород в чистом виде представляет собой газ в 14, 5 раза легче воздуха, не имеет запаха и цвета. ГОСТ 3022-80 предусматривает три марки технического водорода. Водород применяет только в смесях.
Кислород применяется как добавка к аргону или углекислому газу. ГОСТ 5583-78 предусматривает три сорта кислорода 1, 2-й и 3-ий.
В последние годы все большее применение находят смеси таких газов, как С02 (углекислый газ), Аг (аргон), 02 (кислород). При сварке в газовых смесях для точной дозировки газов применяют смесители. В настоящее время применяют смесители: УКП-1-71 для смеси (С02 + 02); АКУП-1 для смеси (Аг + С02 + 02); УКР-1-72 для смеси (С02 + 02). Перед смесителем устанавливают осушители для отделения паров или конденсата влаги.

Газы, применяемые при электрической сварке плавлением
Для защиты дуги при электрической сварке плавлением применяют такие газы как аргон, гелий, углекислый газ, азот, водород, кислород и их смеси.
Аргон и гелий являются одноатомными инертными газами. Они бесцветны, не имеют запаха. Аргон тяжелее воздуха, что обеспечивает хорошую защиту сварочной ванны. Аргон, предназначенный для сварки, регламентируется ГОСТ 10157-79 и поставляется двух сортов в зависимости от процентного содержания аргона и его назначения. Аргон высшего качества предназначен для сварки ответственных изделий из цветных металлов. Аргон первого сорта предназначен для сварки сталей. Смеси аргона с другими газами в определенных отношениях поставляют по особым ТУ (техническим условиям).
Гелий значительно легче воздуха. ГОСТ 20461-75 предусматривает два сорта газообразного гелия: гелий высокой чистоты и гелий технический.
Углекислый газ в нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с едва ощутимым запахом. Углекислый газ, предназначенный для сварки, должен соответствовать ГОСТ 8050-85, в зависимости от содержания он выпускается трех марок: сварочный, пищевой и технический. Летом в стандартные баллоны емкостью 40 дм3 (литров) заливается 25 дм3 (литров) углекислоты, при испарении которой образуется 12600 дм3 газа. Зимой заливается 30 дм3 (литров) углекислоты, при испарении которой образуется 15120 дм3 газа. Сварочную углекислоту не разрешается заливать в баллоны из-под пищевой и технической углекислоты.
Водород в чистом виде представляет собой газ в 14, 5 раза легче воздуха, не имеет запаха и цвета. ГОСТ 3022-80 предусматривает три марки технического водорода. Водород применяет только в смесях.
Кислород применяется как добавка к аргону или углекислому газу. ГОСТ 5583-78 предусматривает три сорта кислорода 1, 2-й и 3-ий.
В последние годы все большее применение находят смеси таких газов, как С02 (углекислый газ), Аг (аргон), 02 (кислород). При сварке в газовых смесях для точной дозировки газов применяют смесители. В настоящее время применяют смесители: УКП-1-71 для смеси (С02 + 02); АКУП-1 для смеси (Аг + С02 + 02); УКР-1-72 для смеси (С02 + 02). Перед смесителем устанавливают осушители для отделения паров или конденсата влаги.

Газы, применяемые при сварке и резке
Кислород при атмосферном давлении и обычной температуре — это газ без цвета и запаха, несколько тяжелее воздуха. При атмосферном давлении и температуре 20°С масса 1м3 кислорода равна 1,33 кг. Сгорание горючих газов или паров горючих жидкостей в чистом кислороде происходит очень интенсивно, в зоне горения развивается высокая температура. Для получения сварочного пламени с высокой температурой, необходимой для расплавления металла в месте сварки, горючий газ или пары горючей жидкости сжигают в смеси с технически чистым кислородом. Если горение газов происходит на воздухе, в котором кислорода содержится только 1/5 по объему (остальные 4/5 составляют азот и другие атмосферные газы), то температура сварочного пламени будет значительно ниже и процесс горения происходит значительно медленнее, чем в технически чистом кислороде. Сам кислород не токсичен, не горюч и не взрывоопасен, однако, являясь сильнейшим окислителем, резко увеличивает способность других материалов к горению, а при очень высокой скорости горения — к взрыву.

Технический кислород добывают из атмосферного воздуха, который подвергают обработке в воздухоразделительных установках, где он очищается от пыли, углекислоты и осушается от влаги. Перерабатываемый в установке воздух сжимается компрессором до высокого давления и охлаждается в теплообменниках до сжижения. Жидкий воздух разделяют на кислород и азот. Процесс разделения происходит вследствие того, что температура кипения жидкого азота ниже температуры жидкого кислорода на 13°С. Азот оказывается более легкокипящим газом и испаряется первым, поэтому его отводят из воздухоразделительной установки в атмосферу. Жидкий чистый кислород накапливается в воздухоразделительном аппарате. При испарении кислорода им заполняют баллоны под давлением, создаваемым с помощью компрессора. Технический кислород транспортируют в стальных баллонах согласно требованиям ГОСТ 949-73 или в автореципиентах под давлением 15±0,5МПа (150±5кгс/см2) или 20±1,ОМПа (200 ±10кгс/см2) при 20°С.

Для сварки и резки по ГОСТ 5583-78 выпускают технический кислород 1-го и 2-го сорта; 1-го сорта чистотой не менее 99,7% и 2-го сорта чистотой не менее 99,5%. При хранении или транспортировке наполненных баллонов давление в них должно соответствовать температуре окружающего воздуха (табл. 3.2.). Хранение и транспортировка наполненных баллонов при температуре выше 60°С не допускается. Баллоны с кислородом должны возвращаться на заполнение с остаточным давлением не ниже 0,05МПа (0,5кгс/см2).
Ацетилен (С2Н2) является химическим соединением углерода с водородом. Это бесцветный горючий газ, имеющий резкий характерный запах. Длительное вдыхание ацетилена вызывает головокружение, тошноту, а иногда и сильное общее отравление. Ацетилен легче воздуха: 1м3 ацетилена при 20°С и атмосферном давлении имеет массу 1,09кг. Ацетилен является взрывоопасным газом. Температура самовоспламенения ацетилена лежит в пределах 240 — 630°С и зависит от давления и присутствия в ацетилене различных примесей. При атмосферном давлении смесь ацетилена с воздухом взрывается при содержании в ней ацетилена 2,2% и более, а в смеси с кислородом при содержании — 2,8% и более. Взрыв ацетилено-воздушной или ацетилено-кис-лородной смеси может произойти от искры, пламени или сильного местного нагрева. Поэтому обращение с карбидом кальция и с ацетиленом требует осторожности и строгого соблюдения правил безопасного труда.

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 промышленными способами на 30-40% дешевле, чем из карбида кальция. Промышленный ацетилен закачивается в баллоны, где находится в порах специальной 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, ШПа (0,5-1,0 кгс/см2). Рабочее давление в наполненном баллоне не должно превышать 1,9МПа (19 кгс/см2) при 20°С. Для сохранности наполнительной массы нельзя отбирать ацетилен из баллона со скоростью 1700дм3/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:
СаО+ЗС=СаС2 + СО
I Расплавленный карбид кальция сливают из печи в формы-изложнкцы, где он остывает. Далее его дробят и сортируют на куски размером от 2 до 80 мм. Готовый карбид кальция упаковывают в герметически закрываемые барабаны или банки из кровельной жести по 40, 100, 130 кг. В карбиде 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:
СаС2+ 2Н20 = С2Н2 + Са(ОН)2
Карбид Вода Газ Гашеная кальция ацетилен известь 1кг 0,562кг 0,406кг 1,156кг
Из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 372 дм3 (литра) ацетилена. Практически из-за наличия примесей в карбиде кальция выход ацетилена составляет до 280 дм3 (литров). В среднем для получения 1000дм3 (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 берут от 5 до 20 дм3 (литров) воды на 1кг карбида кальция. Применяют также сухой способ разложения карбида кальция. На 1 кг мелко раздробленного карбида кальция в генератор подают 0,2- 1 дм3 (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.

При сварке и резке металлов можно применять также и другие горючие газы и пары горючих жидкостей. Для нагрева и расплавления металла при сварке необходимо, чтобы температура пламени примерно в два раза превышала температуру свариваемого металла. Поэтому использовать газы — заменители ацетилена целесообразно только при сварке металлов с более низкой температурой плавления, чем у стали, таких как алюминий, его сплавы, латунь, свинец.

При резке металлолома используют пропан. Пропан — это горючий газ, который получают при добыче природных газов или при переработке нефти. Обычно получают не чистый пропан, а с примесью бутана до 5-30%. Такая смесь именуется пропан-бутановой. Для сварочных работ пропан-бутановая смесь доставляется потребителю в сжиженном состоянии в специальных баллонах. Переход смеси из жидкого состояния в газообразное происходит самопроизвольно в верхней части балкона из-за меньшей удельной массы газа по сравнению с сжиженной смесью. Технический пропан тяжелее воздуха и имеет неприятный специфический запах.

Природный газ состоит в основном из метана (степень чистоты 98%), остальное — примеси в небольших количествах бутана и пропана. Газ имеет слабый запах, поэтому, чтобы обнаружить утечку, добавляют специальные пахнущие вещества. Чаще всего метан применяют при резке металлов.
Для образования газового пламени в качестве горючего можно использовать и другие газы (водород, коксовый и нефтяной газы), горючие жидкости (бензин, керосин, ацетон и т.д.). Жидкие горючие менее дефицитны, но требуют специальной тары для хранения. Для сварки, резки и пайки горючая жидкость преобразуется в пары пламенем наконечника горелки или резака.

Основными газами, применяемыми при атомноводородной сварке, является водород и диссоциированный аммиак.

Водород. В промышленности водород получается электролизом воды и другими способами. По ГОСТ 3020- 45 чистота водорода должна быть не менее 99,5 %. Допустимая влажность водорода составляет не более 25 г/м3 при нормальном давлении. Наличие влаги в водороде увеличивает коррозию баллонов и трубопроводов, снижает теплотворную способность газового факела. Для осушки водород пропускает через хлористый кальций, концентрированную серную кислоту, селикагель, алюмогель и т.п.

С воздухом водород образует взрывчатые смеси. Взрывы возможны при содержании в воздухе водорода более 9,5%, поэтому все соединения трубопроводов, шлангов, вентили баллонов необходимо тщательно проверять на плотность. Помещения, в которых производятся работы с водородом, должны хорошо вентилироваться.

Газообразный водород хранится и транспортируется в баллонах под давлением 150 атм. Водородные баллоны окрашиваются в темно- зеленый цвет с красными полосами по окружности или с надписью красной краской- Водород.

Аммиак (NH3 ) при комнатной температуре представляет собой бесцветный газ с резким запахом, раздражающе действующий на глаза и дыхательные органы. По удельному весу он почти вдвое легче воздуха, сгущается в жидкость при давлении 8,45 атм ( при 20°С) и легко растворяется в воде.

Аммиак хранится в жидком виде при давлении 10 атм. в стальных цельнотянутых баллонах, окрашенных в желтый цвет.

Более слабое охлаждающее действие аммиака ( по сравнению с водородом) дает возможность снизить напряжение зажигания дуги; однако при этом на 10-20 % повышается расход вольфрама.

Понижение температуры катализатора, присутствие воздуха и влаги уменьшают скорость диссоциации аммиака и понижают качество азотоводородной смеси, которая в таких случаях может содержать влагу и остатки неразложившегося аммиака. Для поглощения аммиака азотоводородную смесь пропускают через воду или водный раствор кислоты (1:3). а для поглощения влаги — через едкий калий, едкий натрий хлористый кальций.