Применение аргона при сварке

Аргон используется в качестве инертного защитного газа при дуговой сварке, в том числе в качестве основы защитной газовой смеси (с кислородом, углекислым газом). Является основной защитной средой при сварке алюминия, титана, редких и активных металлов.

Аргон также применяется при плазменной сварке в качестве плазмообразующего газа, при лазерной сварке в качестве плазмоподавляющего и защитного газа.

В зависимости от требуемых объемов потребления аргона могут использоваться несколько схем его обеспечения. При объеме потребления до 10 000 м³/г аргон обычно доставляют в баллонах. При объеме потребления свыше 10 000 м³/г аргон целесообразно перевозить в жидком виде в специальных емкостях железнодорожным или автомобильным транспортом. При транспортировке по железной дороге применяются специализированные цистерны 8Г-513 или 15-558. На автомобильном транспорте наиболее часто устанавливаются универсальные газовые емкости типа ЦТК объемом от 0, 5 до 10 м³. В этих емкостях также могут транспортироваться кислород и азот.

При централизованном снабжении схемы обеспечения сварочных постов аргоном могут быть следующими:

• непосредственно от транспортной емкости через перекачивающий насос и стационарный газификатор в сеть (см. рисунок ниже);
• от транспортной емкости в стационарную емкость с дальнейшей газификацией и подачей в сеть;
• заполнение баллонов от транспортной газификационной установки.

Рисунок. Снабжение аргоном сварочных постов от транспортной емкости

 

 

Защитные газовые смеси

Наиболее распространенными при сварке являются следующие защитные газовые смеси: смесь аргона с углекислым газом; смесь аргона с кислородом; смесь углекислого газа с кислородом. Смесь аргона с углекислым газом Применение смеси аргона и углекислого газа (обычно 18-25%) эффективно при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей. По сравнению со сваркой в чистом аргоне или углекислом газе более легко достигается струйный перенос электродного металла. Сварные швы более пластичны, чем при сварке в чистом углекислом газе. По сравнению со сваркой в чистом аргоне меньше вероятность образования пор. Смесь аргона с кислородом Газовая смесь аргона с кислородом обычно используется при сварке легированных и низкоуглеродистых сталей. Добавление к аргону небольшого количества кислорода позволяет предотвратить пористость. Смесь углекислого газа с кислородом При добавлении к углекислому газу кислорода снижается разбрызгивание при сварке, улучшается формирование шва, увеличивается выделение тепла, что в некоторой степени повышает производительность сварки. С другой стороны, в результате повышенного окисления ухудшаются механические свойства швов. Смешивание газов Обычно газовые смеси приготавливают непосредственно на сварочных постах, однако также применяются многопостовое снабжение газовыми смесями и получение смесей на заводе-производителе. Простейший способ смешения газов основан на использовании ротаметров. Состав смеси регулируется за счет изменения расхода газов с помощью редукторов, установленных на баллонах с газами. Соотношение газов определяется заранее проградуированным ротаметром по положению поплавка. Ротаметр состоит из конусной стеклянной трубки, помещенной в металлический каркас. Внутри стеклянной трубки размещен поплавок из алюминия, эбонита или коррозионно-стойкой стали (см. рисунок ниже).

 

Рисунок. Ротаметр поплавкового типа

Принцип действия ротаметра основан на уравновешивании веса поплавка выходящей струей газа. Чем выше поднимается поплавок, тем больший кольцевой зазор между его боковыми поверхностями и стеклянной трубкой и, следовательно, больше расход газа.

На производстве используют более удобные газовые смесители для получения двойных и тройных смесей. Например, стандартный смеситель УКП-1-71 предназначен для смешивания углекислого газа и кислорода в соотношении 70% + 30%. Для получения других газов и других соотношений необходимо подобрать соответствующие диаметры отверстий в расходных дюзах и протарировать смеситель.

Фото. Газовый смеситель MG 50/100-2 ECO

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. 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. 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. 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. 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
* – данные ОАО «Нафтан» Завод «Полимир» (г. Новополоцк, Беларусь), производителя МАФ

 

Пропан-бутан

Пропан-бутан – смесь двух нефтяных углеводородных газов, пропана C3H8 и бутана C4H10. Пропан-бутановая смесь в газообразном состоянии является бесцветной, не ядовитой, тяжелее воздуха, обладает резким запахом от одорантов – сильнопахнущих веществ, добавляемых в газ для обнаружения возможной утечки. При понижении температуры и повышении давления смесь переходит в жидкое состояние. Пропан технический состоит из пропана C3H8 с примесью пропилена C3H6 и представляет собой бесцветный газ с резким запахом от одорантов. Бутан C4H10 обладает большей теплотворной способностью, чем пропан, однако имеет более высокую температуру начала газообразования (-0, 5 °С у бутана и -42°С у пропана). В связи с этим при температуре ниже -0, 5°С отбор газообразного бутана не представляется возможным. Смесь с содержанием бутана от 5 до 30% (с преобладанием пропана) имеет повышенную теплотворную способность и может использоваться в условиях холодного климата с температурой окружающей среды примерно до -25°С. Пропан-бутановые смеси получают в качестве попутных при добыче природного газа, переработке нефти и нефтепродуктов. Баллоны стальные сварные с пропаном (пропан-бутаном) согласно ГОСТ 15860-84, ГОСТ 949-73 окрашивают в красный цвет, с надписью «Пропан» («Пропан-бутан») белого цвета. Давление газа в баллоне до 1, 6 МПа. При испарении 1кг жидкого пропана образуется около 530 л газа, при испарении 1 кг жидкого бутана – около 460 л газа.

Опасные факторы и меры безопасности при работе с пропан-бутаном (согласно ГОСТ 20448-90):

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: