Какие горячие газы применяются в качестве заменителей ацетилена, каковы их основные свойства?

Кроме ацетилена при сварке и резке металлов применяют и другие более дешевые и менее дефицитные горючие газы и пары горючих жидкостей. Основная область применения газов-заменителей – кислородная резка, однако в последние годы они широко используются и при других видах газопламенной обработки металлов: пайке, наплавке, газопламенной закалке, металлизации, газопрессовой сварке, сварке цветных металлов и сплавов. Правильное использование газов-заменителей не ухудшает качество сварки и резки металлов. Газы-заменители дают более высокую чистоту реза при резке металла малых толщин.

При сварке температура пламени должна примерно в 2 раза превышать температуру плавления металлов, поэтому газы-заменители, температура пламени которых ниже, чем у ацетилена, необходимо использовать при сварке металлов с более низкой температурой плавления, чем у сталей. При кислородной резке используются горючие газы, которые при сгорании в смеси с кислородом дают пламя с температурой не ниже 2000 ⁰С.

Выбор горючего зависит от его теплопроводной способности. Теплопроводной способностью газа называют количество тепла в калориях, получаемое при полном сгорании 1 м³ газа. Чем выше теплопроводная способность газа, тем меньше его расход при сварке и резке металлов. Для полного сгорания одинакового объема различных горючих газов требуется различное количество кислорода, от этого зависит эффективная мощность пламени.

Водород (Н₂) в нормальных условиях представляет собой горючий газ без цвета и запаха. Это один из самых легких газов, он в 14,5 раза легче воздуха. Водород способен образовывать взрывоопасные смеси с воздухом и кислородом, поэтому при сварочных работах необходимо строго соблюдать правила техники безопасности. Получают водород разложением воды электрическим током. К месту сварки водород доставляют в стальных баллонах в газообразном состоянии под давлением 15 МПа. Баллоны для водорода окрашивают в зеленый цвет. Водород, применяемый для сварочных работ, должен удовлетворять требованиям ГОСТ 3022-80 «Водород технический». Водородно-кислородное пламя имеет синюю окраску и не обладает четкими очертаниями зон пламени, что затрудняет его регулировку.

Коксовый газ – бесцветный газ с запахом сероводорода, состоит из смеси газообразных горючих продуктов водорода, метана и других непредельных углеводородов. Получают его при выработке кокса из каменного угля. Применяют в основном для резки сталей, сварки и пайки легкоплавких цветных металлов. Для сварки и резки необходим коксовый газ, очищенный от сернистых соединений и смолистых веществ. Для полного сгорания 1 м³ газа требуется 0,9 м³ кислорода. К месту сварки и резки коксовый газ подают по трубопроводам под давлением 1,3 – 1,5 кПа.

Городской газ является составным горючим газом. Обычно основным компонентом городского газа является природный газ, к которому добавляют коксовый и генераторный газ. Состав городского газа непостоянен, газ типа московского имеет следующий состав: метан (70-95%), водород (до 25%), тяжелые углеводороды (до 1%), азот (до 3%), окись углерода (до 3%), двуокись углерода (до 1%), кислород (до 0,5%). К месту сварки городской газ доставляют по трубопроводам. Как заменитель ацетилена он используется для резки сталей, сварки и пайки легкоплавких цветных металлов.

Пропан технический (ГОСТ 10196 – 62) – бесцветный газ с резким запахом, состоящий из пропана (С₃Н₈) или из пропана и пропилена (С₃Н₆), суммарное содержание которых должно быть не менее 93%. Получают пропан при переработке нефтепродуктов. При нормальных условиях пропан находится в газообразном состоянии, а при понижении температуры или повышении давления переходит в жидкое состояние. Так, при температуре 293 К пропан переходит в жидкое состояние при давлении 0,85 МПа. Испарение 1 кг жидкого пропана дает 0,53 м³ паров.

Пропано-бутановая смесь (ГОСТ 10196-62) – бесцветный газ с резким запахом – является побочным продуктом при переработке нефти.

Смесь легко превращается в жидкое состояние, например, при температуре 293 К пропано-бутановая смесь сжижается при атмосферном давлении. Сжиженные газы хранят только в закрытых емкостях, так как испарение жидкости происходит даже при 273 К.

Плотность пропан – бутана больше плотности воздуха, поэтому необходимо тщательно следить за герметичностью аппаратуры и коммуникаций во избежание образования взрывоопасной смеси газа с воздухом внизу помещения. Заполнение емкостей пропаном и пропано-бутановой смесью, транспортирование их, а также слив газа должны выполняться в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», утвержденными Госатомнадзором РФ.

Пропан-бутановые смеси широко применяют при резке сталей, сварке и пайке легкоплавких цветных металлов, закалке, газовой сварке пластмасс. К месту сварки смесь доставляют в стальных баллонах под давлением 1,6 МПа или по газопроводам через перепускную рамку. При испарении 1 кг пропана образуется 500 дм³ газа.

 

 

      

Основные свойства горючих газов и жидкостей для сварки и резки металлов

Таблица 3

Наименование газа	Плотность при 293 К и 0,1 МПа, кг/м^3	Низшая теплотворная способность при 20^0С и 760 мм рт. ст., ккал/м^3	Температура пламени в смеси с кислородом, ^0С	Коэффициент замены ацетиленом	Количество кислорода, кг/м^3 газа	Пределы взрываемости		Область применения	Способ транспортировки и хранения
						С воз-духом	С кис-лородом
						%
Ацетилен	1,09	52800	3100-3200	1	1,-1,3	2,2-81	2,3-93	Все виды газопламенной обработки	Растворенный в ацетоне в баллонах под давлением до 1,9 МПа
Водород	0,084	10100	2400-2600	5,2	0,3-0,4	3,3-81,5	2,6-95	Для сварки сталей толщиной до 2 мм, чугуна, алюминия, латуни	Газообразный в баллонах под давлением до 15МПа

 

Коксовый газ	0,4- 0,55	14700-17600	2100-2300	3,2	0,6-0,8	-	-	Сварка легкоплавких металлов, пайка, кислородная резка	По газопроводу
Городской газ	0,84-1,05	17200-21000		3	1,5-1,6	-	-	То же
Нефтяной газ	0,87-1,37	1000-56600	2000-2300	1,2	1,5-1,6	3,8-24,6	10-73,6	Сварка легкоплавких металлов, пайка, кислородная резка	По газопроводу под давлением до 0,3 МПа и в баллонах под давлением 15 МПа
Метан	0,67	35600	2400-2700	0,6	1,5-1,8	4,8-16,7	5-58,2	То же	Газообразный в баллонах под давлением 15 МПа или трубопроводу

 

2

Пропан	1,88	93000	2600-2750	0,45	3,4-3,8	2-9,5	2-48	Кислородная резка, сварка и пайка цветных металлов, сварка стали толщиной до 6мм, металлизация, правка, гибка, огневая зачистка	В жидком виде в баллонах под давлением 1,6 МПа
Бутан	2,54	116500	2400-2500	0,45	3,2-3,4	1,5-8,5	2-45	То же	В жидком виде в баллонах под давлением 1,6 МПа
Пропан – бутан	1,867	22200	2500-2700	0,6	3,5	-	-	То же	То же
Бензин	0,7-0,76 кг/м^3	10500	2490-2590	1,4	1,1-1,4 м^3/кг	0,7-6	2,1-28,4	Кислородная резка стали, сварка, пайка легкоплавких металлов	В жидком виде в цистернах или бочках
Керосин	0,32-0,84	10000-10200	2400	1-1,3	1,7-2,4 м^3/кг	1,4-5,5	2-28	То же	То же