Ацетилен используется для сварки и резки металлов

Получение и применение ацетилена

Прежде чем приступить к объяснению, где применяется ацетилен, давайте рассмотрим, как его получить.

Содержание

Получение ацетилена производят двумя основными способами:

На данный момент способ получения ацетилена из карбида кальция используется редко, поскольку он довольно громоздкий, дорогой и требующий затрат большого количества электроэнергии.

Поэтому на смену ему пришел способ получения ацетилена из природного газа (метана) термоокислительным пиролизом метана с кислородом (так называемый пиролизный ацетилен).

Получение ацетилена пиролизным способом

Пиролизный ацетилен получают путем сжигания метана в смеси с кислородом в реакторах при температуре 1300-1500°C. В результате чего получается смесь, которая содержит:

• ацетилен — до 8%; — 54%;
• окись углерода — 25%;
• примеси – до 13%.

При помощи растворителя (диметилформамида) из нее извлекается ацетилен концентрации 99,0-99,2%. Оставшаяся часть пиролизных газов используется для производства аммиака и других продуктов.

Также ацетилен получают путем разложения жидких горючих (нефть, керосин) действием электродугового разряда, который называется электропиролизом.

Применение ацетилена

Ацетилен применяется при всех процессах газопламенной обработки металлов (газовой сварке и газовой резки), благодаря высокой температуре пламени, достигнуть которой при использовании других горючих не удается.

Для пайки, резки, наплавки, газопламенной закалки, металлизации, газопрессовой сварки, сварки цветных металлов и сплавов с успехом применяются газы-заменители ацетилена:

• пропано-бутановые смеси
• городской газ
• природные газы
• водород
• пары бензина
• пары керосина
• МАФ
• и др.

По химическому составу все они, за исключением водорода, представляют собой или соединения, или смеси различных углеводородов.

Правильный выбор и использование газов-заменителей позволяет добиться высокого качества сварки и резки, а при газовой резке металлов малых толщин дает более высокую чистоту резки.

Газовая сварка возможна при условии, что температура пламени в два раза превышает температуру плавления свариваемого металла. Поэтому газы-заменители температура пламени которых ниже, чем у ацетилена применяют для сварки металлов с температурой плавления ниже, чем у сталей

Для газовой резки выбор горючего газа основывается на его теплотворной способности, но необходимо учитывать, что газ при сгорании в смеси с кислородом должен образовывать пламя с температурой не ниже 2000°C.

Влияние примесей в ацетилене на качество сварного шва

Давайте остановимся еще на некоторых особенностях применения ацетилена при газовой сварке – влияние примесей на качество сварного шва. Вредное влияние имеют следующие примеси:

• сероводород
• фосфористый водород

Вышеуказанные примеси обязательно удаляются из ацетилена, не только из-за влияния на качество сварного шва, но также из-за пагубного влияния на органы дыхания и зрения сварщика (см. статью Взрывоопасность, ядовитость и самовоспламенение ацетилена).

Сероводород при сгорании образовывает серную кислоту, которая при переходе в металл сварного шва вызывает красноломкость. Установлено, что наличие сероводорода до 0,007% не оказывает вредного влияния на прочность сварного шва.

Процесс очистки от сероводорода тоже довольно простой – необходимо ацетилен пропустить через воду, в результате чего сероводород растворится в воде.

Фосфористый водород при сгорании образовывает фосфорную кислоту, которая при переходе в металл сварного шва вызывает хладноломкость. Установлено, что наличие фосфористого водорода до 0,027% не оказывает вредного влияния на прочность сварного шва.

Химическим путем очистка ацетилена от фосфористого водорода производится путем пропускания через особую очистительную массу – гератоль. Гератоль представляет собой массу желтого цвета, которая в результате взаимодействия с фосфористым водородом приобретает зеленый цвет.

Применение ацетилена в химической отрасли

Помимо газопламенной обработки ацетилен используют в области химической промышленности в качестве основного исходного вещества для получения ряда важнейших продуктов органического синтеза: синтетического каучука, пластмасс, растворителей, уксусной кислоты и т. п. Далее мы рассмотрим, как ацетилен используется для получения тех или иных химических соединений.

Уксусный альдегид

Продуктом присоединения воды к ацетилену является уксусный альдегид. Впервые этот синтез был осуществлен М. Г. Кучеровым в 1881 г. Реакция протекает по уравнению:

Реакция проводится пропусканием ацетилена через сернокислый раствор соли окиси ртути при температуре 70-80°C.

Ацетон

При пропускании смеси ацетилена и паров воды в соотношении примерно 1:10 при температуре 430-450°C над цинк-ванадиевым катализатором происходит образование ацетона по уравнению:

Указанный процесс нашел применение в промышленных масштабах.

Хлористый винил

При взаимодействии ацетилена с хлористым водородом при 200°C над катализатором, представляющим собой двухлористую ртуть, нанесенную на активированный уголь, образуется хлористый винил по уравнению:

Винилацетат

C уксусной кислотой также в присутствии ртутных солей ацетилен образует винилацетат:

Хлористый винил и винилацетат широко применяются при производстве пластмасс.

Винилацетилен

При пропускании ацетилена через насыщенный раствор однохлористой меди и хлористого аммония при температуре 50°C образуется винилацетилен.

Реакция протекает по уравнению:

CH ? CH + CH ? CH ? CH ? C-CH ? CH₂

В результате присоединения хлороводорода к винилацетилену образуется хлоропрен, который способен к быстрой и самопроизвольной полимеризации с образованием каучука высоких технических качеств.

При взаимодействии ацетилена со спиртами в щелочном растворе образуются простые виниловые эфиры.

Так, например, реакция между ацетиленом и этиловым спиртом протекает по уравнению:

Эта реакция была открыта А. Е. Фаворским в 1887 г.

Подводя итог всему вышенаписанному, мы установили, что ацетилен получают не только из карбида кальция, но также путем сжигания метана. При этом выяснили, что ацетилен применяют не только для газовой сварки и газовой резки, но и в химической отрасли для получения пластмасс, растворителей и т. д.

Где и как применяется ацетиленовая сварка

Газовая или ацетиленовая сварка подразумевает наличие двух компонентов сразу ацетилена (C2H2) и кислорода (O2), хотя в некоторых случаях вместо C2H2 применяют водород, пропан или бутан. Действует это так: когда факел от горения смешанных веществ оплавляет края стыкуемых элементов и присадочного материала, образуется жидкая сварочная ванна, которая после остывания образует шов. Диаметр присадочного прутка подбирают в соответствии с толщиной обрабатываемого металла. На сегодняшний день метод кислородно-ацетиленовой сварки широко применяется в машиностроении, авиации, судостроении, а также на любых мелких и крупных предприятиях лёгкой и тяжелой промышленности.

Технология газовой сварки

Как уже было сказано, сварка ацетиленом и техническим кислородом осуществляется путем смешивания этих газов (C2H2 хорошо горит, а O2 – идеально поддерживает горение) и воспламенения для нагрева обрабатываемых поверхностей. Кислород здесь, по сути, выполняет две функции:

• Образующийся в генераторе C2H2 имеет малое давление на выходе из резервуара, но его подхватывает струя кислорода и увлекает в горелку.
• Когда сварщик поджигает смесь у сопла, у него есть возможность регулировать мощность факела барашковым краном, отвечающим за подачу кислорода, поддерживающего процесс горения.

Если для ацетиленовой сварки кислород поставляется с завода в баллонах под давлением, то C2H2 чаще всего производится непосредственно на рабочем месте в генераторе. Для этого используют карбид кальция(CaC2), который продается в большинстве строительных магазинов и обычную питьевую или техническую воду. В процессе протекания реакции смесь разлагается на C2H2 и Ca(OH)3 (гашеную известь). Ацетилен под давлением по шлангу попадает в горелку и там подхватывается кислородом. С остающейся гашеной известью поступают по-разному, но это именно тот состав, который вы покупаете в магазине для побелки деревьев на дачном участке.

Видео описание

Как научиться варить газосваркой, ацетиленом.

Внимание! Кислород в баллонах всегда МАСЛООПАСЕН! Поэтому погрузка и разгрузка резервуаров в рукавицах, пропитанных маслом, категорически запрещена. Также нельзя пользоваться промасленной ветошью для протирки баллонов с O2 – это приведёт к взрыву со всеми вытекающими последствиями!

Как создается давление

Давайте подробнее разберемся, как работает сварка ацетиленом и кислородом при помощи принципиальной схемы, которую вы видите на верхнем изображении. Кислород привозят на производство в стальных баллонах, выкрашенных в синий цвет, где он содержится под давлением до 150 атмосфер или 1,52 МПа (как кто привык). Эти резервуары заправляют на специальных заводах, которые есть по всей стране. Такая доставка, как правило, осуществляется не напрямую, например, на материальный железнодорожный склад (МЧ) с завода приходит вагон с баллонами. Оттуда его разбирают ЖД организации типа ТЧ, ВЧД, НГЧ, ШЧ, ПЧ, ЭЧ, то есть предприятия, ответственные за движение поездов. Карбид, кстати, получают по такой же схеме, поэтому крупным предприятиям/компаниям намного проще справляться с обеспечением.

Для подключения ацетиленовой сварки на баллон с кислородом сварщик устанавливает редуктор, который понижает давление со 150 на 3-10 атмосфер и дальше газ направляется к горелке. По другому шлангу в это время к горелке движется ацетилен.

Примечание: для сварки ацетиленом C2H2 не всегда вырабатывают непосредственно на рабочем месте в генераторе из воды и карбида кальция. В некоторых ситуациях газ заказывают на заводе, и он поступает по назначению в баллонах белого цвета.

Горелка

Сварка ацетиленом и кислородом происходит при помощи газовой горелки, которая является своего рода смесителем для двух компонентов. То есть, по тому же принципу, что в сантехническом смесителе на два отдельных штуцера подается разный газ, а затем мощность струи регулируется кранами, как холодная и горячая вода. После регулировки смесь нужной концентрации выходит через сопло горелки.

Регулировка пламени

Качество кислородно-ацетиленовой сварки по большей мере зависит от сложного состава языка пламени, которое горит у сопла горелки. То есть, регулировка количества подачи C2H2 и O2 не предусмотрена каким-то автоматическим способом: она осуществляется только вручную. Профессиональный сварщик, хорошо зная устройство горелки и необходимую цветовую гамму факела, быстро справляется с настройками и получает качественный шов.

Ядро факела имеет форму правильного конусного цилиндра, вокруг которого обвивается оболочка кислорода. Если O2 убрать вообще или хотя бы частично, то пламя потеряет температуру и будет коптить, что приведёт к созданию шва низкого качества – это вызовет науглероживание. Если же кислорода будет больше, чем в нейтральном состоянии то это приводит к окислению, но в таком случае, температура факела увеличится, поэтому таким методом режут металл.

Это интересно: горелку для ацетиленового вида сварки иногда называют резаком, а сварщиков – резчиками. Это неудивительно, так как на некоторых предприятиях даже есть вакансия «резчик металла», куда требуются именно газосварщики.

Видео описание

Газосварка: первые шаги.

Правый и левый методы сварки

Сварка ацетиленом и кислородом осуществляется левым и правым методами – это вовсе не жаргон, а предусмотренное и утвержденное ГОСТом правило. Если горелка перемещается слева направо (ориентируетесь по своим рукам) впереди присадочного прутка, то есть, пруток как бы подталкивает факел, то это правый способ. При левом способе действие производится наоборот — справа налево, где сварочный пруток как бы убегает от горелки.

Нельзя сказать, что качество соединения одним методом лучше, нежели другим, но правый способ применяется для металла толще 5 мм. Однако левый метод получается лучше с эстетической точки зрения – сварщик постоянно наблюдает шов и может добиться его постоянной ширины и толщины. А ешё левый вариант позволяет пламени как бы разливаться по металлу и это в значительной степени снижает риск пережога заготовки. Движение мундштука осуществляется строго по одной линии. А вот пруток движется не только прямо, но и совершает колебательные движения в стороны – это позволяет создать более прочный шов.

Наклон мундштука

Теперь рассмотрим, как варить ацетиленом с учетом зон пламени и наклона форсунки (сопла) горелки. Ручной способ сваривания предусматривает направление факела так, чтобы оплавляемые края находились в восстановительной зоне пламени, но при этом на 2-6 мм не доставали до конца ядра. Конец присадочной проволоки при этом держат либо в восстановительной зоне огня, либо в образовавшейся сварочной ванне.

Угол наклона сопла горелки зависит от толщины металла и его показателей теплопроводности. Например, для стальных заготовок 1-3 мм толщиной угол горелки будет составлять 20-30°, а для стали 3-5 мм — 30-40°. В самом начале сварки для прогрева кромок устанавливают наибольший угол горелки для прямого попадания огня в зону нагрева, но потом этот угол постепенно уменьшают до номинального показателя. В конце шва наклон минимизируют, чтобы заполнить кратер и предупредить пережог металла.

Видео описание

Что нужно для газовой сварки

Чтобы воспользоваться сваркой металла ацетиленом, необходимо иметь следующий комплект оборудования:

• ацетиленовый генератор или баллон с другим горючим газом;
• баллон с техническим кислородом;
• редукторы: один для кислорода, другой для ацетилена;
• сварочную горелку с набором сменных наконечников;
• два шланга для подачи O2 и C2H2;
• комплект инструментов из газового и разводного ключа;
• очки с защитными стеклами;
• спецодежду для сварщика.

Заключение

В заключение можно сказать, что ацетиленовая сварка по прочности шва не лучше и не хуже электрической, зато она лидирует в эстетических показателях. Кроме того, такой вид соединения заготовок полностью автономен и не зависит от внешних энергоносителей. Приобретать такое оборудование или нет – это ваш выбор, но еще никто не жаловался.

Ацетилен используется для сварки и резки металлов

Чтобы понять, где применяется ацетилен, необходимо изучить и понять, что же это такое. Данное вещество представляет собой горючий бесцветный газ. Его химическая формула – С2Н2. Газ обладает атомной массой, равной 26,04. Он немного легче воздуха и обладает резким запахом. Получение и применение ацетилена осуществляется лишь в промышленных условиях. Получают данное вещество из карбида кальция путем разложения компонента в воде.

Чем опасен ацетилен

Применение ацетилена ограничено его необычайными свойствами. Этот газ самовоспламеняется. Происходит это при температуре 335°С, а его смесь с кислородом – при температуре от 297 до 306°С, с воздухом – при температуре от 305 до 470°С.

Стоит отметить, что ацетилен технический взрывоопасен. Это было происходит при:

Повышении температуры до 450-500°С, а также при давлении в 150-200 кПа, что равно 1,5-2 атмосферам.

Смесь ацетилена и кислорода при атмосферном давлении также опасна, если ацетилена в ней содержится 2,3-93%. Взрыв может произойти от сильного нагрева, открытого пламени и даже от искры.

При подобных же условиях происходит взрыв смеси воздуха с ацетиленом, если в ней содержится 2,2-80,7 % ацетилена.

Если газ долго соприкасается с медным или серебряным предметом, то может образоваться ацетиленистое взрывчатое серебро или же медь. Это вещество очень опасно. Взрыв может произойти от сильного удара или же в результате повышения температуры. Работать с газом следует осторожно.

Особенности вещества

Ацетилен, свойства и применение которого до конца не изучены, в результате взрыва может привести к несчастному случаю и сильнейшим разрушениям. Вот некоторые данные. При взрыве одного килограмма данного вещества выделяется в 2 раз больше тепловой энергии, чем при взрыве такого же количества тротила, а также в полтора раза больше, чем при взрыве одного килограмма нитроглицерина.

Области применения ацетилена

Ацетилен – это горючий газ, который используется при газовой сварке. Нередко его используют для кислородной резки. Стоит отметить, что температура горения смеси кислорода и ацетилена может достигать 3300°С. Благодаря этому свойству вещество чаще других используется при сварке. Ацетиленом обычно заменяют природный газ и пропан-бутан. Вещество обеспечивает производительность и высокое качество сварки.

Снабжение постов газом для резки и сварки может осуществляться от ацетиленового генератора или же от баллонов с ацетиленом. Для хранения данного вещества обычно используют емкости белого цвета. Как правило, на них присутствует надпись «Ацетилен», нанесенная красной краской. Стоит учесть, что существует ГОСТ 5457-75. Согласно данному документу для обработки металлов применяется технический растворенный ацетилен марки Б или же вещество в газообразном виде.

Сварка ацетиленом: проверка

Технология сварки данным газом достаточно проста. Однако при работе с веществом требуется терпение и внимательность. Для сварки обычно используют специальные горелки, с маркировкой 0-5. Ее выбор зависит от того, какой толщиной обладают свариваемые детали. Следует учесть, что чем больше размер горелки, тем больше расход.

Сварка ацетиленом осуществляется только после того, как оборудование будет проверено и отрегулировано. При этом следует обратить внимание на номер наконечника и номер подающей газ форсунки, которая располагается около рукоятки горелки под гайкой. Также следует проверить все уплотнения.

Процесс сварки

Применение ацетилена при сварке должно осуществляться аккуратно и в соответствии с определенными правилами. Для начала горелку следует продуть газом. Это нужно делать до тех пор, пока не появится запах ацетилена. После этого газ поджигается. При этом следует добавлять кислород, пока пламя не станет более устойчивым. Из редуктора на выходе давление ацетилена должно быть от 2 до 4 атмосфер, а кислорода – от 2 атмосфер.

Для сварки черных металлов требуется нейтральное пламя. Оно обладает четко очерченной короной и условно его можно разделить на три яркие части: ядро – ярко-голубой окрас с зеленоватым отливом, восстановленное пламя – бледно-голубого оттенка, факел пламени. Последние две зоны являются рабочими.

Перед началом работы все детали нужно очистить, а затем подогнать друг к другу. При работе с горелкой также применяют левый и правый способ. В последнем случае происходит медленное остывание шва. Присадочный материал, как правило, перемещается за горелкой. При левом способе повышается эластичность и прочность шва. В данном случае пламя направляется от места сварки. Присадочный материал следует вносить в сварочную ванну только после того, как переместится на следующую позицию горелка.

Правила безопасности

Применение ацетилена без навыков и опыта запрещено. Существует несколько правил, которые следует соблюдать при работе с веществом:

Содержание ацетилена в помещении в воздухе необходимо постоянно контролировать. Для этого следует использовать специальные автоматические приборы, которые способны оповещать о превышении концентрации газа. Этот показатель не должен быть более 0,46 %.

Области применения ацетилена совершенно разные, но чаще всего его используют при сварке. При работе с баллонами, наполненными именно этим газом, следует соблюдать осторожность. Запрещено размещать емкости вблизи открытого огня или же около отопительных систем. Помимо этого, запрещено работать с баллонами, которые находятся в горизонтальном положении, а также, если они не закреплены и неисправны.

При работе с ацетиленом следует использовать исключительно неискрящиеся инструменты, электрическое оборудование и освещение во взрывобезопасном исполнении.

Если происходит утечка ацетилена из баллона, то следует быстро закрыть вентиль емкости. Для этого можно использовать неискрящийся специальный ключ. Определить утечку можно лишь по звуку или же запаху.

Что делать, если возник пожар

Неправильное применение ацетилена может привести к печальным последствиям. Этот газ взрывается и приносит сильное разрушение. Что же делать, если возник пожар?

При возникновении пожара следует незамедлительно убрать из опасной зоны все емкости, наполненные ацетиленом. Те баллоны, которые остались, следует постоянно охлаждать обычной водой или же специальным составом. Емкости должны полностью остыть.

Если воспламенился газ, который выходит из баллона, то следует незамедлительно закрыть емкость. Для этого следует использовать неискрящийся ключ. После этого емкость необходимо остудить.

При сильном возгорании тушение огня следует осуществлять только с безопасного расстояния. В такой ситуации стоит использовать огнетушители, наполненные составом, содержащим флегматизирующую концентрацию азота 70 % по объему, также диоксид углерода 75 % по объему, песок, струи воды, сжатый азот, полотно асбестовое и так далее.