Кислород. Роль кислорода в процессе газовой сварки

Свойства кислорода и способы его получения

При газовой сварке и резке нагрев металла осуществляется высокотемпературным газовым пламенем, получаемым при сжигании горючего газа или паров жидкости в смеси с технически чистым кислородом.

Кислород является самым распространенным элементом на земле, встречающимся в виде химических соединений с различными веществами: в земле — до 50% по массе, в соединении с водородом в воде — около 86% по массе и в воздухе — до 21% по объему и 23% по массе.

Кислород при нормальных условиях (температура 20°С, давление 0,1 МПа) — это бесцветный, негорючий газ, немного тяжелее воздуха, не имеющий запаха, но активно поддерживающий горение. При нормальном атмосферном давлении и температуре 0°С масса 1 м3 кислорода равна 1,43 кг, а при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении — 1,33 кг.

Кислород имеет высокую химическую активность, образуя соединения со всеми химическими элементами, кроме инертных газов (аргона, гелия, ксенона, криптона и неона). Реакции соединения с кислородом протекают с выделением большого количества теплоты, т. е. носят экзотермический характер.

При соприкосновении сжатого газообразного кислорода с органическими веществами, маслами, жирами, угольной пылью, горючими пластмассами может произойти их самовоспламенение в результате выделения теплоты при быстром сжатии кислорода, трении и ударе твердых частиц о металл, а также электростатического искрового разряда. Поэтому при использовании кислорода необходимо тщательно следить за тем, чтобы он не находился в контакте с легковоспламеняющимися и горючими веществами.

Всю кислородную аппаратуру, кислородопроводы и баллоны необходимо тщательно обезжиривать. Кислород способен образовывать в широких пределах взрывчатые смеси с горючими газами или парами жидких горючих, что также может привести к взрывам при наличии открытого огня или даже искры.

Отмеченные особенности кислорода следует всегда иметь в виду при использовании его в процессах газопламенной обработки.

Атмосферный воздух в основном представляет собой механическую смесь трех газов при следующем их объемном содержании: азота — 78,08%, кислорода — 20,95%, аргона-0,94%, остальное — углекислый газ, водород, закись азота и др. Кислород получают разделением воздуха на кислород и азот методом глубокого охлаждения (сжижения), попутно идет отделение аргона, применение которого при аргонодуговой сварке непрерывно возрастает. Азот применяют как защитный газ при сварке меди.

Кислород можно получать химическим способом или электролизом воды. Химические способы малопроизводительны и неэкономичны. При электролизе воды постоянным током кислород получают как побочный продукт при производстве чистого водорода.

В промышленности кислород получают из атмосферного воздуха методом глубокого охлаждения и ректификации. В установках для получения кислорода и азота из воздуха последний очищают от вредных примесей, сжимают в компрессоре до соответствующего давления холодильного цикла 0,6-20 МПа и охлаждают в теплообменниках до температуры сжижения, разница в температурах сжижения кислорода и азота составляет 13°С, что достаточно для их полного разделения в жидкой фазе.

Жидкий чистый кислород накапливается в воздухоразделительном аппарате, испаряется и собирается в газгольдере, откуда компрессором его накачивают в баллоны под давлением до 20 МПа.

Технический кислород транспортируют также по трубопроводу. Давление кислорода, транспортируемого по трубопроводу, должно быть согласовано между изготовителем и потребителем. К месту сварки кислород доставляется в кислородных баллонах, и в жидком виде — в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией.

Для превращения жидкого кислорода в газ используют газификаторы или насосы с испарителями для жидкого кислорода. При нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С 1 дм3 жидкого кислорода при испарении дает 860 дм3 газообразного. Поэтому доставлять кислород к месту сварки целесообразно в жидком состоянии, так как при этом в 10 раз уменьшается масса тары, что позволяет экономить металл на изготовление баллонов, уменьшать расходы на транспортировку и хранение баллонов.

Для сварки и резки по ГОСТ 5583-78 технический кислород выпускается трех сортов:

• 1-й — чистотой не менее 99,7%
• 2-й — не менее 99,5%
• 3-й — не менее 99,2% по объему

Чистота кислорода имеет большое значение для кислородной резки. Чем меньше содержится в нем газовых примесей, тем выше скорость реза, чище кромки и меньше расход кислорода.

weldering.com

Хранение, транспортировка и меры предосторожности

Для хранения и перевозки O2 используются баллоны, имеющие голубой окрас и характерную надпись черного цвета. Вентиль изготавливается из латуни и снабжен правой резьбой. При этом арматура должна постоянно проверяться на исправность и герметичность. Хранится подобная тара в специально оборудованных складских помещениях или на открытом воздухе под навесом, который осуществляет защиту от солнечных лучей и осадков.

Перевозить кислородные баллоны необходимо на рессорном транспорте или автокарах, соблюдая горизонтальное положение. Хотя в некоторых случаях допускается вертикальное положение при перевозке, но только при наличии специального приспособления, которое исключает любые удары и падения.

В процессе эксплуатации во избежание опасных ситуаций следует придерживаться следующих мер безопасности:

• Хотя сам по себе газ не горюч и не взрывоопасен, он поддерживает активное горение других веществ, поэтому для работы с ним должны применяться лишь разрешенные материалы.
• При контакте с маслянистыми субстанциями происходит мгновенная реакция окисления, что может привести к воспламенению или даже взрыву.
• С целью минимизации вероятности пожаров концентрация O2 в помещениях должна быть не более 23%.
• Запрещается использовать кислородные сосуды и трубопроводы для хранения и транспортировки горючих веществ.

Так точно нельзя обращаться с баллонами, заправленными газом

Кислород технический газообразный

В газовой сварке кислород является незаменимым дополнительным материалом, который обеспечивает высокую температуру горения пламени, чтобы можно было расплавить металл нужной толщины. Он применяется как основная температурная сила, в то время как другие газы имеют защитную функцию. Кислород технически не имеет цвета и запаха. Он не горючий сам по себе, но при взаимодействии с другими веществами существенно повышает температуру горения. Он не взрывоопасен, как многие другие из этой области. Это доступное и относительно недорогое вещество. Существует несколько технических разновидностей, которые отличаются содержанием примесей, их объемом и количеством. Главным показателем качества является объем чистого газа.

Технический кислород в баллонах

Даже с примесями газ сохраняет высокую химическую активность. Он образует массу химических соединений, которые встречаются на Земле. Инертные газы не взаимодействуют с ним для образования соединений. Золото, серебро, платина и прочие благородные металлы также бесследно переносят его воздействия. Хранится кислород чаще всего в жидком виде, так как это более компактно, удобно и экономно. Зачастую перевод его в газообразное состояние начинается уже на месте использования.

Область применения при сварке

Кислород технический газообразный находит очень широкое применение при сварке в среде защитных газов. Вне зависимости от того, какой основной защитный газ, вторым веществом, которое подается в горелку, практически всегда является кислород. Его можно встретить в строительстве, где создаются металлоконструкции и каркасы для будущих зданий. Также он является обязательным в каждой сварочной мастерской. Используется газ при ремонте труб, тонких металлических изделий, в ремонтных мастерских, на производстве в сборочных цехах и так далее.

Наиболее активно кислород применяется при резке металла. Здесь вещество подается в горелку под большим давлением, что дает длинную и мощную струю. Это позволяет прорезать металлические изделия на большую толщину. Края при таком выжигании получаются довольно ровными.

Виды технического кислорода

Кислород технический газообразный производится по ГОСТ 5583-65. Согласно данному стандарту выделяют два основных сорта, которые применяются в промышленности. Естественно, что есть и другие, более загрязненные варианты, которые могут использоваться в частной сфере, но к стандартам серьезных производственных работ, где на соединения возлагается высокая ответственность, они не имеют отношения. Выделяют первый и второй сорт газа с различными техническими характеристиками.

Характеристики марок газообразного кислорода

Несмотря на то, что оба сорта применяются практически в одной и той же сфере и во многих случаях являются взаимозаменяемыми, иногда для сварки требуется исключительно первый сорт. Отличия в характеристиках у них также не принципиально значительные, как и отличия в составе. Здесь приведены основные данные по каждому из вариантов:

Характеристики марок жидкого технического кислорода

Жидкий кислород имеет бледно-синий цвет. Благодаря этому поставляется кислород в баллонах синего цвета. Жидкость относится к мощным парамагнетикам. Удельная плотность данного материала составляет 1,141 г/см кубический. Жидкость обладает умеренно криогенными свойствами. Точка замерзания ее составляет -222,65 градусов Цельсия. Кипеть она начинает уже при температуре -182,96 градусов Цельсия. Получение данного вещества в промышленной среде производится путем фракционной перегонке воздуха.

Техническое обозначение

Главным стандартом, по которому производится технический кислород, является ГОСТ 5583-78. Данный стандарт распространяется как на медицинский, так и на технический кислород. Получение газа происходит из атмосферного воздуха, для чего используется низкотемпературная ректификация, или при помощи электролиза воды. Здесь указан состав, допустимое наличие и соотношение примесей для каждого сорта. Также имеются правила эксплуатации и прочие важные данные. Для применения на официальных предприятиях именно этот ГОСТ является основным.

Инструкция по применению кислорода технического при сварке

Перед началом сварки нужно проверить баллон. На нем не должно быть масла и прочих загрязнений, так как это может привести к возгоранию и несчастному случаю. Баллон должен находиться в вертикальном положении и быть хорошо закрепленным, чтобы не упал при передвижениях сварщика.

«Важно!

Расстояние от баллона до источника пламени не должно быть менее 5 метров.»

Перед началом сварки сначала пускается защитный газ. Разобравшись, для чего нужен кислород, стоит понимать, что он существенно добавляет температуру горения и для проверки работоспособности горелки, а также для прогревания деталей, его применение может оказаться лишним. Когда уже начинается непосредственное сваривание. Тогда стоит пускать газ согласно параметрам сварки для конкретного случая, в зависимости от заготовки.

Меры безопасности

Чтобы во время использования не случилось несчастного случая, следует придерживаться определенных правил, которые смогут снизить все опасности к минимуму. К основным относятся следующие меры безопасности:

• Не стоит допускать концентрацию газа в помещении свыше 23%, так как это может привести к повышенной опасности возникновения пожара;
• Несмотря на то, что кислород является не горючим веществом, он сильно влияет на другие элементы, так что при работе с ним нужно использовать только определенный круг разрешенных материалов;
• Если возникает контакт с масляными субстанциями, то они практически мгновенно окисляются, что может стать причиной взрыва или пожара;
• Категорически запрещается использовать баллоны, где ранее ранился кислород, для других горючих веществ;
• Во время перевозки нужно исключить вероятность ударов, падения и других факторов повреждения.

Заключение

Физические и химические свойства кислорода делают его уникальным газом для сварочной области. Если защитные газы имеют аналоги и могут заменяться, в случае необходимости, то этот нечем заменить. Использование имеет свои особенности, связанные с техникой безопасности, но это не столь страшно, как при использовании ацетилена и прочих газов.

svarkaipayka.ru

Область применения при сварке

Кислород технический газообразный находит очень широкое применение при сварке в среде защитных газов. Вне зависимости от того, какой основной защитный газ, вторым веществом, которое подается в горелку, практически всегда является кислород. Его можно встретить в строительстве, где создаются металлоконструкции и каркасы для будущих зданий. Также он является обязательным в каждой сварочной мастерской. Используется газ при ремонте труб, тонких металлических изделий, в ремонтных мастерских, на производстве в сборочных цехах и так далее.

Наиболее активно кислород применяется при резке металла. Здесь вещество подается в горелку под большим давлением, что дает длинную и мощную струю. Это позволяет прорезать металлические изделия на большую толщину. Края при таком выжигании получаются довольно ровными.

Кислород

Подробности Подробности Опубликовано 27.05.2012 13:: 5456
Для получения сварочного пламени высокой температуры сжигают газ или пары горючей жидкости в чистом кислороде. Если сгорание горючего будет происходить не в кислороде, а в воздухе, где кислород составляет 7в часть по объему, то температура пламени получится значительно ниже.

Кислород при атмосферном давлении и обычной температуре представляет собой бесцветный газ, не имеющий запаха. Он тяжелее воздуха. При атмосферном давлении и температуре 0°С 1 м3 кислорода весит 1,43 кг.

Технический кислород получают из воздуха на кислородных заводах и доставляют к месту сварки, как правило, в сжатом виде в стальных баллонах под давлением 150ат.

Кислород может также подводиться к месту сварочных работ по трубопроводу от кислородной станции под давлением от 5 до 30ат.

При температуре минус 183° С и атмосферном давлении кислород превращается в голубоватую, легко испаряющуюся жидкость. 1 л жидкого кислорода при испарении дает 790 л, или 0,79 м\ газообразного кислорода при атмосферном давлении и температуре 0°С.

Жидкий кислород хранят и транспортируют в специальных сосудах (танках), хорошо изолированных от тепла окружающей среды.

При использовании жидкого кислорода для сварки и резки его предварительно превращают в газ, испаряя в особых аппаратах, называемых газификаторами.

Горючие газы и горючие жидкости образуют в соединении с кислородом взрывчатые смеси. Жир и масло при контакте со сжатым кислородом могут самовоспламеняться. С целью предохранения от возможных несчастных случаев вся кислородная аппаратура подвергается тщательному обезжириванию. В процессе работы необходимо строго следить, чтобы масло и жир не могли попасть на детали кислородной аппаратуры.

electrowelder.ru

Способы производства

Существует два основных метода получения чистого O2:

• Из воздуха: на начальном этапе воздух очищается от мелких примесей и влаги посредством многоступенчатого компрессора и воздушных фильтров. Следующим этапом является сжижение и последующее разделение O2 и N2 (жидкий азот закипает при -196°C, поэтому при медленном увеличении температуры он испаряется раньше).
• Из воды: через дистиллированную воду пропускают ток (реакция электролиза), в результате чего происходит разделение: 2H2O → 2H2 + O2. Учитывая то, что абсолютно чистая вода – это диэлектрик, перед подачей тока в нее добавляют электролиты (KOH, NaOH).

«Воздушный» метод считается наиболее выгодным. Чтобы получить кислород технический в объеме 1 м³ данным способом, расходуется порядка 0,5-1,5 кВт/ч электричества. Тогда как для электролиза требуется 10-20 кВт/ч.

На рисунке изображен «воздушный» способ получения

Газ для сварки – что обеспечивает такую мощь пламени?

Видов сварки существует множество. Деление построено на способе получения высокотемпературной сварочной ванны (вида энергии). Например, сварки электрической дугой, ультразвуком, газовым пламенем и другие. Такая горелка может резать и сваривать любые металлы. Края свариваемых металлических деталей буквально расплавляются и, соединяясь, составляют уже новую единую структуру в месте сплава, называемого сварным швом.

К сварочным газам относят, в первую очередь, ацетилен для сварки, выделяемый в результате реакции с водой карбида кальция. Смешиваясь с кислородом, он позволяет получать температуру пламени свыше трех тысяч градусов.

Также сварочными считаются пропаны, бутаны, сжиженные МАФы (новые газы, сменившие ацетилен), бензолы, керосины и другие. Важной особенностью применения сварочных газов будет обязательное присутствие кислорода, как катализатора горения. Причем от качества (чистоты) подаваемого в горелку кислорода зависит и развиваемая температура.

Газовая смесь для сварки с применением технически чистого кислорода дает очень интенсивное и полное сгорание самой смеси или испарений горючих веществ, поскольку обеспечивает очень высокие температуры горения. Количество кислорода в пламени определит его окислительные или восстановительные свойства.

С другой стороны, использование технического (чистого) кислорода требует специальных баллонов для его хранения и подачи. В смеси с таким кислородом некоторые газы или составы могут оказаться взрывоопасны (вследствие чрезвычайно высокой скорости их сгорания в таком катализаторе).

Часто они могут и сами по себе быть опасными из-за своей токсичности. Например, ацетилены, дицианы и т.п.

Применение же кислорода, содержащегося в атмосферном воздухе, делает сварочные газовые смеси менее эффективными. Их сгорание замедляется, что резко снижает температуру пламени. Причина в том, что в воздухе кислород составляет не более пятой его части, в большей степени присутствуют другие газы, тот же азот, например.

Помимо сказанного, сварка в условиях использования атмосферного кислорода часто не дает требуемой геометрии соединительного шва, изменяет свойства металла в этой зоне, что в конечном итоге влияет на качество соединения.

Технические газы используются не только в сварках. Широко применяются также защитные газы для сварки электрической дуговой и пр. Применение различных инертных (гелий, аргон) или активных (азот, СО2, водород, кислород) газов в качестве защитной среды для ванны сварочного расплава значительно улучшает качество результата, увеличивает скорость выполнения работ, позволяет получать нужные параметры шва и т.д.

Принцип сварки в среде защитных газов прост. Нужный состав подается в зону действия дуги через сопло специальной горелки под давлением, создавая эту самую защитную среду. На таком принципе построены популярные сварки на полуавтоматах.

Такая сварка доступна не только в заводских условиях, ее широко применяют в мастерских и даже в частных гаражах. Чаще всего газ для сварки полуавтоматом представляет смесь инертного и углекислого (в различных пропорциях). Из инертных более применимы гелий и аргон. В практике принято использование аргона, поэтому в составе и присутствуют СО2 и аргон.

Вообще инертный газ для сварки нужен в качестве защиты расплава ванны от внешнего воздействия воздуха, а также в случае необходимости качественного проведения сварочных работ по нержавеющим сталям, титану и сплавам из него, цветным металлам (никелю, меди, алюминию и сплавам) и др. При этом электрод может быть любым: классическим плавящимся, не меняющим своей формы и структуры (служащим для создания дуги) и т.п.

На выбор нужного для сварки газа влияет то, какой металл используется в работе. Та же смесь СО2 и аргона при сварках стальных элементов содержит больше углекислой составляющей (около 18%). А при сваривании нержавеющих сталей преобладает аргон (98%), СО2 составляет только два процента.

Таким образом, какой газ используют для сварки, определяется металлом, его маркой, необходимыми свойствами шва, видами сварочного оборудования, требованиями к химическому составу и даже форме швов, условиями проведения работ и т.д.

ogodom.ru