Теория
Температура пламени зависит от теплоты сгорания топлива и теплоемкости продуктов реакции. Когда мы сжигаем что-то в воздухе - нагревать приходится и азот (которого почти 80%), потому температура пламени в воздухе обычно не высокая (~1500-2000C и ниже). А вот в чистом кислороде, при правильном соотношении объема горючего и кислорода - греть нужно только продукты реакции, и достижимы намного более высокие температуры.
Как топливо обычно рассматривают углеводороды. Углерод при сгорании дает углекислый газ, а водород - воду. Вода имеет очень большую теплоемкость (4.183 против 1.4 кДж/(кг*К)), соответственно, чем больше в горючем будет углерода, и меньше водорода - тем выше в первом приближении потенциально достижимая температура.
Наилучшее сочетание - у ацетилена C2H2, а например у метана CH4 и пропана C3H8 - это соотношение намного хуже.
Но существуют и другие соединения с равным количеством углерода и водорода - например бензол, C6H6. Помимо токсичности бензола, при его сгорании выделяется меньше энергии, т.к. в ацетилене "лишняя" энергия запасена в нестабильной тройной углеродной связи, что и обеспечивает ему одну из наибольших температур горения в кислороде - 3150 °C.
Эта лишняя энергия (~16%) может выделится во время самопроизвольной детонации сжатого ацетилена даже без доступа воздуха (продуктом реакции будет как раз бензол и винилацетилен). Wikipedia утверждает, что для этого нужно давление всего в 2 атмосферы - но я в шприце сжимал ацетилен до 4-5 атмосфер и ничего не происходило (видимо нужны катализаторы, удар или повышенная температура). В любом случае, из-за этого эффекта ацетилен в сжатом виде не хранят, а растворяют его в баллонах в ацетоне. Но есть и более простой и безопасный при маленьких объемах способ получения ацетилена - реакция карбида кальция с водой. Именно этот способ и будет использоваться.
Что примечательно, достигнуть еще бОльшей температуры можно - если использовать как топливо вещества, не содержащие водорода вообще: cyanogen (привет Android), (CN)2 - горит при 4525 °C и dicyanoacetylene C4N2, горит при 4990 °C (опять благодаря тройным углеродным связям, и меньшему относительному количеству лишнего азота). Но практически с этой целью их не используют из-за токсичности.

Безопасность
Сжатые кислород и ацетилен в баллонах - могут быть очень опасны при малейших нарушениях правил эксплуатации, потому их я конечно использовать не буду.
Ацетилен будет генерироваться из небольшого количества карбида кальция (~100г на одну сессию), в бутылке объемом 0.5л. Изначально я хотел использовать 2л, чтобы давление было более равномерное - но посмотрев на YouTube как взрывается литр ацетилена с кислородом - решил урезать осетра. Чтобы не создавалось опасного давление в генераторе - выход ацетилена на горелке никогда нельзя перекрывать. Генератор ацетилена нужно охлаждать - иначе будет "саморазгон" реакции из-за нагрева.
Кислород - будет генерироваться медицинским концентратором кислорода, что относительно безопасно.
Могла быть еще опасность накачать кислорода в генератор ацетилена с последующим хлопком - но для этого нужно, чтобы не сработал защитный клапан в генераторе кислорода, и был заблокирован (грязью например) выход газа из горелки.
И конечно работать нужно в специальных очках - не только для защиты от брызг металла, но и ультрафиолетового излучения пламени (т.е. прозрачные пластиковые защитные очки тут не подойдут).
Чтобы не допустить скапливания взрывоопасной концентрации ацетилена в случае утечек - вентилятор постоянно обдувал рабочее место + все операции проводились на свежем воздухе.
Также существует проблема "обратного удара" (в видео в конце статьи показан на 1:30): когда скорость течения газа в горелке становится слишком маленькая, пламя уходит внутрь горелки с хлопком, и если в ацетилене есть воздух - пламя может дойти до генератора ацетилена. Потому я не поджигал ацетилен сразу после начала реакции, а ждал ~15-30 секунд пока воздух не будет вытеснен. Также эта проблема может быть решена добавлением водяного клапана на пути ацетилена.

Конструкция
Итак, нам понадобится генератор кислорода. В моем случае - медицинский кислородный концентратор Atmung (цена порядка 20к рублей - но он, к счастью, уже был в наличии). Может генерировать 1 литр в минуту 95% кислорода, и бОльшие объемы при снижении концентрации. Работает по принципу короткоцикловой безнагревной адсорбции - за счет различной скорости прохождения газов через поры цеолита:

Далее - стандартная ацетиленовая горелка "Малютка", у неё самое маленькое сопло, куплена в интернет-магазине (960 рублей):

Мой генератор ацетилена работает следующим образом: вода из банки, стоящей на высоте 1-2 метра (для создания давления) через иглу инсулинового шприца маленькими каплями капает на карбид кальция в бутылке. Как только давление вырастает из-за выделившегося газа - вода капать перестает, до тех пор пока давление не снизится. Таким образом система стабилизирует сама себя. Тем не менее, генератор в банке с холодной водой - чтобы не допустить излишнего нагрева:

Результат
Пламя ацетилена в воздухе сильно коптит, и выглядит вполне заурядно:

С включением кислорода все меняется:

Можно плавить и поджигать сталь, резать все-таки не хватает мощности (надо брать более толстый наконечник, увеличивать давление):

Оказалось, гибкое стеклянное "оптоволокно" получается автомагически - когда расплавленное стекло капает, как только толщина шейки становится достаточно маленькой, оно очень быстро остывает и дальше не утончается.

Можно плавить стекло как масло, запаивать капсулы из стеклянных трубок:

Видео самодельного кислородно-ацетиленового сварочного аппарата:

Старая сварочная технология, с помощью которой всегда получается красивый и прочный шов, ацетиленовая сварка. В основе данного процесса лежит горючий газ – ацетилен, который всегда получали при помощи смешивания воды и карбида кальция. И делали это в специальном баллоне, называемом генератором. К оборудованию добавлялся кислородный баллон, комплект шлангов, горелка, установленная на специальной рукоятке, на которой располагаются регулирующие вентили. С их помощью регулировалась подача и расход ацетилена и кислорода.

Возни с генератором газа всегда было много. Его необходимо было перед каждым сварочным процессом загружать карбидом и заполнять водой. После окончания сварки смесь сливали, тем самым получали непредвиденный расход материалов. Сегодня вместо капризных генераторов используют баллоны, которые в заводских условиях заполняются ацетиленом под необходимым давлением.

Газосварка ацетиленом, а точнее, ее качество, зависит от горелки. От точного ее выбора по размерам, от грамотной подачи газов в ее полость. Что касается размеров, то горелки маркируются от нуля до пяти. В этом случае «0» является самым малым размеров, соответственно «5» - самым большим. Здесь в основном имеется ввиду размер отверстия. И чем больше он, тем шире будет сварочный шов после сварки, соответственно и больше будет расход газовой смеси.

Поэтому, начиная варить металлические заготовки ацетиленом, нужно в первую очередь убедиться, что наконечник (его номер) соответствует форсунке, через которую будет подаваться горючая газовая смесь.

Технология сварки

Перед тем как варить ацетилен сваркой, необходимо открыть подачу ацетиленового газа до появления резкого специфичного запаха. Горелка поджигается, после чего надо постепенно добавлять кислород до образования устойчивого синего пламени. Обратите внимание, что на каждом баллоне: ацетиленовом и кислородном установлены редукторы. Так вот при подаче обоих газов на ацетиленовом баллоне должна устанавливаться подача под давлением 2-4 атм, на кислородном до 2 атм. Повышать давление нет смысла, потому что это приведет к неправильной регулировке горючей смеси.

Когда производится сварка черных металлов, то обычно сварщики устанавливают так называемое нейтральное пламя. Состоит оно из трех частей, которые четко видны невооруженным глазом:

• Внутри располагается ядро, оно имеет яркий голубой окрас нередко с зеленоватым оттенком.
• Далее идет восстановительное пламя. Это так называемая рабочая область, имеющая бледно-голубой окрас.
• И сверху располагается факел пламени. И он тоже является рабочим.

Всего специалисты отмечают четыре разновидности пламени ацетиленовой сварки, но именно нейтральный вид используется чаще всего. Его нужно правильно настроить. И если настройка была проведена неграмотно, то сварка ацетиленом будет не варить металл, а резать его. Очень важно не допустить, чтобы пламя горелки было длинным и с оранжевым концом. Такое пламя вводит в нагретый металл углерод в избытке. А этот химический элемент для сварочного процесса – не самый лучший показатель.

Способы сваривания

Существует два вида сварки: «на себя» и «от себя». В первом случае горелка движется первой, разогревая до необходимой температуры сварочную ванну, а за ней присадочная проволока. При этом необходимо, чтобы пламя горелки подавалось в зону сваривания под углом 45°. Горелка должна двигаться кругами или полукругами вдоль шва, присадка должна поспевать за пламенем и двигаться внутрь сварной зоны.

Во втором случае, наоборот, перед горелкой движется присадочный стержень. Обычно таким способом сваривают заготовки из толстого металла. Потому что сам процесс расплавления основного металла и присадки происходит одновременно, и смешанный расплавленный металл полностью заполняет сварную ванну. Но самое важное при таком способе соединения необходимо добиться равномерного смешивания двух металлов. Если взаимное проникновение будет слабым, то и шов получится некачественным.

Кстати, взаимопроникновение металлов, по-научному пенетрация, может выглядеть чисто внешне некрасиво, но при этом прочность соединительного шва будет максимально высоким. И, наоборот, красивый шов не обеспечивает высокое качество сварного соединения. В этом случае красота может оказаться обманчивой. Но чтобы результат был гарантированно качественным, необходимо устанавливать зазор между заготовками по минимуму, а также проводить предварительные прихватки с той же целью – уменьшение зазора.

Особенности газовой сварки

Ацетилено-кислородная сварка имеет три основных параметра, от которых зависит качество конечного результата. Это мощность огня (пламени), это под каким углом к сварочной поверхности располагается горелка, диаметр используемого присадочного прутка.

Мощность пламени горелки выбирается в зависимости от теплофизических свойств металла и от толщины свариваемых заготовок. Зависимость такая: чем толще детали, чем выше у их металла теплопроводность и температура плавления, тем больше должна быть и мощность пламени горелки. Последняя определяется расходом газовой смеси. Чем больше расход, тем выше мощность. Для каждого вида металлов выбирается свой мощностной показатель. Существуют формулы, по которым он определяется. Основная зависимость – это толщина свариваемых заготовок.

• Для черных металлов (сталь и чугун) мощность располагается в пределах (100-150)n, где n – это толщина детали.
• Для цветных металлов, к примеру, для меди – диапазон равен (150-200)n .

Мощность пламени, как и расход газов, имеет единицу измерения – л/час.

Что касается угла наклона горелки, то она также изменяется в зависимости от толщины соединяемых изделий. К примеру, если толщина варьируется в диапазоне от 1 до 15 мм, то угол наклона будет изменяться от 10 до 80°. И чем толще металл, тем больше угол наклона. Но в самом начале сварки необходимо угол наклона выдерживать максимальным, даже до 90°, потому что при таком значении будет быстрее нагреваться соединяемые детали, плюс быстрее сформируется сварочная ванна.

Диаметр присадочного стержня также выбирается в зависимости от толщины заготовок. Формула определения проста: половина толщины плюс один миллиметр. К примеру, если свариваются между собой детали толщиною 4 мм, то для их соединения необходима присадка диаметром 3 мм.

Плюсы и минусы

К преимуществам газовой сварки можно отнести:

• Полная независимость от электричества.
• Возможность изменять температуру сварочной ванны только за счет изменения угла направления пламени, то есть, расположения горелки.
• Возможность избегать прожогов, изменяя расстояние от сварочной поверхности до горелки.
• Аппарат и все оборудования для ацетиленовой сварки мобильно.

Но есть у данной технологии и свои минусы.

• Небольшая производительность сварочного процесса.
• Достаточно большая площадь нагрева, что чаще всего отрицательно влияет на сам основной металл.
• Для проведения сварных работ требуется сварщик с высокой квалификацией.
• Редко используется в промышленных объемах.

Чаще всего же сварка ацетиленовым газом применяется для соединения тонкостенных заготовок. К примеру, для стыковки тонкостенных труб, где невозможно изнутри использовать флюс или защитный газ. Обязательно ознакомьтесь с видео-уроком, правила ведения ацетиленовой сварки.

Чтобы понять, где применяется ацетилен, необходимо изучить и понять, что же это такое. Данное вещество представляет собой горючий бесцветный газ. Его химическая формула - С 2 Н 2 . 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 путем разложения компонента в воде.

Чем опасен ацетилен

Ограничено его необычайными свойствами. 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:

1. Повышении температуры до 450-500°С, а также при давлении в 150-200 кПа, что равно 1,5-2 атмосферам.
2. 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.
3. При подобных же условиях происходит взрыв смеси воздуха с ацетиленом, если в ней содержится 2,2-80,7 % ацетилена.
4. 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 и пропан-бутан. Вещество обеспечивает производительность и высокое качество сварки.

Снабжение постов газом для резки и сварки может осуществляться от 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:

Что делать, если возник пожар

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

1. 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.
2. Если воспламенился газ, который выходит из баллона, то следует незамедлительно закрыть емкость. Для этого следует использовать неискрящийся ключ. После этого емкость необходимо остудить.
3. 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 75 % по объему, песок, струи воды, сжатый азот, полотно асбестовое и так далее.

Кислородно-ацетиленовая горелка - это доступный и универсальный инструмент, который повсеместно используют для нагрева, сварки, пайки и резки металла. Горелка позволяет достичь очень высоких температур, и для безопасной работы ее необходимо правильно настроить. Для работы с кислородно-ацетиленовой горелкой следует научиться правильно использовать редукторы давления, подключать подачу газа и безопасно зажигать пламя.

Шаги

Часть 1

Подключите редукторы давления

Закрепите баллоны с кислородом и ацетиленом в вертикальном положении. Если у вас есть тележка для газовых баллонов, поставьте в нее баллоны с кислородом и ацетиленом. В противном случае надежно прикрепите их цепью к верстаку, стене или стойке. Газовые баллоны не должны опрокинуться.

• Газовые баллоны следует использовать и хранить только в вертикальном положении.

1. Очистите выпускное отверстие вентиля от скопившейся пыли и грязи. Встаньте так, чтобы выпускное отверстие было направлено в сторону от вас, быстро отверните вентиль на 1/4 оборота и тут же закройте его. Таким образом вы удалите грязь и пыль, которые могли скопиться в вентиле. Его необходимо очистить, иначе мусор может попасть в другие части горелки и помешать ее нормальной работе.

   • Предупреждение: никогда не продувайте вентиль газового баллона рядом с местом сварочных работ, вблизи искр или открытого пламени.

2. Подсоедините редукторы к кислородному и ацетиленовому баллону. Редукторы показывают, при каком давлении газа вы работаете, они необходимы для безопасного запуска и эксплуатации кислородно-ацетиленовой горелки.

   • Если у редуктора и баллона разные резьбы (то есть они не подходят друг к другу), придется использовать переходник, который можно приобрести в магазине хозяйственных товаров.

3. Затяните гайки редуктора гаечным ключом. Не думайте, что достаточно как можно туже затянуть гайки голыми руками. Используйте гаечный ключ с фиксированным отверстием (а не разводной), который специально предназначен для сварочных инструментов. Такой ключ можно приобрести в магазине хозяйственных товаров и инструментов.

   • Если вам необходимо что-нибудь отрегулировать после того, как вы откроете газовый баллон, обязательно закрутите вентиль, прежде чем вновь затягивать гайку.

4. Покрутите регулирующий давление винт влево до тех пор, пока он не будет свободно вращаться. Сделайте это на каждом редукторе. Перед нагнетанием давления клапан редуктора должен быть закрыт. Поверните регулировочный винт против часовой стрелки, чтобы снять давление с пружины редуктора.

   • Когда винт начнет свободно вращаться, достаточно будет не прикладывать к нему значительные усилия, а просто постучать пальцем, чтобы он повернулся.

5. Очень медленно откройте вентили на кислородном и ацетиленовом баллоне. При этом вам должны быть видны датчики давления на баллоне, однако не следует стоять перед клапанами. Откройте клапаны медленно, чтобы защитить себя и оборудование от возможного возгорания.

   Оставляйте гаечный ключ на ацетиленовом клапане, пока он открыт. В этом случае вам не придется тратить время на поиски подходящего гаечного ключа, если вдруг возникнет чрезвычайная ситуация. Если ключ останется на клапане, вы в любой момент сможете закрыть баллон.

   • Старайтесь держать возле своего рабочего места все необходимые инструменты, чтобы вам не приходилось их искать. Заранее планируйте свою работу и запасайтесь нужными инструментами, прежде чем приступить к ней.

   Часть 2

   Подсоедините газовые баллоны к горелке

   1. Используйте шланги, соединители и переходники, специально предназначенные для сварки и резки. Кислородные шланги имеют зеленое, а ацетиленовые - красное покрытие. Ни в коем случае не меняйте местами эти шланги, так как они предназначены для разных газов. Если один из шлангов порвется, замените его на новый - не пытайтесь залатать поврежденный шланг клейкой лентой.

      • Для ацетилена подойдет шланг с прокладкой из натуральной резины.

   2. Не наносите на шланги масло или смазку. Все соединения подачи газа к горелке имеют контакты металл-металл, для них не требуются смазка или герметики. Также не используйте какие-либо приспособления для монтажа труб, чтобы подсоединить шланги к горелке.

      • Не прикладывайте больших усилий, когда подсоединяете шланги - если резьба не закручивается легко вручную, то она повреждена, либо части не соответствуют друг другу.

   3. Подсоедините кислородный шланг к редуктору на кислородном баллоне и к горелке. На корпусе или ручке горелки должны быть обозначения, которые показывают, куда следует подсоединять шланги. Большинство горелок имеют 2 гнезда для подачи кислорода: одно используется для режущей струи, а второе для пламени подогрева. Если на горелке нет переходника, который соединяет оба эти гнезда, вам потребуется два кислородных шланга, два редуктора давления и два баллона с кислородом.

      • Большинство новых кислородно-ацетиленовых горелок снабжены встроенными переходниками, однако для безопасности лишний раз сверьтесь с приложенными инструкциями.

   4. Подсоедините ацетиленовый шланг к редуктору на баллоне с ацетиленом и к горелке. Иногда на горелке не указывают, какое гнездо предназначено для ацетилена, и четко обозначают лишь подвод для кислорода. В этом случае ацетиленовый шланг нужно подсоединить к тому гнезду, которое не предназначено для подачи кислорода.

      • Еще раз проверьте все соединения, прежде чем продолжать, и убедитесь в том, что все шланги на своих местах.

   5. Затяните шланговые соединения гаечным ключом. Недостаточно закрутить их лишь голыми руками. Возьмите гаечный ключ с фиксированным отверстием и надежно прикрепите кислородный и ацетиленовый шланг к горелке.

      • Необходимо туго затянуть соединения, чтобы не было утечки кислорода или ацетилена.

      Часть 3

      Проверьте герметичность соединений

      1. Закройте оба клапана на горелке. Поверните регулировочный винт на редукторе с кислородным баллоном так, чтобы манометр показывал около 1 атмосферы. На баллоне с ацетиленом установите регулятор так, чтобы на манометре было примерно 0,7 атмосферы.

         • Прежде чем приступить к работе, необходимо проверить, нет ли течей. Утечка газа может нанести вред вам и окружающим вас людям или привести к возгоранию.

      2. Нанесите кистью раствор для обнаружения утечек. Нанесите раствор на клапаны баллонов, места соединения баллонов с редукторами и все шланговые соединения. Раствор для обнаружения утечек можно приобрести в магазине хозяйственных товаров или приготовить самому: для этого просто разведите в воде мыло, чтобы получился достаточно густой пенный раствор.

         • Подойдет любая рабочая кисть, лишь бы она не была в масле или бензине.

      3. Проверьте, не пузырится ли раствор. Выделяющиеся пузырьки указывают на то, что через данное место проходит кислород или ацетилен, и протекающее соединение необходимо туже затянуть или полностью заменить. Пузырьки будут небольшими, примерно как при кипении воды, а то и меньше, и вы заметите их по тому, что поверхность проверочного раствора станет неровной на вид.

         • После нанесения раствора подождите 1–2 минуты, чтобы он как следует смочил поверхность, прежде чем смотреть, есть ли течь.

      4. Сбросьте давление в той системе, где есть утечка газа. Заново соберите соединение или туже затяните гайки и еще раз нанесите проверочный раствор. После проверки не забудьте перекрыть вентили на кислородном и ацетиленовом баллоне.

         • Если после проверки и повторного закрепления протекающих участков проверочный раствор вновь выделяет пузырьки, это может указывать на то, что у вас негерметичный шланг, и необходимо приобрести новый, прежде чем продолжить работу.

      Часть 4

      Получите нужное рабочее давление

      1. Поверните регулировочный винт на редукторе с кислородным баллоном. Медленно поворачивайте винт, пока не достигнете нужного давления. Вы увидите значение давления на выходном манометре. После этого закройте кислородный клапан на горелке. Если вы используете горелку для резания, откройте только кислородный клапан для резки. Если вы используете головку для резки, откройте кислородный клапан на ручке горелки и кислородный клапан для резки на головке.

         • Не устанавливайте давление выше, чем рекомендовано в приложенных к горелке инструкциях.

      2. Выставьте регулировочный винт на редукторе с ацетиленовым баллоном, чтобы получить нужное давление. Не превышайте 1 атмосферы. Когда давление достигнет нужного значения, сразу же закройте ацетиленовый клапан. Не открывайте вентиль больше чем на один полный оборот.

Введение

Ацетилен (C 2 H 2) – химическое газообразное соединение углерода с водородом, без цвета, со слабым эфирным запахом и сладковатым вкусом.

Ацетилен в газосварочном производстве получил наибольшее распространение благодаря важным для сварки качествам (высокая температура пламени, большая теплота сгорания). Так, при разложении 1 кг ацетилена выделяется 8473,6 кДж теплоты. Это единственный газ, горение которого возможно при отсутствии кислорода (или окислителя вообще).

Выделение тепла при сгорании ацетилена обусловлено следующими процессами:

• распад ацетилена: C 2 H 2 = 2C + H 2
• сгорание углерода: 2С + O 2 = 2CO, 2CO + O 2 = 2CO 2
• сгорание водорода: H 2 + 1/2O 2 = H 2 O

Ацетилен легче воздуха, масса 1 м 3 ацетилена при температуре 20 °С (273 К) и нормальном атмосферном давлении составляет 1,09 кг. При нормальном давлении и температуре от –82,4 °С (190,6 К) до –84,0 °С (189 К) ацетилен переходит в жидкое состояние, а при температуре –85 °С (188 К) затвердевает, образуя кристаллы.

Технический ацетилен выпускается двух видов: растворенный и газообразный.

Технический растворенный ацетилен марки А предназначается для питания осветительных установок, технический растворенный ацетилен марки Б и технический газообразный ацетилен предназначаются в качестве горючего газа при газопламенной обработке металлов.

Технический ацетилен получают из карбида кальция путем разложения последнего водой. При этом из карбида кальция в ацетилен переходят вредные примеси, загрязняющие ацетилен: сероводород, аммиак, фосфорный водород, кремнистый водород. Эти примеси могут ухудшать свойства наплавленного металла и поэтому удаляются из ацетилена промывкой в воде и химической очисткой. Особенно нежелательна примесь фосфористого водорода, содержание более 0,7 % в ацетилене повышает взрывоопасность последнего.

Свойства ацетилена

Основные свойства ацетилена приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные свойства ацетилена

Показатель	Данные показателя
Формула	С 2 H 2
Молекулярная масса	26,038
Плотность (при 0 °С и давлении 760 мм рт. ст.), кг/м 3	1,17
Плотность (при 20 °С и давлении 760 мм рт. ст.), кг/м 3	1,09
Критическая температура, °С	35,9
Критическое давление, кгс/см 2	61,6
Температура пламени, °С	3150-3200
Температура кипения (при 760 мм рт. ст.), °С	-81,8
Температура плавления (затвердевания) (при 760 мм рт. ст.), °С	-85
Высшая удельная теплота сгорания, кДж/м 3	58660
Низшая удельная теплота сгорания, кДж/м 3	55890
Температура самовоспламенения, °С	335
Давление самовоспламенения, МПа	0,14–0,16

По физико-химическим показателям технический ацетилен должен соответствовать нормам, указанным в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-химические показатели технического ацетилена

Показатель	Для ацетилена
	растворенного			газообразного
	марки А	марки Б
	высшей категории качества	высшей категории качества	первой категории качества
Объемная доля ацетилена, % не менее	99,5	99,1	98,8	98,5
Объемная доля воздуха и других малорастворимых в воде газов, % не более	0,5	0,8	1,0	1,4
Объемная доля фосфористого водорода, % не более	0,005	0,02	0,05	0,08
Объемная доля сероводорода, % не более	0,002	0,005	0,05	0,05
Массовая концентрация водяных паров при температуре 20 °С и давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), г/м 3 , не более Что соответствует температуре насыщения, °С, не выше	0,4	0,5	0,6	Не нормируется

Растворимость ацетилена

Газообразный ацетилен может растворятся во многих жидкостях. Данные о растворимости ацетилена в некоторых жидкостях при атмосферном давлении и температуре 15 °С приведены в таблице 3.

Растворимость ацетилена в жидкостях с понижением температуры увеличивается. Данные о растворимости ацетилена в ацетоне при различных температурах приведены в таблице 4.

Растворенным ацетиленом называется ацетилен, находящийся в баллоне, заполненном пористой массой, пропитанной растворителем – ацетоном. Искусственное охлаждение баллонов ускоряет процесс их наполнения. В порах пористой массы ацетилен растворен в ацетоне. При открывании вентиля баллона ацетилен выделяется из ацетона в виде газа. Растворенный ацетилен предназначен для его хранения и транспортирования.

Взрывоопасность ацетилена

При использовании ацетилена необходимо учитывать его взрывоопасные свойства. Это единственный широко применяемый в промышленности газ, горение и взрыв которого возможны даже при отсутствии кислорода или других окислителей.

Температура самовоспламенения ацетилена зависит от давления (таблица 5).

Повышение давления существенно уменьшает температуру самовоспламенения ацетилена. Частицы других веществ, присутствующие в ацетилене, увеличивают поверхность его контакта и тем самым снижают температуру самовоспламенения при атмосферном давлении до следующих значений, °С (К):

• железная стружка – 520 (793);
• латунная стружка – 500–520 (773–793);
• карбид кальция – 500 (773);
• оксид алюминия – 490 (763);
• медная стружка – 460 (733);
• активированный уголь – 400 (673);
• гидрат оксида железа (ржавчина) – 280–300 (553–573);
• оксид железа – 280 (553);
• оксид меди – 250 (523).

Если ацетилен медленно нагревать до температуры 700–800 °С (973–1073 К) при атмосферном давлении, то происходит его полимеризация, при которой молекулы уплотняются и образуют более сложные соединения: бензол C 6 H 6 , стирол C 8 H 8 , нафталин C 10 H 8 , толуол C 7 H 8 и др. Полимеризация всегда сопровождается выделением теплоты и при быстром нагреве ацетилена может перейти в его самовоспламенение или взрывчатый распад.

Если при сжатии ацетилена в компрессоре до давления 29 кгс/м 3 (2,9 МПа) температура при завершении этого процесса не превышает 275 °С (548 К), то воспламенения не происходит, что позволяет наполнять баллоны ацетоном с целью его длительного хранения и транспортирования. С повышением давления температура, при которой начинается процесс полимеризации, понижается (рис.1).

При практическом использовании ацетилена допустим его нагрев до следующих значений температуры, °С (К):

• 300 (573) – при давлении 1 кгс/см 2 (0,1 МПа);
• 150–180 (423–453) – при 2,5 кгс/см 2 (0,25 МПа);
• 100 (373) – при более высоких давлениях.

Одним из важных показателей взрывоопасности горючих газов и паров является энергия зажигания. Чем меньше эта величина, тем взрывоопаснее данной вещество. Значения энергии зажигания ацетилена (при нормальных условиях): с воздухом – 19 кДж; в кислородом – 0,3 кДж.

Водяной пар служит флегматизатором для ацетилена, т.е. его присутствие существенно снижает способность ацетилена к самовоспламенению при наличии случайных источников теплоты и взрывчатому распаду. Согласно действующим нормам для ацетиленовых генераторов, в которых ацетилен всегда насыщен парами воды, предельное избыточное давление составляет 150 кПа, а абсолютное – 250 кПа.

При атмосферном давлении смесь ацетилена с воздухом взрывоопасна, если в ней содержатся 2,2 % ацетилена и более, смесь с кислородом – 2,8 % ацетилена и более (верхних пределов концентрации ацетилена для его смесей с воздухом и кислородом не существует, так как при достаточной энергии зажигания способен взрываться и чистый ацетилен).

Получение ацетилена

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 промышленным способом на 30–40 % дешевле, чем из карбида калия. Промышленный ацетилен закачивается в баллоны, где находится в порах специальный 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 0,05–0,1 МПа (0,5–1,0 кгс/см 2). Рабочее давление в наполненном баллоне не должно превышать 1,9 МПа (19 кгс/см 2) при 20 °С.

Для сохранности наполнительной массы нельзя отбирать ацетилен из баллона со скоростью 1700 дм 3 /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:

Ca + 3C = CaC 2 + CO

Расплавленный карбид кальция сливают из печи в формы-изложницы, где он остывает. Далее его дробят и сортируют на куски размером от 2 до 80 мм. Готовый карбид кальция упаковывают в герметически закрываемые 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:

Из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 372 дм 3 (литра) ацетилена. Практически из-за наличия примесей в карбиде кальция выход ацетилена составляет до 280 дм 3 (литров). В среднем для получения 1000 дм 3 (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. Применяют также от 5 до 20 дм 3 (литров) воды на 1 кг карбида кальция. Применяют также «сухой» способ разложения карбида кальция. На 1 кг мелко раздробленного карбида кальция в генератор подают 0,2–1 дм 3 (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.

Транспортирование и хранение

Технический газообразный ацетилен транспортируют по трубопроводам из стальных бесшовных труб по ГОСТ 8731 и ГОСТ 8734. Давление ацетилена в трубопроводе должно быть не более 0,15 МПа (1,5 кгс/см 2). Окраска трубопроводов – по ГОСТ 14202.

Давление газа в трубопроводе должно измеряться манометром класса точности 2,5 по ГОСТ 8625, на циферблате которого должна стоять надпись «Ацетилен».

Техническим растворенным ацетиленом наполняют стальные баллоны для растворенного ацетилена с пористой массой (активным углем или литой пористой массой) и ацетиленом.

Баллоны должны быть оснащены вентилями специальных типов, предназначенными для ацетиленовых баллонов.

Давление газа в баллоне должно измеряться манометром класса точности не ниже 4 по ГОСТ 8625. Температуру газа в баллоне принимают равной температуре окружающей среды, в которой наполненный баллон должен быть выдержан не менее 8 ч.

При номинальном давлении 1,9 МПа (19,0 кгс/см 2) при 20 °С давление газа в баллоне в интервале температур от минус 5 до плюс 40 °С должно соответствовать указанному в таблице 6.

Таблица 6 - Давление ацетилена в баллоне в интервале температур

Температура газа, °С	Давление газа в баллоне, МПа (кгс/см 2), не более
-5	1,34 (13,4)
0	1,40 (14,0)
+5	1,50 (15,0)
+10	1,65 (16,5)
+15	1,80 (18,0)
+20	1,90 (19,0)
+25	2,15 (21,5)
+30	2,35 (23,5)
+35	2,60 (26,0)
+40	3,00 (30,0)

Остаточное давление газа в баллоне измеряют манометром класса точности 2,5 диаметром шкалы не менее 100 мм по ГОСТ 8625.

Баллоны от потребителя должны поступать с остаточным давлением, соответствующим указанному в таблице 7.

Растворенный ацетилен в баллонах перевозят всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки опасных грузов, действующими на данном виде транспорта, и правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

По железной дороге баллоны, наполненные растворенным ацетиленом, транспортируют повагонными и мелкими отправками в крытых вагонах. При транспортировании мелкими отправками колпаки баллонов должны быть опломбированы.

Для механизации погрузочно-разгрузочных работ и укрупнения перевозок автомобильным транспортом баллоны среднего объема помещают в металлические специальные контейнеры.

При транспортировании баллонов малого объема всеми видами транспорта они должны быть дополнительно упакованы в дощатые решетчатые ящики типа VII по ГОСТ 2991. Баллоны должны укладываться в ящики горизонтально, вентилями в одну сторону с обязательными прокладками между баллонами, предохраняющими их от ударов друг о друга.

Баллоны, наполненные ацетиленом, хранят в специальных складских помещениях или на открытых площадках под навесом, защищающим их от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей, по группе ОЖ 2 ГОСТ 15150.

Требования безопасности

Ацетилен – взрывоопасный газ. Взрывы ацетилена обладают большой разрушительной силой.

С воздухом образует взрывоопасную смесь с нижним концентрационным пределом воспламенения при атмосферном давлении, приведенным к температуре 25 °С, – 2,5 % (по объему) по ГОСТ 12.1.004-85.

Температура самовоспламенения 335 °С.

Давление самовоспламенения 0,14–0,16 МПа.

При определенных условиях ацетилен реагирует с медью, образуя взрывоопасные соединения, поэтому категорически запрещается при изготовлении ацетиленового обо-рудования применение сплавов, содержащих более 70 % меди.

Давление, образующееся при взрыве ацетилена, зависит от начальных параметров и характера взрыва. Оно может увеличиться примерно в 10-12 раз по сравнению с начальным при взрыве в небольших сосудах и возрасти при детонации чистого ацетилена в 22 раза, а при детонации ацетилено-кислородной смеси в 50 раз.

Технический ацетилен (с примесями) имеет резкий неприятный запах; длительное вдыхание его вызывает тошноту, головокружение и даже отравление. Ацетилен обладает наркотическим действием. Отравление вызывает, главным образом, фосфористый водород, находящийся в карбидном ацетилене.

Газообразный ацетилен легче воздуха и накапливается в высших точках слабо проветриваемых помещений, где возможно образование ацетилено-воздушной смеси.

Производство ацетилена по пожарной опасности относится к категории А, по классам взрывоопасных зон – к классам В1; В1а; В1б; В1г.

Помещения ацетиленового производства должны иметь приточную и вытяжную вентиляцию.

В качестве средств пожаротушения следует использовать сжатый азот, углекислотные огнетушители, асбестовое полотно, песок.