第七章气焊与气割安全技术

第一节气焊与气割的基础知识一、气焊气焊是利用可燃气体与助燃气体混合燃烧的火焰去熔化工件接处的金属和焊丝而达到金属间牢固连接的方法。特点:没备简单、操作方便、实用性强等。所用的设备及工具：包括氧气瓶、乙炔瓶(或乙炔发生器)、回火防止器、焊炬、减压器及氧气输送管、乙炔输送管等。如图7-l所示。气焊用的焊丝起填充金属的作用,焊接时与熔化的母材一起组成缝金属。因此,应根据工件的化学成份、机械性能选用不同成份或性能的焊丝,有时也可用以被焊板材上切下的条料作焊丝。焊接有色金属、铸铁和不锈钢时,还应采用焊粉(熔剂),用以消除覆盖在焊材及熔池表面上的难溶的氧化膜和其他杂质,并在熔池表面形成一层熔渣,保护熔池金属不被氧化,排除熔池中的气体、氧化物及其他杂质,提高熔化金属的流动性,使焊接顺利并保证质量和成形。气焊主要用于:薄钢板、低熔点材料(有色金属及其合金)、铸铁件、硬质合金刀具等材料的焊接,以及磨损、报废零件的补焊,构件变形的火焰矫正等.二、气割气割是利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰热能将工件切割处预热到一定温度后,喷出高速切割氧流,使金属剧烈氧化并放出热量,利用切割氧流把熔化状态的金属氧化物吹掉,而实现切割的方法。金属的气割过程实质是铁在纯氧中的燃烧过程,而不是熔化过程。可燃气体与氧气的混合及切割氧的喷射是利用割炬来完成的，气割所用的可燃气体主要是乙炔、液化石油气和氢气。气割时应用的设备器具除割炬外均与气焊相同。工艺过程：气割过程是预热一燃烧一吹渣过程。•符合下列条件的金属才能使用气割：：(1)气割时金属氧化物的熔点应低于金属的熔点;(2)金属在切割氧流中的燃烧应是放热反应;（3）金属在氧气中的燃烧点应低于其熔点；（4）金属中阻碍气割过程和提高钢的可淬性的杂质要少；（5）金属的导热性不应太高。符合上述条件的金属有纯铁、低碳钢、中碳钢和低合金钢以及钛等。其他常用的金属材料如:铸铁、不锈钢、铝和铜等,则必须采用特殊的气割方法(例如等离子切割等)。三、气焊与气割的优缺点(一)气焊气焊的优点:(1)设备简单,使用灵活;(2)对铸铁及某些有色金属的焊接有较好适应性;(3)电力供应不足时,气焊可发挥更大作用。气焊的缺点:(1)生产效率低;(2)焊接后工件易变形,热影响区较大:(3)较难实现自动化。(二)气割气割的优点:设备简单,使用灵活。气割的缺点:(1)对切口两侧的金属成份产生影响;(2)工件易变形。第二节气焊与气割常用气体可燃气体---能够燃烧,并在燃烧中释放大量热量的气体,称之为可燃气体;助燃气体----本身不燃烧,但可以支持其他可燃物质燃烧的气体,称之为助燃气体。气焊气割常用的可燃气体有乙炔(C2H2)、氢气(H2)、液化石油气等;常用的助燃气体是氧气(O2)。一、乙炔(一)乙炔的物理化学性质乙炔(C2H2),又名电石气,是不饱和的碳氢化合物,在常温和大气压力下,它是一种无色（无味）气体。工业用乙炔中,因为混有硫化氢(H2S)及磷化氢(PH3)等杂质,故具有特殊的臭味。在标准状态下,密度为1.17kg/m3,比空气稍轻,-83℃时乙炔可变成液体,-85℃时乙炔将变为固体,液体和固体乙炔在一定条件下可能因摩擦和冲击而爆炸。乙炔是理想的可燃气体,与空气混合燃烧时所产生的火焰温度为2350℃,而与氧气混合燃烧时所产生的火焰温度为3100℃～3300℃,因此用它足以熔化金属进行焊接,乙炔完全燃烧反应式如下:2C2H2+502=4CO2+2H20(放热)从上式看出:1体积的乙炔完全燃烧需要2.5体积的氧。(二)乙炔的爆炸性及溶解性乙炔是一种危险的易燃易爆气体。它的自燃点低(305℃),点火能量小(O.019毫焦)。在一定条件下,很容易因分子的聚合、分解而发生着火、爆炸。1.纯乙炔的分解爆炸性纯乙炔的分解爆炸性,首先决定于它的压力和温度,同时与接触介质、乙炔中的杂质、容器形状等有关。(1)当温度超过200℃～300℃时,乙炔分子就开始聚合反应，而形成其他更复杂的化合物,如苯(C6H6,)、苯乙烯(C8H8)、萘(C10H8)、甲苯(C7H8)等。聚合反应是放热的,气体温度越高，聚合作用速度越快,因而放出的热量就会促成更进一步的聚合。当高于500℃时,未聚合的乙炔就会发生爆炸分解。如果在聚合过程中将热量急速排除,则反应只限于一部分乙炔的聚合,而分解爆炸则可避免。乙炔是吸热化合物,即由元素组成乙炔时需要消耗大量的热,当乙炔分解时即放出它在生成时所吸收的全部热量:C2H2→2C+H2+226Kj/mol。分解时生成物是细粒固体碳及氢气。如果这种分解是在密闭容器(如乙炔发生器、乙炔瓶)内进行的,则由于温度的升高,压力急剧增大10～13倍而引起爆炸。增加压力也能加速乙炔的聚合和分解。温度和压力对乙炔的聚合反应与爆炸分解的关系可用图7-2曲线表示。从图中可以看出，在温度等于或低于540℃，压力小于300kPa时，乙炔主要是聚合过程。当压力为150kPa，而温度超过580℃时，就能形成乙炔分解爆炸。压力越高，促进乙炔分解爆炸所需要的温度就越低。根据这一特点，现用的乙炔发生器工作压力极限不超过150kPa。（2）乙炔的分解爆炸与触煤剂有关，当压力为400kPa时，与发热的小铁管表面接触而产生爆炸的最低温度为：有铁屑时为520℃；有黄铜时为500℃～520℃；有活性炭时为400℃；有碳化钙时为500℃；有氧化铁时为280℃；有氧化铜时为240℃；有氧化铝时为490℃;有紫铜屑时为460℃;有铁锈(氧化铁)时为280℃～300℃。这些触媒剂能把乙炔分子吸附在自己表面上,结果使乙炔的局部浓度增高而加速了乙炔分子之间的聚合和爆炸分解。(3)乙炔的分解爆炸与存放的容器形状和大小有关。容器的直径越小,则越不容易爆炸。在毛细管中,由于管壁冷却作用及阻力,爆炸的可能性会大为降低。根据这个原理,目前使用的乙炔胶管孔径都不太大,管壁也比较薄,对防止乙炔在管道内爆炸是有利的。(4)乙炔与铜、银、水银等金属或其盐类长期接触时,会生成乙炔铜(Cu2C2)和乙炔银(Ag2C2)等爆炸性混合物,当受到摩擦冲击时就会发生爆炸。因此凡供乙炔使用的器材都不能用银和含铜量70%以上的铜合金制造。(5)乙炔与氯、次氯酸盐等化合,在日光照射下以及加热等外界条件下就会发生燃烧和爆炸。所以乙炔燃烧失火时,绝对禁止使用四氯化碳灭火。2.乙炔与空气、氧气和其他气体混合气的爆炸性(1)乙炔及其他可燃气体凡与空气或氧气混合时就提高了爆炸危险性。乙炔和其他可燃气体与空气和氧气混合气的爆炸(发火)范围见表7-1。乙炔与空气或纯氧的混合气,如果其中任何一种达到了自燃温度(与空气混合气体的自燃温度为305℃,与氧气混合气体的自燃温度为300℃),就是在大气压力下也能爆炸。是否会达到自燃温度而导致爆炸,基本上只决定于其中乙炔的含量。(2)乙炔中混入与其不发生化学反应的气体,如氮气、甲烷、一氧化碳、水蒸气、石油气等,或把乙炔熔解在液体里,能够降低乙炔的爆炸性。这是因为乙炔分子之间被其他气体或液体的微粒所隔离,因而使进行爆炸的连锁反应条件破坏的缘故。乙炔能够溶解在许多液体中,特别是有机液体中,如丙酮等。在l5℃、O.lMPa时,1L丙酮能溶解23L乙炔,在压力增大到1.42MPa时1L丙酮能溶解乙炔约400L。人们就是利用乙炔能大量溶于丙酮溶液中这个特性,将乙炔装入乙炔瓶内来储存、运输和使用的。(三)乙炔中的杂质及毒性l.乙炔中含磷化氢工业用的乙炔中经常含有磷化氢(PH3)。这是由于电石中含有少量磷化钙等杂质,当电石与水接触时生成磷化氢。乙炔中磷化氢的含量取决于电石的纯度。在未经净化的乙炔内，可能含有0.03%～1.8%（容积）的磷化氢。磷化氢的自燃点很低。气态磷化氢(PH3)在温度为100℃时,就会自燃,而液态磷化氢(P2H4)。甚至在稍低100℃时也会自燃。因而,当乙炔中含有空气,又有磷化氢存在时,就可能构成乙炔-空气混合气的爆炸起火。2.乙炔中含硫化氢硫化氢(H2S)是由于电石中含有硫化钙、硫化铝和碳酸钙等杂质,经水分解而生成的。乙炔中硫化氢的含量,在很大程度上,取决于硫化钙与水的作用。因硫化氢能溶解于水,并在其生成与分解时,与水的温度有关。如在充足的水中进行分解时,可以减少乙炔中硫化氢的含量。乙炔中硫化氢含量的范围是0.08%～1.5%(容积)。硫化氢和磷化氢都是乙炔中的有害杂质。在焊接时,其中的硫和磷可能转移到熔接处的金属中,而使焊缝质量变坏。一般规定,乙炔中磷化氢的含量不得超过0.2%,硫化氢的含量应小于O.1%(按容积计算)3.乙炔中含空气乙炔中的空气一般是在乙炔发生器装换电石时进入的。也可能有溶解在水中的空气和吸附在电石表面上的空气混入乙炔里。因为空气和乙炔混合比在很宽的范围内都能使乙炔燃烧和爆炸,所以它是有害的杂质,应尽量减少其含量。在通常情况下,由固定式乙炔发生器制取的乙炔中,空气的含量不超过O.5%。而用移动式发生器制取的乙炔中,空气的含量不超过1%～1.5%。乙炔中空气的含量超过l0%时,就不能用于火焰加工。4.乙炔的毒性乙炔中毒现象比较少见,它主要表现为中枢神经系统损伤。其症状轻度的表现为:精神兴奋、多言、嗜睡,走路不稳等;重度的表现为:意识障碍、呼吸困难、发呆、瞳孔反应消失、昏迷等。也有表现为狂躁、无故哭笑等精神症状。二、液化石油气液化石油气(简称石油气)是石油炼制工业的副产品,其主要成分是丙烷(C3H8),大约占50%～80%,其余是丙烯(C3H6)、丁烷(C4HlO)等,在常温和大气压力下,组成石油气的这些碳氢化合物以气态存在。但是只要加上不大的压力(一般为O.8～1.5MPa)即变为液体,液化后便于装入瓶中贮存和运输。在标准状态下,石油气的密度为1.8～2.5kg/m3,比空气重,但其液体的密度则比水、汽油轻。石油气燃烧的温度比乙炔火焰温度低,丙烷在氧气中燃烧的温度为2000℃～2850℃,用于气割时,金属预热时间需稍长,但可减少切口边缘的过烧现象,切割质量较好,在切割多层迭板时,切割速度比乙炔快20%～30%。石油气除越来越广泛地应用于钢材的切割外,还用于焊接有色金属。国外还采用乙炔与石油气混合后作为焊接气源。石油气有以下特点和安全要求:(1)石油气易挥发,闪点低,其中的主要成分丙烷挥发点为-42℃,闪点-20℃,所以在低温时,它的易燃性就是很大的。(2)石油气燃烧的化学反应式(以丙烷为代表)为:C3H8十502=3CO2十4H20十235kJ/mol即1份丙烷(石油气)需要5份氧气与之化合(但实际需要量要比理论上多1O%)才能完全燃烧。若供氧不足,燃烧不充分,会产生一氧化碳,使人中毒,严重时有致命危险。(3)组成石油气的几种气体都能和空气形成爆炸性混合气。但是它们的爆炸极限范围比较窄。例如丙烷、丁烷和丁烯的爆炸极限分别为2.17%～9.5%；1.l5%,～8.4%和1.7%～9.6%,比乙炔要安全得多。但石油气和氧气混合气有较宽的爆炸极限,范围为3.2%～64%,有关石油气与氧气混合的燃烧爆炸性能见表7-2;(4)气态石油气比空气重(密度约为空气的1.5倍),易于向低处流动而滞留积聚,液化石油气比汽油轻,能飘浮在水沟的液面上,随水流动并在死角处聚集,而且易挥发。如果以液体流动会扩散成350倍的气体,在使用、贮存石油气时,应采取安全措施,如暖气沟进出口应砌砖抹灰,电缆沟进出口应填装沙土,下水道应装水封等,室内应有良好通风。通风口除设在高处外,还应设在低处,有利于对流。(5)石油气对普通橡胶导管和衬垫有腐蚀性,能引起漏气,必须采用耐油性强的橡胶导管和衬垫,不能随便更换而采用普通橡皮管和衬垫。(6)石油气瓶内部的压力与温度成正比。在-40℃时,压力为0.1MPa,在20℃时为O.7MPa,40℃时为2Mpa。所以石油气瓶与热源、暖气等应保持1.5m以上的安全距离,更不许用火烤。(7)石油气有一定毒性,空气中含量很少时,人呼吸了一般不会中毒，但当它的浓度较高时，就会引起人的麻醉。在浓度大于10%的空气中停留3分钟后，就会使人头脑发晕。（8）石油气点火时，要先点燃引火物后再开气，不要颠倒次序。