ГЛАВА Ш

ГАЗОВАЯ СВАРКА

37. ЗНАЧЕНИЕ КИСЛОРОДА ДЛЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ

К газовой сварке относятся способы, при которых нагрев металла производится высокотемпературным газовым пламенем посредством специальных сварочных горелок. Для наиболее важных металлов практически пригодно пламя с температурой не ниже 3000°. Лишь немногие химические реакции, осуществимые в промышленных масштабах, могут дать пламя со столь высокой температурой. В настоящее время для получения газосварочного пламени практически почти исключительно применяется сжигание различных горючих в технически чистом кислороде *.

Сжигание различных горючих в воздухе даёт пламя со слишком низкой температурой (не выше 1800-2000°), пригодное для сварки лишь самых легкоплавких металлов, например свинца. Низкая тейпература газовоздушного пламени и малая пригодность его для газовой сварки металлов объясняется большим содержанием в воздухе инертных газов, главным образом азота, не участвующих в процессе горения и резко снижающих пирометрический эффект и температуру пламени.

При сжигании одного и того же горючего в воздухе и кислороде общий тепловой или калориметрический эффект реакции горения в обоих случаях практически одинаков, но температура пламени получается резко различной, так как общая масса и суммарная теплоёмкость газов, участвующих в процессе горения, для воздуха значительно увеличиваются за счёт азота и других инертных газов, что и вызывает сильное снижение температуры пламени по сравнению с процессом сгорания в чистом кислороде. Поэтому для обычных, практически наиболее важных случаев сварки промышленное применение может иметь лишь пламя, получаемое сжиганием горючего в технически чистом кислороде; газовоздушное пламя может иметь в сварочной технике лишь очень ограниченное применение.

* Весьма высокую температуру может дать сжигание фтора в водороде ,р2-Ь Н2= 2HF, однако использование этой реакции для целей сварки пока не вышло из стадии лабораторных исследований.

Технически чистый кислород является важнейшим газом в сварочной технике, для процессов газовой сварки и кислородной резки, и производится для этой цели в больших количествах. В больших количествах кислород производится и для других процессов, например в химической, металлургической и других отраслях промышленности, но для многих из этих производств не требуется высокой чистоты применяемого кислорода, и достаточен дешёвый газ с содержанием в нём кислорода только 50-90%. В сварочной технике применяется кислород высокой степени чистоты. По общесоюзному стандарту для сварки и резки металлов должен применяться кислород со степенью чистоты не ниже 99%, т. е. сумма всех примесей в кислороде не должна превышать одного процента.

Способы производства технически чистого кислорода могут быть различны; промышленное значение имеют способы производства: а) из воздуха - методом глубокого охлаждения; б)из воды - путём электролиза.

В нашей промышленности применяется почти исключительно способ производства кислорода из воздуха, как более экономичный, при котором расходуется 1,5-2,0 квт-час электроэнергии на 1 ж* кислорода, в то время как на получение 1 м? кислорода путём электролиза воды, с одновременным получением 2 водорода, требуется 9-10 квт-час. Получение кислорода способом электролиза воды может быть рентабельно лишь при одновременном использовании получаемого водорода. Рассмотрим кратко лишь производство кислорода из воздуха.

38. ПРОИЗВОДСТВО КИСЛОРОДА ИЗ ВОЗДУХА

Атмосферный воздух представляет собой смесь, содержащую по объёму кислорода 20,93% и азота 78,03%, остальное - аргон и другие газы нулевой группы, углекислота и пр. Указанные цифры относятся к осушенному воздуху без влаги. Содержание водяных паров в воздухе может меняться в широких пределах в зависимости от температуры и степени насыщения. Для получения технически чистого кислорода воздух подвергается глубокому охлаждению и сжижается (температура кипения жидкого воздуха при атмосферном давлении-194,5°). Полученный жидкий воздух подвергается дробной перегонке или ректификации в ректификационных колоннах. Возможность успешной ректификации основывается на довольно значительной разности (около 13°) в температурах кипения жидких азота (-196°) и кислорода (-183°).

Схема заводской установки для производства кислорода из воздуха показана на фиг. 118. Воздух, засасываемый многоступенчатым компрессором, проходит сначала через воздушный фильтр, где очищается от пыли, затем проходит последовательно ступени компрессора (на фигуре изображён четырёхступенчатый компрессор). За каждой ступенью компрессора давление воздуха возрастает и доводится до 50-220 атм в зависимости от системы установки и стадии производства. После каждой ступени компрессора воздух

Фиг. 118. Схема установки для производства кислорода из воздуха:

/ - бак для щёлочи; 2 - насос; 5 - декарбонизатор; 4 - холодильники с маслоотделителями; 5 - воздушный фильтр; 5 - 4-ступенчатый компрессор на 220 атм\ 7 - осушительная батарея; 5 -детандер; Р - кислородный апЬарат; - отвод азота; Л--отвод кислорода: /2 - газовый счётчик; /3 - танк для жидкого кислорода; /4 - кислородный компрессор;/5 -наполнительная рампа.