【正文】 與氧氣混合燃燒的火焰熱能將工件切割處預(yù)熱到一定溫度后，噴出高速切割氧流，使金屬劇烈氧化并放出 熱量，利用切割氧流把熔化狀態(tài)的金屬氧化物吹掉，而實現(xiàn)切割的方法。目前氣割工藝在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 如果焊接設(shè)備和安全裝置有故障，或者操作人員違反安全操作規(guī)程進行作業(yè)等，都有可能引起爆炸和火災(zāi)事故。 (一 )焊接切割的火焰分類 氣焊氣割的氣體火焰包括氧 — 乙炔焰、氫氧焰及液化石油氣體 [丙烷 (C3H8)含量占 50％～ 80％，此外還 3 有丁烷 (C4H10)、丁烯 (C4H8)等 ]燃燒的火焰。國外還有采用乙炔與液化石油氣體混合，作為焊接氣源。焰芯由氧氣和乙炔組成，焰芯外表分布有一層由乙炔分解所生成的碳素微粒，由于熾熱的碳粒發(fā)出明亮的白光，因而有明亮而清楚的輪廓。內(nèi)焰中的氣體中一氧化碳的含量占 60％～ 66％，氫氣的含量占 30％～34％，由于對許多金屬的氧化物具有還原作用，所以焊接區(qū)又稱為還原區(qū)。中性焰溫度最高處在距離焰芯末端 2～ 4mm的內(nèi)焰的范圍內(nèi)，此處溫度可達 3150℃，離此處越遠，火焰溫度越低。 5 碳化焰的焰芯較長，呈藍白色，由一氧化碳 (CO)、氫氣 (H2)和碳素微粒組成。 氧化焰由于火焰中含氧較多，氧化反應(yīng)劇烈，使焰芯、內(nèi)焰、外焰都縮短，內(nèi)焰很短，幾乎看不到。由于氧化焰的溫度很高，在火焰加熱時為了提高效率，常使用氧化焰。在火焰能率一定時，即焊絲熔化速度在確定的情況下 ，如果焊絲過細，則焊接時往往在焊件尚未熔化時焊絲已熔化下滴，這樣，容易造成熔合不良和焊波高低不平、焊縫寬窄不一等缺陷；如果焊絲過粗，則熔化焊絲所需要的加熱時間就會延長，同時增大了對焊件的加熱范圍，使工件焊接熱影響區(qū)增大，容易造成組織過熱，降低焊接接頭的質(zhì)量。 不同金屬材料的氣焊所采用焊接火焰的性質(zhì)參照表 2— 1。 火焰能率應(yīng)根據(jù)焊件的厚度、母材的熔點和導(dǎo)熱性及焊縫的空間位置來選擇。 一般低碳鋼氣焊時，焊嘴的傾斜角度與工件厚度的關(guān)系詳見圖 2— 4。與焊嘴中心線的角度為 90176。但切割氧的壓力不能過低，也不能過高。若氧氣的純度降至 95％以下，氣割過程將很難進行。 (3)預(yù)熱火焰能率 預(yù)熱火焰的作用是把金屬工件加熱至金屬在氧氣中燃燒的溫度，并始終保持這一溫度，同時還使鋼材表面的氧化皮剝離和熔化，便于切割氧流與金屬接觸。一般氣割 4mm 以下厚的鋼板時，割嘴應(yīng)后傾 25176。割嘴與工作間的傾角詳見圖 2— 8。在標準狀態(tài)下，密度為 1． 17kg／ m3，比空氣稍輕，－ 83℃時乙炔可變成液體，－ 85℃時乙炔將變?yōu)楣腆w，液體和固體乙炔在一定條件下可能因摩擦和沖擊而爆炸。當(dāng)溫度高于 500℃時，未聚合的乙炔就會發(fā)生爆炸分解。當(dāng)壓力為 150kPa。容器的直徑越小，則越不容易爆炸。乙炔和其他可燃氣體與空氣和氧氣混合氣的爆炸 (發(fā)火 )范圍見表 2— 3。 13 (三 )乙炔中的雜質(zhì)及毒性 1．乙炔中含磷化氫 工業(yè)用的乙炔中經(jīng)常含有磷化氫 (PH3)。乙炔中硫化氫的含量，在很大程度上 ，取決于硫化鈣與水的作用。因為空氣和乙炔混合比在很寬的范圍內(nèi)都能使乙炔燃燒和爆炸，所以它是有害的雜質(zhì)，應(yīng)盡量減少其含量。但是只要加上不大的壓力 (一般為 0． 8～ 1． 5MPa)即變?yōu)橐后w，液化后便于裝入瓶中貯存和運輸。 (3)組成石油氣的幾種氣體都能和空氣形成爆炸性混合氣。在零下 40℃時，壓力為 0． 1MPa，在 20℃時為 0． 7MPa， 40℃時為 2MPa。在高溫下，它可以從金屬氧化物中奪取氧而使金屬還原。 氧氣不能燃燒，但能助燃，是強氧化劑，與可燃氣體混合燃燒可以得到高溫火焰。 多孔性有機物質(zhì) (炭、炭黑、泥炭、羊毛纖維等 )，浸透了液態(tài)氧 (所謂液態(tài)炸藥 )，當(dāng)遇火源或在一定的沖擊力下就會產(chǎn)生劇烈的爆炸。 (2)特利Ⅱ氣在空氣中的爆炸極限只為 2． 4％～ 10． 5％，而溶解乙炔則是 2． 2％～ 81． 0％，所以較乙炔安全、無分解爆炸危險。 工業(yè)用電石平均含有 70％的 CaC2，雜質(zhì) CaO 約占 24％，其余碳、硅鐵、磷化鈣和硫化鈣等共占 6％。實際上在這種情況下，電石表面溫度可達 800～ 1000℃。電石塊的尺寸越小，分解速度越快。當(dāng)安全閥失效時，就會發(fā)生事故。電石由于含有磷化鈣、砷化氫等雜質(zhì)，與水作用放出磷化氫和砷化氫，對人體也是有害的。進出庫搬運電石時應(yīng)使用小車，輕搬輕放，電石桶不得從滑板滑下或在地面上滾動，防止撞擊摩擦產(chǎn)生火花而引起爆炸。 (3)電石庫應(yīng)保持干燥，嚴禁把熱水管、自來水管和取暖管道通到庫房里去，以防萬一水管損壞，室內(nèi)受潮，引起電石分解，產(chǎn)生乙炔氣，使室內(nèi)形成乙炔一空氣混合氣。如電石倉庫著火，不能使用含有水分的滅火器 (如泡沫滅火器等 )救火。在空氣不流暢的場合，噴射后應(yīng)立即通風(fēng)。 總之，電石屬于一級危險品，在裝桶、搬運、貯存、開桶和使用過程中如果處理不當(dāng)、極易發(fā)生爆炸事故，后果不堪設(shè)想。 (2)氣體收集器 (貯氣罐 )。 (二 )乙炔發(fā)生器著火 爆炸的原因和分類 1．由于電石屬于遇水燃燒的一級危險品，乙炔又系易燃易爆之氣體，所以，乙炔發(fā)生器也是具有燃燒爆炸危險的壓力容器，乙炔發(fā)生器著火爆炸的原因有： (1)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，冷卻用水不足或沒有按時換水等造成電石過熱，罐體升溫過高。 2．乙炔發(fā)生器的爆炸事故分類 (1)加料時的爆炸 加料時發(fā)生爆炸往往是由于電石含磷過多、有明火或電石籃同器壁摩擦碰撞產(chǎn)生火星等原因，引起乙炔與空氣混合氣體的燃燒爆炸。 (三 )乙炔發(fā)生器的安全裝置 乙炔發(fā)生器的安全裝置包 括有： (a)阻火裝置。例如壓力表、溫度計和水位指示器等。 ③能滿足焊接工藝的要求，例如不影響火焰溫度，氣體流量等。它主要是通過防止器底部的球體逆止閥8 和水封阻止火焰進入發(fā)生器 內(nèi)。 ③每個崗位回火防止器只能供一把焊炬或割炬單獨使用。被沖破的防爆膜經(jīng)更換后才能使用。比較起來，泄壓膜孔徑小于 100mm 時，用 0． 1～ 0． 15mm 厚的鋁箔片作泄壓膜較理想。調(diào)節(jié)螺絲 5 用來調(diào)節(jié)彈簧 1 的壓力，以調(diào)整安全閥的開放壓力。小齒輪軸上裝有指針，指示乙炔的壓力。如果在發(fā)生器正常運行時發(fā)現(xiàn)壓力表指示不正常或有其它可疑跡象，應(yīng)立即檢驗校正。夏季使用移動式乙炔發(fā)生器時，嚴禁在烈日下曝曬。 冬季使用乙炔發(fā)生器時如果發(fā)生凍結(jié)，只能用熱水或蒸汽解凍，嚴禁用明火及紅鐵烘烤，更不準用鐵器等易產(chǎn)生火花的物體敲擊。 運行過程中清除電石渣的工作，必須在電石完全分解后進行。 (一 )氧氣瓶 1．氧氣瓶的構(gòu)造 氧氣瓶是貯存和運輸氧氣的專用高壓容器，其構(gòu)造如圖 2— 15所示。 圖 2— 16 氧氣瓶肩部標記 27 圖 2— 17 復(fù)驗標記 目前，我國生產(chǎn)的氧氣鋼瓶規(guī)格 (詳見表 2— 6)，最常見的容積為 40L，當(dāng)瓶內(nèi)壓力為 15MPa表壓 時，該氧氣瓶的氧氣貯存量為 6000L，即 6m3。國產(chǎn)的氧氣閥門構(gòu)造分為二種：一種是活瓣式，另一種是隔膜式 。旋轉(zhuǎn)手輪時，閥桿也隨之轉(zhuǎn)動，再通過開關(guān)片使活門一起轉(zhuǎn)動，造成活門向上或向下移動。瓶內(nèi)的填料要求多孔且輕質(zhì)，目前廣泛應(yīng)用的是硅酸鈣。 乙炔瓶的容量為 40L，一般乙炔瓶中能 溶解 6～ 7kg乙炔。 乙炔氣瓶出廠前，需經(jīng)嚴格檢驗，并做水壓試驗。 (二 )乙炔氣瓶 1．乙炔氣瓶的構(gòu)造 乙炔氣瓶是貯存和運輸乙炔氣的壓力容器，其外形與氧氣瓶相似，但比氧氣瓶略短 (1． 12m)、直徑略粗 (250mm)，瓶體表面涂白漆，并印有“乙炔氣瓶”、“不可近火”等紅色字樣。除手輪、開并片、密封墊圈外，其余都是由黃銅或青銅壓制和機加工而成的。20 55177。為了保護瓶閥在運輸中免遭撞擊，在瓶閥的外面套有瓶帽。禁止在開蓋子后隨即放水。 4．工作過程中的管理和維護 在供氣使用前應(yīng)排放發(fā)生器中留存的乙炔與空氣混合氣。裝電石時應(yīng)根據(jù)發(fā)生器要求的定量來裝，不能過滿；其充裝量一般不超過電石籃容積的 2／ 3。固定式乙炔發(fā)生器應(yīng)布置在單 獨的房間或?qū)Ｓ门飪?nèi)。如表盤玻璃碎或表盤刻度模糊，應(yīng)停止使用。 4．壓力表 24 乙炔發(fā)生器裝設(shè)壓力表，是用以直接指示發(fā)生器內(nèi)部的乙炔壓力值。 3．安全閥 當(dāng)乙炔壓力超過正常工作壓力時，乙炔發(fā)生器安全閥即自動開放，把發(fā)生器內(nèi)部的氣體排出一部分，直至壓 力降到低于工作壓力后才自行關(guān)閉，以防發(fā)生爆炸事故。當(dāng)爆炸發(fā)生時最薄弱處在起爆后較小的爆破壓力作用下就首先遭受破壞，將大量氣體 23 和熱量釋放出去，從而保住容器主體避免設(shè)備損失和在場 人員的傷亡。其特點是不采用水封，而裝有膜座、膜蓋及防爆膜片組成的防爆裝置。每次發(fā)生回火后應(yīng)隨時檢查水位并補足。 ②按作用原理可分為水封式和干式回火防止器。若在乙炔通路中沒有回火防止器或回火防止器工作狀態(tài)不正常，則不允許進行焊割工作。其作用是當(dāng)發(fā)生器的壓力升高而超過一定壓力時，或是發(fā)生爆炸而產(chǎn)生壓力時，能及時自動泄出氣體，降低壓力，從而防止發(fā)生器罐體的破裂。 (2)換料時的爆炸事故 換料時往往由于電石過熱，遇到其它明火、碰撞產(chǎn)生的火花或磷化氫自燃引起發(fā)氣室內(nèi)乙炔與空氣的混合氣爆炸。 (5)在發(fā)生器罐體或膠管中形成乙炔與空氣或乙炔與氧 氣的爆炸性混合氣。 圖 2— 10 Q3— 1 型排水式中壓乙炔發(fā)生器 1— 手柄； 2— 泄壓膜； 3— 外殼； 4— 電石籃； 5— 發(fā)氣室； 6— 擠壓室； 7— 電石籃調(diào)節(jié)桿； 8— 出渣口； 9— 壓力表； 10— 回火防止器； 11— 貯氣桶； 12— 溢水閥 20 排水式中壓乙炔發(fā)生器的作用原理是電石裝在發(fā)氣室電 石籃內(nèi)，電石與水接觸后即產(chǎn)生乙炔氣體，當(dāng)乙炔壓力增高時，發(fā)氣室內(nèi)的水被排擠到隔層中去，使發(fā)氣室內(nèi)的電石與水脫離，停止產(chǎn)生乙炔。 1．種類 乙炔發(fā)生器的種類很多。 (2)電石桶倒出的碎電石和粉末，不要隨便亂倒，應(yīng)有專人負責(zé)，并隨時處理掉。因冷卻作用不好，火焰熄滅后，溫度可能仍在燃點以上，如不注意，有發(fā)生復(fù)燃的可能，故二氧化碳適用于空曠地域的滅火。 (5)電石在進庫之前，應(yīng)仔細檢查包裝有無破損受潮的現(xiàn)象。 (2)電石庫必須設(shè)置在不潮濕、不漏雨、不易于浸水的地面上，倉庫的房屋必須是一、二級耐火建筑。 (4)電石庫房、乙炔站和電石破碎間積存的電石粉 末未能及時清掃和妥善處理，吸收空氣中的水分而分解。 3．硅鐵雜質(zhì) 電石一般含有硅鐵雜質(zhì)。對每邊尺 寸為 2～ 8 至 50～ 80mm 的電石來說，其完全分解的時間變動于 5． 5～ 13 分鐘之間，其關(guān)系如表 2— 5。它與電石的純度、粒度及水的純度和溫度有關(guān)。因此，當(dāng)水量不足、化學(xué)反應(yīng)過程得不到很好的冷卻時，上述電石分解的熱量可能使反應(yīng)區(qū)的溫度上升很高。 使用特利Ⅱ氣的主要缺點是：預(yù)熱時間稍長。氧氣用壓縮機壓進氧氣瓶或各種管道，氧氣瓶內(nèi)工作壓力為 15MPa，輸送管道內(nèi)的壓力為 0． 5～ 15MPa。當(dāng)壓縮的氣態(tài)氧與礦物油、油脂或細微分散的可燃物質(zhì) (碳粉、有機物纖維等 )接觸時，能夠發(fā)生自燃，時常成為失火或爆炸的原因。 四、氧氣 (一 )氧氣的物理化學(xué)性質(zhì) 氧氣 (O2)是一種無色無味無毒的氣體，比空氣略重，微溶于水。 三、氫氣 氫是一種無色無味的氣體，比重 0． 07，比空氣輕 14． 38 倍，是最輕的氣體。如果以液體流動會擴散成 350 倍的氣體，在使用、貯存石油氣時，應(yīng)采取安全措施，如暖氣溝進出口應(yīng)砌磚抹灰，電纜溝進出口應(yīng)填裝沙工，下水道應(yīng)裝水封等，室內(nèi)應(yīng)有良好通風(fēng)。國外還采用乙炔與石油氣混合后作為焊接氣源。 4．乙炔的毒性 乙炔中毒現(xiàn)象比較少見，它主要表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷。 硫化氫和磷化氫都是乙炔中的有害雜質(zhì)。磷化氫的自燃點很低。這是因為乙炔分子之間被其它氣體或液體的微粒所隔離，因而使進行爆炸的連鎖反應(yīng)條件變壞的緣故。因此凡供乙炔使用的器材都不能用銀和含銅量 70％以上的銅合金 制造。一般在乙炔發(fā)生器的電石分解區(qū)或集氣室中，是不可能達到這一溫度和發(fā)生爆炸的。如果這種分解是在密閉容器(如乙炔發(fā)生器、乙炔瓶 )內(nèi)進行的，則由于溫度的升高，壓力急劇增大 10～ 13 倍而引起爆炸。在一定條件下，很容易因分子的聚合，分解而發(fā)生著火、爆炸。 一般來說，切割薄板時，由于切割速度較快，火焰可以長些，割嘴離開工件表面的距離可以大些；切割厚板時，由于氣割速度慢，為了防止割縫上緣熔化，預(yù)熱火焰應(yīng)短些，割嘴離工件表面的距離應(yīng)適當(dāng)小些，這樣，可以保持切割氧流的挺直度和氧氣 的純度，使切割質(zhì)量得到提高。；氣割 20～ 30mm厚的鋼板時，割嘴應(yīng)垂直于工件；氣割大于 30mm 厚的鋼板時，開始氣割時應(yīng)將割嘴前傾 20176。 ．預(yù)熱火焰能率的大小與工件的厚度有關(guān)，工件愈厚，火焰能率應(yīng)愈大，但在氣割時應(yīng)防止火焰能率過大或過小的情況發(fā)生。 圖 2— 7 后拖量示意圖 在氣割時，后拖量總是不可避免的，尤其氣割