Най-вероятно сте забелязали, че нормалното функциониране на ежедневието зависи силно от твърди метални конструкции: гредите в сгради и мостове например и стоманата, намираща се в подвижни елементи като самолети и автомобили. Но макар мощността и твърдостта на стоманата и другите тежки метали да са очевидни, замисляли ли сте се някога как е свързан металът?
Освен винтовете, които могат да свързват ежедневните метални предмети на място, са необходими и други методи за реално свързване на металите - тоест, промяната им във форма, която в ефект ги прави един и същ обект, със съединение, което включва физични и химични свойства на двата обекта (ако са направени от различни материали при съединяването позиция.)
Заваряването включва съединяване на метални предмети чрез нагряване на двете в кръстовището, докато всеки от тях се разтопи, и възникване на сливане между тях, когато сместа се охлади и отново се втвърди. Кислородно ацетиленово заваряване, или просто окси ацетиленово заваряване, е известен пример за процеса на заваряване.
- Може би сте чували за запояване, което също включва свързване на метали заедно чрез нагряване. В случай на запояване обаче се нагрява само металът, използван като кръстовище, докато съединените метали не са. В този смисъл запояването е по-скоро като използване на дъвка, отколкото „присъединяване“.
Кратка история на заваряването
Заваряването датира от поне 3000 години. Доказателства за заваряване през бронзовата епоха се намират под формата на 2000-годишни кръгли златни кутии, държани заедно чрез екстремно нагряване. Още преди това културите в Средиземноморието се бяха научили да заваряват желязо и да правят инструменти чрез този процес, някои от които датират от 1000 г. пр. Н. Е.
През 1836 г. Едмънд Дейви открива ацетилен, въпреки че използването му при заваряване няма да стане широко разпространено още около 70 години. Появата на електрическия генератор в средата и втората част на 19 век проправи пътя за това електродъгово заваряване, който разчита на електрическа искра, както и за техники за заваряване и рязане, включващи газ.
През 1880-те години в САЩ са осигурени първите патенти за дъгова заварка, по-специално заваряване с въглеродна дъга, а през следващите няколко десетилетия това е популярна форма на заваръчната индустрия. В началото на 1900 г. се наблюдава бърз напредък в технологията на електродите, използвани при дъгова заварка, заедно с развитието на областта на устойчиво заваряване.
През 20-те години се появяват автоматични машини за заваряване. Десетилетие по-късно беше въведена техниката на заваряване на шпилки и тя бързо намери мощна котва в корабостроителната индустрия, процъфтяваща по това време. Оттогава все повече и повече газове се използват в заваряването, а плазменото заваряване става все по-популярно в началото на 21 век.
Какво е окси ацетилен?
"Окси ацетилен" всъщност е смес, а не химично съединение само по себе си. Тоест няма да видите контейнер с "оксиацетилен", седнал наоколо. Терминът се отнася до летливата смес, създадена за конкретна цел (прегряване) от комбинацията от чист кислороден газ (O2) и газ ацетилен (С2Н2).
Ацетилен, който се състои от два въглеродни атома, тройно свързани един с друг и с един водороден атом, също е известен като етин. Това е безцветен газ и може да мирише леко приятно. При нагряване той лесно се разгражда до въглерод и водород, но това може да причини експлозии и чист ацетилен подложен на достатъчно налягане (15 паунда на квадратен инч или малко, едва надвишаващо атмосферното налягане) може да експлодира непредизвикано.
Смесите от въздух и ацетилен са взривоопасни в различна степен, в зависимост от процента на въздуха. Но правилно впрегнато и модулирано, това горене може да произвежда не само топлина, но и светлина и е използвано за тази цел в шамандури и други подобни отдавна. В устройството за заваряване с окси ацетилен ацетиленът се комбинира не с въздух (който съдържа около 20 процента кислород), а чист кислород, което води до потенциал за екстремно отделяне на топлина.
Физиката на заваряването
През 80-те години професор от Масачузетския технологичен институт (MIT) изследва физиката и химията на заваряването с много подробности. По това време заваряването с окси ацетилен е съществувало повече от 80 години. Известно беше, че пиковата температура, постигната по време на изгарянето на чист ацетилен, надхвърля 3000 градуса по Целзий или близо 6 000 градуса по Фаренхайт. В крайна сметка това е най-високата известна температура, която може да бъде достигната чрез изгарянето на който и да е газ с кислород.
Документът на MIT подчертава практическите граници на заваряването само по себе си, така че въпреки датата на публикуването му, някои от неговите открития остават вечни. Едно такова практическо ограничение е в повърхността на заваряваните материали; те могат да бъдат направени привлекателни за свързване и освободени от замърсители само до крайна степен.
Освен това, докато абсолютната температура е жизненоважна, времето на излагане на максимална топлина може да замести по-ниските температури на тавана. Така че, докато при заваряването с окси ацетилен температурите се повишават до 3,480 C, дъговото заваряване е по-ефективно, тъй като до 50 процента от създадената топлина е теоретично достъпна за заваряване, в сравнение с само 10 процента за окси ацетилен заваряване.
Документът очертава други важни съображения от физическо и химично естество, което не е задължително предполагат, че всеки един процес превъзхожда друг, но може да помогне да се предскаже поведението на нововъведените технологии. Те включват скорост на движение на искра, избор на специфична повърхност и цена на оборудването.
Оборудване за заваряване с кислород ацетилен
Изобретател на име Томас произвежда първия апарат с окси ацетиленова горелка през 1903 г. Този Томас обаче не беше Едисън, който по това време беше зает с изобретяването на всичко останало, а Уилсън. Томас Уилсън използва смес от „чист“ кислород (всъщност 99,5 процента кислород, толкова добър, колкото е могъл да генерира по това време), за да произведе пламък с температура, достатъчно гореща, за да изгори стоманата. И до днес окси ацетиленът остава единствената газова смес с тази способност и дори може да се използва под вода.
На практика окси ацетиленът се предлага в различни смеси, не само най-мощната. Това може да се коригира от оператора в движение, тъй като кислородът и ацетиленът се съхраняват по очевидни причини различен резервоари. В т.нар неутрален настройка, най-често за заваряване, сместа е около равни части кислород и ацетилен. В т.нар окисляващ настройка, използвана за рязане, изходът на O2 газ в сместа се увеличава, а в карбуризиране настройка, ацетиленовият поток се увеличава.
Въпреки опасността, свързана с поддържането на тези два газа в близост, и с независимите опасности, свързани със съхранението на ацетилен ( опасностите от които бяха описани по-рано) и кислород (експлозивен при излагане на пламък), съхранението и транспортирането на оборудване за заваряване с окси ацетилен лесно е. В края на краищата ацетиленът е малко и леко съединение и неговите опасности са добре документирани и следователно добре контролирани във всяка професионална, контролирана среда.
Самото оборудване има две стоманени бутилки, по една за всеки газ и двете под налягане. Те са оборудвани с маркучи и регулиращи клапани, а тръбопроводите в крайна сметка водят до частта от устройството, за която най-много се сещате, когато мислите за заваряване - продухващата тръба. Няколко предпазни устройства предотвратяват връщането в посока на оператора.