Πώς να συγκολλήσετε οξυ ακετυλένιο

Πιθανότατα έχετε παρατηρήσει ότι η κανονική λειτουργία της καθημερινής κοινωνίας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από στερεές μεταλλικές κατασκευές: οι δοκοί σε κτίρια και γέφυρες, για παράδειγμα, και ο χάλυβας που βρίσκεται σε κινητά στοιχεία όπως αεροπλάνα και αυτοκίνητα. Αλλά ενώ η δύναμη και η απόλυτη σταθερότητα του χάλυβα και άλλων βαρέων μετάλλων μπορεί να είναι προφανείς, αναρωτηθήκατε ποτέ πώς συνδέεται το μέταλλο;

Εκτός από τις βίδες που μπορούν να δεσμεύσουν τα καθημερινά μεταλλικά αντικείμενα στη θέση τους, χρειάζονται και άλλες μέθοδοι για να ενώσουν πραγματικά τα μέταλλα - δηλαδή να τα αλλάξουν σε μορφή που Το αποτέλεσμα τους καθιστά το ίδιο αντικείμενο, με έναν σύνδεσμο που περιλαμβάνει φυσικές και χημικές ιδιότητες και των δύο αντικειμένων (εάν είναι κατασκευασμένα από διαφορετικά υλικά κατά τη σύνδεση θέση.)

Η συγκόλληση συνεπάγεται τη σύνδεση μεταλλικών αντικειμένων μέσω θέρμανσης και των δύο σε μια διασταύρωση έως ότου το καθένα λιώσει, και η σύντηξη μεταξύ τους συμβαίνει όταν το μείγμα ψύχεται και στερεοποιείται ξανά.

• Ίσως έχετε ακούσει συγκόλληση, το οποίο περιλαμβάνει επίσης σύνδεση μετάλλων μαζί μέσω θέρμανσης. Στην περίπτωση συγκόλλησης, ωστόσο, μόνο το μέταλλο που χρησιμοποιείται ως σύνδεσμος θερμαίνεται, ενώ τα ενωμένα μέταλλα δεν είναι. Υπό αυτήν την έννοια, η συγκόλληση μοιάζει περισσότερο με τη χρήση τσίχλας παρά με την ένωση.

Η συγκόλληση χρονολογείται τουλάχιστον 3.000 χρόνια. Τα στοιχεία συγκόλλησης στην Εποχή του Χαλκού βρίσκονται με τη μορφή κυκλικών χρυσών κουτιών ηλικίας 2.000 ετών που συγκρατούνται από ακραία θέρμανση. Ακόμη και πριν, οι πολιτισμοί στη Μεσόγειο είχαν μάθει να συγκολλούν το σίδερο και να κατασκευάζουν εργαλεία μέσω αυτής της διαδικασίας, μερικά από τα οποία χρονολογούνται από το 1.000 π.Χ.

Το 1836, ο Edmund Davy ανακάλυψε ακετυλένιο, αν και η χρήση του στη συγκόλληση δεν θα εξαπλωνόταν για άλλα 70 χρόνια περίπου. Η έλευση της ηλεκτρικής γεννήτριας στο μέσο και το τελευταίο μέρος του 19ου αιώνα άνοιξε το δρόμο για συγκόλληση τόξου, που βασίζεται σε ηλεκτρικό σπινθήρα, και για τεχνικές συγκόλλησης και κοπής με αέριο.

Στη δεκαετία του 1880, τα πρώτα διπλώματα ευρεσιτεχνίας για συγκόλληση τόξου, συγκεκριμένα συγκόλληση τόξου άνθρακα, ασφαλίστηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες και για τις επόμενες δεκαετίες αυτή ήταν μια δημοφιλής μορφή της βιομηχανίας συγκόλλησης. Στις αρχές του 1900 σημειώθηκαν ραγδαίες εξελίξεις στην τεχνολογία των ηλεκτροδίων που χρησιμοποιούνται στη συγκόλληση τόξου, μαζί με την ανάπτυξη του πεδίου της συγκόλληση αντίστασης.

Τη δεκαετία του 1920 εισήχθησαν αυτόματες μηχανές συγκόλλησης. Μια δεκαετία αργότερα, εισήχθη η τεχνική της συγκόλλησης με καρφιά, και γρήγορα βρήκε μια ισχυρή άγκυρα στη ναυπηγική βιομηχανία, που εκτοξεύτηκε τότε. Από τότε, όλο και περισσότερα αέρια έχουν χρησιμοποιηθεί στη συγκόλληση και η συγκόλληση πλάσματος έγινε πιο δημοφιλής στις αρχές του 21ου αιώνα.

Το "οξυ ακετυλένιο" είναι στην πραγματικότητα ένα μείγμα, όχι μια χημική ένωση από μόνη της. Δηλαδή, δεν θα δείτε ένα δοχείο "οξυακετυλενίου" να κάθεται γύρω. Ο όρος αναφέρεται στο πτητικό μείγμα που δημιουργήθηκε για συγκεκριμένο σκοπό (υπερθέρμανση) από το συνδυασμό καθαρού αερίου οξυγόνου (Ο₂) και αέριο ακετυλένιο (C₂Η₂).

Ασετυλίνη, το οποίο αποτελείται από δύο άτομα άνθρακα τριπλά συνδεδεμένα μεταξύ τους και από ένα άτομο υδρογόνου το καθένα, είναι επίσης γνωστό ως αιθίνη. Είναι ένα άχρωμο αέριο και μπορεί να μυρίζει λίγο ευχάριστα. Όταν θερμαίνεται, διασπάται εύκολα σε άνθρακα και υδρογόνο, αλλά αυτό μπορεί να προκαλέσει εκρήξεις και καθαρό ακετυλένιο που υπόκειται σε επαρκή πίεση (15 λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα ή περίπου, μόλις πάνω από την ατμοσφαιρική πίεση) μπορεί να εκραγεί απρόκλητος.

Τα μίγματα αέρα και ακετυλενίου είναι εκρηκτικά σε διαφορετικούς βαθμούς, ανάλογα με το ποσοστό του αέρα που εμπλέκεται. Όμως, σωστά αξιοποιημένο και διαμορφωμένο, αυτή η καύση μπορεί να παράγει όχι μόνο θερμότητα αλλά και φως και χρησιμοποιήθηκε για το σκοπό αυτό σε σημαντήρες και τα παρόμοια εδώ και πολύ καιρό. Σε μια συσκευή συγκόλλησης οξυακετυλενίου, το ακετυλένιο συνδυάζεται όχι με αέρα (που περιέχει περίπου 20 τοις εκατό οξυγόνο) αλλά καθαρό οξυγόνο, με αποτέλεσμα την πιθανότητα ακραίας απελευθέρωσης θερμότητας.

Τη δεκαετία του 1980, ένας καθηγητής του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) ερεύνησε με μεγάλη λεπτομέρεια τη φυσική και τη χημεία της συγκόλλησης. Μέχρι αυτή τη στιγμή, η συγκόλληση οξυακετυλενίου υπήρχε για πάνω από 80 χρόνια. Ήταν γνωστό ότι η μέγιστη θερμοκρασία που επιτεύχθηκε κατά την καύση καθαρού ακετυλενίου ήταν πολύ μεγαλύτερη από 3.000 βαθμούς Κελσίου, ή κοντά στους 6.000 βαθμούς Φαρενάιτ. Όπως συμβαίνει, αυτή είναι η υψηλότερη γνωστή θερμοκρασία που μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας την καύση οποιουδήποτε αερίου με οξυγόνο.

Το έγγραφο MIT υπογράμμισε τα πρακτικά όρια συγκόλλησης καθαυτά, οπότε, παρά την ημερομηνία δημοσίευσής του, ορισμένα από τα ευρήματά του παραμένουν διαχρονικά. Ένας τέτοιος πρακτικός περιορισμός είναι στην επιφάνεια των προς συγκόλληση υλικών. Μπορούν να γίνουν ελκυστικά για συγκόλληση και απελευθέρωση μολυντών μόνο σε περιορισμένο βαθμό.

Επιπλέον, ενώ η απόλυτη θερμοκρασία είναι ζωτικής σημασίας, ο χρόνος έκθεσης στη μέγιστη θερμότητα μπορεί να αντικαταστήσει τις χαμηλότερες θερμοκρασίες οροφής. Έτσι, ενώ η συγκόλληση με οξυακετυλένιο βλέπει ότι οι θερμοκρασίες ανεβαίνουν στους 3.480 C, η συγκόλληση τόξου είναι πιο αποτελεσματική επειδή έως και Το 50 τοις εκατό της θερμότητας που δημιουργείται είναι θεωρητικά διαθέσιμο για συγκόλληση, σε σύγκριση με μόλις 10 τοις εκατό για οξυακετυλένιο συγκόλληση.

Το έγγραφο περιγράφει άλλες σημαντικές εκτιμήσεις φυσικής και χημικής φύσης, οι οποίες δεν θα ήταν απαραίτητα προτείνουν ότι οποιαδήποτε διαδικασία είναι ανώτερη από την άλλη, αλλά θα μπορούσε να βοηθήσει στην πρόβλεψη της συμπεριφοράς των νεοσύστατων τεχνολογίες. Αυτά περιλαμβάνουν την ταχύτητα κίνησης σπινθήρων, την επιλογή συγκεκριμένης επιφάνειας και το κόστος του εξοπλισμού.

Ένας εφευρέτης με το όνομα Thomas παρήγαγε την πρώτη συσκευή πυρσών οξυακετυλενίου το 1903. Αυτός ο Θωμάς, ωστόσο, δεν ήταν ο Έντισον, ο οποίος ήταν απασχολημένος με την εφεύρεση οτιδήποτε άλλο εκείνη την εποχή, αλλά ο Γουίλσον. Ο Τόμας Γουίλσον χρησιμοποίησε ένα μείγμα "καθαρού" οξυγόνου (στην πραγματικότητα, 99,5 τοις εκατό οξυγόνο, τόσο καλό όσο μπορούσε να παράγει εκείνη τη στιγμή) για να παράγει μια φλόγα με θερμοκρασία αρκετά ζεστή για να κάψει χάλυβα. Μέχρι σήμερα, το οξικό ακετυλένιο παραμένει το μόνο μείγμα αερίων με αυτή την ικανότητα και μπορεί ακόμη και να χρησιμοποιηθεί υποβρύχια.

Στην πράξη, το οξυακετυλένιο έρχεται σε διάφορα μίγματα, όχι μόνο το πιο ισχυρό. Αυτό μπορεί να ρυθμιστεί από τον χειριστή εν κινήσει, καθώς το οξυγόνο και το ακετυλένιο αποθηκεύονται, για προφανείς λόγους διαφορετικός δεξαμενές. Στο λεγόμενο ουδέτερος ρύθμιση, το πιο κοινό για συγκόλληση, το μείγμα είναι περίπου ίσα μέρη οξυγόνου και ακετυλενίου. Στο λεγόμενο οξειδωτικό ρύθμιση, που χρησιμοποιείται για κοπή, η έξοδος του O₂ το αέριο στο μείγμα αυξάνεται, και στο εξαερωτικά ρύθμιση, η ροή του ακετυλενίου αυξάνεται.

Παρά τον κίνδυνο που σχετίζεται με τη διατήρηση αυτών των δύο αερίων κοντά, και με τους ανεξάρτητους κινδύνους που σχετίζονται με την αποθήκευση ακετυλενίου (η κίνδυνοι των οποίων περιγράφηκαν προηγουμένως) και οξυγόνο (εκρηκτικό όταν εκτίθεται σε φλόγα), η αποθήκευση και μεταφορά εξοπλισμού συγκόλλησης οξυακετυλενίου είναι εύκολο. Το ακετυλένιο, εξάλλου, είναι μια μικρή και ελαφριά ένωση, και οι κίνδυνοι της είναι καλά τεκμηριωμένοι και επομένως υπό έλεγχο σε οποιοδήποτε επαγγελματικό, εποπτευόμενο περιβάλλον.

Ο ίδιος ο εξοπλισμός έχει δύο χαλύβδινους κυλίνδρους, έναν για κάθε αέριο και και οι δύο υπό πίεση. Αυτά είναι εξοπλισμένα με εύκαμπτους σωλήνες και βαλβίδες ελέγχου, και οι σωληνώσεις οδηγούν τελικά στο τμήμα της συσκευής που σκέφτεστε περισσότερο όταν σκέφτεστε τη συγκόλληση - το σωλήνα φυσήματος. Πολλές συσκευές ασφαλείας αποτρέπουν την ανατροπή προς την κατεύθυνση του χειριστή.