Olet todennäköisesti huomannut, että jokapäiväisen yhteiskunnan normaali toiminta riippuu vahvasti kiinteistä metallirakenteista: esimerkiksi rakennusten ja siltojen palkit ja liikkuvissa osissa, kuten lentokoneissa ja muissa osissa, oleva teräs autot. Mutta vaikka teräksen ja muiden raskasmetallien vahvuus ja vahvuus voivat olla ilmeisiä, oletko koskaan miettinyt, kuinka metalli on liitetty toisiinsa?
Ruuvien lisäksi, jotka voivat sitoa arjen metalliesineet paikoilleen, tarvitaan muita menetelmiä metallien todelliseen liittämiseen - toisin sanoen muuttamaan ne muotoon, joka vaikutus tekee niistä saman esineen, jossa on liitos, joka sisältää molempien esineiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet (jos ne on tehty eri materiaaleista liitoskohdassa) asennossa.)
Hitsaus käsittää metalliesineiden yhdistämisen kuumentamalla niitä molemmissa risteyksissä, kunnes kukin niistä sulaa, ja sulautuminen niiden välillä tapahtuu, kun seos jäähtyy ja jähmettyy uudelleen. Happiasetyleenihitsaus, tai vain oksi-asetyleenihitsaus, on kuuluisa esimerkki hitsausprosessista.
- Olet ehkä kuullut juottaminen, johon liittyy myös metallien sitominen yhteen lämmityksen avulla. Juotostapauksissa vain liitoksena käytetty metalli lämmitetään, kun taas liitetyt metallit eivät. Tässä mielessä juottaminen on enemmän kuin purukumin käyttöä kuin "liittämistä".
Lyhyt hitsaushistoria
Hitsaus juontaa juurensa vähintään 3000 vuotta. Todisteita hitsauksesta pronssikaudella löytyy 2000 vuotta vanhoista pyöreistä kultalaatikoista, joita pidetään yhdessä äärimmäisen kuumennuksen avulla. Jo ennen sitä Välimeren kulttuurit olivat oppineet hitsaamaan rautaa ja valmistamaan työkaluja tällä prosessilla, joista osa juontaa juurensa 1000 eaa.
Vuonna 1836 Edmund Davy löysi asetyleenin, vaikka sen käyttö hitsauksessa ei olisi levinnyt vielä noin 70 vuoteen. Sähkögeneraattorin tulo 1800-luvun puolivälissä ja loppupuolella tasoitti tietä kaarihitsaus, joka perustuu sähkökipinään, sekä hitsaus- ja leikkaustekniikoihin, joihin liittyy kaasua.
1880-luvulla ensimmäiset kaarihitsauksen, erityisesti hiilikaarihitsauksen patentit varmistettiin Yhdysvalloissa, ja seuraavien vuosikymmenien ajan tämä oli suosittu hitsausalan muoto. 1900-luvun alussa kaarihitsauksessa käytettyjen elektrodien tekniikka kehittyi nopeasti vastushitsaus.
1920-luvulla otettiin käyttöön automaattiset hitsauskoneet. Vuosikymmenen kuluttua otettiin käyttöön hitsaustekniikka, ja se löysi nopeasti voimakkaan ankkurin laivanrakennusteollisuudesta, joka kasvoi tuolloin. Siitä lähtien hitsauksessa on käytetty yhä enemmän kaasuja, ja plasmahitsaus on tullut suositummaksi 2000-luvun alussa.
Mikä on oksiasetyleeni?
"Oksiasetyleeni" on itse asiassa seos, ei itsessään kemiallinen yhdiste. Eli et näe astiaa "oksiasetyleeniä" istumassa. Termi viittaa haihtuvaan seokseen, joka on luotu tiettyyn tarkoitukseen (ylikuumeneminen) puhtaan happikaasun (O2) ja asetyleenikaasu (C2H2).
Asetyleeni, joka koostuu kahdesta hiiliatomista, jotka ovat kolminkertaisesti sitoutuneet toisiinsa ja yhteen vetyatomiin, tunnetaan myös nimellä etyni. Se on väritön kaasu, ja se saattaa haju hieman miellyttävältä. Kuumennettaessa se hajoaa helposti hiileksi ja vedyksi, mutta se voi aiheuttaa räjähdyksiä ja puhdasta asetyleeniä riittävä paine (15 kiloa neliötuumaa kohti tai niin, tuskin yli ilmakehän paineen) voi räjähtää provosoimaton.
Ilman ja asetyleenin seokset ovat räjähtäviä eri asteissa riippuen mukana olevan ilman prosenttiosuudesta. Mutta oikein valjastettu ja moduloitu, tämä palaminen voi tuottaa paitsi lämpöä myös valoa, ja sitä käytettiin tähän tarkoitukseen poijuissa ja vastaavissa kauan sitten. Happiasetyleenihitsauslaitteessa asetyleeni ei ole yhdistetty ilman (joka sisältää noin 20 prosenttia happea), vaan puhtaan hapen kanssa, mikä johtaa äärimmäisen lämmön vapautumiseen.
Hitsauksen fysiikka
1980-luvulla Massachusettsin teknillisen instituutin (MIT) professori tutki hitsauksen fysiikkaa ja kemiaa yksityiskohtaisesti. Tähän mennessä oksiasetyleenihitsaus oli ollut olemassa yli 80 vuotta. Oli tunnettua, että puhtaan asetyleenin polttamisen aikana saavutettu huippulämpötila oli selvästi yli 3000 celsiusastetta tai lähes 6000 astetta Fahrenheit-astetta. Kuten tapahtuu, tämä on korkein tunnettu lämpötila, joka voidaan saavuttaa käyttämällä minkä tahansa kaasun polttamista hapella.
MIT-paperissa korostettiin hitsauksen käytännön rajoja sinänsä, joten julkaisun päivämäärästä huolimatta jotkut havainnot pysyvät ajattomina. Yksi tällainen käytännön rajoitus on hitsattavien materiaalien pinta; ne voidaan tehdä houkutteleviksi sitoutumiselle ja vapauttaa epäpuhtauksista vain rajallisessa määrin.
Lisäksi, vaikka absoluuttinen lämpötila on elintärkeä, maksimilämmölle altistumisen aika voi korvata alemmat kattolämpötilat. Joten vaikka oksi-asetyleenihitsauksen lämpötila nousee jopa 3480 C: een, kaarihitsaus on tehokkaampaa, koska jopa Teoreettisesti 50 prosenttia syntyvästä lämmöstä on hitsattavissa, kun taas oksietyleenillä vain 10 prosenttia hitsaus.
Asiakirjassa hahmoteltiin muita tärkeitä fysikaalisia ja kemiallisia näkökohtia, jotka eivät välttämättä viittaavat siihen, että mikä tahansa prosessi on parempi kuin toinen, mutta se voi auttaa ennustamaan vasta käyttöön otetun käyttäytymistä tekniikoita. Näitä ovat kipinänopeus, tietyn pinta-alan valinta ja laitteiden kustannukset.
Happiasetyleenihitsauslaitteet
Keksijä nimeltä Thomas valmisti ensimmäisen oksietyleenipoltinlaitteen vuonna 1903. Tämä Thomas ei kuitenkaan ollut Edison, joka oli kiireinen keksimään kaikkea muuta tuolloin, vaan Wilson. Thomas Wilson käytti "puhtaan" hapen seosta (oikeastaan 99,5 prosenttia happea, niin hyvää kuin hän pystyi tuottamaan tuolloin) tuottamaan liekkiä, jonka lämpötila oli riittävän kuuma teräksen polttamiseen. Happiasetyleeni on tähän päivään asti ainoa kaasuseos, jolla on tämä ominaisuus, ja sitä voidaan käyttää jopa veden alla.
Käytännössä oksi-asetyleeniä on saatavana erilaisina seoksina, paitsi tehokkaimpana. Käyttäjä voi säätää tätä tien päällä, koska happea ja asetyleeniä varastoidaan ilmeisistä syistä eri säiliöt. Ns neutraali asetus, joka on yleisin hitsauksessa, seos on suunnilleen yhtä suuri osa happea ja asetyleeniä. Ns hapettava asetus, jota käytetään leikkaamiseen, O: n lähtö2 kaasua seokseen lisätään ja kaasuttava Asetyleenivirta kasvaa.
Huolimatta vaarasta, joka liittyy näiden kahden kaasun pitämiseen lähellä toisiaan ja asetyleenin varastointiin liittyvistä itsenäisistä vaaroista aiemmin kuvatut vaarat) ja happi (räjähtävä liekille altistettaessa), oksi-asetyleenihitsauslaitteiden varastointi ja kuljetus on helppo. Asetyleeni on loppujen lopuksi pieni ja kevyt yhdiste, ja sen vaarat on dokumentoitu hyvin ja siten hyvin hallinnassa kaikissa ammattimaisissa, valvotuissa ympäristöissä.
Itse laitteessa on kaksi terässylinteriä, yksi kutakin kaasua varten ja molemmat paineen alla. Ne on varustettu letkuilla ja säätöventtiileillä, ja putkistot johtavat lopulta siihen osaan laitetta, josta ajattelet hitsauksen aikana eniten - puhallusputkeen. Useat turvalaitteet estävät puhaltamisen käyttäjän suuntaan.
