Najvjerojatnije ste primijetili da normalno funkcioniranje svakodnevnog društva jako ovisi o čvrstim metalnim konstrukcijama: na primjer grede u zgradama i mostovima i čelik koji se nalazi u pokretnim elementima kao što su avioni i automobili. No iako moć i puna čvrstoća čelika i drugih teških metala mogu biti očite, jeste li se ikad zapitali kako se metal spaja?
Osim vijaka koji mogu vezati svakodnevne metalne predmete na mjestu, potrebne su i druge metode za stvarno spajanje metala - to jest, njihovo mijenjanje u oblik koji efekt čini ih istim predmetom, sa spojem koji uključuje fizička i kemijska svojstva oba predmeta (ako su izrađeni od različitih materijala na spoju položaj.)
Zavarivanje uključuje spajanje metalnih predmeta zagrijavanjem oba na spoju dok se svaki od njih ne rastopi, te nastajanje fuzije između njih kada se smjesa ohladi i ponovno skrutne. Zavarivanje kisikom acetilenom, ili samo oksi acetilen zavarivanje, poznati je primjer postupka zavarivanja.
- Možda ste već čuli za lemljenje, koji također uključuje vezivanje metala zagrijavanjem. U slučaju lemljenja, zagrijava se samo metal koji se koristi kao spoj, dok spojeni metali nisu. U tom smislu, lemljenje je više poput upotrebe žvakaće gume nego "spajanja".
Kratka povijest zavarivanja
Zavarivanje datira najmanje 3000 godina. Dokazi o zavarivanju u brončanom dobu nalaze se u obliku kružnih zlatnih kutija starih 2000 godina, koje su međusobno spajane ekstremnim zagrijavanjem. Čak i prije toga, kulture na Mediteranu naučile su zavarivati željezo i izrađivati alate putem ovog postupka, od kojih neki datiraju i od 1.000 p. N. E.
1836. Edmund Davy otkrio je acetilen, iako njegova uporaba u zavarivanju neće postati široko rasprostranjena još otprilike 70 godina. Pojava električnog generatora sredinom i drugim dijelom 19. stoljeća otvorila je put za to elektrolučno zavarivanje, koji se oslanja na električnu iskru, te za tehnike zavarivanja i rezanja koji uključuju plin.
1880-ih u Sjedinjenim Državama osigurani su prvi patenti za elektrolučno zavarivanje, posebno zavarivanje ugljičnim lukom, a sljedećih nekoliko desetljeća to je bio popularan oblik industrije zavarivanja. Početkom 1900-ih došlo je do brzog napretka tehnologije elektroda koje se koriste za elektrolučno zavarivanje, zajedno s razvojem polja otporno zavarivanje.
Dvadesetih godina 20. stoljeća uvedeni su automati za zavarivanje. Desetljeće kasnije, uvedena je tehnika zavarivanja klina, koja je brzo pronašla snažno sidro u brodogradnji, koja je u to vrijeme rasla. Od tada se sve više plinova koristi u zavarivanju, a zavarivanje plazmom postaje popularnije početkom 21. stoljeća.
Što je oksi acetilen?
"Oksi acetilen" je zapravo smjesa, a ne kemijski spoj sam po sebi. Odnosno, nećete vidjeti spremnik s "oksiacetilenom" kako sjedi uokolo. Izraz se odnosi na hlapivu smjesu stvorenu za određenu svrhu (pregrijavanje) iz kombinacije čistog plina kisika (O2) i plin acetilen (C2H2).
Acetilen, koji se sastoji od dva atoma ugljika međusobno trostruko vezana i za svaki po jedan atom vodika, također je poznat kao etin. To je bezbojni plin i može mirisati pomalo ugodno. Kada se zagrije, lako se razgrađuje na ugljik i vodik, ali to može uzrokovati eksplozije i čisti acetilen podvrgnuti dovoljnom tlaku (15 kilograma po kvadratnom inču ili tako nekako, jedva da je višak atmosferskog tlaka) može eksplodirati ničim izazvan.
Smjese zraka i acetilena eksplozivne su u različitim stupnjevima, ovisno o postotku zraka. Ali pravilno iskorišteno i modulirano, ovo izgaranje može proizvesti ne samo toplinu već i svjetlost, a u te svrhe davno je korišteno. U uređaju za zavarivanje oksi-acetilenom, acetilen se ne kombinira sa zrakom (koji sadrži oko 20 posto kisika) već s čistim kisikom, što rezultira potencijalom za ekstremno oslobađanje topline.
Fizika zavarivanja
Osamdesetih godina prošlog stoljeća profesor Massachusetts Institute of Technology (MIT) vrlo je detaljno istraživao fiziku i kemiju zavarivanja. U to doba zavarivanje oksi acetilenom postojalo je više od 80 godina. Bilo je poznato da je vršna temperatura postignuta izgaranjem čistog acetilena bila znatno viša od 3.000 Celzijevih stupnjeva ili blizu 6.000 stupnjeva Fahrenheita. Inače, ovo je najviša poznata temperatura koja se može postići izgaranjem bilo kojeg plina s kisikom.
MIT-ov rad naglasio je praktične granice zavarivanja kao takvog, tako da, unatoč datumu objavljivanja, neki od njegovih nalaza ostaju bezvremenski. Jedno od takvih praktičnih ograničenja je površina zavarenih materijala; mogu se učiniti privlačnim za lijepljenje i osloboditi onečišćenja samo do krajnje mjere.
Uz to, iako je apsolutna temperatura vitalna, vrijeme izlaganja maksimalnoj toplini može zamijeniti niže stropne temperature. Dakle, dok zavarivanje oksi-acetilenom dovodi do porasta temperatura do čak 3.480 C, elektrolučno zavarivanje je učinkovitije jer do 50 posto stvorene topline teoretski je dostupno za zavarivanje, u usporedbi sa samo 10 posto za oksi acetilen zavarivanje.
U radu su izložena druga važna razmatranja fizičke i kemijske prirode, koja ne bi nužno bila sugeriraju da je bilo koji postupak superioran u odnosu na drugi, ali može pomoći u predviđanju ponašanja novouvedenih tehnologije. Uključuju brzinu putovanja iskrama, izbor specifične površine i troškove opreme.
Oprema za zavarivanje kisikom acetilenom
Izumitelj po imenu Thomas izradio je prvi aparat za baklje s oksi acetilenom 1903. godine. Taj Thomas, međutim, nije Edison, koji je u to vrijeme bio zauzet izmišljanjem svega ostaloga, već Wilson. Thomas Wilson upotrijebio je mješavinu "čistog" kisika (zapravo 99,5 posto kisika, onoliko koliko je mogao stvoriti u to vrijeme) kako bi stvorio plamen s temperaturom dovoljno vrućom da sagorijeva čelik. Do danas je oksi acetilen jedina mješavina plina s tom sposobnošću, a može se koristiti i pod vodom.
U praksi, oksi acetilen dolazi u različitim smjesama, ne samo najsnažnijim. To operater može prilagoditi u pokretu, jer se kisik i acetilen, iz očitih razloga, pohranjuju u drugačiji tenkovi. U tzv neutralan stvrdnjavanja, najčešća za zavarivanje, smjesa je oko jednakih dijelova kisika i acetilena. U tzv oksidirajuće postavka, koristi se za rezanje, izlaz O2 plin u smjesu je povećan, a u usitnjavanje podešavanja, protok acetilena je povećan.
Unatoč opasnosti povezanoj s držanjem ova dva plina blizu i neovisnim opasnostima povezanim s skladištenjem acetilena ( čije su opasnosti prethodno opisane) i kisik (eksplozivan kada je izložen plamenu), skladištenje i transport opreme za zavarivanje oksi acetilenom je lako. Napokon, acetilen je mali i lagani spoj, a njegove opasnosti dobro su dokumentirane i stoga dobro pod kontrolom u bilo kojem profesionalnom, nadziranom okruženju.
Sama oprema ima dvije čelične boce, po jednu za svaki plin i obje pod tlakom. Oni su opremljeni crijevima i kontrolnim ventilima, a cjevovodi u konačnici vode do dijela uređaja na koji najviše mislite kad zavalite - do puhane cijevi. Nekoliko sigurnosnih uređaja sprečava povratni udarac u smjeru rukovatelja.