S najväčšou pravdepodobnosťou ste si všimli, že normálna prevádzka každodennej spoločnosti silne závisí od pevných kovových konštrukcií: napríklad nosníky v budovách a mostoch a oceľ nachádzajúca sa v pohyblivých prvkoch, ako sú lietadlá a automobily. Ale aj keď môže byť zrejmá mohutnosť ocele a iných ťažkých kovov, zamysleli ste sa niekedy nad tým, ako je kov spojený?
Okrem skrutiek, ktoré dokážu pripevniť každodenné kovové predmety na miesto, sú potrebné ďalšie metódy na skutočné spájanie kovov - to znamená ich zmena do podoby, ktorá v efekt ich robí rovnakým predmetom, so spojom, ktorý zahŕňa fyzikálne a chemické vlastnosti oboch objektov (ak sú na spoji vyrobené z rôznych materiálov pozícia.)
Zváranie spočíva v spájaní kovových predmetov ich zahrievaním na spoji, až kým sa každý z nich neroztopí, a pri ochladení a opätovnom tuhnutí zmesi k nim dôjde. Zváranie kyslíkovým acetylénom, alebo len zváranie kyslíkovým acetylénom, je známym príkladom procesu zvárania.
- Možno ste už počuli spájkovanie, ktorá tiež zahrnuje vzájomné viazanie kovov prostredníctvom ohrevu. V prípade spájkovania sa však zahrieva iba kov použitý ako spoj, zatiaľ čo spájané kovy nie. V tomto zmysle je spájkovanie skôr ako použitie žuvačky ako „spájanie“.
Stručná história zvárania
Zváranie sa datuje minimálne pred 3 000 rokmi. Dôkazy o zváraní v dobe bronzovej sa nachádzajú vo forme 2 000 rokov starých kruhových zlatých škatúľ, ktoré spolu drží extrémne teplo. Už predtým sa kultúry v Stredomorí naučili zvárať železo a vyrábať nástroje pomocou tohto procesu, z ktorých niektoré siahajú až do roku 1 000 p.
V roku 1836 objavil Edmund Davy acetylén, aj keď jeho použitie pri zváraní sa nerozšírilo asi o ďalších 70 rokov. Príchod elektrického generátora v druhej a druhej polovici 19. storočia pripravil cestu pre oblúkové zváranie, ktorý sa spolieha na elektrickú iskru, a na zváranie a rezanie s použitím plynu.
V 80. rokoch 19. storočia boli v Spojených štátoch zabezpečené prvé patenty na oblúkové zváranie, konkrétne na zváranie uhlíkovým oblúkom, a počas nasledujúcich niekoľkých desaťročí to bola populárna forma zváračského priemyslu. Na začiatku 20. storočia došlo k rýchlemu pokroku v technológii elektród používaných pri oblúkovom zváraní spolu s rozvojom oblasti odporové zváranie.
V 20. rokoch sa zaviedli automatické zváracie stroje. O desať rokov neskôr bola zavedená technika zvárania pomocou čapov, ktorá rýchlo našla silnú kotvu v lodiarskom priemysle, ktorá sa v tom čase rozvíjala. Odvtedy sa pri zváraní používa čoraz viac plynov a plazmové zváranie je na začiatku 21. storočia čoraz populárnejšie.
Čo je kyslíkový acetylén?
„Oxyacetylén“ je vlastne zmes, nie chemická zlúčenina sama o sebe. To znamená, že neuvidíte sedieť okolo nádobky s „oxyacetylénom“. Tento termín sa týka prchavej zmesi vytvorenej na konkrétny účel (prehriatie) z kombinácie čistého plynného kyslíka (O2) a plynný acetylén (C.2H2).
Acetylén, ktorý sa skladá z dvoch atómov uhlíka, ktoré sú trikrát navzájom spojené a sú vždy spojené s jedným atómom vodíka, je tiež známy ako etyn. Je to bezfarebný plyn a môže cítiť mierne príjemne. Pri zahrievaní sa ľahko štiepi na uhlík a vodík, čo však môže spôsobiť výbuch a čistý acetylén vystavený dostatočnému tlaku (asi 15 libier na štvorcový palec, sotva viac ako atmosférický tlak), môže explodovať nevyprovokované.
Zmesi vzduchu a acetylénu sú v rôznej miere výbušné, v závislosti od percenta použitého vzduchu. Toto spaľovanie, ktoré je správne zapojené a modulované, môže produkovať nielen teplo, ale aj svetlo a na tento účel sa už dávno používalo v bójach a podobne. V zariadení na zváranie kyslíkom a acetylénom sa acetylén nekombinuje so vzduchom (ktorý obsahuje asi 20 percent kyslíka), ale s čistým kyslíkom, čo vedie k možnému extrémnemu uvoľňovaniu tepla.
Fyzika zvárania
V 80. rokoch profesor Massachusetts Institute of Technology (MIT) veľmi podrobne skúmal fyziku a chémiu zvárania. Do tejto doby už bolo zváranie kyslíkovým acetylénom viac ako 80 rokov. Bolo známe, že špičková teplota dosiahnutá počas spaľovania čistého acetylénu bola oveľa vyššia ako 3 000 stupňov Celzia alebo takmer 6 000 stupňov Fahrenheita. Toto je najvyššia známa teplota, ktorú je možné dosiahnuť spaľovaním ľubovoľného plynu s kyslíkom.
Dokument MIT zdôraznil praktické limity zvárania ako takého, takže napriek dátumu jeho zverejnenia zostávajú niektoré z jeho nálezov nadčasové. Jedno také praktické obmedzenie je na povrchu zváraných materiálov; môžu byť zatraktívnené pre lepenie a zbavené kontaminantov iba v obmedzenej miere.
Aj keď je absolútna teplota nevyhnutná, čas vystavenia maximálnemu teplu môže nahradiť nižšie teploty stropu. Takže zatiaľ čo pri zváraní kyslíkovým acetylénom sa teploty šplhajú až k 3 480 C, oblúkové zváranie je efektívnejšie, pretože až 50 percent vytvoreného tepla je teoreticky k dispozícii na zváranie, v porovnaní s iba 10 percentami pre oxyacetylén zváranie.
Príspevok načrtol ďalšie dôležité úvahy fyzikálnej a chemickej povahy, ktoré by nevyhnutne neboli naznačujú, že ktorýkoľvek z procesov je nadradený inému, ale mohol by pomôcť predpovedať správanie novo zavedených technológií. Patria sem rýchlosť jazdy iskrou, výber konkrétnej povrchovej plochy a náklady na vybavenie.
Zváracie zariadenie na kyslík a acetylén
Vynálezca menom Thomas vyrobil v roku 1903 prvý prístroj s kyslíkovým acetylénovým horákom. Týmto Thomasom však nebol Edison, ktorý sa v tom čase zaoberal vymýšľaním všetkého ostatného, ale Wilson. Thomas Wilson použil zmes „čistého“ kyslíka (v skutočnosti 99,5% kyslíka, tak dobrého, ako v tom čase dokázal generovať), aby vytvoril plameň s teplotou dostatočne vysokou na spaľovanie ocele. Oxyacetylén zostáva dodnes jedinou plynovou zmesou s touto schopnosťou a dá sa dokonca použiť pod vodou.
V praxi je oxyacetylén v rôznych zmesiach, nielen v tej najsilnejšej. Toto môže upraviť operátor na cestách, pretože kyslík a acetylén sú zo zrejmých dôvodov v ňom uložené rôzne nádrže. V tzv neutrálny nastavenie, najbežnejšia na zváranie, je zmes približne rovnakých častí kyslíka a acetylénu. V tzv oxidujúci nastavenie, ktoré sa používa na rezanie, výstup O2 plyn do zmesi sa zvyšuje a v nauhličovanie nastavením sa zvýši prietok acetylénu.
Napriek nebezpečenstvu spojenému s udržiavaním týchto dvoch plynov blízko pri sebe a voči nezávislým nebezpečenstvám spojeným so skladovaním acetylénu (" a kyslíka (výbušniny pri vystavení plameňu), skladovania a prepravy kyslíkoacetylénového zváracieho zariadenia je ľahké. Acetylén je koniec koncov malá a ľahká zmes a jeho riziká sú dobre zdokumentované a teda pod kontrolou v akomkoľvek profesionálnom prostredí pod dohľadom.
Samotné zariadenie má dva oceľové valce, jeden pre každý plyn a oba pod tlakom. Sú vybavené hadicami a regulačnými ventilmi a potrubie vedie v konečnom dôsledku k tej časti zariadenia, na ktorú myslíte najviac, keď uvažujete o zváraní - k vyfukovaciemu potrubiu. Viaceré bezpečnostné zariadenia zabraňujú spätnému nárazu v smere k obsluhe.