Du har sannolikt märkt att det vanliga samhällets normala funktion beror starkt på solida metallkonstruktioner: balkarna i exempelvis byggnader och broar och stålet som finns i rörliga element som flygplan och bilar. Men även om styrkan och rena soliditeten hos stål och andra tungmetaller kan vara uppenbara, har du någonsin undrat hur metall förenas ihop?
Förutom skruvarna som kan binda vardagliga metallföremål på plats behövs andra metoder för att faktiskt förena metaller - det vill säga ändra dem till en form som i effekt gör dem till samma objekt, med en fog som innehåller fysiska och kemiska egenskaper hos båda föremålen (om de är gjorda av olika material vid fogningen placera.)
Svetsning innebär att metallföremål sammanfogas genom att värma dem båda vid en korsning tills var och en av dem smälter, och att en fusion mellan dem uppstår när blandningen svalnar och åter stelnar. Syreacetylensvetsning, eller bara oxisacetylensvetsning, är ett känt exempel på svetsprocessen.
- Du har kanske hört talas om lödning, vilket också innebär att man binder samman metaller via uppvärmning. I fallet med lödning värms emellertid endast metallen som används som korsningen, medan de förenade metallerna inte är det. I denna mening är lödning mer som att använda tuggummi än att "sammanfoga".
En kort historia av svetsning
Svetsning går minst 3000 år tillbaka. Bevis på svetsning i bronsåldern finns i form av 2000 år gamla cirkulära guldlådor som hålls samman av extrem uppvärmning. Redan innan hade kulturer i Medelhavet lärt sig att svetsa järn och skapa verktyg via denna process, varav några går tillbaka till 1000 f.Kr.
År 1836 upptäckte Edmund Davy acetylen, även om dess användning vid svetsning inte skulle bli utbredd på ytterligare cirka 70 år. Tillkomsten av elgeneratorn i mitten och senare delen av 1800-talet banade väg för bågsvetsning, som är beroende av en elektrisk gnista, och för svets- och skärtekniker som involverar gas.
På 1880-talet säkrades de första patenten för bågsvetsning, särskilt kolbågsvetsning, i USA, och under de kommande decennierna var detta en populär form av svetsindustrin. I början av 1900-talet sågs snabba framsteg inom tekniken för elektroderna som används vid bågsvetsning, tillsammans med utvecklingen av motståndssvetsning.
På 1920-talet introducerades automatiska svetsmaskiner. Ett decennium senare introducerades svetstekniken och den hittade snabbt ett kraftfullt ankare i varvsindustrin, som växte ut vid den tiden. Sedan dess har fler och fler gaser använts vid svetsning och plasmasvetsning har blivit mer populär i början av 2000-talet.
Vad är oxiacetylen?
"Oxyacetylen" är faktiskt en blandning, inte en kemisk förening i sig. Det vill säga, du kommer inte att se en behållare med "oxiacetylen" sitta. Termen avser den flyktiga blandningen som skapats för ett specifikt syfte (överhettning) från kombinationen av ren syrgas (O2och acetylengas (C2H2).
Acetylen, som består av två kolatomer trippelbundna till varandra och till en enda väteatom vardera, är också känd som ethyne. Det är en färglös gas och det kan lukta lite trevligt. Vid uppvärmning bryts den lätt ner i kol och väte, men detta kan orsaka explosioner och ren acetylen utsatt för tillräckligt tryck (15 pund per kvadrattum eller så, knappt över atmosfärstryck) kan explodera oprovocerad.
Blandningar av luft och acetylen är explosiva i olika grad, beroende på procentandelen av luften. Men korrekt utnyttjad och modulerad, kan denna förbränning producera inte bara värme utan ljus, och användes för detta ändamål i bojar och liknande för länge sedan. I en oxiacetylensvetsanordning kombineras acetylen inte med luft (som innehåller cirka 20 procent syre) utan rent syre, vilket resulterar i risken för extrem värmeutsläpp.
Svetsningens fysik
På 1980-talet forskade en professor vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) svetsningens fysik och kemi i detalj. Vid denna tidpunkt hade oxyacetylensvetsning funnits i över 80 år. Det var känt att topptemperaturen som uppnåddes under förbränningen av ren acetylen var långt över 3000 grader Celsius, eller nära 6000 grader Fahrenheit. När det händer är detta den högsta kända temperaturen som kan uppnås med hjälp av förbränning av någon gas med syre.
MIT-papperet betonade de praktiska gränserna för svetsning i sig, så trots datumet för publiceringen förblir några av dess resultat tidlösa. En sådan praktisk begränsning är ytan på de material som ska svetsas; de kan göras attraktiva för limning och befrias från föroreningar endast i begränsad utsträckning.
Även om den absoluta temperaturen är avgörande kan exponeringstiden för maximal värme dessutom ersätta lägre taktemperaturer. Medan svetsning av oxiacetylen ser att temperaturen stiger till så högt som 3 480 C, är bågsvetsning mer effektiv eftersom upp till 50 procent av den skapade värmen är teoretiskt tillgänglig för svetsning, jämfört med endast 10 procent för oxiacetylen svetsning.
Papperet skisserade andra viktiga överväganden av fysisk och kemisk karaktär, vilket inte nödvändigtvis skulle föreslår att någon process är överlägsen en annan, men kan hjälpa till att förutsäga beteendet hos nyligen införda teknik. Dessa inkluderar gnistkörningshastighet, val av specifik yta och kostnad för utrustning.
Syreacetylensvetsutrustning
En uppfinnare vid namn Thomas producerade den första oxylacetylenbrännaren 1903. Denna Thomas var dock inte Edison, som var upptagen med att uppfinna allt annat vid den tiden, utan Wilson. Thomas Wilson använde en blandning av "rent" syre (faktiskt 99,5 procent syre, så bra som han kunde generera vid den tiden) för att producera en låga med en temperatur som var tillräckligt varm för att bränna stål. Än i dag är oxiacetylen den enda gasblandningen med denna förmåga, och den kan till och med användas under vatten.
I praktiken kommer oxiacetylen i olika blandningar, inte bara den mest potenta. Detta kan justeras av operatören när du är på språng, eftersom syret och acetylen av uppenbara skäl lagras i annorlunda tankar. I den så kallade neutral inställning, den vanligaste för svetsning, blandningen är ungefär lika delar syre och acetylen. I den så kallade oxiderande inställning, används för skärning, utgången från O2 gasen in i blandningen ökas och i karburiserande vid härdning ökas acetylenflödet.
Trots faran förknippad med att hålla dessa två gaser nära varandra och med de oberoende faror som är förknippade med lagring av acetylen ( faror som tidigare beskrivits) och syre (explosivt vid exponering för en flamma), lagring och transport av oxyacetylensvetsutrustning är lätt. Acetylen är trots allt en liten och lätt förening, och dess faror är väldokumenterade och därmed väl under kontroll i alla professionella, övervakade miljöer.
Själva utrustningen har två stålcylindrar, en för varje gas och båda under tryck. Dessa är utrustade med slangar och reglerventiler, och rörledningen leder i slutändan till den del av enheten du tänker mest på när du tänker på svetsning - blåseröret. Flera säkerhetsanordningar förhindrar återblåsning i operatörens riktning.
