Plinsko zavarivanje

Oprema za plinsko zavarivanje. Boce plina i cijevi za dovod plina treba držati dalje od plamena!

Plamen na plameniku bogat kisikom.

Plamen na plameniku bogat butanom.

Plinsko rezanje čelične cijevi.

Plinsko zavarivanje ili zavarivanje plinskim plamenom spada u grupu zavarivanja taljenjem, gdje se osnovni materijal topi toplinom plamena, koji nastaje izgaranjem gorivog plina (acetilen, propan, butan, vodik) s čistim kisikom ili kisikom iz zraka. Najtopliji plamen daje izgaranje acetilena s čistim kisikom (temperatura je 3 160 ºC), uz oslobađanje ugljikovog dioksida (CO₂) i vodene pare (H₂O). Plinsko zavarivanje se izvodi s dodatnim materijalom, ali ponekad i bez njega. To je jedan od najstarijih načina zavarivanja i najsvestranijih postupaka zavarivanja, ali u zadnje vrijeme je sve manje zastupljen. Uglavnom se danas koristi za zavarivanje čeličnih cijevi i cijevi od sivog lijeva, a koristi se i za popravke. Oprema relativno nije skupa, plamen je više raspršen od električnog luka, uzrokujući sporije hlađenje, koje vodi većim zaostalim naprezanjima i deformacijama. Sličan postupak je plinsko rezanje, uz dodatno dovođenje čistog kisika. Kisik-acetilen plamen ima vrlo veliku industrijsku primjenu kod tvrdog lemljenja, toplinskog rezanja i lokanih toplinskih obrada.

Oprema za plinsko zavarivanje sastoji se iz boce acetilena, boce kisika, redukcijskih ventila, cijevi za zavarivanje, plamenika i dodatnog materijala. Zavarivanje plinskim plamenom koristi se za zavarivanje čelika, sivog lijeva, bakra, aluminija i njihovih legura. Postupak zavarivanja je jednostavan, oprema jeftina, ali je brzina zavarivanja mala, dok upaljivost i eksplozivnost rada povećava opasnost pri radu.

Oprema za plinsko zavarivanje

Oprema za plinsko zavarivanje sastoji se iz boce acetilena, boce kisika, redukcijskih ventila, cijevi za zavarivanje, plamenika i dodatnog materijala. Plinski plamen se primjenjuje za zavarivanje, navarivanje, tvrdo lemljenje, nabrizgavanje, ravnanje, rezanje, površinsko čišćenje i duge vrste površinske obrade materijala. Za zavarivanje se koristi acetilen (kao gorivi plin) i kisik (kao plin koji podržava gorenje).

Boca kisika

Za zavarivanje i rezanje, kisik se isporučuje u plavim bocama pod tlakom od 150 bara. Gorivi materijali oslobađaju veću količinu topline kada sagorjevaju u čistom kisiku, a ne na zraku. Kisik se dobiva frakcionom destilacijom zraka (rijeđe elektrolizom vode jer je skuplji postupak). Osnovni princip frakcione destilacije je da se zrak prvo pretvara u tekuće stanje (što se postiže tlačenjem na 40 bara i pothlađivanjem na –200 ºC). Ako se tekući zrak potom zagrije, isparit će dušik koji ključa pri –196 ºC, tako da u aparaturi za frakcijonu destilaciju ostaje samo kisik (koji ključa pri –183 ºC). Specifična masa kisika pri temperaturi 20 ºC i tlaku 1,013 bara je 1,43 kg/m³. Približna količina kisika ili volumen kisika (Vkisika, m³) u boci računa se pomoću sljedeće formule:

V_kisika = volumen boce (m³) x tlak u boci (Pa) x koeficijent stlačenja kisika pri temperaturi 15 ºC

Koeficijent stlačenja kisika pri temperaturi 15 ºC je 1,078 10^-5. Volumen boce je 0,04 m³. Tako na primjer u punoj boci ima kisika:

V_kisika = 0,04 ˑ 15 10⁶ ˑ 1,078 10^-5 = 6,468 m³.

Kada se prazni boca kisika, mora se ostaviti određena količina kisika u boci da se izbjegne prodor zraka i vlage u bocu (minimalno očitanje na regulacijskom ventilu – manometru je 0,5 bara). Kod rukovanja sa bocama za kisik treba paziti da su uvijek čiste (ne smije biti nečistoća i masti oko regulacijskog ventila), a otvaranje i zatvaranje boce mora biti pažljivo – najviše do pola okreta ventila za otvaranje i zatvaranje boce).

Boca acetilena

Acetilen ili etin se isporučuje u bijelim bocama pod tlakom od 15 bara. Vrlo je nestabilan i eksplozivan u smjesi sa zrakom ili kisikom. S povećavanjem tlaka eksplozivnost acetilena raste, tako da je dovoljno 3% acetilena u smjesi sa zrakom da dođe do eksplozije. Isto tako pri zavarivanju ili rezanju bakra (Cu) ili srebra (Ag) dolazi do reakcije acetilena i spomenutih elemenata, te nastaju spojevi koji su eksplozivni pri udarcima ili povišenim temperaturama. Iz navedenih razloga potrebno je pridržavati se pravila koja vrijede za rukovanje s bocama acetilena i kisika u proizvodnji, transportu i skladištenju. Acetilen je plin iz grupe nezasićenih ugljikovodika, bezbojan je i neotrovan plin karakterističnog mirisa. Otapa se u vodi u omjeru 1 : 1, a u acetonu 1 : 25 pri atmosferskom tlaku i temperaturi 20 ºC. Rastvorljivost acetilena u acetonu raste s porastom tlaka, a opada sa porastom temperature. U bocu za acetilen, koja je volumena 40 litara, pri tlaku od 15 bara i temparaturi 20 ºC stane 6 m³ acetilena. Na izlazu iz boce postavlja se regulator tlaka (manometar) koji snižava tlak acetilena na vrijednosti ispod 1,5 bara (ako je na izlazu iz boce tlak acetilena prelazi 1,5 bar može doći do stvaranja mjehurića plina i spajanja sa zrakom, što može prouzročiti eksploziju plina). Približna količina plina u boci ili volumen acetilena (V_acetilena, m³) može se odrediti pomoću sljedeće formule:

V_acetilena = 0,35 x volumen boce (m³) x rastvorljivost acetilena u acetonu pri 15 ºC x tlak u boci (Pa) x 10^-5

Koeficijent rastvorljivost acetilena u acetonu pri 15 ºC je 23. Volumen boce je 0,04 m³. Tako je na primjer sadržaj acetilena u punoj boci:

V_acetilena = 0,35 ˑ 0,004 ˑ 23 ˑ15 ˑ 10⁵ ˑ 10^-5 = 4,8 m³

Pri pražnjenu boce brzina istjecanja acetilena, odnosno protok acetilena mora biti manji od 1 m³/h, da ne bi došlo do isparavanja acetona iz boce i smrzavanja redukcionog ventila (manometra). Isto tako, boca se ne smije potpuno isprazniti, već se mora ostaviti određena količina acetilena koja odgovara tlaku na manometu od 1 do 1,5 bara, ovisno o vanjskoj temperaturi. Plamen acetilena i čistog kisika daje maksimalnu temperaturu od 3160 ºC, dok plamen butana i propana s čistim kisikom daje maksimalnu temperaturu 2830 ºC, odnosno 2850 ºC.

Literatura

• Miller, Samuel Wylie (1916). Oxy-acetylene Welding. The Industrial press. .
• Jeffus, Larry F. (1997). Welding: Principles and Applications (4th, illustrated izd.). Cengage Learning. ISBN 978-0-8273-8240-4. .
• Kent White (2008). Authentic Aluminum Gas Welding — The Method Revived. 
• Althouse; Turnquist; Bowditch (1970). Modern Welding. Goodheart - Willcox. 
• The Welding Encyclopedia (ninth izd.). The Welding Engineer staff. 1938. 

Vanjske veze

Plinsko zavarivanje na Wikimedijinoj ostavi

• "Welding and Cutting with Oxyacetylene" Popular Mechanics", December 1935 pp. 948–953
• Using Oxy-Fuel Welding on Aircraft Aluminum Sheet Arhivirano 2009-08-03 na Wayback Machine-u
• More on oxyacetylene
• Welding history at Welding.com Arhivirano 2010-08-19 na Wayback Machine-u
• An e-book about oxy-gas cutting and welding
• Oxy-fuel torch at Everything2.com
• Torch Brazing Information
• Video of how to weld lead sheet
• Working with lead sheet Arhivirano 2015-02-28 na Wayback Machine-u