Применение газа – МАППбел

Применение газа «МАФ» для сварки и резки металлов. (Применимо для работы с МАППбел)

Главный конструктор АО «Эффект» Лилько М.М. г. Одесса,

(редакция и дополнения – директор УП «РОДАТ» Навроцкий В.Н., г. Минск).

В последние годы в Беларуси, России и в Украине для кислородной сварки и резки металлов начали применять газ «МАФ» (метилацетилен-алленовая фракция), относящийся к группе сжиженных газов. МАФ выпускается заводом «ПОЛИМИР» (г. Новополоцк, Беларусь) по ТУ 38.102.1267-89, марка «А» – для газопламенной обработки, марка «Б» – для газовой резки и органического синтеза. Основными горючими компонентами, определяющими свойства газа «МАФ», являются метилацетилен и аллен (пропадиен). Уровень компонентов склонных к взрывному распаду ограничен в смесях 76%. Остальное – 24% составляют пропан, пропилен и другие углеводородные газы, снижающие взрывоопасность «МАФ». По огне- и взрывоопасным свойствам он аналогичен пропану. По ТУ в смесях может сохраняться не более 6% углеводородов С ₄  и 2% ацетонитрила. В поставляемом АО «ПОЛИМИР» (г. Новополоцк) газе МАФ реальное содержание углеводородов С ₄ ограничивается до 0,01% и ацетонитрила до 0,2%  _.

Пределы взрывоопасности газа в смесях с воздухом (по объему) 2,3-11,9%, в смесях с кислородом 2,5-60%, температура самовоспламенения 454 ± 3 °С.

Давление насыщенного пара при Т=20°С – 6,0 кгс/см, Т=50°С – 13,5 кгс/см ²  (для пропана – бутана 9,0 кгс/см ²  и 18,3 кгс/см ²  да). Предельное давление взрывного сознания – 13,5 кгс/см ²  при Т=50°С, (для ацетилена – 1,35 кгс/см ²  при Т=50°С).

«МАФ» в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 по степени воздействия на организм относится к 4-му классу опасности (малотоксичные). Предельно допустимая концентрация (ПДК) паров «МАФ» в рабочей зоне 300 мг/м ³ . При контакте «МАФ» с медью и ее сплавами, содержащими более 65% меди, могут образовываться взрывоопасные ацетилениды меди (опасность может возникнуть только при подаче МАФ по медным трубопроводам большой протяженности). По ТУ 38.102.1267-89 условия работы с «МАФ», транспортировка и содержание соответствуют действующим требованиям и нормам для сжиженных газов (пропан-бутан). 

Так как предлагаемый УП РОДАТ газ МАПП по составу элементов рядом с описанным газом МАФ, все написанное выше можно воспринимать как аналог газа МАППбел.

Технические характеристики газа приведены в таблице 1.

В 70-х годах прошлого века в США начал применяться аналогичный газ «МАПП» (МАПП) (метилацетилен+пропадиен), под таким же названием известный в Европе. Поскольку их термодинамическая смесь не устойчива, в состав МАПП также входят газостабилизаторы. Свойства газа «МАФ» и «МАПП» очень близки между собой. При этом содержание метилацетилена и пропадиена в газе МАПП значительно ниже, чем в газе МАФ, что обуславливает его низкие пиротехнические характеристики.

Таблица 1.

Имя	Q p H Ккал/м 3	Удельный вес  кг/м 3	Предельная т-ра пламени, °С, в смесях с:		Термический к.п.д. относительно		Отношение кислорода к горючему газу при нормальном пламени	Теплота разложения молекул ккал/кг.
			кислород	воздух	Стали	меди	м 3 / м 3
Ацетилен	12600	1170	3087	2325	0,56	0,65	1,15
Пропан	22160	2,01	2500*	1925 год	0,46	0,57	3,5
Бутан	27800	2,46	2400*	-	0,44	0,55	3,5
МАПП	20800	1,78	2900	-	0,52	0,62	-	**
МАФ	21200	1,70	2927	2165	0,54	0,63	2,2	**

* Без подогрева;

** Точной информации по вопросу нет, однако, исходя из состава газа, теплота раздвигается вблизи ацетилена.

Как видно из таблицы 1, теоретическая температура горения ацетилена (t=3087°C) и МАФ (t=2927°C) близки между собой. Теплопередача от пламени на металле имеет  термический (пирометрический) к.п.д. , который регулирует разницу между температурой пламени и температурой плавления металла, отнесенной к температуре пламени.

η= (троп-тпл.)/троп;

где: η – температурный к.п.д. троп.- теоретическая температура горения газа. тпл. – температура плавления металла; (для стали tпл. = 1350°С; для меди tпл. = 1085°С).

Подсчитанный таким образом к.п.д. для ацетилена, МАФ и пропана – бутаны приведены в таблице 1.

Термический  к.п.д.  Характеризует относительную скорость плавления металла при сварке и пайке в одном и том же количестве металла и одинаковой температуре пламени конфорок. У ацетилена и «МАФ» к.п.д. практически одинаковые. Приведем коэффициент замены ацетилена на «МАФ»:

Q ^П _{ч . ацет.} х η _ацет.  /  Q ^P _{н. маф}  х η _маф  = 12600×0,56/21200×0,54=0,62 

Коэффициент замены пропан – бутана на «МАФ»:

Q ^П _{н. проп.} х η _проп.  /  Q ^P _{н. маф}  х η _маф  = 22160×0,46/2 1200×0,54=0,89.

Характерным признаком процесса горения является количество кислорода, которое необходимо подавать в резак (горелку). Для ацетилена и «МАФ» количество кислорода, подаваемое в резак (горелку)  на 10000 ккал , примерно одинаковое: – 0,95м ³  и 1,04м ³  соответственно. Для пропана это составляет 1,68м ³ . Таким образом, при переходе с пропана – бутана на «МАФ» расход газа, непосредственно при сжигании газа, увеличивается в 1,6 раза. При сжигании 1м ³  «МАФ» экономится -1,3м ³ кислорода, по сравнению с работой на пропане – бутане.

При применении газа «МАФ» прослеживаются различия между различными направлениями и подходами к его горению: для сварки и резкого инструмента.

1. Газокислородная сварка.

Возможность применения газа «МАФ» для сварки исследовалась в целом во «ВНИИАвтогенмаш» г. Москва, так и в частности для сварки газопроводов пониженного давления в НТК «ИЭС им. Э.О. Патона» (к.т.н. Ю.В. Демченко), (информация взята из Интернета). Испытания соответствующих оценок качества сварных швов, определение механических свойств трубных стыковых соединений, металлографические исследования согласно ДБН В.2.5-20-2001 «Газопостачання» и ВБН А.3.1-36-3-96 «Сварка стальных газопроводов».

Сварку стыковых трубных соединений из сталей Ст2пс, СТЗпс, соответствующих требованиям ГОСТ 14637-83 и ДСТУ 2651-94, выполняют горелками Г2 с мундштуками №3 и №4, настроенными согласно рекомендациям «ВНИИАвтогенмаш». При сварке использовали проволоку марки СВ-08Г2С диаметром 2мм и 3мм по ГОСТ 2246-70, кислород технический, по ГОСТ 5583-78 и газ МАФ по ТУ 38.102.1267-89.

На основании результатов комплексных исследований автором (к.т.н. Ю.В. Демченко) была разработана технологическая инструкция «Выполнение газосварочных работ с использованием газа МАФ на объектах газоснабжения» и обосновано ее применение вместо ацетилена для сварки труб из низкоуглеродистых сталей с условным диаметром. . . . . . . не более 150 мм и толщиной до 5 мм при строительстве и ремонте газопроводов с давлением газа не более 0,6 МПа. Эти данные предоставлены ВНИИАвтогенмаш-МАФ-газ для сварки изделий из низкоуглеродистой стали толщиной до 6 мм. Упрочнение сварного шва обеспечивает кремне – марганцевая присадочная проволока марок Св-12ГС, Св-08ГС, Св-08Г2С. Для использования газа МАФ при сварке ответственных деталей, строго по сдаче технадзору, должны быть проведены соответствующие стандартные испытания и оформительные документы.

МАФ-газ имеет более мягкое пламя по сравнению с ацетиленом, что дает преимущества при работе с металлами небольшой толщины, с цветными металлами, а также при контурной резке изделий. Это проведение испытаний МАФ – во ВНИИАвтогенмаш и на ряде промышленных предприятий.

В АО «Эффект» (г. Одесса) выполнены работы по доработке конструкции ацетиленовой горелки «Эффект-ГК» для работы на газе МАФ (горелка внутрисоплового горения, патент №5442), путем изменения соотношений размеров инжектора, смесительной камеры и наконечника.

Характеристика горелок приведена в таблице 2.

Таблица 2.

1	2
Имя	Газ «МАФ»
Номер наконечника	1М	2М	ЗМ	4М	5М
Толщина свариваемого металла, мм	0,5-1,0	1,0-1,5	1,5-3,0	3,0-5,0	5,0-9,0
Расход газа л/час	15-35	35-75	75-150	150-250	250-450
Расход потребления л/час.	35-75	75160	160-330	330-550	550-1000

Тепловая мощность насадок смещена на одну цифру в сторону увеличения аналогичных насадок, работающих на ацетилене. Спецификация горения газа, склонных к взрывному распаду, таких как ацетилен, МАФ, утверждает, что давление газокислородной смеси в мундштуке перед истечением из сопла находится в пределах – 0,25 МПа. Этими и режимами возможность поддержания низкого давления газа «МАФ» перед конфоркой – (0,12-0,15) МПа , остальное давление смеси обеспечивает инжектор в конфорке, что обеспечивает хорошее перемешивание газа МАФ и обеспечение и создание жесткого факела, при минимальных условиях. расход газа, подаваемого в горелку.

Аналогичные работы по современным технологиям ГЗУ проводятся Краматорским предприятием «ДОНМЕТ». Доработанная под МАФ, горелка ГЗУ-МАФ работает в зависимости от плотности свариваемых металлов.

Стоимостные сравнительные показатели в денежном выражении по итогам газосварочных работ при работе на ацетилене и газе МАФ не характерны, т.к. в разных регионах стоимость газа различна. Поэтому проводится сравнение на сцене (энергетическому) показателю, основанному ниже, на следующий день.

Теоретический выход ацетилена из 1 кг карбида марки «А» производства промышленных производителей составляет  0,3 м ³ при стандартных фракциях карбида 50×80 мм. Таким образом, для получения 1м ³  ацетилена необходимо затратить 3,4 кг карбида образования. Для замены 1м ³  ацетилена необходимо 0,62 м ³  газа МАФ. При его удельном весе 1,7 кг/м ³ это составляет 1,06 кг. Таким образом, 1 кг газа МАФ заменяет 3,2 кг карбида. Если учесть, что в основной своей массе ацетилен получают на переносных генераторах типа АСП-10, в которые загружают, чаще всего, сортированные низкие карбидные значения и, как правило, меньшая расчетная нагрузка, нагрузка – 3,4 кг, то есть к.п.д. . . такого генератора падает, расход карбида увеличивается до 3,8 кг и более на 1м ³  ацетилена. Это подтверждается практическими результатами: – 1 баллон газа МАФ весом 21,2 кг заменяет 100–120 кг карбида или 4–5 баллонов ацетилена (емкость баллона ацетилена 5,5–6,0 кг газа). Следовательно, исходя из стоимости указанных компонентов, можно учитывать эффективность использования газа МАФ в различных регионах. 

2. Газокислородная резка.

Процесс газокислородной резки металла представляет собой совмещение двух процессов: – нагрев металла до температуры воспламенения (t=1050 °C) и сжигание нагретого металла в потоке чистого кислорода. Следовательно, результат состоит из двух элементов: – горелки и кислородные копья, объединенные на одном предприятии, но работающие по своим законам, характерным для каждого процесса.

Тепло передает металл и нагревает его до плавления в начале быстрого процесса по тем же законам, что и при сварке. Известно, что во время нагревания металла при врезании в лист с кромки либо при пробивке отверстий в листе повышение на – 30% при переходе с ацетилена на природный газ и пропан – бутан, вследствие этого температурного к.п.д. При работе на газе МАФ необходимо время уменьшить, см. таблица 3.

Время нагрева металла МАФ – кислородным пламенем при врезании в лист и

прибивке отверстий.

Таблица 3.

1	2	3	4	5
Толщина металла, мм.	5-15	16-30	31-60	61-100
Время нагрева, сек.	5-10	10-15	15-25	25-35

При нагреве металла высокотемпературным пламенем появляется возможность врезания в лист «с хода» без остановки на прогрев кромки листа и перехода без остановки через встречные резы. Указанные режимы приведены в таблице 4. При

Работа по пропан-бутановым данным осуществляется неудовлетворительно. Режимы неоднократно проверялись в НПО «Кислородмаш», при работе на ацетилене, они также соответствуют ОСТ 5.9526-71 «Тепловая резка металлов».

Режим в листе «с ходом» и переход через встречный рез.

Таблица 4.

1	2	3	4	5	6	7	8
Толщина металла, мм.	5	8	10	14	18	20	25
Скорость резки, мм/мин.	180-200	150-180	130-170	130-150	50-70	30-50	Менее 30

Резка была изготовлена ​​короткими шлифованными мундштуками с надписью. При применении конических шлифовальных кумулятивных мундштуков типа 3 и 4 при толщине металла – 30 мм достаточно коснуться кромки листа и далее начинать рез, (см. журнал Сварщик №3 2004 г, стр. 21).

Расход горючего газа зависит от толщины разрезаемого металла, т.к. Большое количество тепла, необходимое для резки, выделяется за счет горения металла в атмосфере кислорода. При толщине металла 10 мм с подогревающим пламенем вводится до 90 % необходимого тепла, а при толщине металла 100 мм – только 10 % необходимого тепла.

Внедрение указанных процессов, для которых необходим высокотемпературный энергоноситель, особенно эффективно при использовании многорезаковой вырезной детали, типа фланцев, а также большой карты-раскроя, когда необходимо многократное пробивание отверстий в листе, в том числе и при наличии термических перемычек. В этом случае резко сократите время прогрева до начала резкого процесса. Простое же увеличение температуры потока резаков приводит к ухудшению качества реза:- оплавление верхней кромки, образования не отделяемого грата и, по данным «ВНИИАвтогенмаш», г. Москва, не зарегистрирована. Видим применение горючего газа и его теплотворности при расходе большого количества газа, дополнительно добавляя его для улучшения параметров резания.

Для работы на газе МАФ, при работе с резаком «Эффект», необходимо заменить гильзу с маркировкой «П» на восстановление гильзу с маркировкой «М». Хорошее перемешивание газа МАФ и кислорода подогревателя, что необходимо для подключения и экономичного горения подогрева пламени, охрана конструкции смесительной камеры резаков «Эффект», где расположены от 3-х до 5-ти процессов в параллельных микро-инжекторных узлах, построенных по схеме.

Для получения сигнала процесса горения, наблюдающего склонность газа (ацетилена, МАФ) к взрывному самораспаду, необходимо обеспечить хорошее перемешивание горючего газа и кислорода, подаваемого в резак (горелку). Кроме того, при плохом соединении кислорода и газа или недостатке кислорода пламя МАФ коптящее и имеет вид «метелки» (как и ацетилена).

При использовании для МАФ любого стандартного резака, предназначенного для работы с ацетиленом, следует наклонить МАФ к «обратному удару» и обязательно использовать встроенные в паспорт держатели резака. Наилучшие результаты по экономичности и безопасности получаются при использовании резаков с внутрисопловым смешением газа («ЭФФЕКТ», «Мессер», «Проминь» и т.п.) или резака «ДОНМЕТ» Р1 «МАФ».

Показатели изменения газа МАФ при резке металла, по сравнению с работой с пропан-бутаном, основаны на следующем.

Согласно ДСТУ 4047-2001 в баллоны для коммунально-бытового применения заправляют пропан-бутан марки «СПБГ». Объемная доля жидкого остатка при t=20 °С не должна быть более 1,6  %. В баллоне содержится 21,2 кг пропан-бутана. При удельном весе – 2,0 кг/м ³  из одного баллона можно получить – 10,4 м ³ газообразного пропана – бутана (жидкий остаток не учтен). В исходных условиях количество жидкого остатка в баллоне пропана – бутана может составлять 20%. В данном случае выход жидкого пропана – бутана составит – 17 кг, при газификации которого получится – 8,5 м ³  пропана – бутана с весомым весом 2 кг/м ³ . Для замены 1м ³  пропан – бутан необходимо 0,89 м ³  газа МАФ с весомым весом 1,7кг/м ³  , что соответствует замене одного баллона пропан – бутан весом 21,2 кг с остатком газа 20 % необходимо 7,6 м ³  Вес газа МАФ – 13,0 кг, что составляет – 0,6 баллона газа МАФ. Таким образом, 1 баллон газа МАФ весит 21,2 кг, можно заменить 1,7 баллона пропана – бутан с жидким остатком – 20%. 

Для сжигания 1 м ³  пропана – бутана в рез. необходимо подавать 3,5 м ³  кислорода, а при горении 1м ³  газа МАФ – 2,2 м ³ . Это дает экономию в сообществе 18,00 м ³ закачки на каждый баллон газа МАФ. При замене 1 баллон газа МАФ заменяется – 2 баллона пропана – бутана, экономия газа при этом составляет – 22 м ³ .

При работе в зимнее время иногда возникает необходимость в обогреве баллонов с газом МАФ, испарение газа при температуре газа не ниже минус 27 °С. В этом случае в более спокойном состоянии максимальная температура паросъемника в баллоне составляет -1,2 кг/час.

Эффективность использования газа МАФ подтвердила его широкое распространение среди сварщиков Беларуси. Только по предприятию «РОДАТ» насчитывается свыше 3000 потребителей, и их доля растет.

В данной статье не учитываются отражения материалов при использовании газа МАФ для газопламенного напыления, наплавок мономатериалов и т.п.

 

Навроцкий В.Н., УП «РОДАТ», г. Минск,  видт @ тут . к