1. Газокислородная сварка.

Возможности применения газа «МАФ» для сварки исследовались как в целом, во «ВНИИАвтогенмаш» г. Москва, так и в частности для сварки газопроводов низкого давления в НТК «ИЭС им. Э.О. Патона» (к.т.н. Ю.В. Демченко),  Испытания включали оценку 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, отвечающих требованиям ГОСТ 14637-83 и ДСТУ 2651-94, выполняли горелкой Г2 с мундштуками №3 и №4, модернизированными 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 рекомендовано его применение вместо ацетилена для сварки труб из низкоуглеродистых сталей с условным диаметром не более 150 мм и толщиной стенки до 5 мм включительно при строительстве и ремонте газопроводов с давлением газа не более 0,6 МПа. Это подтверждается данными ВНИИАвтогенмаш ― МАФ-газ пригоден 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, а проволока марки Св-08А применима для сварки неответственных деталей. Для использования газа МАФ при сварке ответственных деталей, подлежащих сдаче технадзору, должны быть проведены соответствующие стандартные испытания и оформление документов.

МАФ – газ имеет более мягкое пламя по сравнению с ацетиленом, что дает преимущества при работе с металлом малых толщин, с цветными металлами, а также при контурной резке изделий. Это показано испытаниями МАФ – во ВНИИАвтогенмаш и на ряде промышленных предприятий.

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

Характеристика горелок приведена в таблице 2.

Таблица 2.

1	2
Наименование	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 кислорода л/час.	35-75	75160	160-330	330-550	550-1000

Тепловая мощность насадок смещена на один номер в сторону увеличения относительно аналогичных насадок, работающих на ацетилене. Специфика сжигания газов, склонных к взрывному распаду, таких как ацетилен, МАФ, состоит в том, что давление газокислородной смеси в мундштуке перед истечением из сопла находится в пределах – 0,25 кг/см . Этим и объясняется возможность поддержания низкого давления газа «МАФ» перед горелкой – (0,12-0,15) кгс/см , остальное давление   смеси   создается   инжекцией   в   горелке,   что   обеспечивает   хорошее перемешивание газа МАФ и кислорода и создание жесткого факела, при минимальном расходе кислорода, подаваемого в горелку.

Аналогичные работы по модернизации своей горелки ГЗУ выполнены Краматорским предприятием «ДОНМЕТ». Доработанная под МАФ, горелка ГЗУ-МАФ работает в широком диапазоне толщин свариваемых металлов.

Стоимостные сравнительные показатели в денежном выражении газосварочных работ при работе на ацетилене и газе МАФ не характерны т.к., в различных регионах стоимость газов существенно различаются. Поэтому  сравнение  проводится  по  косвенным  (энергетическим)  показателям, основанным на нижеследующем.

Теоретический выход ацетилена из 1 кг карбида кальция   сорта   «А»   производства   Румынии на   промышленных   генераторах составляет теоретически -0,3 м3 при размере фракций карбида 50×80 мм. Таким образом, для получения   1м3 ацетилена необходимо затратить 3,4 кг  карбида кальция. Для замены   1м3 ацетилена необходимо 0,62 м3 газа МАФ. При его удельном весе 1,7 кг/м3, это составляет 1,06 кг. Таким образом, 1 кг газа МАФ заменяет 3,2 кг карбида кальция. Если учесть, что в основной своей массе ацетилен получают на переносных генераторах типа АСП-10, в которые загружают, чаще всего, низкосортный карбид кальция и, как правило, меньше расчетной загрузки, составляющей – 3,4кг, то к.п.д. такого генератора падает, расход карбида возрастает до 3,8 кг и более на 1м3 ацетилена. Это подтверждается практическими результатами: – 1 баллон газа МАФ весом 21,2 кг заменяет 100-120кг карбида кальция или 4-5 баллонов ацетилена (емкость баллона ацетилена 5,5-6,0кг газа). Исходя,    из    стоимости    указанных    компонентов    может    быть    рассчитана эффективность внедрения газа МАФ в различных регионах.

2. Газокислородная резка.

Процесс газокислородной резки металла представляет из себя совмещение двух процессов: – нагрев металла до температуры воспламенения (t=1050 °C) и сжигание нагретого металла в струе чистого кислорода. Соответственно резак состоит из двух элементов: – горелки и кислородного копья, объединенных воедино, но работающих по своим законам, характерным для каждого процесса.

Теплопередача металлу и нагрев его до плавления в начале процесса резки осуществляется по тем же законам что и при сварке. Известно, что время нагрева металла при врезании в лист с кромки либо при пробивке отверстия посреди листа возрастает на – 30% при переходе с ацетилена на природный газ и пропан – бутан, ввиду резко уменьшения температурного к.п.д. При работе на газе МАФ это время соответственно уменьшается, см. таблицу 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 переход без остановки через встречные резы.   Указанные режимы приведены в таблице 4. При

работе на пропан – бутане данные процессы реализовать не удается. Режимы неоднократно проверялись в НПО «Кислородмаш», при работе на ацетилене, они также соответствуют ОСТ 5.9526-71 «Тепловая резка металлов».

Режим врезания в лист «с хода» 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 производилась короткими цилиндрическими шлифованными мундштуками. При применении конических шлифовальных кумулятивных мундштуков тип 3 и 4 при толщине металла – 30 мм достаточно коснутся кромки листа и далее начинать рез, (см. журнал Сварщик №3 2004 г, стр 21).

Расход горючего газа зависит от толщины разрезаемого металла, т.к. основное количество тепла, необходимое для процесса резки, выделяется за счет горения металла в среде 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 механизированной многорезаковой вырезке мелких деталей, типа фланцев, а также больших карт раскроя, когда необходимо многократное пробивание отверстий в листе, в том числе и при наличии термических перемычек. В этом случае резко сокращается время на прогрев листа перед началом процесса резки. Простое же увеличение тепловой мощности резаков приводит к ухудшению качества реза:- оплавление верхней кромки, образование не отделяемого грата и, по мнению «ВНИИАвтогенмаш», г. Москва, не целесообразно. Вид применяемого горючего газа и его теплотворность на расход режущего кислорода влияет косвенно, за счет улучшения параметров резания.

Для работы на газе МАФ, при работе с резаком «Эффект», необходимо заменить гильзу с маркировкой «П» на специальную гильзу с маркировкой «М». Хорошее перемешивание газа МАФ и кислорода подогревающего, что необходимо для устойчивого и экономичного горения подогревающего пламени, обеспечивается конструкцией смесительной камеры резаков «Эффект», где расположено от 3-х до 5-ти работающих в параллель микро-инжекторных узлов, построенных по классической схеме.

Для получения устойчивого процесса горения, имея в виду склонность газов (ацетилена, МАФ) к взрывному самораспаду, необходимо обеспечить хорошее перемешивание горючего газа и кислорода, подаваемого в резак (горелку). Также, при плохом смешивании кислорода и газа или недостатке кислорода, пламя МАФ коптящее, и имеет вид «метелки» (как и у ацетилена).

При использовании для МАФ любого стандартного резака, предназначенного для работы на ацетилене,  следует учитывать склонность МАФ к «обратному удару», и своевременно применять предусмотренные паспортом резака защитные приемы. Наилучшие результаты по экономичности и безопасности получаются при использовании резаков с внутрисопловым смешением газов («ЭФФЕКТ», «Мессер», «Проминь» и т.п.) или резака «ДОНМЕТ» Р1«МАФ».

Показатели внедрения газа МАФ при резке металла, по сравнению с работой на пропан – бутане, основаны на нижеследующем.

Согласно ДСТУ 4047-2001 в баллон 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/ м3 из одного баллона можно получить – 10,4 м3 газообразного пропан – бутана (жидкий остаток не учтен). В реальных условиях величина жидкого остатка в баллоне пропан – бутана может достигать 20 %. В этом случае выход жидкого пропан – бутана составит – 17 кг, при газификации которого получится – 8,5 м3 пропан – бутана с удельным весом 2 кг/м3. Для замены 1м3 пропан – бутана необходимо 0,89 м3 газа МАФ с удельным весом 1,7кг/м3 , соответственно для замены одного баллона пропан – бутана весом 21,2 кг с остатком газа 20 % необходимо 7,6 м3 газа МАФ весом – 13,0 кг, что составляет – 0,6 баллона газа МАФ. Таким образом, 1 баллон газа МАФ весом 21,2 кг, может заменить 1,7 баллона пропан – бутана с жидким остатком – 20 %.

Для сжигания 1 м3 пропан – бутана в резак необходимо подавать 3,5 м3 кислорода, а при сжигании 1м3 газа МАФ – 2,2 м3. Это дает экономию в размере 18,00 м3кислорода на каждый баллон газа МАФ. На практике 1 баллон газа МАФ заменяет – 2 баллона пропан – бутана, а экономия кислорода при этом составляет – 22 м3.

При работе в зимнее время иногда есть необходимость в обогреве баллонов с газом МАФ, испарение газа полное при температуре газа не ниже минус 27 °С. В этом случае в сухом спокойном воздухе максимальный паросъем с баллона составляет -1,2 кг/час.

Эффективность использования газа МАФ подтверждается его широким распространением среди сварщиков Беларуси. Только по предприятию «РОДАТ» насчитывается свыше 3000 потребителей и число это растет.

В данной статье не нашли отражения материалы по использованию газа МАФ для газопламенного напыления, наплавки твердых материалов и т.п.