Использование и устройство кислородных баллонов для сварки

Для хранения и транспортировки сжатых, сжиженных и растворенных газов, находящихся под давлением, применяют стальные баллоны. Баллоны имеют различную вместимость — от 0,4 до 55 дм3.

Баллоны представляют собой стальные цилиндрические сосуды, в горловине которых имеется конусное отверстие с резьбой, куда ввертывается запорный вентиль. Для каждого газа разработаны свои конструкции вентилей, что исключает установку кислородных вентилей на ацетиленовый баллон и наоборот. На горловину плотно насаживают кольцо с наружной резьбой для навертывания предохранительного колпака, который служит для предохранения вентиля баллонов от возможных ударов при транспортировке.

Баллоны для сжатых, сжиженных и растворенных газов изготовляют из бесшовных труб углеродистой и легированной стали. Для сжиженных газов при рабочем давлении не свыше 3 МПа допускается применение сварных баллонов.

В зависимости от рода газа, находящегося в баллоне, баллоны окрашивают снаружи в условные цвета, а также соответствующей каждому газу краской наносят наименование газа. Например, кислородные баллоны окрашивают в голубой цвет, а надпись делают черной краской, ацетиленовый — в белый и красной краской, водородные — в темно-зеленый и красной краской, пропан — в красный и белой краской. Часть верхней сферической части баллона не окрашивают и выбивают на ней паспортные данные баллона: тип и заводской номер баллона, товарный знак завода-изготовителя, масса порожнего баллона, вместимость, рабочее и испытательное давление, дата изготовления, клеймо ОТК и клеймо инспекции Госгортехнадзора, дата следующего испытания. Баллоны периодически, через каждые пять лет, подвергают осмотру и испытанию.

Основные типы баллонов, применяемых для хранения и транспортировки кислорода, азота, водорода и других газов, приведены в таблице.

Кислородные баллоны

Для газовой сварки и резки кислород доставляют в стальных кислородных баллонах типа 150 и 150 Л. Кислородный баллон представляет собой стальной цельнотянутый цилиндрический сосуд 3, имеющий выпуклое днище 1, на которое напрессовывается башмак 2; вверху баллон заканчивается горловиной 4. В горловине имеется конусное отверстие, куда ввертывается запорный вентиль 5. На горловину для защиты вентиля навертывается предохранительный колпак 6.

Наибольшее распространение при газовой сварке и резке получили баллоны вместимостью 40 дм3. Эти баллоны имеют размеры: наружный диаметр — 219 мм, толщина стенки — 7 мм, высота — 1390 мм. Масса баллона без газа 67 кг. Они рассчитаны на рабочее давление 15 МПа, а испытательное — 22,5 МПа.

Чтобы определить количество кислорода, находящегося в баллоне, нужно вместимость баллона (дм3) умножить на давление (МПа). Например, если вместимость баллона 40 дм3 (0,04 м3), давлением 15 МПа, то количество кислорода в баллоне равно 0,04х15=6 м3.

Рисунок 1 — Кислородный баллон

На сварочном посту кислородный баллон устанавливают в вертикальном положении и закрепляют цепью или хомутом. Для подготовки кислородного баллона к работе отвертывают колпак и заглушку штуцера, осматривают вентиль, чтобы установить, нет ли на нем жира или масла, осторожно открывают вентиль баллона и продувают его штуцер, после чего перекрывают вентиль, осматривают накидную гайку редуктора, присоединяют редуктор к вентилю баллона, устанавливают рабочее давление кислорода регулировочным винтом редуктора. При окончании отбора газа из баллона необходимо следить, чтобы остаточное давление в нем было не меньше 0,05-0,1 МПа.

При обращении с кислородными баллонами необходимо строго соблюдать правила эксплуатации и техники безопасности, что обусловлено высокой химической активностью кислорода и высоким давлением. При транспортировке баллонов к месту сварки необходимо твердо помнить, что запрещается перевозить кислородные баллоны вместе о баллонами горючих газов. При замерзании вентиля кислородного баллона отогревать его надо ветошью, смоченной в горячей воде.

Причинами взрыва кислородных баллонов могут быть попадания на вентиль жира или масла, падения или удары баллонов, появление искры при слишком большом отборе газа (электризуется горловина баллона) нагрев баллона каким-либо источником тепла, в результате чего давление газа в баллоне станет выше допустимого.

Таблица 1 — Типы баллонов для сжиженных газов

Техника безопасности

Устройство кислородного баллона очень простое, но надежное. Главное – точно соблюдать параметры закачиваемого внутрь газа, чтобы не произошел разрыв емкости. При эксплуатации и хранении нужно соблюдать некоторые очень жесткие требования.

• Если кислородный баллон используется в стационарном сварочном посту, то его устанавливают вертикально и закрепляют жестким хомутом.
• Перед установкой редуктор должен быть осмотрен на предмет отсутствия жировых и масляных пятен.
• Обязательно производится продувка штуцера, после чего накручивается и сам редуктор.
• После полного отбора газа необходимо внутри оставлять немного кислорода под минимальным давлением 0,5 кг/см². Причина – чтобы за станции заправки могли провести анализ ранее заправленного газа и сверить его с имеющимся в наличии.
• Нельзя перевозить кислород с другими горючими газами.
• На объектах кислородные баллоны должны транспортироваться в специальных тележках на мягких резиновых колесах.
• Расстояние от установленной емкости для кислорода до источника открытого огня или сварочного аппарата – 5 метров минимум.
• Должна присутствовать защита от атмосферных осадков и солнечных лучей при длительной эксплуатации на открытом воздухе.
• Если вентиль кислородного баллона замерз, то его оттаивать надо только чистой ветошью, смоченной в горячей воде.
• Хранить баллоны нужно в металлических ящиках с отверстиями, обязательно навешивается замок.
• Маленький баллон нужно переносить в специальном металлическом ящике, который снабжается ручкой и ремнем для переноски на плече.

Заправка кислородом – это сложный процесс, потому что в сварочные баллоны закачивается именно газ. А до распределительной станции он доходит в жидком состоянии. Такой кислород намного безопаснее, чем газообразный, но он быстро и в больших количествах испаряется, что невыгодно в финансовом плане. Но производители идут на такие потери, потому что безопасность превыше всего. Тем более, жидкий кислород транспортируется в больших количествах (авто- и железнодорожные цистерны). Если такой объем загорится и взорвется, то потери будут в несколько раз больше.

Закачка газа в баллоны производится насосным и безнасосным способом. При этом заполнение происходит не переохлажденным кислородом. При любых действиях с баллоном очень важно соблюдать аккуратность и требования техники безопасности. Самое уязвимое место – это вентиль, чаще всего именно он выходит из строя, потому что подвергается многократному открытию и закрытию.

Ремонту он не поддается, можно только поменять на новый. Делать это своими руками запрещено, такую операцию позволяют проводить только в заводских условиях. Здесь важно соблюсти правила установки, в основе которых лежит запрессовка, то есть вкручивание под определенным давлением. Затем сам баллон с вентилем проверяют испытательным давлением. Кстати, тестирование является гидравлическим. Внутрь баллона закачивается вода под давлением 225 или 300 кг/см², которая находится там в течение 5 минут. После чего давление снижают до рабочего – 150 или 200 кг/см².

Необходимо отметить, что по этой же технологии производится проверка самих баллонов на предмет обнаружения протечек. Если ничего не обнаружено: все стыки и стенки не стали мокрыми, значит, испытание прошло успешно, и само устройство может эксплуатироваться дальше.

Ацетиленовые баллоны

Питание постов газовой сварки и резки ацетиленом от ацетиленовых генераторов связано с рядом неудобств, поэтому в настоящее время большое распространение получило питание постов непосредственно от ацетиленовых баллонов. Они имеют те же размеры, что и кислородный. Ацетиленовый баллон заполняют пористой массой из активированного древесного угля (290- 320 г на 1 дм3 вместимости баллона) или смесь угля, пемзы и инфузорной земли. Массу в баллоне пропитывают ацетоном (225-300 г на 1 дм3 вместимости баллона), в котором хорошо растворяется ацетилен. Ацетилен, растворяясь в ацетоне и находясь в порах пористой массы, становится взрывобезопасным и его можно хранить в баллоне под давлением 2,5-3 МПа. Пористая масса должна иметь максимальную пористость, вести себя инертно по отношению к металлу баллона, ацетилену и ацетону, не давать осадка в процессе эксплуатации. В настоящее время в качестве пористой массы применяют активированный древесный дробленый уголь (ГОСТ 6217-74) с размером зерен от 1 до 3,5 мм. Ацетон (химическая формула СН3СОСН3) является одним из лучших растворителей ацетилена, он пропитывает пористую массу и при наполнении баллонов ацетиленом растворяет его. Ацетилен, доставляемый потребителям в баллонах, называется растворенным ацетиленом.

Рисунок 2 — Ацетиленовый баллон

Максимальное давление ацетилена в баллоне составляет 3 МПа. Давление ацетилена в полностью наполненном баллоне изменяется при изменении температуры:

Давление наполненных баллонов не должно превышать при 20°С 1,9 МПа.

При открывании вентиля баллона ацетилен выделяется из ацетона и в виде газа поступает через редуктор и шланг в горелку или резак. Ацетон остается в порах пористой массы и растворяет новые порции ацетилена при последующих наполнениях баллона газом. Для уменьшения потерь ацетона во время работы необходимо ацетиленовые баллоны держать в вертикальном положении. При нормальном атмосферном давлении и 20°С в 1 кг (л) ацетона растворяется 28 кг (л) ацетилена. Растворимость ацетилена в ацетоне увеличивается примерно прямо пропорционально с увеличением давления и уменьшается с понижением температуры.

Для полного использования емкости баллона порожние ацетиленовые баллоны рекомендуется хранить в горизонтальном положении, так как это способствует равномерному распределению ацетона по всему объему, и с плотно закрытыми вентилями. При отборе ацетилена из баллона он уносит часть ацетона в виде паров. Это уменьшает количество ацетилена в баллоне при следующих наполнениях. Для уменьшения потерь ацетона из баллона ацетилен необходимо отбирать со скоростью не более 1700 дм3/ч.

Для определения количества ацетилена баллон взвешивают до и после наполнения газом и по разнице определяют количество находящегося в баллоне ацетилена в кг.

Пример. Масса баллона с ацетиленом 89 кг, порожнего — 83 кг, следовательно, количество ацетилена в баллоне равно: по массе — 89-83=6 кг, по объему — 6/1,09=5,5 м3 (1,09 кг/м3 — плотность ацетилена при атмосферном давлении и температуре 20°С).

Масса пустого ацетиленового баллона складывается из массы самого баллона, пористой массы и ацетона. При отборе ацетилена из баллона вместе с газом расходуется 30- 40 г ацетона на 1 м3 ацетилена. При отборе ацетилена из баллона необходимо следить за тем, чтобы в баллоне остаточное давление было не менее 0,05-0,1 МПа.

Использование ацетиленовых баллонов вместо ацетиленовых генераторов дает ряд преимуществ: компактность и простота обслуживания сварочной установки, безопасность и улучшение условий работы, повышение производительности труда газосварщиков. Кроме того, растворенный ацетилен содержит меньшее количество посторонних примесей, чем ацетилен, получаемый из ацетиленовых генераторов.

Причинами взрыва ацетиленовых баллонов могут быть резкие толчки и удары, сильный нагрев (свыше 40°С).

Типы сварочных смесей

Аргон. Для аргонодуговой сварки применяется аргон. Этот газ используется для сваривания заготовок из высоколегированных сталей, меди, алюминия, чугуна, титана, серебра.

Углекислый газ. Для сваривания заготовок из нержавейки применяется баллонная сварочная смесь на основе углекислоты. Например, при добавлении водорода в газовую смесь сварочный процесс значительно ускоряется. Кислород, водород в углекислотном баллоне составляет от 10 процентов. При выполнении плазменной резки для повышения мощности в смеси добавляется 25-45 процентов водорода.

Азот. Этот химический элемент используется в газовых смесях для соединения заготовок из меди, серебра, их сплавов, повышает коррозионную стойкость, уменьшает наличие железа в нагаре. Но при использовании азотных смесей электроды ТИГ изнашиваются быстрее.

Для выполнения МИГ, МАГ сварки используются газовые двухкомпонентные смеси (5%-кислород), трехкомпонентные смеси (кислород-2,5%, СО2 -20%, аргон-75%). Такой состав предоставляет возможность избегать выгорания, разбрызгивания легирующих компонентов.

Для сварочных работ одновременно используется два баллона: с аргоном и углекислым газом или кислородом и углекислым газом.

Преимущества использования баллонных сварочных смесей

• Улучшенные рабочие условия
• Высокая стабильность
• Сведение к минимуму последующей обработки свариваемых изделий
• Экономия расходных материалов
• Повышенное качество сварки
• Общая стоимость сварочных работ значительно ниже

Баллоны для пронан-бутана

Баллоны для пропан-бутана изготовляют согласно ГОСТ 15860-84 сварными из листовой углеродистой стали. Основное применение нашли баллоны вместимостью 40 и 50 дм3. Балонны для пропан-бутана окрашиваются в красный цвет с белой надписью «пропан».

Баллон для пропан-бутана представляет собой цилиндрический сосуд 1, к верхней части которого приваривается горловина 5, а к нижней — днище 2 и башмак 3. В горловину ввертывается латунный вентиль 6. На корпус баллона напрессовываются подкладные кольца 4. Для защиты вентиля баллона служит колпак 7.

Баллоны рассчитаны на максимальное давление 1,6 МПа. Из-за большого коэффициента объемного расширения баллоны для сжиженных газов заполняют на 85-90% от общего объема. Норма заполнения баллонов для пропана — 0,425 кг сжиженного газа на 1 дм3 вместимости баллона. В баллон вместимостью 55 дм3 наливается 24 кг жидкого пропан-бутана. Максимальный отбор газа не должен превышать 1,25 м3/ч.

Рисунок 3 — Баллон для пропап-бутана

Комплектация

Основным дополнительным элементом емкости для кислорода является вентиль. Изготавливают его из латуни. Поверх вентиля обязательно устанавливается защитный колпак, он может быть алюминиевым или пластмассовым. Обычно колпак идет, как неотъемлемая часть. Но теряются они часто, так что защитное приспособление может быть изготовлено из любого материала своими руками. Здесь важна надежность и герметичность. В сам баллон вентиль вкручивается посредству конической резьбы

Второй по значимости элемент – это башмак. Именно на него ложится вся весовая нагрузка. Изготавливается он из стальной ленты, которую формируют по сечению в квадрат. ГОСТом точно не определенно, как он должен закрепляться на баллоне, поэтому некоторые производители приваривают его, другие впрессовывают.

Хранение и транспортировка баллонов

Транспортировка баллонов разрешается только на рессорных транспортных средствах, а также на специальных ручных тележках или носилках. При бесконтейнерной транспортировке баллонов должны соблюдаться следующие требования:

• на всех баллонах должны быть до отказа навернуты предохранительные колпаки;
• кислородные баллоны должны укладываться в деревянные гнезда (разрешается применять металлические подкладки с гнездами, оклеенными резиной или другими мягкими материалами);
• кислородные баллоны должны укладываться только поперек кузова машины так, чтобы предохранительные колпаки были в одной стороне; укладывать баллоны допускается в пределах высоты бортов;
• баллоны должны грузить рабочие, прошедшие специальный инструктаж.

Перевозка в вертикальном положении кислородных и ацетиленовых баллонов допускается только в специальных контейнерах. Совместная транспортировка кислородных и ацетиленовых баллонов на всех видах транспорта запрещается, за исключением транспортировки двух баллонов на специальной тележке к рабочему месту. В летнее время баллоны должны быть защищены от солнечных лучей брезентом или другими покрытиями. Баллоны в пределах рабочего места разрешается перемещать кантовкой в наклонном положении. На рабочих местах баллоны должны быть прочно закреплены в вертикальном положении.

Как изготавливают емкости для кислорода

Производство кислородных баллонов осуществляется из бесшовных труб. Их разделяют на отрезки, после чего нагревают концы каждой заготовки и делают ротационную закатку. Затем происходит закалка изделий, во время которой они становятся прочными и приобретают необходимую гибкость. Далее следует шлифовка поверхности баллона, изделие подвергают испытанию высоким давлением, затем производят окрашивание, маркируют и сушат. После просушивания можно закачивать в емкость сжатый кислород.

Требования к маркировке газовых баллонов согласно ГОСТ Р ИСО 14175

Для того чтобы не вводить в заблуждение уточняем, что данная маркировка не имеет ничего общего с данными, которые должны быть указаны на сферической части каждого баллона согласно нормативным документам на оборудование, работающее при избыточном давлении (дата проведения и следующего технического освидетельствования, клеймо организации, проводившей техническое освидетельствование и т.д.).

Итак, на каждом сосуде или баллоне с газом должна быть прикреплена бирка или ярлык на которой должна быть указана информация:

• наименование предприятия-изготовителя или поставщика
• торговая марка
• обозначение газа согласно стандарту
• предупреждения о вреде здоровью
• предупреждение о соблюдении техники безопасности

Сфера использования

Сжатый кислород – популярный газ, область применения которого зависит от вида сырья. Медицинское вещество используют во время реанимации пациентов. Элемент оказывает благоприятное воздействие на сердце и легкие, поэтому часто назначают лечебные процедуры при проблемах со здоровьем. Компонент берут для насыщения коктейлей при кислородном голодании.

Технический газ быстро нагревается и долго поддерживает высокие температуры. Полученная сплошная струя прожигает металл любой плотности, что позволяет разрезать или спаивать детали. Характеристика полезна как в строительстве, так и в бытовом использовании. В металлургии вещество усиливает КПД печей, чем улучшает качество готовой продукции.

В химической промышленности применяют во время производства сложных кислот и взрывчатки. В целлюлозной отрасли кислородом очищают и отбеливают бумагу, в рыбной – обогащают пруды. В авиации газ участвует в окислении двигательного топлива.

4.МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

4.1. Испытания пневматическим и гидравлическим давлением проводят в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением». Продолжительность испытаний — не менее 1 мин. Пневматические испытания баллонов, предназначенных для заполнения газами, проникающая способность которых выше, чем у воздуха, должны проводиться по нормативно-технической документации.

(Измененная редакция, Изм. N 4).

4.2; 4.3. (Исключены, Изм. N 4).

4.4. Баллоны, комплектуемые хлорным вентилем, испытывают пневматическим давлением, равным 2,94 (30 кгс/см2).

4.5. Испытание на растяжение-по ГОСТ 10006-80. Скорость испытания до предела текучести и в период его прохождения не более 10 мм/мин, за пределом текучести-не более 40 мм/мин. Допускается контролировать механические свойства баллонов » из углеродистой стали неразрушающим методом по нормативно-технической документации. В спорных случаях испытания проводят по ГОСТ 10006-80.

4.6. Испытание на ударный изгиб — по ГОСТ 9454-78 на продольных образцах типа 3.

4.7. В случае несоответствия результатов испытаний требованиям настоящего стандарта испытания проводят на удвоенном количестве образцов.

При неудовлетворительных результатах повторных испытаний всю партию баллонов направляют вторично на термическую обработку.

Допускается не более двух повторных термических обработок. Дополнительный отпуск не считается повторной термической обработкой.

(Измененная редакция, Изм. N 4).

4.8. Объем баллона должен контролироваться предельными шаблонами по длине; при этом объем баллона не должен быть-ниже номинального. Объем двух баллонов от партии проверяют наполнением водой и определением объема или массы воды.

Примечание. С 01.01.89 вводят определение объема всех баллонов среднего объема.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

Область применения

Кислород в баллонах для сварки находит применение во многих областях промышленности. Практически все места, где используется полуавтомат или газовая сварка, требуют применение кислорода. С его помощью осуществляется газопламенная обработка металла, как до начала сварки, так и после нее.

Если рассматривать применение газа для резки, то он становится неотъемлемым, так как именно он дает высокую температуру струи, которая прожигает металлические изделия. минимально допустимая чистота кислорода для использования кислорода в сфере сварки составляет 99,2%. Лучше, если этот показатель будет выше, если речь идет об ответственных работах. В домашнем применении встречаются бюджетные варианты и 92% кислорода.

Давление кислорода или аргона в полностью заправленном баллоне в зависимости от температуры

Для правильного использования газа в баллонах, стоит знать давление различных его типов с указанием температуры. Для большей наглядности мы представили такие данные в виде таблицы ниже.

Редуктор

Для работы с любым газом нужен редуктор. Существуют модели, просто показывающие давление в баллоне и с функцией регулирования газового потока.

Последние виды называют регуляторами. Они адаптированы к определенному газу, окрашены в соответствии с цветом баллона. В продаже есть регуляторы со стрелочной шкалой и ротаметрами.

Если планируется провести аргонодуговую сварку, надо взять регулятор с двумя ротаметрами. При работе с нержавейкой нужен поддув с обратной стороны, который сможет контролировать только такая модель регулятора.

В остальных ситуациях вполне подойдет стрелочный регулятор, который к тому же стоит дешевле. Практики считают стрелочную модель более экономной. Она позволяет при грамотном пользовании избежать сброса давления в начале работы. На регуляторах с ротаторами сбрасывание давления вначале практически неизбежно. Это сопровождается некоторыми потерями газа.

Все регуляторы имеют прокладки из инертных полимеров. Загрязнение газов от контакта с ними абсолютно исключается. При сварке приходится пользоваться различными газами. Для таких производственных случаев целесообразно иметь регуляторы, приспособленные для нескольких типов резьбы.

Окраска

С целью безопасности внедрена строго определенная окраска емкостей и надписи на нем. Наиболее применяемые в варке газы имеют следующую цветовую маркировку:

• баллон с аргоном высокой степени очистки имеет серую окраску, на него нанесена надпись зеленого цвета. Черный баллон с техническим аргоном имеет синюю надпись. Существует еще так называемый сырой аргон со своей маркировкой. В сварке такой газ не применяют;
• углекислотные баллоны покрашены в черный цвет, надпись на них выполнена желтым цветом;
• кислородные баллоны для сварки всегда имеют голубой цвет, а надписи на них черные. Так окрашен и медицинский, и технический сорт газа. В медицине кислород применят очень часто. Его транспортируют на тележках, затем при необходимости устанавливают баллон в специальный футляр;
• емкости с ацетиленом, весьма востребованным в сварке, имеют черную окраску. Ацетилен очень легко взрывается. Поэтому его закачивают не в пустые объемы, а содержащие специальные наполнители с большим количеством пор. Такой способ заполнения значительно уменьшает вероятность взрывов.

Безопасность

Особенность отечественного менталитета заключается в склонности к экономии, игнорировании многих нормативных требований. В отношении оборудования для сварки пренебрежение правилами безопасности чревато тяжелыми последствиями.

Особенно это касается допустимых сроков использования баллонов. Они должны быть указаны заводом-изготовителем. Если вдруг этой информации нет, то максимальный период эксплуатации составляет 20 лет.

Экспертизу состояния обычных баллонов с объемом до 50 л не проводят. Для больших объемов аттестация может быть проведена. Превышать максимальный срок категорически нельзя. Все модели, выпущенные до 1997 года, не прошедшие аттестацию можно смело сдать в металлолом.

К покупке газовых баллонов для сварки нужно отнестись очень серьезно. Лучше всего найти авторитетного поставщика, убедиться в наличии разрешительных документов, проверить качество маркировки, всей сопроводительной информации. После этого можно смело оформлять заказ.

Виды газов

Применяемые в сварке газы подразделяют на активные и инертные, среди активных есть реагирующие и нейтральные. Причем активный газ при одних условиях и видах сварки может быть реагирующим, при других – нейтральным.

Все они закачиваются в специальные сварочные баллоны. Прежде чем заказывать газ для работы, следует ознакомиться с видами стандартной маркировки, возможностью последующей заправки баллонов сварочной смесью, их оснащением.

Все газы закачиваются в баллоны под давлением. Поэтому делают емкости из стали, не имеющей швов. Только при давлении меньше 3 МПа газовые емкости могут быть сварными, иметь шов.

В практике сварочного дела такие виды не встречаются. Газы для сварки поставляют только в баллонах без швов со специальными запорными вентилями. Для разных газов предназначены принципиально отличающиеся вентили.

Баллоны с газообразными легко воспламеняющимися углеводородами – ацетиленом, пропаном, бутаном и прочими – оснащены вентилями с левой резьбой.

Баллоны со всеми остальными газами, включая кислород, азот, углекислый и инертные газы, оборудован вентилями с правой резьбой.

Разница в направлениях вращения вентиля исключает возможность случайных ошибок, аварий при сварке или ином применении газа.