丙烯基工业切割气性能研究

华南理工大学学报990920华南理工大学学报旧玩数据资源系统 AL OF SOUTH CHINA UNIVERSITY数化期刊AT△CHINAINFODIGITIZED PERIODICALTECHNOLOGY1999年第27卷第9期No9Vo.271999丙烯基工业切割气性能研究徐建昌耿建铭王乐夫杨明芳张北述张思行摘要在丙烯燃气中加入多种不同功能的添加剂,以提高火焰传播速度,达到提高火焰温度的目的所配制的丙烯基燃气,火焰温度可达3220°C,可有效地应用于金属切割及溥壁低碳钢工件的焊接.关键词丙烯;燃气;添加剂;性能中图资料分类号TG406STUDIES ON PROPENE BASED INDUSTRIAL CUTTING GASXu Jianchang Geng Jianming Wang Lefu Yiang Mingfang Zhang Beishu ZhangShihang(Dept of Chemical Engineering South China Univ. of TechAbstract Additives with different functions were mixed into the propene fuel gas in orderto increase flame propagation speed and raise flame temperature. The flame temperature of3220C could be reached with formulated propene based fuel gas. The fuel gas can beeffectively applied to metal cutting and welding of thin low carbon steel workpiecesKey words propene, fuel gas; additive; propert用乙炔为燃气的氧炔焰进行金属材料的切割和焊接,是一项传统的工艺.它具有火焰温度高,切割、焊接速度快,工艺成熟,操作方式为实际操作人员所熟悉等优点,同时也具有成本高,污染大,操作过程中易发生回火等缺点,而且乙炔气的爆炸极限范围广,操作危险性较大,对安全工作的要求高,所以人们正不断地寻求其它的燃气来替代乙炔气常用的燃气主要有丙烷、丙烯、丁烷、甲烷、液化石油气等,对于这些烃类燃,其爆炸极限都较乙炔范围窄,因而操作安全性较高但旯一方面,这些燃气的火焰传播速度较慢,火焰温度也较乙炔低,在实际使用过程中,和乙炔气相比,在性能和操作方式上会有一定的差异.用丙烯作燃气用于切割金属,工件不易烧塌,切口光滑平整,挂渣少易清除切割时,与乙炔相比,预热时间稍长,但切割速度与乙炔相当.此外染,使用方便安全可靠因此,在金属切割中,已越来越广泛件H中国煤化正污CNMHG但是,与乙炔相比,丙烯燃气的火焰温度较低,火焰传播速度不髙,改善火焰传播速度,是丙烯燃气能够全面替代乙炔燃气的关键.fle∥/ FVqikan- htm抽取200 before/kjgk(200810/ hnlgdxxb./hng/hnlg99999920hm(第1/6页)2009123121:307华南理工大学学报9909201实验1.1实验设计工业用燃气有一个共同的特点,即所有的燃气都需要有氧气来促进燃烧,一种适用于焊接的燃气在氧内燃烧时必须具有以下性能(1)火焰温度高.(2)火焰传播速度高.(3)具有足够的热值(4火焰与母材及填充金属的化学反应最少在工业上实用的燃气中,乙炔气很好地满足了上述所有要求,其它一些燃气,如丙烯、丙烷、天然气以及以这些气体为基础的一些专门的气体都具有足够高的火焰温度,但其火焰传播速度低,在氧与燃气的比例高到足以形成有效的传播速度时,这些气体的氧化性就过强了[因此,我们为了使氧-丙烯火焰可用于焊接,主要是要提高其火焰温度,改善火焰的传播速度,同时应避免因氧的过量而导致工件及填充材料的过度氧化,影响焊接质量从有关文献[2,3]可以知道,一些含氧有机物可以作为氧-丙烯火焰的燃烧活化剂,并可提高火焰的传播速度本研究在添加含氧有杋物以促进火焰的燃烧方面,主要使用醇、醚、酮等有机含氧化合物.在配方设计过程中尚需考虑其与主燃气之间的相容性,挥发性等因素时,还需添加部分氧化剂、汽化剂、稳定剂等辅助组分对配方研究,将主要以以下几部分进行(1)主燃气:丙烯.(2)燃烧活化剂.(3)汽化剂.(4)火焰传播速度促进剂.(5)助溶剂或溶解稳定剂也可根据实际情况,增删以上一至两个组分,以火焰温度作为探针进行配方优劣的评价1.2温度测量温度测量所采用的仪器为上海自动化仪表三厂生产的WG」-01型精密光学高温计,量程为900~3200°C由光学高温计测得的亮度温度S按下式换算为真实温度T1/(T+273)=1S+273)+10404×104gEx这里E入为石墨的黑度系数0951.3配方实验及其火焰温度的测量配方一:此配方中加入燃烧活化剂、氧化催化剂和溶解稳定剂,以及可以使这些液态添加剂均匀雾化的汽化剂,整个添加剂量为10%中国煤化工配方二∶该配方中主要加入了可提高火焰传播速度的醇、CNMHG为6%配方三:此配方中加入醇、酮添加剂并加入一定量的汽化剂,添加总量为7%fle∥/ FVqikan- htm抽取200 before/kjgk(200810/ hnlgdxxb./hng/hnlg99999920hm(第2/6页)2009123121:307华南理工大学学报990920配方四:此配方加入醇、醚,用于提高火焰传播速度,并加入氧化剂及汽化剂,添加总量为10%加入添加剂后的丙烯燃气的火焰温度测定如表1所示表1火焰温度测量结果Table 1 Measurement results of flame temperature燃气割矩火焰温度/C焊矩中性焰温度C乙烯33003100丙烯30002870配方31902960配方二31602940配方三31002900配方四322029802实验及结果测试2.1切割实验采用G01-30型氧-乙炔割炬,专用梅花型氧-丙烯割嘴,对厚度为6~50mm的钢板进行了切割实验与氧-乙炔焰相比切割时预热时间稍长,且需较大的氧量,但进入正常切割之后可再调小氧量.切割质量要比氧-乙炔焰的好,主要是切口光滑平整,挂渣少而且容易清除.2.2焊接实验采用H01-矾A型氧-乙炔焊炬,专用梅花型焊嘴,焊丝采用含脱氧剂的08MηS焊丝.分别对厚度为236mm的低碳钢板进行焊接试验,试验结果如表2所;表2焊接试验结果Table2 Testing results of welding钢板厚度m火焰焊接速度熔池焊缝质量236中性焰「稍快较清澈「较平整轻微氧化焰稍慢较清澈较平整氧化焰慢不清澈少量气孔中国煤化工CNMHGfle∥/ FVqikan- htm抽取200 before/kjgk(200810/ hnlgdxxb./hng/hnlg99999920hm(第3/6页)2009123121:307华南理工大学学报9909202.3焊接的力学性能测试1)冷弯试验采用厚度为3mm的A3号钢板,分别用乙炔燃气及加了添加剂的配方四丙烯燃气焊接,焊条型号为08Mn2Sⅰ,按冷弯试验标准裁切5个相同的试样试验时将试样弯曲180°,试验结果如表3所示表3冷弯试验结果Table3 Testing results of cold bending乙炔焊接试样丙烯焊接试样3425无裂口无裂口无裂口无裂囗无裂口有裂囗无裂口无裂囗微裂口无裂口冷弯试验结果表明,用乙炔焊接的试样,在试验条件下经弯曲180°而无裂口,所做5次试验全部合格,而用加了添加剂的丙烯燃气焊接的试样,只有3次试验合格,说明其焊接部位抗弯强度比乙炔焊接的稍差.(2)抗拉强度试验采用厚度为2mm的A3号钢板,分别用乙炔燃气及配方四丙烯燃气焊接,采用平口对焊,焊条型号为08MnSi,按抗拉强度试验标准裁切4个相同的试样,试验结果如表4所示表4抗拉强度试验结果Table 4 testing results of tensile strength试样包应力/(N:mm2)乙炔焊接丙烯焊接1831531881371771344#188145中国煤化工CNMHGfle∥/ FVqikan- htm抽取200 before/kjgk(200810/ hnlgdxxb./hng/hnlg99999920hm(第4/6页)2009123121:307华南理工大学学报9909203结果分析理论上,乙炔完全燃烧可用下述化学反应方程式表示:C2H2+2502-→2CO2+H2O+134kmo但实际上燃烧是分两个阶段进行的,一次反应发生在火焰的内区(焰心)内,用下述化学反应方程式表示C2H2+02-→2C0+H2+464kmol这一反应放出的热量和形成的高温是由于乙炔的分解,以及分解出的碳局部氧化而产生的当焊炬喷嘴中喷岀的气体的比例如上述反应方程式所示的那样为1:1时,反应形成典型的极为明亮的蓝色焰心,这种相当小的火焰产生岀焊接钢板时所需的燃烧强度,此火焰称作中性焰因为没有过剩的碳或氧使金属渗碳或氧化,反应后的产物实际上是还原性的,在焊接钢时是有益的对氧-乙炔焰,其中性焰温度为3100°C左右.在火焰外层,一次反应产生的一氧化碳及氢和周围大气中的氧燃烧,形成二氧化碳和水蒸气,即发生二次反应,其方程式如下所示2CO+H2+15022CO2+H2O+880k/mol虽然外区燃烧产生的热量大于焰心产生的热量,但由于其横截面积大,所以焰的燃烧强度和温度均较低丙烯的完全燃烧可用下述化学反应方程式表示:C3H6+45023C02+3H20+2175 k]/mol理论耗氧量为45:1.其一次反应为:C3H6+1.50x3C0+3H2+391kmo此时的氧-丙烯中性焰温度为280°C,氧-丙烯焰的二次反应如下中国煤化工3CO+3H2+3023CO2+3H20+178kyCNMHGfle∥/ FVqikan- htm抽取200 before/kjgk(200810/ hnlgdxxb./hng/hnlg99999920hm(第5/6页)2009123121:307华南理工大学学报990920因此,对于氧-丙烯焰来说,虽然其总热值2175-k/mol大于氧-乙炔焰的总热值134kJmo但由于其一次反应的热值及中性焰温度都较低,因而,对于焊接,特别是焊接较厚的工件时,氧-丙烯火焰是有一定缺陷的.我们的试验通过在丙烯燃气中加入添加剂的方法来增加其燃烧总热值,提高火焰传播速度进而达到提高火焰温度的目的从试验结果来看加入添加剂之后火焰温度有较大幅度的提高特别是用割炬测定的火焰温度(氧化焰)较高,在应用于金属切割时,得到很好的切割效果焊接使用的是中性焰,而中性焰温度很大程度上受制于丙烯的一次反应,虽然我们在配方四试验中,加了添加剂后的丙烯燃气中性焰温度比纯丙烯燃气提高了110°℃C,达2980°℃,但与乙炔中性焰温度3100℃相比,尚有较大的差距.4结论1.与纯丙烯燃气相比较,加入不同添加剂以后的丙烯燃气其火焰温度均有明显的提高,温度可提高30~220°C.2由于加入添加剂以后的丙烯燃气,其火焰温度得到提高,特别是氧化焰温度因此,应用于金属切割时,有较大的改善,主要是缩短了预热时间,提高了切割速度,改善了切口的质量,并且降低了燃气用量3加入添加剂后的丙烯燃气,其中性焰温度也有较大的提高因此,可用于6mm以下的低碳钢及铝、铜等金属的焊接,焊接质量较好.广州石油化工总厂华穗公司作者简介:徐建昌,男,1963年生,讲师;主要研究方向:多相催化作者单位:(华南理工大学化学工程系广州510641)参考文献1齐晓东四种燃气的基本特征焊接,1992,(6):11~152 Kessler E L Industrial gas. US.3, 591, 355, 19713 Frank H Liquified fuel gas and process for making and using the same wO94/01515,1994收稿日期:1998-1021中国煤化工CNMHGfle∥/ FVqikan- htm抽取200 before/kjgk(200810/ hnlgdxxb./hng/hnlg99999920hm(第6/6页)2009123121:307