Ацетиленокислородная горелка

Ацетиленокислородная горелка — это устройство для газопламенной обработки материалов, в котором в качестве горючего газа используется ацетилен, а в качестве окислителя — кислород. Относится к классу газовых горелок, работающих на смеси горючего газа с технически чистым кислородом, что позволяет получать пламя с температурой, достаточной для плавления большинства технических металлов (до 3150–3200 °C). Применяется в основном для сварки, резки, пайки, наплавки и термической обработки металлов и сплавов.

История

Изобретение ацетиленокислородной горелки связано с развитием газовой сварки в конце XIX — начале XX века. В 1892 году канадский химик Томас Уилсон разработал способ получения карбида кальция, который при реакции с водой даёт ацетилен. В 1903 году французские инженеры Эдмон Фуше и Шарль Пикар создали первую конструкцию горелки, в которой ацетилен смешивался с кислородом в специальной камере, что позволяло получать стабильное высокотемпературное пламя. К 1906 году ацетиленокислородная сварка начала применяться в промышленности, в том числе в России, где первые установки появились на Путиловском заводе в Санкт-Петербурге. В 1920-х годах горелки стали массово использоваться в судостроении, авиастроении и строительстве. В СССР развитие газопламенной обработки стимулировалось индустриализацией, и к 1930-м годам были разработаны стандартные модели горелок, выпускавшиеся на заводах «Газоаппарат» и «Автогенмаш». В послевоенные годы ацетиленокислородные горелки оставались основным инструментом для ручной сварки до широкого внедрения электродуговой сварки, однако продолжают применяться в ремонтных работах, при монтаже трубопроводов и в ювелирном деле.

Устройство и принцип действия

Ацетиленокислородная горелка состоит из нескольких основных узлов:

• Корпус с рукояткой, через который подаются газы.
• Вентили для регулировки расхода ацетилена и кислорода (обычно два отдельных вентиля).
• Смесительная камера, где происходит смешивание газов в заданной пропорции.
• Мундштук (наконечник), через который газовая смесь выходит и воспламеняется.

Принцип действия основан на подаче ацетилена (C₂H₂) и кислорода (O₂) из баллонов через редукторы, снижающие давление до рабочего (обычно 0,1–0,5 МПа). Газы поступают в смесительную камеру, где образуют горючую смесь. При поджигании смесь сгорает с образованием пламени, температура которого в ядре достигает 3150–3200 °C. Химическая реакция горения ацетилена в кислороде описывается уравнением: 2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O + Q, где Q — выделяющееся тепло (около 1300 кДж/моль). Для безопасной работы горелка оснащается обратным клапаном, предотвращающим проникновение пламени в газовые магистрали.

Классификация

Ацетиленокислородные горелки классифицируются по нескольким признакам:

По назначению

• Сварочные — для соединения металлических деталей (например, ГС-1, ГС-2).
• Резательные — для кислородной резки, оснащены дополнительным каналом для подачи режущего кислорода (например, Р-1, Р-2).
• Универсальные — позволяют как сваривать, так и резать за счёт сменных наконечников.
• Специализированные — для пайки, наплавки, нагрева (например, для термической обработки).

По способу смешивания газов

• Инжекторные — кислород подаётся под давлением, создавая разрежение, которое подсасывает ацетилен. Наиболее распространены, так как обеспечивают стабильное смешивание при переменном давлении.
• Безынжекторные — оба газа подаются под одинаковым давлением, смешиваются в камере без эжекции. Используются реже, обычно в стационарных установках.

По типу мундштука

• Однопламенные — имеют одно сопло, дают концентрированное пламя.
• Многопламенные — имеют несколько сопел, используются для равномерного нагрева больших поверхностей.

Применение

Ацетиленокислородные горелки применяются в различных отраслях промышленности и ремонта:

• Сварка — соединение низкоуглеродистых и легированных сталей, чугуна, алюминия, меди и их сплавов. Толщина свариваемых деталей обычно составляет от 0,5 до 5 мм, хотя возможна сварка до 10 мм.
• Кислородная резка — разделение металлических листов и профилей толщиной до 300 мм, особенно в судостроении и металлообработке.
• Пайка и наплавка — нанесение присадочных материалов (например, латуни или бронзы) на поверхность деталей.
• Термическая обработка — местный нагрев для снятия напряжений, закалки или отпуска.
• Ремонтные работы — в автосервисах, при ремонте трубопроводов, радиаторов и кузовов автомобилей.

В России и странах бывшего СССР ацетиленокислородные горелки широко используются в строительстве, на железнодорожном транспорте и в коммунальном хозяйстве. По данным отраслевых источников, на 2020 год доля газовой сварки в общем объёме сварочных работ в РФ составляла около 10–15%, причём ацетиленокислородные горелки остаются основным инструментом для ручной сварки в полевых условиях.

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Высокая температура пламени (до 3200 °C), позволяющая плавить большинство металлов.
• Возможность регулировки тепловой мощности и состава пламени (окислительное, нейтральное, науглероживающее).
• Независимость от электросети, что важно при работе в удалённых районах.
• Простота конструкции и обслуживания.
• Возможность сварки тонких листов и деталей сложной формы.

Недостатки

• Высокая стоимость ацетилена и кислорода по сравнению с электрической дугой.
• Взрывоопасность: ацетилен образует взрывоопасные смеси с воздухом (концентрация 2,5–80% объёма) и кислородом.
• Необходимость строгого соблюдения техники безопасности (защита от обратных ударов пламени, хранение баллонов).
• Меньшая производительность по сравнению с электродуговой сваркой при работе с толстым металлом.
• Выделение вредных газов (оксиды азота, угарный газ) при горении.

Техника безопасности

Работа с ацетиленокислородной горелкой требует соблюдения ряда мер безопасности, регламентированных в РФ правилами ПБ 12-368-00 и ГОСТ 12.3.003-86:

• Баллоны с ацетиленом и кислородом должны храниться отдельно, в вертикальном положении, вдали от источников тепла и открытого огня.
• Перед началом работы проверяется герметичность соединений, исправность редукторов и обратных клапанов.
• Запрещается использовать горелку в замкнутых пространствах без вентиляции.
• При зажигании горелки сначала открывается кислородный вентиль, затем ацетиленовый; при тушении — наоборот.
• При обратном ударе пламени (хлопке) немедленно перекрываются оба вентиля, и горелка охлаждается.
• Работник должен использовать защитные очки со светофильтрами (например, ГС-3) и спецодежду.

Интересные факты

• Ацетиленокислородное пламя — одно из самых горячих среди газовых пламён, уступая только водородно-кислородному (около 2800 °C) и пламени некоторых экзотических смесей (например, дициана с кислородом — до 4500 °C).
• В СССР в 1930-х годах ацетиленокислородные горелки использовались при строительстве Московского метрополитена для сварки рельсов и металлоконструкций.
• В ювелирном деле применяются миниатюрные ацетиленокислородные горелки (например, «Горелка-ювелир») для пайки золотых и серебряных изделий.
• В 2010-х годах в России были разработаны горелки с улучшенной аэродинамикой, позволяющие снизить расход ацетилена на 15–20% при сохранении температуры пламени.

Источники

• ГОСТ 12.3.003-86 «Система стандартов безопасности труда. Работы электросварочные и газопламенные. Общие требования безопасности».
• Правила безопасности ПБ 12-368-00 «Правила безопасности при эксплуатации сосудов, работающих под давлением».
• Справочник сварщика / Под ред. В. В. Степанова. — М.: Машиностроение, 2004. — 480 с.
• Технология газовой сварки и резки / А. И. Герасименко, В. И. Лозовский. — М.: Высшая школа, 2001. — 320 с.
• Материалы отраслевого портала «Сварка и резка» (Россия), 2020–2023 гг.