一、 概述

（一） 氣焊與氣割的基本原理和安全特點

氣焊是利用可燃氣體與氧氣混合燃燒的火焰，將金屬連接處熔化，使之牢固連接的焊接方法。

氣焊所用的可燃氣體主要有乙炔和液化石油氣。

氣焊使用的設(shè)備包括：氧氣瓶、乙炔發(fā)生器（或乙炔氣瓶）。應用的器具有：焊炬、減壓器、橡皮氣管等。這些設(shè)備和器具的應用情況如圖1所示。

焊縫的填充材料稱為焊絲，根據(jù)不同的焊件分別選擇低碳鋼、鑄鐵、黃銅、青銅等焊絲。焊接鑄鐵、不銹鋼和有色金屬時，還需要加焊粉，其目的是熔解和清除焊件上的氧化膜，并在熔池表面形成熔渣，保護熔池不被氧化，排除熔池中的氣體、氧化物及其它雜質(zhì)，改善熔池中的氣體、氧化物及其它雜質(zhì)，改善熔池中液態(tài)的流動性，獲得優(yōu)質(zhì)接頭。例如焊接鋁材時，采用氯化物（KCl、NaCl）和氟化物（NaF）等組成的焊粉。

氣焊主要應用于薄鋼板、鑄鐵件、刀具和有色金屬的爆件、硬質(zhì)合金等材料的堆焊以及磨損零件的補焊。

氣割是利用可燃氣體與氧氣混合燃燒的預熱火焰，將被切割金屬加熱到燃燒點，并在氧氣射流中劇烈燃燒而將金屬分開的加工方法?？扇細怏w與氧氣的混合以及切割氧的噴射是利用割炬來完成的。氣割所用的可燃氣體主要是乙炔。

氣割所用的設(shè)備和器具，除割炬外均與氣焊相同。

氣割在工業(yè)企業(yè)中廣泛應用于各種碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的下料工序。

氣焊與氣割過程中都存在著不安全和有害因素，所使用的乙炔、丙烷、氫氣和氧氣等都是易燃易爆氣體；乙炔瓶、氧氣瓶、液化石油氣瓶和乙炔發(fā)生器等，均屬于壓力容器。在焊補燃料容器和管道時，還會遇到其它易燃易爆氣體及各種壓力容器。由于在氣焊和氣割操作中需要與可燃氣體和壓力容器接觸，同時又使用明火，如果焊接設(shè)備或安全裝置有缺陷，或者違反安全操作規(guī)程，就有可能造成爆炸和火災事故。在氣焊火焰的作用下，尤其是氣割時氧氣射流的噴射，使火星、熔珠和鐵渣四處飛濺，容易造成灼、燙傷事故。而且熔珠和鐵渣能飛濺到距離操作點5m以外，遇有易燃易爆物品，也會引起火災或爆炸事故。氣焊、氣割時，其火焰溫度高達3000℃以上，被焊接金屬會散發(fā)出金屬蒸氣。如焊接黃銅時產(chǎn)生大量鋅蒸氣；焊接鋁時產(chǎn)生鋁和氧化鋁的蒸氣等有害物質(zhì)。焊粉也會產(chǎn)生氯鹽和氟鹽的燃燒后產(chǎn)物。在焊接過程中，還會遇到工件等其它方面產(chǎn)生的毒氣和毒物。這些有害物質(zhì)都有損于焊工的安全和健康，尤其是在密閉容器、管道內(nèi)的焊接作業(yè)，更可能造成焊工中毒。

（二） 易燃易爆氣體的性質(zhì)

1． 乙炔 它也叫電石氣，是不飽和的碳氫化合物，化學式是C＜sub＞2＜sub＞H＜sub＞2＜sub＞，在常溫下和大氣壓力下是無色氣體。工業(yè)用的乙炔有特殊臭味，這是因含有H＜sub＞2＜sub＞S和PH＜sub＞3＜sub＞等雜質(zhì)。在標準狀態(tài)下，乙炔的密度為1.17kg/m＜sup＞3＜sup＞，比空氣稍輕。

乙炔的自燃點為480℃，在空氣中的著火點為428℃。它與空氣混合燃燒時火焰溫度為2350℃，而與氧氣燃燒時火焰溫度為3100~3300℃。乙炔的燃燒火焰在空氣中傳播的最高速度為2.87m/s，在氧氣中傳播的最高速度為13.5m/s。



2） 壓力 增加壓力也促使和加速乙炔的聚合和分解。溫度和壓力對乙炔的聚合作用與爆炸分解的關(guān)系可用圖2的曲線表示。

從圖中看出，在溫度等于或低于540℃，壓力小于3×10＜sup＞5＜sup＞Pa（3個表壓）時，乙炔主要是聚合過程。當壓力為1.5×10＜sup＞5＜sup＞Pa，溫度超過580℃時，就開始乙炔的爆炸分解。壓力越高，聚合作用能夠轉(zhuǎn)化為乙炔爆炸分解所必須的溫度就越低。根據(jù)這個特點，乙炔發(fā)生器工作壓力極限不超過15×10＜sup＞5＜sup＞Pa（表壓），溫度達不到580℃，乙炔只是聚合作用，不會引起爆炸分解。

3） 觸媒劑 觸煤劑能把乙炔分子吸附在自己表面上，使乙炔局部濃縮增高，加速了乙炔分子之間的聚合和爆炸分解。

4） 存放容的器形狀和大小 器壁有阻力和冷卻作用，容器管徑越小，越不易爆炸。

5） 乙炔純度 乙炔與空氣、氧氣混合時，增加爆炸的危險性。乙炔與空氣混合的爆炸極限為2.2~81%，自然溫度為305℃。乙炔與氧氣混合的爆炸極限為2.8~93%。含7~13%乙炔的乙炔-空氣混合氣和含有30%乙炔的乙炔-氧氣混合氣，爆炸波傳播速度可達300m/s，爆炸壓力可超過35×10＜sup＞6＜sup＞Pa。

6） 乙炔與銅等金屬及其鹽類長期接觸，會生成乙炔銅等爆炸性化合物，當受到摩擦或沖擊時就會發(fā)生爆炸。

乙炔和氯、次氯酸鹽等化合，遇光或加熱就會燃燒或爆炸。

工業(yè)用乙炔往往含有磷化氫、硫化氫，這是因為電石中含有微量磷化鈣和硫化鈣其與水作用生成的。



磷和硫不僅降低焊縫質(zhì)量，還易自燃。氣態(tài)磷化氫在溫度為100℃時就會自燃。一般規(guī)定乙炔中磷化氫含量低于0.08%，硫化氫含量低于0.15%。當乙炔在空氣中含量達到40%時，因含有磷化氫、硫化氫及一氧化碳等有害氣體，長期接觸會引起中毒，損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

2． 液化石油氣 它的主要成分是丙烷（C＜sub＞3＜sub＞H＜sub＞8＜sub＞），含量為50~80%，還有丁烷（C＜sub＞4＜sub＞H＜sub＞10＜sub＞）、丁烯（C＜sub＞4＜sub＞H＜sub＞8＜sub＞）等。在常溫和大氣壓下是氣態(tài)，若加上（8~15）×10＜sup＞5＜sup＞Pa的壓力即成為液態(tài)，裝入瓶內(nèi)貯存、運輸。液化石油氣的密度為1.8~2.5kg/m＜sup＞3＜sup＞。



液化石油氣完全燃燒需氧量大，燃燒不充分會產(chǎn)生一氧化碳，會使人中毒。液化石油氣本身也有一定的毒性，在空氣中濃度＞10%時有中毒的危險。

液化石油氣的幾種主要成分均能與空氣、氧氣構(gòu)成有爆炸性氣體，但爆炸極限范圍小。與空氣混合，丙烷的爆炸極限為2.1~9.5%，丁烷為1.5~8.5%，丁烯為1.7~9.6%。液化石油氣與氧氣混合的爆炸極限范圍為3.2~64%。

液化石油氣燃燒火焰溫度低，它比乙炔安全，適用于鋼材切割及有色金屬焊接。

3． 氫氣 氫氣是無色無味的氣體，比重為0.07，是最輕的氣體。它擴散速度快，導熱性高，極易漏泄，點火能量低，是極危險的易燃易爆氣體。



氫氧火焰的溫度可達2770℃，應用于水下火焰切割。

氫氣與空氣混合可形成爆鳴氣，其爆炸極限范圍為4~80%，氫氣與氧氣混合氣的爆炸極限范圍4.65~93.5%，氫氣與氯氣的混合氣（1：1）受光即行爆炸，它的自燃點為240℃。氫與氟化合時能發(fā)生爆炸，甚至在陰暗處也會爆炸，因此它是一種不安全的氣體。

4． 氧氣 氧是一種無色、無味、無毒的氣體。比重為1.1053。它是一種活潑的助燃氣體，是強氧化劑，與可燃氣體混合燃燒的火焰溫度高。有機物在氧氣里的氧化反應，具有放熱性質(zhì)。增高氧的壓力和溫度，會使氧化反應顯著加快，并增加放出的熱量。當壓縮的氣態(tài)氧與礦物油、油脂細微分散的可燃物質(zhì)（炭粉、有機物纖維等）接觸時，能夠發(fā)生自燃。氧的突然壓縮所放出的熱量、摩擦熱和金屬固體微粒的碰撞熱、高速氣流中的靜電火花放電等，也可以引起火災。因此當使用氧氣時，特別是壓縮狀態(tài)下，必須注意不要使它與易燃物質(zhì)相接觸。

氧氣能與所有可燃氣體和液體燃料的蒸汽混合形成爆炸性的混合氣，這些混合氣體具有很寬的爆炸極限范圍。

氧氣越純，它的燃燒火焰溫度越高。焊接用的氧氣純度一般為二級，即含氧量不低于98.5%。氧氣瓶內(nèi)的壓力一般為1.5×10＜sup＞7＜sup＞Pa，輸送管道內(nèi)氧氣壓為（5~15）×10＜sup＞5＜sup＞Pa。

二、 電石使用安全

（一） 電石的物理、化學性質(zhì)

電石即碳化鈣，分子式為CaC＜sub＞2＜sub＞。它是堅硬的塊狀體，呈紫褐色或深灰色，密度為2.2g/cm＜sup＞3＜sup＞。一般電石塊大小為2~80mm，小于2mm的很少使用。工業(yè)用的電石含碳化鈣約70%，含雜質(zhì)氧化鈣約24%，含碳、硅鐵、磷化鈣、硫化鈣等共為6%左右。因有以上雜質(zhì)，所以有臭味。

1． 電石與水的化合作用 電石屬于遇水燃燒的危險品。它與水化合極為活躍，同時生成乙炔氣和氫氧化鈣，并放出大量的熱。



這時電石奪去氫氧化鈣所含水而分解，熟石灰呈密實態(tài)包圍在電石塊外層，阻止電石繼續(xù)分解，引起劇烈地過熱，當溫度超過300℃，壓力超過1.5×10＜sup＞5＜sup＞Pa（1.5表壓），就可能引起乙炔的燃燒爆炸。為使電石分解過程正常和防止爆炸，要供給乙炔發(fā)生器足夠的水量，一般1kg電石需要5~15kg水（其中包括冷卻水），并要及時換水。

2． 電石分解速度 電石與水作用的分解速度（或乙炔氣生成速度）是以1kg電石在分解時間內(nèi)所產(chǎn)生的乙炔氣體積（1）來表示。它與電石的純度、粒度、水的純度和溫度等因素有關(guān)。

（1） 電石、水的純度高，分解速度快。水溫高也能加速分解。水中含有氫氧化鈣，分解速度就減慢。

（2） 電石塊尺寸越小，分解速度越快。電石尺寸大，分解速度慢，而每kg電石的乙炔總生成量增加。在電石與水接觸的最初2~4mm內(nèi)分解速度最快，隨著電石表面逐漸粘附熟石灰，分解速度也減慢。電石粒度與分解時間的關(guān)系見表1。

表

表1 電石粒度與分解時間的關(guān)系

表1中所謂完全分解時間，是以電石產(chǎn)生乙炔總量的98%時所用的時間。

不同粒度的電石完全分解時間也不同。因此，在設(shè)計乙炔發(fā)生器時，要考慮并規(guī)定出電石的大小。在使用中如果違反規(guī)定，采用了小顆粒的電石，則發(fā)生器內(nèi)氣體的壓力迅速增加。部分乙炔就會經(jīng)安全閥排入大氣，造成浪費，當安全閥失效時，就會發(fā)生事故；反之，采用了大塊電石，分解速度慢，氣體壓力就不穩(wěn)定，不利于焊接的正常進行。

在一般結(jié)構(gòu)的乙炔發(fā)生器內(nèi)，嚴禁使用電石粉（俗稱芝麻電石），因為電石粉遇水后即分解，發(fā)出高熱并結(jié)塊，可能促成乙炔自燃。當發(fā)生器內(nèi)有空氣時，就會引起燃燒爆炸。

3． 硅鐵雜質(zhì)，電石中含的雜質(zhì)有硅鐵，硅鐵受摩擦碰撞容易產(chǎn)生火花，成為乙炔燃燒爆炸的火源。

（二） 電石失火爆炸的原因

1． 由于包裝不嚴密，電石受潮，桶內(nèi)空間形成