氣焊常用的氣體火焰是氧-乙炔焰，七個用預(yù)熱氣體主要有氧氣、乙炔和液化石油氣等。

一、氧氣

(一)氧氣的物理化學(xué)性質(zhì)

氧氣(O₂)是一種無色無味無毒的氣體，比空氣略重，微溶于水。常壓下，氧氣在－182.96℃時變?yōu)榈{(lán)色的液體，在－218℃時變成雪花狀的淡藍(lán)色的固體。工業(yè)上用的大量氧氣主要采用空氣液化法制取。就是把空氣引入制氧機(jī)內(nèi)，經(jīng)過高壓和冷卻，使之凝結(jié)成液體，然后讓它在低溫下?lián)]發(fā)，根據(jù)各種氣體元素的沸點不同，來提取純氧。

氧氣不能燃燒，但能助燃，是強(qiáng)氧化劑，與可燃?xì)怏w混合燃燒可以得到高溫火焰。如前邊講過的與乙炔混合燃燒時的溫度可達(dá)3200℃以上，所以氧氣廣泛應(yīng)用于氣焊氣割行業(yè)。

(二)氧氣的安全特點

有機(jī)物在氧氣里的氧化反應(yīng)具有放熱的性質(zhì)即在反應(yīng)進(jìn)行時放出大量的熱量。增高氧的壓力和溫度，會使氧化反應(yīng)顯著加快，在一定的條件下，由于物質(zhì)氧化得越來越多和氧化過程溫度增高而增加放出的熱量，使有機(jī)物在壓縮或加熱的氧氣里的氧化過程加速進(jìn)行。當(dāng)壓縮的氣態(tài)氧與礦物油、油脂或細(xì)微分散的可燃物質(zhì)(碳粉、有機(jī)物纖維等)接觸時，能夠發(fā)生自燃，時常成為失火或爆炸的原因。氧的突然壓縮所放出的熱量，摩擦熱和金屬固體微粒碰撞熱、高速度氣流中的靜電火花放電等，也都可以成為火災(zāi)的最初因素。因此，當(dāng)使用氧氣時，尤其是在壓縮狀態(tài)下，必須經(jīng)常注意不要使它與易燃物質(zhì)相接觸。

氧幾乎能與所有可燃?xì)怏w和液體燃料的蒸氣混合而形成爆炸性混合氣，這種混合氣具有很寬的爆炸極限范圍，所以氧氣減壓表禁油。

多孔性有機(jī)物質(zhì)(炭、炭黑、泥炭、羊毛纖維等)，浸透了液態(tài)氧(所謂液態(tài)炸藥)，當(dāng)遇火源或在一定的沖擊力下就會產(chǎn)生劇烈的爆炸。在焊接及其它氣體火焰加工過程中使用氧氣時，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常注意到氧的上述性質(zhì)。

氧氣越純，則可燃混合氣燃燒的火焰溫度越高。焊接用的氧氣純度一般分為二級，一級純度的含氧量不低于99．2％，二級純度的不低于98．5％。氧氣用壓縮機(jī)壓進(jìn)氧氣瓶或各種管道，氧氣瓶內(nèi)工作壓力為15MPa，輸送管道內(nèi)的壓力為0．5～15MPa。

二、乙炔

　　(一)乙炔的物理化學(xué)性質(zhì)

　　乙炔(C₂H₂)，又名電石氣，是不飽和的碳?xì)浠衔铮诔睾痛髿鈮毫ο?，它是一種無色氣體，工業(yè)用乙炔中，因為混有硫化氫(H₂S)及磷化氫(PH₃)等雜質(zhì)，故具有特殊的臭味。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，密度為1．17kg／m³，比空氣稍輕，－83℃時乙炔可變成液體，－85℃時乙炔將變?yōu)楣腆w，液體和固體乙炔在一定條件下可能因摩擦和沖擊而爆炸。

　　乙炔是理想的可燃?xì)怏w，與空氣混合燃燒時所產(chǎn)生的火焰溫度為2350℃，而與氧氣混合燃燒時所產(chǎn)生的火焰溫度為3100～3300℃，因此用它足以熔化金屬進(jìn)行焊接，乙炔完全燃燒反應(yīng)式如下：

2C₂H₂+5O₂＝4CO₂+2H₂O+Q　　(放熱)

　　從上式看出：1體積的乙炔完全燃燒需要2．5體積的氧。

　　(二)乙炔的爆炸性及溶解性

　　乙炔是一種危險的易燃易爆氣體。它的自燃點低(305℃)，點火能量小(0．019毫焦)。在一定條件下，很容易因分子的聚合，分解而發(fā)生著火、爆炸。

　　1．純乙炔的分解爆炸性

　　純乙炔的分解爆炸性，首先決定于它的壓力和溫度，同時與接觸介質(zhì)、乙炔中的雜質(zhì)、容器形狀等有關(guān)。

　　(1)當(dāng)溫度超過200～300℃時，乙炔分子就開始聚合，而形成其它更復(fù)雜的化合物，如苯(C₆H₆)、苯乙烯(C₈H₈)、萘(C₁₀H₈)、甲苯(C₇H₈)等。聚合作用是放熱的，氣體溫度越高，聚合作用速度越快，因而放出的熱量就會促成更進(jìn)一步的聚合。當(dāng)溫度高于500℃時，未聚合的乙炔就會發(fā)生爆炸分解。如果在聚合過程中將熱量急速排除，則反應(yīng)只限于一部分乙炔的聚合作用，而分解爆炸則可避免。

　　乙炔是吸熱化合物，即由元素組成乙炔時需要消耗大量的熱，當(dāng)乙炔分解時即放出它在生成時所吸收的全部熱量：C₂H₂→2C+H₂+226kJ／mol。分解時生成物是細(xì)粒固體碳及氫氣。如果這種分解是在密閉容器(如乙炔發(fā)生器、乙炔瓶)內(nèi)進(jìn)行的，則由于溫度的升高，壓力急劇增大10～13倍而引起爆炸。

　　增加壓力也能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—9的曲線表示。從圖中可以看出，在溫度等于或低于540℃，壓力小于0．3MPa時，乙炔主要是聚合過程。當(dāng)壓力為150kPa。而溫度超過580℃時，就能形成乙炔分解爆炸。壓力越高，聚合作用能促進(jìn)乙炔分解爆炸所需要的溫度就越低。根據(jù)這一特點，現(xiàn)用的乙炔發(fā)生器工作壓力極限不超過150kPa。一般在乙炔發(fā)生器的電石分解區(qū)或集氣室中，是不可能達(dá)到這一溫度和發(fā)生爆炸的。一旦由于某種原因(如電石的局部過熱)而溫度過高時，就應(yīng)該及時地采取冷卻降溫措施，把能量導(dǎo)出，那么乙炔就只是聚合而不會引起爆炸分解。

圖2—9 乙炔的聚合作用與爆炸分解的范圍

　　(2)乙炔的分解爆炸與觸媒劑有關(guān)，當(dāng)壓力為0．4MPa時，與發(fā)熱的小鐵管表面接觸而產(chǎn)生爆炸的最低溫度為：

　　有鐵屑時為520℃；　　有黃銅時為500～520℃；

　　有活性炭時為400℃；　　有碳化鈣時為500℃；

　　有氧化鐵時為280℃；　　有氧化銅時為240℃；

　　有氧化鋁時為490℃；　　有紫銅屑時為460℃；

　　有鐵銹(氧化鐵)時為280～300℃

　　這些觸媒劑能把乙炔分子吸附在自己表面上，結(jié)果使乙炔的局部濃度增高而加速了乙炔分子之間的聚合和爆作分解。

　　(3)乙炔的分解爆炸與存放的容器形狀和大小有關(guān)。容器的直徑越小，則越不容易爆炸。在毛細(xì)管中，由于管壁冷卻作用及阻力，爆炸的可能性會大為降低。根據(jù)這個原理，目前使用的乙炔膠管孔徑都不太大，管壁也比較薄，對防止乙炔在管道內(nèi)爆炸是有利的。

　　(4)乙炔與銅、銀、水銀等金屬或其鹽類長期接觸時，會生成乙炔銅(Cu₂C₂)和乙炔銀(Ag₂C₂)等爆炸性混合物，當(dāng)受到摩擦沖擊時就會發(fā)生爆炸。因此凡供乙炔使用的器材都不能用銀和含銅量70％以上的銅合金制造。

　　(5)乙炔與氯、次氯酸鹽等化合，在日光照射下以及加熱等外界條件下就會發(fā)生燃燒和爆炸。所以乙炔燃燒失火時，絕對禁止使用四氯化碳滅火。

　　2，乙炔與空氣、氧氣和其它氣體混合氣的爆炸性

　　(1)乙炔及其它可燃?xì)怏w凡與空氣或氧氣混合時就提高了爆炸危險性。乙炔和其他可燃?xì)怏w與空氣和氧氣混合氣的爆炸(發(fā)火)范圍見表2—3。

表2-3 可燃?xì)怏w與空氣和氧氣混合氣的爆炸極限

乙炔與空氣或純氧的混合氣如果其中任何一種達(dá)到了自燃溫度(與空氣混合氣體的自燃溫度為305℃，與氧氣混合氣體的自燃溫度為300℃)就是在大氣壓力下也能爆炸。是否會達(dá)到自燃溫度而導(dǎo)致爆炸，基本上只決定于其中乙炔的含量。

(2)乙炔中混入與其不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體，如氮氣、甲烷、一氧化碳、水蒸汽、石油氣等，或把乙炔熔解在液體里，能夠降低乙炔的爆炸性。這是因為乙炔分子之間被其它氣體或液體的微粒所隔離，因而使進(jìn)行爆炸的連鎖反應(yīng)條件變壞的緣故。

乙炔能夠溶解在許多液體中，特別是有機(jī)液體中，如丙酮等。在15℃、0．1MPa時，1升丙酮能溶解23升乙炔，在壓力增大到1．42MPa時1升丙酮能溶解乙炔約400升。人們就是利用乙炔能大量溶于丙酮溶液中這個特性，將乙炔裝入乙炔瓶內(nèi)來儲存、運輸和使用的。

(三)乙炔中的雜質(zhì)及毒性

1．乙炔中含磷化氫

工業(yè)用的乙炔中經(jīng)常含有磷化氫(PH₃)。這是由于電石中含有少量磷化鈣等雜質(zhì)，當(dāng)電石與水接觸時生成磷化氫。

乙炔中磷化氫的含量取決于電石的純度。在未經(jīng)凈化的乙炔內(nèi)，可能含有0．03％～1．8％<容積)的磷化氫。磷化氫的自燃點很低。氣態(tài)磷化氫(PH3)在溫度為100℃時，就會自燃，而液態(tài)磷化氫(P₂H₄)甚至在稍低于100℃時也會自燃。因而，當(dāng)乙炔中含有空氣，又有磷化氫存在時，就可能構(gòu)成乙炔一空氣混合氣的爆炸起火。

2．乙炔中含硫化氫

硫化氫(H₂S)是由于電石中含有硫化鈣、硫化鋁和碳酸鈣等雜質(zhì)，經(jīng)水分解而生成的。乙炔中硫化氫的含量，在很大程度上，取決于硫化鈣與水的作用。因硫化氫能溶解于水，并在其生成與分解時，與水的溫度有關(guān)。如在充足的水中進(jìn)行分解時，可以減少乙炔中硫化氫的含量。乙炔中硫化氫含量的范圍是0．08％～1．5％(容積)。

硫化氫和磷化氫都是乙炔中的有害雜質(zhì)。在焊接時，其中的硫和磷可能轉(zhuǎn)移到熔接處的金屬中，而使焊縫質(zhì)量變壞。

一般規(guī)定，乙炔中磷化氫的含量不得超過0．2％；硫化氫的含量應(yīng)小于0．1％(按容積計算)

3．乙炔中含空氣

乙炔中的空氣一般是在乙炔發(fā)生器裝換電石時進(jìn)入的。也可能有溶解在水中的空氣和吸附在電石表面上的空氣混入乙炔里。因為空氣和乙炔混合比在很寬的范圍內(nèi)都能使乙炔燃燒和爆炸，所以它是有害的雜質(zhì)，應(yīng)盡量減少其含量。在通常情況下，由固定式乙炔發(fā)生器制取的乙炔中，空氣的含量不超過0．5％。而用移動式發(fā)生器制取的乙炔中，空氣的含量不超過1％～1．5％。乙炔中空氣的含量超過10％時，就不能用于火焰加工。

4．乙炔的毒性

乙炔中毒現(xiàn)象比較少見，它主要表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷。其癥狀輕度的表現(xiàn)為：精神興奮、多言、嗜睡，走路不穩(wěn)等；重度的表現(xiàn)為：意識障礙、呼吸困難、發(fā)呆、瞳孔反應(yīng)消失、昏迷等。也有表現(xiàn)為狂躁、無故哭笑等精神癥狀。

三、液化石油氣

液化石油氣(簡稱石油氣)是石油煉制工業(yè)的副產(chǎn)品，其主要成分是丙烷(C₃H₈)，大約占50％～80％，其余是丙烯(C₃H₆)、丁烷(C₄H₁₀)、丁烯(C₄H₈)等，在常溫和大氣壓力下，組成石油氣的這些碳?xì)浠衔镆詺鈶B(tài)存在。但是只要加上不大的壓力(一般為0．8～1．5MPa)即變?yōu)橐后w，液化后便于裝入瓶中貯存和運輸。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，石油氣的密度為1．8～2．5kg／m³，比空氣重，但其液體的比重則比水、汽油輕。

石油氣燃燒的溫度比乙炔火焰溫度低，丙烷在氧氣中燃燒的溫度為2000～2850V，用于氣割時，金屬預(yù)熱時間需稍長，但可減少切口邊緣的過燒現(xiàn)象，切割質(zhì)量較好，在切割多層迭板時，切割速度比乙炔快20％～30％。石油氣除越來越廣泛地應(yīng)用于鋼材的切割外，還用于焊接有色金屬。國外還采用乙炔與石油氣混合后作為焊接氣源。

石油氣有以下特點和安全要求：

(1)石油氣易揮發(fā)，閃點低，其中的主要成分丙烷揮發(fā)點為－42℃，閃點－20℃，所以在低溫時，它的易燃性就是很大的。

(2)石油氣燃燒的化學(xué)反應(yīng)式(以丙烷為代表)為：

C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O+2350kJ／mol

即一份丙烷(石油氣)需要五份氧氣與之化合(但實際需要量要比理論上多10％)才能完全燃燒。若供氧不足，燃燒不充分，會產(chǎn)生一氧化碳，使人中毒，嚴(yán)重時有致命危險。

(3)組成石油氣的幾種氣體都能和空氣形成爆炸性混合氣。但是它們的爆炸極限范圍比較窄。例如丙烷、丁烷和丁烯的爆炸極限分別為2．17％～9．5％；1．15％～8．4％和1．7％～9．6％，比乙炔要安全得多。但石油氣和氧氣混合氣有較寬的爆炸極限，范圍為3．2％～64％，有關(guān)石油氣與氧氣混合的燃燒爆炸性能見表2—4

表2－4 液化氣－氧氣混合氣的燃爆范圍

(4)氣態(tài)石油氣比空氣重(比重約為空氣的1．5倍)，易于向低處流動而滯留積聚，液化石油氣比汽油輕，能飄浮在水溝的液面上，隨水流動并在死角處聚集，而且易揮發(fā)。如果以液體流動會擴(kuò)散成350倍的氣體，在使用、貯存石油氣時，應(yīng)采取安全措施，如暖氣溝進(jìn)出口應(yīng)砌磚抹灰，電纜溝進(jìn)出口應(yīng)填裝沙工，下水道應(yīng)裝水封等，室內(nèi)應(yīng)有良好通風(fēng)。通風(fēng)口除設(shè)在高處外，還應(yīng)設(shè)在低處，有利于對流。

(5)石油氣對普通橡膠導(dǎo)管和襯墊有腐蝕性，能引起漏氣，必須采用耐油性強(qiáng)的橡膠導(dǎo)管和襯墊，不能隨便更換而采用普通橡皮管和襯墊。

(6)石油氣瓶內(nèi)部的壓力與溫度成正比。在零下40℃時，壓力為0．1MPa，在20℃時為0．7MPa，40℃時為2MPa。所以石油氣瓶與熱源、暖氣電等應(yīng)保持1．5m以上的安全距離，更不許用火烤。

(7)石油氣有一定毒性，空氣中含量很少時，人呼吸了一般不會中毒，但當(dāng)它的濃度較高時，就會引起人的麻醉，在濃度大于10％的空氣中停留三分鐘后，就會使人頭腦發(fā)暈。

(8)石油氣點火時，要先點燃引火物后再開氣，不要顛倒次序。