Таблица 1.
Наименование QpH
Ккал/м3 Удель-ный
вес
кг/м3 Предельная т-ра пламени, °С, в смеси с: Термический к.п.д. относи-тельно Отношение кислорода к горючему газу при нормальном пламени Теплота разложения молекул ккал/ кг.

кислород воздух стали меди м3/м3 м3 /
10000
ккал

Ацетилен 12600 1,170 3087 2325 0,56 0,65 1,15 0,96 +2090
Пропан 22160 2,01 2500* 1925 0,46 0,57 3,5 1,68 -560
Бутан 27800 2,46 2400* - 0,44 0,55 3,5 1,26 -510
МАПП 20800 1 ,78 2800-2900 - 0,52 0,62 - - **
МАФ 21200 1,70 2927 2165 0,54 0,63 2,2 1,04 **
* Без подогрева;
** Точной информации по данному вопросу нет, однако, исходя из состава газа, теп-лота разложения близка к ацетилену.
Как видно из таблицы 1, теоретическая температура горения ацетилена (t=3087°C) и МАФ (t=2927°C) близки между собой. Теплопередача от пламени на металл характеризуется термическим (пирометрическим) к.п.д., который выража-ет отношение разности между температурой пламени и температурой плавления ме-талла, отнесенной к температуре пламени.
η= (trop-tпл.)/trop;
где: η - температурный к.п.д. trop.- теоретическая температура горения газа. tпл. - температура плавления металла; (для стали tпл. = 1350°С; для меди tпл. = 1085°С).
Подсчитанный таким образом к.п.д. для ацетилена, МАФ и пропан - бутана приведен в таблице 1.
Термический к.п.д. характеризует относительную скорость расплавления ме-талла при сварке и пайке при одном и том же количестве металла и одинаковой теп-ловой мощности пламени горелки. У ацетилена и «МАФ» к.п.д. практически одина-ковые. Отсюда коэффициент замены ацетилена на «МАФ»:
QPH. ацет. х ηацет. / QPн. маф х ηмаф = 12600x0,56/21200x0,54=0,62
Коэффициент замены пропан - бутана на «МАФ»:
QPн. проп. х ηпроп. / QPн. маф х ηмаф = 22160x0,46/2 1200x0,54=0,89.
Характерным показателем процесса горения является количество кислорода, которое необходимо подавать в резак (горелку). Для ацетилена и «МАФ» количество кисло-рода, подаваемое в резак (горелку) на 10000 ккал, примерно одинаковое: - 0,95м3 и 1,04м3 соответственно. Для пропана это составляет 1,68м3. Таким образом, при пере-ходе с пропан - бутана на «МАФ», расход кислорода, на непосредственно сжигание газа, уменьшается в 1,6 раза. При сжигании 1м3 «МАФ» экономится -1,3м3 кислоро-да, по сравнению с работой на пропан - бутане.

При применении газа «МАФ» прослеживаются существенно отличающиеся направления и подходы к его сжиганию: для сварки и резки металла.
1. Газокислородная сварка.
Возможности применения газа «МАФ» для сварки исследовались как в целом, во «ВНИИАвтогенмаш» г. Москва, так и в частности для сварки газопроводов низ-кого давления в НТК «ИЭС им. Э.О. Патона» (к.т.н. Ю.В. Демченко), (информация взята из Интернета). Испытания включали оценку качества сварных швов, определе-ние механических свойств трубных стыковых соединений, металлографические ис-следования согласно ДБН В.2.5-20-2001 «Газопостачання» и ВБН А.3.1-36-3-96 «Сварка стальных газопроводов».
Сварку стыковых трубных соединений из сталей Ст2пс, СТЗпс, отвечающих требованиям ГОСТ 14637-83 и ДСТУ 2651-94, выполняли горелкой Г2 с мундшту-ками №3 и №4, модернизированными согласно рекомендациям «ВНИИАвтоген-маш». При сварке использовали проволоку марки СВ-08Г2С диаметром 2мм и 3мм по ГОСТ 2246-70, кислород технический, по ГОСТ 5583-78 и газ МАФ по ТУ 38.102.1267-89.
На основании результатов комплексных исследований автором (к.т.н. Ю.В. Демченко) была разработана технологическая инструкция «Выполнение газосвароч-ных работ с использованием газа МАФ на объектах газоснабжения» и рекомендова-но его применение вместо ацетилена для сварки труб из низкоуглеродистых сталей с условным диаметром не более 150 мм и толщиной стенки до 5 мм включительно при строительстве и ремонте газопроводов с давлением газа не более 0,6 МПа. Это под-тверждается данными ВНИИАвтогенмаш - МАФ-газ пригоден для сварки изделий из низкоуглеродистой стали толщиной до 6 мм. Упрочнение сварного шва обеспечи-вает кремне - марганцевая присадочная проволока марок Св-12ГС, Св-08ГС, Св-08Г2С, а проволока марки Св-08А применима для сварки неответственных деталей. Для использования газа МАФ при сварке ответственных деталей, подлежащих сдаче технадзору, должны быть проведены соответствующие стандартные испытания и оформление документов.
МАФ - газ имеет более мягкое пламя по сравнению с ацетиленом, что дает преимущества при работе с металлом малых толщин, с цветными металлами, а также при контурной резке изделий. Это показано испытаниями МАФ - во ВНИИАвтоген-маш и на ряде промышленных предприятий.
В АО «Эффект» (г. Одесса) выполнена работа по доработке конструкций аце-тиленовой горелки «Эффект-ГК» для работы на газе МАФ (горелка внутрисоплового смешивания, патент №5442), путем изменения соотношений размеров инжектора, смесительной камеры и наконечника.
Характеристика горелок приведена в таблице 2.
Таблица 2.
1 2
Наименование Газ «МАФ»
Номер наконечника 1М 2М ЗМ 4М 5М
Толщина свариваемого металла, мм 0,5-1,0 1,0-1,5 1,5-3,0 3,0-5,0 5,0-9,0
Расход газа л/час 15-35 35-75 75-150 150-250 250-450
Расход кислорода л/час. 35-75 75160 160-330 330-550 550-1000
Тепловая мощность насадок смещена на один номер в сторону увеличения от-носительно аналогичных насадок, работающих на ацетилене. Специфика сжигания газов, склонных к взрывному распаду, таких как ацетилен, МАФ, состоит в том, что давление газокислородной смеси в мундштуке перед истечением из сопла находится в пределах - 0,25 кг/см . Этим и объясняется возможность поддержания низкого дав-ления газа «МАФ» перед горелкой - (0,12-0,15) кгс/см , остальное давление смеси создается инжекцией в горелке, что обеспечивает хорошее перемешивание газа МАФ и кислорода и создание жесткого факела, при минимальном расходе ки-слорода, подаваемого в горелку.
Аналогичные работы по модернизации своей горелки ГЗУ выполнены Крама-торским предприятием «ДОНМЕТ». Доработанная под МАФ, горелка работает в широком диапазоне толщин свариваемых металлов.
Стоимостные сравнительные показатели в денежном выражении газосвароч-ных работ при работе на ацетилене и газе МАФ не характерны т.к., в различных ре-гионах стоимость газов существенно различаются. Поэтому сравнение проводится по косвенным (энергетическим) показателям, основанным на нижеследующем.
Теоретический выход ацетилена из 1 кг карбида кальция сорта «А» произ-водства Румынии на промышленных генераторах составляет теоретически -0,3 м3 при размере фракций карбида 50x80 мм. Таким образом, для получения 1м3 ацети-лена необходимо затратить 3,4 кг карбида кальция. Для замены 1м3 ацетилена не-обходимо 0,62 м3 газа МАФ. При его удельном весе 1,7 кг/м3, это составляет 1,06 кг. Таким образом, 1 кг газа МАФ заменяет 3,2 кг карбида кальция. Если учесть, что в основной своей массе ацетилен получают на переносных генераторах типа АСП-10, в которые загружают, чаще всего, низкосортный карбид кальция и, как правило, меньше расчетной загрузки, составляющей - 3,4кг, то к.п.д. такого генератора пада-ет, расход карбида возрастает до 3,8 кг и более на 1м3 ацетилена. Это подтверждает-ся практическими результатами: - 1 баллон газа МАФ весом 21,2 кг заменяет 100-120кг карбида кальция или 4-5 баллонов ацетилена (емкость баллона ацетилена 5,5-6,0кг газа). Исходя, из стоимости указанных компонентов может быть рассчитана эффективность внедрения газа МАФ в различных регионах.
2. Газокислородная резка.
Процесс газокислородной резки металла представляет из себя совмещение двух процессов: - нагрев металла до температуры воспламенения (t=1050 °C) и сжи-гание нагретого металла в струе чистого кислорода. Соответственно резак состоит из двух элементов: - горелки и кислородного копья, объединенных воедино, но рабо-тающих по своим законам, характерным для каждого процесса.
Теплопередача металлу и нагрев его до плавления в начале процесса резки осуществляется по тем же законам что и при сварке. Известно, что время нагрева металла при врезании в лист с кромки либо при пробивке отверстия посреди листа возрастает на - 30% при переходе с ацетилена на природный газ и пропан – бутан, ввиду резко уменьшения температурного к.п.д. При работе на газе МАФ это время соответственно уменьшается, см. таблицу 3.

Время нагрева металла МАФ - кислородным пламенем при врезании в лист и
прибивке отверстий.
Таблица 3.
1 2 3 4 5
Толщина металла, мм. 5-15 16-30 31-60 61-100
Время нагрева, сек. 5-10 10-15 15-25 25-35
При нагреве металла высокотемпературным пламенем появляется возмож-ность врезания в лист «с хода» без остановки на прогрев кромки листа и переход без остановки через встречные резы. Указанные режимы приведены в таблице 4. При
работе на пропан - бутане данные процессы реализовать не удается. Режимы неод-нократно проверялись в НПО «Кислородмаш», при работе на ацетилене, они также соответствуют ОСТ 5.9526-71 «Тепловая резка металлов».

Режим врезания в лист «с хода» и переход через встречный рез.
Таблица 4.
1 2 3 4 5 6 7 8
Толщина металла, мм. 5 8 10 14 18 20 25
Скорость резки, мм/мин. 180-200 150-180 130-170 130-150 50-70 30-50 Менее 30
Резка производилась короткими цилиндрическими шлифованными мундштука-ми. При применении конических шлифовальных кумулятивных мундштуков тип 3 и 4 при толщине металла - 30 мм достаточно коснутся кромки листа и далее начинать рез, (см. журнал Сварщик №3 2004 г, стр 21).
Расход горючего газа зависит от толщины разрезаемого металла, т.к. основное количество тепла, необходимое для процесса резки, выделяется за счет горения ме-талла в среде кислорода. При толщине металла 10 мм с подогревающим пламенем вводится до 90 % необходимого тепла, а при толщине металла 100 мм - только 10 % необходимого тепла.
Внедрение указанных процессов, для которых необходим высокотемператур-ный энергоноситель, особенно эффективно при механизированной многорезаковой вырезке мелких деталей, типа фланцев, а также больших карт раскроя, когда необхо-димо многократное пробивание отверстий в листе, в том числе и при наличии тер-мических перемычек. В этом случае резко сокращается время на прогрев листа перед началом процесса резки. Простое же увеличение тепловой мощности резаков приво-дит к ухудшению качества реза:- оплавление верхней кромки, образование не отде-ляемого грата и, по мнению «ВНИИАвтогенмаш», г. Москва, не целесообразно. Вид применяемого горючего газа и его теплотворность на расход режущего кислорода влияет косвенно, за счет улучшения параметров резания.
Для работы на газе МАФ, при работе с резаком «Эффект», необходимо заме-нить гильзу с маркировкой «П» на специальную гильзу с маркировкой «М». Хоро-шее перемешивание газа МАФ и кислорода подогревающего, что необходимо для устойчивого и экономичного горения подогревающего пламени, обеспечивается конструкцией смесительной камеры резаков «Эффект», где расположено от 3-х до 5-ти работающих в параллель микро-инжекторных узлов, построенных по классиче-ской схеме.
Для получения устойчивого процесса горения, имея в виду склонность газов (ацетилена, МАФ) к взрывному самораспаду, необходимо обеспечить хорошее пе-ремешивание горючего газа и кислорода, подаваемого в резак (горелку). Также, при плохом смешивании кислорода и газа или недостатке кислорода, пламя коптящее, и имеет вид «метелки».
При использовании для МАФ любого стандартного резака, предназначенного для работы на ацетилене, или резака «ДОНМЕТ» Р1 «МАФ», следует учитывать склонность МАФ к «обратному удару», и своевременно применять предусмотренные паспортом резака защитные приемы. Наилучшие результаты по экономичности и безопасности получаются при использовании резаков с внутрисопловым смешением газов («ЭФФЕКТ», «Мессер», «Проминь» и т.п.)
Показатели внедрения газа МАФ при резке металла, по сравнению с работой на пропан – бутане, основаны на нижеследующем.
Согласно ДСТУ 4047-2001 в баллон для коммунально-бытового применения заправляют пропан - бутан марки «СПБГ». Объемная доля жидкого остатка при t=20 °С не должна быть более 1,6 %. В баллоне содержится 21,2 кг пропан - бутана. При удельном весе - 2,0 кг/ м3 из одного баллона можно получить - 10,4 м3 газообразного пропан - бутана (жидкий остаток не учтен). В реальных условиях величина жидкого остатка в баллоне пропан - бутана может достигать 20 %. В этом случае выход жид-кого пропан - бутана составит – 17 кг, при газификации которого получится - 8,5 м3 пропан - бутана с удельным весом 2 кг/м3. Для замены 1м3 пропан - бутана необхо-димо 0,89 м3 газа МАФ с удельным весом 1,7кг/м3 , соответственно для замены од-ного баллона пропан - бутана весом 21,2 кг с остатком газа 20 % необходимо 7,6 м3 газа МАФ весом – 13,0 кг, что составляет - 0,6 баллона газа МАФ. Таким образом, 1 баллон газа МАФ весом 21,2 кг, может заменить 1,7 баллона пропан - бутана с жид-ким остатком - 20 %.
Для сжигания 1 м3 пропан - бутана в резак необходимо подавать 3,5 м3 кисло-рода, а при сжигании 1м3 газа МАФ – 2,2 м3. Это дает экономию в размере 18,00 м3 кислорода на каждый баллон газа МАФ. На практике 1 баллон газа МАФ заменяет - 2 баллона пропан - бутана, а экономия кислорода при этом составляет - 22 м3.
При работе в зимнее время иногда есть необходимость в обогреве баллонов с газом МАФ, испарение газа полное при температуре газа не ниже минус 27 °С. В этом случае в сухом спокойном воздухе паросъем с баллона составляет -1,2 кг/час.
Эффективность использования газа МАФ подтверждается его широким рас-пространением среди сварщиков Беларуси. Только по предприятию «РОДАТ» на-считывается свыше 3000 потребителей и число это растет.
В данной статье не нашли отражения материалы по использованию газа МАФ для газопламенного напыления, наплавки твердых материалов и т.п.

Навроцкий В.Н., УП «РОДАТ» , г. Минск, rodat@tyt.by