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防爆工具的防爆原理,不同材質的防爆工具適用場合

日期:2018-04-24 / 人氣:

防爆工具的防爆原理,不同材質的防爆工具適用場合

壹、防爆工具的防爆機理

通常由鋼鐵材料制成的釬,鎬、錘、鉗,扳手、吊具等工具和設備在其激烈動作或失手跌落時發生的摩擦,撞擊火花是隱蔽的引爆火源,所以這些工具不能在爆炸危險場所使用。在爆炸危險場所使用的工具(設備)必須由不發生摩擦,撞擊火花,甚至不能產生熾熱高溫表面的特種材料制成。

鋼鐵材料具有較高的強度和硬度,適合於制造工具,而且鋼材的強度和硬度隨著含碳量的增加而提高。然而對鋼鐵材料摩擦火花產生機理的研究結果表明,恰恰是鋼材中所含的碳是產生摩擦火花的根源。

為了消滅工具的摩擦、撞擊火花,人們把選材方向轉向了銅材。銅材用作防爆工具,與鋼材比較有兩個顯著的不同點:第壹,不含碳,不會出現氧→鐵→碳反應鏈,所以不出現火花。第二,銅材的強度和硬度都比較低,導熱性又比鋼材高,發生摩擦或撞擊時,局部摩擦點會發生塑性變形而避免摩擦能量集中在個別接觸點上,加上材料的高導熱性,摩擦產生的熱量迅速分散到基體而減少摩擦撞擊點出現熾熱高溫的危險。以上兩點就是銅材(銅合金)工具的防爆機理。

然而,純銅的強度和硬度太低,不能直接用做工具,需要添加適當的元素如鈹、鋁、鈦、鎳、鎂等熔煉成銅基合金以提高其強度和硬度。

但當強度和硬度提高後,前述銅材在防爆工具上的第二個特點就有削弱或消失的危險。於是,人們又進壹步探討“兩全其美’的技術途徑。這就是要求所配制的銅基合金在室溫下具有高的強度和硬度;壹旦受到摩擦、撞擊,溫度上升到壹定程度,銅基合金的金相組織就發生相變而轉化為低強度並出現塑性變形甚至摩損剝離。這時局部摩擦面上的金屬摩擦抗力下降,摩擦,撞擊的最高溫度就被限制在合金相變溫度之下,成為不能點燃爆炸性混合物的防爆合金,國外稱為非危險火花金屬。

現在工業上已有鈹青銅、鋁青銅、J892銅合金等多種銅基合金成功地應用於防爆工具上。

二、不同材質防爆工具的防爆性能、機械性能與適用場所

(壹)鈹青銅

鈹青銅是以銅為基本合金元素的銅基合金,其含鈹量為1~2.5%。同時含有微量鈷、鎂、鐵以及其他微量元素。它的物理性能、導電率、電阻系數、熱導率與純銅相比較雖有降低,但與鋼相比較則是鋼的許多倍。

由於固體表面壹般都有細微的凹凸,因此兩個固體表面的接觸僅僅在最高突起部位的頂點上,實際接觸面積很小。所以在摩擦時,摩擦能變為熱能集中在接觸點上,使接觸點上的固體表面局部達到極高的溫度、在各金屬中,假設其荷重及摩擦速度都相同,導熱率越小,接觸點的溫度就越高,

——鈹青銅在高速沖擊或高速摩擦時,其機械能在作用到物體表面時被轉換熱能,表面溫度突然升高。但由於其材料有較高的導電性能和導熱率,工作表面的熱量被迅速傳遞到工件的其它部位,工作表面的熱量劇烈減少。壹些在沖擊或摩擦作用下脫離工件的微粒,其溫度也達不到點火源的溫度。

——鈹青銅金屬間的化合物均較穩定,且熔點高,不易劇烈氧化。在高速沖擊或摩擦時,被作用表面或者壹些脫離下來的微粒的溫度雖有所升高,但都不能與氧氣及其它可燃氣體發生劇烈的氧化反應,形不成點火源。

——鈹青銅這壹特性已被防爆工具的不燃性試驗所驗證。值得註意的壹點是鈹青銅除具備這壹重要特性外,還有壹個很重要的特點就是經過處理後的鈹青銅,其抗拉強度和硬度比其它銅合金都要高的多。由於該材料具備這二個特點而被廣泛用於壹些特殊場合下的重要零部件和防爆工具的制做上。

(二)鋁青銅

1.在鋁青銅中,各元素基本上已合金化,這些合金性能穩定,不易劇烈氧化。

2.鋁在壹定溫度下被氧化,生成的Al2O3是壹層極好的保護層,處在它保護下的鋁不再氧化。

3.鋁青銅中,含碳量很低,僅萬分之幾,不會產生類似鋼鐵中的C生成大量的CO而從基體中逸出呈爆花狀。

4.鋁青銅的基體是銅,盡管已合金化,它的導熱性仍然很好,在與其他物體摩擦碰撞時所產生的熱大部分被工具所吸收而散去。磨削下的微粒所具有的熱量較低,不會引起空氣壹可燃物質混合物的爆炸。

我國防爆工具非著火性能的測試是由國家主管部門指定的單位進行的。所采用標準等同日本JISM-7002-84。經反復測試和幾年來的使用實踐證明;國產防爆工具安全可靠,非著火性能達到國外同類產品水平。

(三)J 892銅合金

1.防爆性能:

按GBl0686—89《銅合金工具防爆性能試驗方法》對J 892銅合金材料分別選擇Ⅱ類C級代表氣體氫氣(濃度為21.0±2.0%),Ⅱ類B級代表氣體乙烯(濃度為7.8±0.5%),Ⅱ類A級代表氣體丙烷(濃度為5.3±0.2%),I類代表氣體甲烷(濃度為6.5土0.5%)進行落錘、摩擦和高速沖擊試驗,按國家標準中規定的試驗步驟和方法進行,均未發生引爆,試驗合格。

證明J 892銅合金防爆工具適用於各類各級爆炸性氣體場合使用。

鑒於乙炔場合是用的銅合金含銅量需70%以下的要求,同時考慮乙炔氣的引燃溫度比氫氣要低,雖然J 892銅合金已做過Ⅱ類C級代表氣體氫氣的防爆性能試驗。為慎重起見,按國家標準規定的試驗方法,又選擇了乙炔氣(濃度為7 ~ 10%)進行了落錘、摩擦和高速沖擊試驗,也未發生引爆,試驗合格。同時,在密閉的爆炸槽內放置了J 892銅合金材料和試驗樣件,進行了J 892銅合金和乙炔氣混存後的引爆試驗。經混存20天後仍按國家標準規定的試驗方法進行了落錘、摩擦和高速沖擊試驗,也未發生引爆,試驗合格。證明了J 892銅合金防爆工具適於乙炔場合使用。

2.機械性能

防爆工具產品國家標準(GBl0687~10693-87)中規定采用鈹青銅材料制造的防爆工具產品硬度不得低於HRC35。采用鋁青銅材料制造的防爆工具產品硬度不低於HRC 25。J 892銅合金產品可滿足鈹青銅產品硬度的要求。

編輯:krhbgs