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防爆工具的防爆原理,不同材质的防爆工具适用场合

日期:2018-04-24 / 人气:

防爆工具的防爆原理,不同材质的防爆工具适用场合

一、防爆工具的防爆机理

通常由钢铁材料制成的钎,镐、锤、钳,扳手、吊具等工具和设备在其激烈动作或失手跌落时发生的摩擦,撞击火花是隐蔽的引爆火源,所以这些工具不能在爆炸危险场所使用。在爆炸危险场所使用的工具(设备)必须由不发生摩擦,撞击火花,甚至不能产生炽热高温表面的特种材料制成。

钢铁材料具有较高的强度和硬度,适合于制造工具,而且钢材的强度和硬度随着含碳量的增加而提高。然而对钢铁材料摩擦火花产生机理的研究结果表明,恰恰是钢材中所含的碳是产生摩擦火花的根源。

为了消灭工具的摩擦、撞击火花,人们把选材方向转向了铜材。铜材用作防爆工具,与钢材比较有两个显著的不同点:第一,不含碳,不会出现氧→铁→碳反应链,所以不出现火花。第二,铜材的强度和硬度都比较低,导热性又比钢材高,发生摩擦或撞击时,局部摩擦点会发生塑性变形而避免摩擦能量集中在个别接触点上,加上材料的高导热性,摩擦产生的热量迅速分散到基体而减少摩擦撞击点出现炽热高温的危险。以上两点就是铜材(铜合金)工具的防爆机理。

然而,纯铜的强度和硬度太低,不能直接用做工具,需要添加适当的元素如铍、铝、钛、镍、镁等熔炼成铜基合金以提高其强度和硬度。

但当强度和硬度提高后,前述铜材在防爆工具上的第二个特点就有削弱或消失的危险。于是,人们又进一步探讨“两全其美’的技术途径。这就是要求所配制的铜基合金在室温下具有高的强度和硬度;一旦受到摩擦、撞击,温度上升到一定程度,铜基合金的金相组织就发生相变而转化为低强度并出现塑性变形甚至摩损剥离。这时局部摩擦面上的金属摩擦抗力下降,摩擦,撞击的最高温度就被限制在合金相变温度之下,成为不能点燃爆炸性混合物的防爆合金,国外称为非危险火花金属。

现在工业上已有铍青铜、铝青铜、J892铜合金等多种铜基合金成功地应用于防爆工具上。

二、不同材质防爆工具的防爆性能、机械性能与适用场所

(一)铍青铜

铍青铜是以铜为基本合金元素的铜基合金,其含铍量为1~2.5%。同时含有微量钴、镁、铁以及其他微量元素。它的物理性能、导电率、电阻系数、热导率与纯铜相比较虽有降低,但与钢相比较则是钢的许多倍。

由于固体表面一般都有细微的凹凸,因此两个固体表面的接触仅仅在最高突起部位的顶点上,实际接触面积很小。所以在摩擦时,摩擦能变为热能集中在接触点上,使接触点上的固体表面局部达到极高的温度、在各金属中,假设其荷重及摩擦速度都相同,导热率越小,接触点的温度就越高,

——铍青铜在高速冲击或高速摩擦时,其机械能在作用到物体表面时被转换热能,表面温度突然升高。但由于其材料有较高的导电性能和导热率,工作表面的热量被迅速传递到工件的其它部位,工作表面的热量剧烈减少。一些在冲击或摩擦作用下脱离工件的微粒,其温度也达不到点火源的温度。

——铍青铜金属间的化合物均较稳定,且熔点高,不易剧烈氧化。在高速冲击或摩擦时,被作用表面或者一些脱离下来的微粒的温度虽有所升高,但都不能与氧气及其它可燃气体发生剧烈的氧化反应,形不成点火源。

——铍青铜这一特性已被防爆工具的不燃性试验所验证。值得注意的一点是铍青铜除具备这一重要特性外,还有一个很重要的特点就是经过处理后的铍青铜,其抗拉强度和硬度比其它铜合金都要高的多。由于该材料具备这二个特点而被广泛用于一些特殊场合下的重要零部件和防爆工具的制做上。

(二)铝青铜

1.在铝青铜中,各元素基本上已合金化,这些合金性能稳定,不易剧烈氧化。

2.铝在一定温度下被氧化,生成的Al2O3是一层极好的保护层,处在它保护下的铝不再氧化。

3.铝青铜中,含碳量很低,仅万分之几,不会产生类似钢铁中的C生成大量的CO而从基体中逸出呈爆花状。

4.铝青铜的基体是铜,尽管已合金化,它的导热性仍然很好,在与其他物体摩擦碰撞时所产生的热大部分被工具所吸收而散去。磨削下的微粒所具有的热量较低,不会引起空气一可燃物质混合物的爆炸。

我国防爆工具非着火性能的测试是由国家主管部门指定的单位进行的。所采用标准等同日本JISM-7002-84。经反复测试和几年来的使用实践证明;国产防爆工具安全可靠,非着火性能达到国外同类产品水平。

(三)J 892铜合金

1.防爆性能:

按GBl0686—89《铜合金工具防爆性能试验方法》对J 892铜合金材料分别选择Ⅱ类C级代表气体氢气(浓度为21.0±2.0%),Ⅱ类B级代表气体乙烯(浓度为7.8±0.5%),Ⅱ类A级代表气体丙烷(浓度为5.3±0.2%),I类代表气体甲烷(浓度为6.5土0.5%)进行落锤、摩擦和高速冲击试验,按国家标准中规定的试验步骤和方法进行,均未发生引爆,试验合格。

证明J 892铜合金防爆工具适用于各类各级爆炸性气体场合使用。

鉴于乙炔场合是用的铜合金含铜量需70%以下的要求,同时考虑乙炔气的引燃温度比氢气要低,虽然J 892铜合金已做过Ⅱ类C级代表气体氢气的防爆性能试验。为慎重起见,按国家标准规定的试验方法,又选择了乙炔气(浓度为7 ~ 10%)进行了落锤、摩擦和高速冲击试验,也未发生引爆,试验合格。同时,在密闭的爆炸槽内放置了J 892铜合金材料和试验样件,进行了J 892铜合金和乙炔气混存后的引爆试验。经混存20天后仍按国家标准规定的试验方法进行了落锤、摩擦和高速冲击试验,也未发生引爆,试验合格。证明了J 892铜合金防爆工具适于乙炔场合使用。

2.机械性能

防爆工具产品国家标准(GBl0687~10693-87)中规定采用铍青铜材料制造的防爆工具产品硬度不得低于HRC35。采用铝青铜材料制造的防爆工具产品硬度不低于HRC 25。J 892铜合金产品可满足铍青铜产品硬度的要求。

编辑:krhbgs