Gaz

Les deux gaz employés en soudage oxyacétylénique sont l'oxygène et l'acétylène. Il ne faut jamais appeler l'oxygène, l'air ni l'acétylène le gaz, car ces termes sont équivoques et leur confusion peut parfois provoquer des accidents.

Oxygène (Oxygen)

L'oxygène, découvert par Scheele, chimiste suédois, est un gaz incolore et inodore, ininflammable (qui ne brûle pas) mais comburant (qui aide à la combustion). Son poids atomique est 16. L'eau contient 89% d'oxygène, et l'air 20%.

L'extraction de l'oxygène s'opère par deux procédés:

(a) par l'électrolyse de l'eau, procédé peu employé en industrie à cause de son prix de revient élevé:

(b) par la liquéfaction de l'air, méthode la plus employée parce que peu coûteuse.

Liquéfaction de l'air

L'air, d'abord purifié, est comprimé à près de 3000 lb/po. car.

En passant dans des serpentins, cette pression est abaissée à 1000 lb/po. car. et l'air soumis à une nouvelle purification.  L'air est ensuite libéré dans un réservoir à une pression de 6 lb/po. car.

Cette chute de pression transforme l'air à l'état liquide, c'est à dire, à une température de 317° F. sous zéro environ. L'oxygène s'évapore à 297.2° F. sous zéro, et les autres gaz vers 315° sous zéro. À ce stage, l'oxygène est 99.9% pur.

Embouteillage

Le gaz est alors embouteillé dans des cylindres d'acier à une pression de 2200 lb/po. car. à 70° F. (fig. 1).

On trouve sur le marché deux grosseurs de cylindres d'oxygène: le plus gros format contient 244 pieds cubes de gaz. Ces cylindres mesurent 56 pouces de hauteur et 9 pouces de diamètre; ils pèsent environ 152 livres lorsqu'ils sont pleins et 133, une fois vides. Les petits cylindres ont une capacité de 122 pieds cubes de gaz; leur poids est de 89 livres lorsqu'ils sont remplis et de 79 livres, vides. L'oxygène, comme tous les gaz d'ailleurs, se vend au pied cube et non à la livre. Dans un atelier qui consomme peu d'oxygène et d'acétylène, on recommande l'emploi des petits cylindres pour deux raisons:

1 — leur manipulation est facile;

2 — les frais de location des cylindres sont réduits au minimum.

Il faut noter que l'oxygène sous pression en contact avec de l'huile produit un puissant explosif, même sans étincelle. Ainsi, l'utilisation ou une réserve d'huile près des cylindres, pourraient causer des accidents graves. Il n'y a aucun danger d'explosion si l'on soude une pièce dont la surface serait quelque peu huileuse; par contre, il peut y avoir combustion spontanée si l'on concentre un jet d'oxygène pur sur un morceau de linge ou même sur la peau imbibée d'huile.

Voici un tableau comparatif entre les températures de certaines flammes avec de l'air et les températures des flammes avec addition d'oxygène.

L'arc électrique produit une température qui varie entre 7000° et 10,000° F., mais il demeure encore pratiquement impossible de la mesurer avec plus de précision.

On note que les températures des flammes oxy-propane, et du gaz naturel avec oxygène se rapprochent sensiblement de celle de la flamme oxyacétylénique. Une question vient alors à l'esprit: pourquoi l'usage de ces gaz n'est-il pas plus répandu en soudure? Le gaz acétylène est un des seuls gaz endothermiques, c'est-à-dire qu'il absorbe de la chaleur pendant sa fabrication, la conserve et la relâche durant sa combustion. Les autres gaz, appelés exothermiques, relâchent immédiatement la chaleur absorbée au cours de la fabrication. Notons qu'un cylindre de propane contient environ 8 fois plus de gaz qu'un cylindre d'acétylène. Le propane, livré à l'état liquide dans le cylindre, sert surtout pour le préchauffage des pièces et quelquefois pour l'oxy-coupage.

La pression à l'intérieur des cylindres d'oxygène est de 2200 lb. au po. ca. à la température de 70° F. Si la température du cylindre devient supérieure ou inférieure à 70° F., la lecture du manomètre de haute pression accusera une différence de 6 livres par po. ca. par degré F. en plus ou en moins. Par exemple, si la température du cylindre est de 65° F., on lira une pression de 2170 lb. au po. car.: toutefois, la quantité d'oxygène demeure la même et le gaz s'est contracté sous l'effet du froid. Laissons la température revenir à 70° F. et le gaz se dilatera pour donner à nouveau une lecture de 2200 lb. au po. car.

Une nouvelle phase de distribution d'oxygène se dessine pour l'avenir. Quelques manufacturiers introduisent sur le marché des cylindres d'oxygène liquide dont la capacité est de 3000 pieds cubes, soit une réserve environ 12 fois supérieure au cylindre régulier de 244 pieds cubes. Le consommateur bénéficie alors d'une économie appréciable sur les frais de transport et de manutention. De plus, la surface de plancher pour entreposer un cylindre d'oxygène liquide est très inférieure à celle requise pour 12 cylindres d'oxygène gazeux. Le nouveau cylindre utilisé par Linde Air Products (fig. 2) pèse environ 505 livres quand il est plein et 300 livres une fois vide.

Il consiste en une bonbonne à paroi double, genre thermos, dont la partie intérieure contient l'oxygène liquide; celuici passe graduellement à travers une section entre les 2 parois où l'évaporation a lieu. L'oxygène devenu gazeux est distribué à une pression de 75 livres au pouce carré, avec un débit de 300 pieds cubes à l'heure.

Cambridge Corp. fabrique un cylindre de même capacité avec débit de 150 pieds cubes à l'heure à une pression variable de 50 à 200 livres au pouce carré. L'évaporateur de ce cylindre est placé à l'extérieur contrairement à celui de Linde. Actuellement, ces cylindres, que l'on peut utiliser seul ou en série, s'avèrent pratiques surtout chez les consommateurs à gros débit.

Acétylène

L'acétylène est un gaz combustible (qui brûle), incolore, à odeur d'ail. Sa formule chimique est C₂H₂. On le produit par la combinaison du carbure de calcium et de l'eau.

Le carbure de calcium s'obtient par la fusion de la chaux et du coke dans des fournaises électriques. Remarquons que le procédé de fabrication des deux gaz qui servent à la soudure oxyacétylénique diffère complètement au point de vue température. On se rappelle que l'oxygène est produit à 317° sous zéro, tandis que le carbure de calcium se fabrique dans des fournaises électriques, à une température d'environ 4000° F. Ce carbure se vend en barils métalliques, en morceaux de différentes grosseurs ou en gâteaux, suivant la marque du générateur. On rencontre deux variétés de générateurs :

1 — à chute d'eau sur le carbure: procédé employé pour les lampes de mineurs et quelques rares industries seulement;

2 — à chute de carbure dans Veau: très employé pour la fabrication de l'acétylène en grande quantité.

Les cubes de carbure viennent en contact avec une grande quantité d'eau. La réaction engendre une forte élévation de température, en partie absorbée par l'eau. C'est la principale raison pour laquelle on emploie des générateurs à chute de carbure dans l'eau.

L'acétylène se purifie en barbotant dans l'eau. De là, le gaz est ensuite dirigé dans des tuyaux vers l'opérateur ou dans des cylindres. Les générateurs se vendent en deux catégories:

1 — les générateurs à basse pression, qui fournissent l'acétylène à une pression inférieure à 1 lb/po. car.;

2 — les générateurs à pression moyenne, variant de 1 lb. à 15 lb/po. car. Tous ces générateurs peuvent être portatifs ou fixes (fig. 3).

Voici quelques données sur la fabrication de l'acétylène:

1 — Capacité des générateurs: 12 à 600 pieds cubes à l'heure.

2 — Proportion approximative du mélange: 1 gallon d'eau par livre de carbure de calcium.

3 — Une livre de carbure de calcium génère environ 4½ à 5 pieds cubes d'acétylène.

4 — Une livre de carbure de calcium augmente la température d'un gallon d'eau de 90° F. pendant la réaction.

5 — 14½ pieds cubes d'acétylène pèsent 1 livre.

Inutile d'entrer dans les détails de la fabrication et de l'opération des générateurs; tous les manufacturiers donnent des indications précises sur la façon de se servir des appareils qu'ils fabriquent. D'ailleurs, un opérateur ou un contremaître dans chaque usine est préposé au générateur qu'il est seul à opérer. À l'état libre, l'acétylène ne doit pas être comprimé à plus de 15 lb/po. car., car il devient alors très explosif, même sans étincelle. Le maximum de pression est de 30 livres, mais les compagnies d'assurances exigent, par mesure de sécurité, un maximum de 15 livres au pouce carré.

Cependant, on peut comprimer l'acétylène jusqu'à 250 et même 300 livres dans des cylindres spéciaux. Ces cylindres, en acier épais, sont à l'intérieur remplis de matières poreuses: charbon de bois, ciment, bois de balsa, amiante, terre d'infusoires. Puis, on y verse de l'acétone, liquide qui a la propriété de dissoudre 25 fois son volume d'acétylène pour chaque atmosphère (14.7 lb/po. car.). Un cylindre d'acétylène de 200 à 300 pieds cubes contient environ 4% à 5 gallons d'acétone. C'est donc dire que le gaz n'est plus à l'état libre, mais dissous. Comme pour l'oxygène, il y a deux grosseurs de cylindres pour l'acétylène. Les plus gros contiennent de 200 à 300 pieds cubes de gaz et pèsent de 200 à 240 livres, pleins, et de 169 à 223 livres, vides. Les petits sent 97 livres, pleins, e livres, vides (fig. 4).

Chaque cylindre est vu de fusibles de sûreté qui consistent en des boulons d'acier percés d'un trou central; on remplit cette cavité d'un alliage dont le point de fusion est de 250° F. Si une chaleur trop intense entoure le cylindre, l'alliage fond, et le gaz est libéré, ce qui prévient une dilatation trop grande de l'acétylène dans le cylindre et l'explosion. Si l'on constate une fuite de gaz par un fusible du cylindre, il faut retourner ce cylindre au plus tôt à la compagnie en prenant soin de le placer à l'extérieur en attendant l'expédition, afin de prévenir une accumulation de gaz à l'intérieur de l'atelier.

L'acétylène, en contact avec le cuivre, l'argent ou le mercure forme des acétylides, surtout s'il y a des impuretés dans le gaz ou sur le métal. Ces acétylides sont très explosifs et le moindre choc ou une application de chaleur peut provoquer l'explosion. Aussi recommandeton de ne jamais employer des pièces contenant plus de 67% de cuivre sur les conduits d'acétylène. Un grand nombre de soudeurs sont portés à coucher les cylindres lorsqu'ils soudent à l'extérieur. Pratique déplorable, car l'acétone, liquide combustible, passe dans les boyaux, brûle avec les gaz et altère la soudure en y introduisant des gaz dommageables. De plus, lorsque Ton retourne un cylindre vide d'acétylène à la compagnie, on le pèse, et le consommateur doit payer pour l'acétone consommée. On évite ces ennuis si l'on utilise le cylindre debout.