Wat is acetyleen?

Acetyleen wordt ook wel ethyn genoemd en is een kleurloos, zeer brandbaar gas met brede explosiegrenzen in mengsels met lucht. Hoewel acetyleen een kleurloos gas is heeft het wel een knoflookachtige geur waardoor het toch door mensen kan worden waargenomen. Acetyleen wordt in de techniek gebruikt voor bijvoorbeeld autogeen lassen.

Ethyn of acetyleen?
Acetyleen wordt ook wel ethyn genoemd en dat kan verwarrend zijn. Beide benamingen lijken niet heel veel op elkaar. De verschillende benamingen hebben hun oorsprong in de geschiedenis. in 1836 had de Britse scheikundige Edmund Davy de gasvormige stof ontdekt en hij gaf het de naam Ethyn. Vanaf deze ontdekking raakte de stof enigszins in de vergetelheid. In 1860 werd de stof echter opnieuw ontdekt door de Franse scheikundige Marcellin Berthelot. Hij gaf de stof de naam acetyleen. Met de benaming ethyn en acetyleen wordt in feite dezelfde stof bedoelt.

Eigenschappen van acetyleen
Acetyleen heeft verschillende eigenschappen. Zo is het gas kleurloos maar niet reukloos. Het gas heeft een soort knoflook achtige geur. Daarnaast is het een reactief gas dat heel brandbaar is en brede explosiegrenzen heeft in luchtmengsels. Dat houdt in dat acetyleen een breed explosiegebied of concentratiegebied heeft. Er worden bij het vaststellen van het explosiegebied van een bepaalde stof twee grenswaarden gehanteerd namelijk de LEL en de UEL. De afkorting L.E.L. staat voor “Lower Explosive Limit” oftewel de onderste explosiegrens.

De afkorting UEL staat voor Upper Explosion Limit oftwel de bovenste explosiegrens. Men heeft het ook wel over een LEL waarde en een UEL waarde. Het gedeelte tussen de LEL waarden en de UEL waarde wordt ook wel het explosiegebied genoemd. Dit explosiegebied is bij acetyleen heel groot want de LEL waarde is 2,5% en de UEL waarde is 82%. Dit houdt in dat een acetyleen concentratie tussen de 2,5% en 82 % in combinatie met lucht een explosief mengsel vormt.

Wat is carbid?

Carbid is een witgeel tot grijsblauw, kristallijn poeder of steenachtig materiaal dat bestaat uit een anorganische verbinding van calcium en koolstof en heeft een molecuulformule van CaC2. Carbid is een product dat wordt vervaardigd door mensen en kan dus niet als gereed product worden gewonnen uit de natuur. Carbid komt dus niet uit een mijn maar wordt gemaakt. Formeel is calciumcarbide het calciumzout van ethyn. Voor carbid worden ook wel andere benamingen gebruikt zoals karbiet of carbuur.

Hoe wordt carbid gemaakt?
Het produceren van carbid gebeurd door steenkool met een hoog gasgehalte gezamenlijk met ongebluste kalk (calciumoxide) te verhitten. Dit gebeurd met een temperatuur tot wel 2000 graden Celsius. De steenkoolcokes worden in een vlamboogoven in verschillende lagen opgestapeld met daartussen de ongebluste kalk. Vervolgens worden deze lagen verhit door gebruik te maken van een elektrische vlamboog die gecreëerd wordt met grafietelektroden. Na het verhitten koelt het mengsel af en is carbid ontstaan. De hiervoor genoemde methode is in 1888 uitgevonden door Thomas Leopold Willson, hij was een Canadese uitvinder.

Ethyn en acetyleen
Door carbid in contact te brengen met een bepaalde hoeveelheid water ontstaat er een reactie waarbij gas vrijkomt. Dit proces wordt ook wel hydrolyse genoemd. Hydrolyse is de splitsing van een chemische verbinding onder opname van water. Tijdens de hydrolyse tussen carbid en water komt het gas ethyn vrij. Dit gas wordt ook wel acetyleen genoemd en is een brandbaar en explosief gas. Ethyn heeft verschillende toepassingen (gehad) in de techniek. Hieronder lees je in een aantal alinea’s een aantal voorbeelden van de toepassing van carbid en het daaruit geproduceerde acetyleen.

Toepassing calciumcarbide in carbidlampen
Calciumcarbide werd tussen 1900 en 1945 onder andere gebruikt voor een carbidlamp. Vroeger werden carbidlampen geplaatst op voertuigen zoals auto’s en vrachtauto’s. Ook werden speciale carbidlampen gemaakt voor fietsen. Een carbidlamp bevat een waterreservoir. Daaruit druppelt water dat op het carbid. Dit gebeurd met een nauwkeurige afstelling. Voor het contact tussen het water en het carbid ontstaat ethyn. Dit is een brandbaar gas. Wanneer het ethyngas met een vlam ontstoken wordt ontstaat er een wit licht. Carbidlampen moeten nauwkeurig worden afgestemd en zijn niet heel erg praktisch. Toen elektrische verlichting in opkomst kwam verdween de carbidlamp uit de voertuigentechniek.

Carbid en autogeen lassen
Carbid werd vroeger ook in smederijen gebruikt om ethyn oftewel acetyleen te maken als brandstof voor lasbranders. Het acethyleengas wordt gebruikt voor het zogenaamde autogeen lassen. Daarbij wordt acetyleen in een gasmengsel gebracht met zuivere zuurstof. Tegenwoordig wordt ethyn of acetyleen echter in gasflessen geleverd waardoor ethyn door de smid of lasser niet meer uit carbid hoeft te worden vervaardigd. Autogeen lassen wordt ook wel zuurstof-acetyleenlassen lassen genoemd en wordt tegenwoordig nog steeds gedaan. Het autogeenlassen wordt bijvoorbeeld nog gedaan in de installatietechniek. Daarbij worden dikwandige leidingen doormiddel van een autogeenbrander aan elkaar gelast door een autogeen lasser of een dikwandige cv-monteur. Het autogeen lassen verdwijnt echter langzaam uit de installatietechniek. Dit komt omdat het autogeenlassen wordt vervangen door het zogenaamde TIG lassen.

Carbidschieten
Bij veel mensen is carbid vooral bekend vanwege het carbidschieten. Hierbij wordt carbid in combinatie met water gebruikt om een explosie te creëren. Carbidschieten wordt in verschillende delen van Nederland nog jaarlijs gedaan, dit gebeurd meestal rond de jaarwisseling. In Nederland is deze traditie onder de naam carbidschieten bekend maar ook in België kent men deze traditie en noemt men het carbuurschieten. In sommige streken van Nederland heeft men het over pullenschieten, losschieten of melkbusschieten. De laatste benaming is best logisch want vaak wordt voor carbidschieten een melkbus gebruikt. Maar naast een melkbus kan men ook gebruik maken van een aangepaste gasfles of een verfbus.

De melkbus, of andere metalen behuizing, wordt voorzien van een bepaalde hoeveelheid carbid dat met water wordt natgemaakt. Vervolgens wordt de bus afgesloten. Dit gebeurde vroeger vaak met een deksel maar tegenwoordig gebruikt men uit veiligheidsoverwegingen steeds vaker een plastic bal. Door de reactie tussen water en carbid ontstaat het eerder genoemde ethyn. Dit brandbare gas wordt door een klein zundgat ontstoken of men gebruikt een bougie. Het ontstoken gas ontploft met een harde doffe dreun. Door de explosie wordt het deksel of de bal weggeschoten. Een knal met een melkbus kan erg luid zijn. Het EO-programma Checkpoint had in seizoen 7 aangetoond dat men met carbidschieten een geluid van 110 dB kan produceren. Daarom is gehoorbescherming bij carbidschieten zeker belangrijk als persoonlijk beschermingsmiddel. 

Wat is een snijbrander en waar wordt snijbranden toegepast?

Snijbranden is een proces waarbij objecten doormiddel van verbranding worden doorgesneden. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een snijbrander. Een snijbrander verbrand het materiaal waarop de snijbrander is aangebracht. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een brandbaar gas dat gecombineerd wordt met zuurstof. Het materiaal dat weggebrand moet worden wordt tijdens het snijbranden eerst verhit. Het zuurstof zorgt er daarna voor dat de verbranding van het materiaal continue door blijft gaan. Snijbranden is in feite een chemisch oxidatieproces. Dit proces is veel sneller dan snijden met behulp van een slijptol die voorzien is van een speciale schijf. Daarnaast kost snijbranden minder energie en maakt het minder lawaai dan een slijptol.

Waarvoor is snijbranden geschikt?
Snijbranden kan worden gebruikt om leidingen door te branden of plaatwerk te snijden. Het is geschikt voor laaggelegeerd en ongelegeerd staal. Snijbranden is geschikt om zeer diep te snijden en kan gebruikt worden voor materiaaldiktes van 1 millimeter tot 1000 milimeter. Het is belangrijk dat het materiaal dat gesneden moet worden over voldoende verbrandingswarmte kan beschikken. De verbrandingswarmte wordt namelijk in combinatie met de toevoeging van een overschot aan zuurstof gebruikt om het proces van snijbranden in gang te houden. Snijbranden is daarom uitermate geschikt voor het snijden van metalen. Echter staalsoorten die een hoog koolstofgehalte bevatten kunnen niet doormiddel van snijbranden worden doorgesneden. Het smeltpunt van deze metalen ligt te hoog. De slak die ontstaat tijdens het snijbranden kan hierdoor niet goed worden weggeblazen. Daarnaast is snijbranden niet geschikt voor roestvast staal en aluminium.

Snijbranden wordt veel toegepast binnen de werktuigbouwkunde en binnen dikwandig installatiewerk. Het proces lijkt veel op autogeen lassen. Bij autogeen lassen wordt er juist voor gezorgd dat er niet te veel zuurstof wordt toegevoerd. Wanneer dit wel gebeurd wordt het werkstuk aangetast. Bij snijbranden is het juist de bedoeling dat het werkstuk gecontroleerd wordt aangetast.

Wat is een snijbrander
Er zijn twee verschillende snijbranders: de gelijke druk brander en de injectorbrander. Snijbranders lijken veel op de branders die bij autogeen lassen worden gebruikt. Een snijbrander bevat een extra knop om juist meer zuurstof toe te voeren. Dit gebeurd onder een hoge druk. Hierdoor kan het materiaal wat onder de snijbrander is geplaatst nog beter verbranden en wordt het tevens weggeblazen. De kop van een snijbrander staat onder een hoek van 90 graden ten opzichte van het handvat. De zuurstoftoevoer is centraal. Daar omheen zijn mondstukken aanwezig waardoor brandstof wordt toegevoerd. De brandstoffen die gebruikt worden voor een snijbrander verschillen. Daarom zijn er ook verschillende mondstukken die rondom de zuurstoftoevoer kunnen worden geplaatst. Hierbij wordt rekening gehouden met de eigenschappen van de brandstoffen.

Snijgassen die bij snijbranden worden gebruikt
Naast zuurstof moet er bij snijbranden ook gebruik worden gemaakt van een brandbaar gas. Voor een verbranding is er namelijk naast zuurstof ook brandstof nodig. Er zijn verschillende brandbare gassen die kunnen worden gebruikt bij snijbranden. Een veel gebruikt gas is acetyleen, daarnaast wordt ook wel gebruik gemaakt van propaan, Map S Gas, propyleen en aardgas. Acetyleen wordt in de praktijk veel gebruikt omdat hiermee een hoge vlamtemperatuur kan worden bereikt en een sterk gerichte vlam ontstaat. Hieronder wordt een uitleg gegeven over snijbranden met autogeen.

Snijbranden met een autogeen lastoestel
Met een autogeen lastoestel kan men ook snijbranden. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een oxiderende lasvlam. Bij deze lasvlam wordt weinig brandbaar gas toegevoegd. Meestal is dit gas bij een autogeentoestel acetyleen. Wanneer er weinig acetyleen aanwezig is ontstaat er een overschot aan zuurstof. Er ontstaat een vlam met een kleine kegel. Het teveel aan zuurstof zorgt er voor dat het werkstuk, op de plaats waar de lasvlam wordt gehouden, verbrand en daardoor doorbrand. Autogeen snijden wordt veel toegepast omdat de apparatuur niet veel geld kost en daarnaast ook gebruikt kan worden voor lassen en gutsen.

Wat is autogeen lassen en waar wordt autogeen lassen toegepast?

Autogeen lassen is een lasproces waarbij gelast wordt met een zeer hete vlam. Voor het creëren van deze hete vlam wordt meestal gebruik gemaakt van acetyleen in combinatie met zuivere zuurstof. Door deze combinatie wordt autogeen lassen ook wel zuurstof-acetyleenlassen of gassmeltlassen genoemd. Er wordt gebruik gemaakt van een speciale brander. De brander wordt bij het autogeen lassen met één hand vast gehouden. Met  de andere hand wordt vulmiddel aangebracht.

Het is erg belangrijk dat de lasvlam goed wordt afgeregeld. Wanneer er teveel zuurstof wordt toegevoegd kan het werkstuk worden beschadigd. Daarnaast kan een overschot aan acetyleen niet tijdig worden verband en geeft daardoor nauwelijks hitte. De vlam kan tijdens autogeen lassen op drie verschillende manieren worden geregeld. Dit heeft te maken met de toevoeging van acetyleen en zuurstof.

Neutrale lasvlam
Er kan gelast worden met een neutrale lasvlam. In deze vlam wordt alle toegevoegde zuurstof gebonden aan acetyleen. Hierdoor blijft er in de lasvlam geen zuurstof over zodat het werkstuk niet kan worden verbrand. Een neutrale lasvlam heeft geen pluim maar een zo groot mogelijke kegel. Aan het uiteinde van de kegel zit een afgeronde punt.

Carburerende lasvlam
Een andere soort lasvlam is de carburerende lasvlam. Deze vlam bevat teveel acetyleen ten opzichte van de toegevoegde zuurtstof. De lasvlam heeft hierdoor een lange gele pluim in plaats van een scherpe kegel.

Oxiderende lasvlam
Naast de hiervoor genoemde lasvlammen kan ook een oxiderende lasvlam ontstaan bij autogeen lassen. Deze lasvlam ontstaat wanneer er weinig acetyleen is toegevoegd. Dit zorgt voor een vlam in de vorm van een kleine kegel. De kegel bevat een scherpe punt. Er is in de vlam teveel zuurstof aanwezig ten opzichte van acetyleen. Door het overschot aan zuurstof wordt het smeltbad gedurende het lasproces beschadigd. Gedeeltes van het smeltbad worden door de lasvlam verbrand.

Stekende en slepende lasmethode
Bij autogeen lassen kan gebruik worden gemaakt van twee verschillende lastechnieken. De eerste techniek is de stekende lasmethode. Deze methode wordt gebruikt bij wanddiktes tot maximaal 4 millimeter. Stekend lassen wordt ook wel duwend lassen genoemd. Hierbij wordt de lasbrander naar voren gebracht terwijl het lastoevoegmateriaal  door de lasvlam heen in het smeltbad wordt aangebracht.

De andere lasmethode die bij autogeen lassen wordt toegepast is de slepende lasmethode. Deze methode wordt ook wel trekkend lassen genoemd en wordt toegepast bij materialen met een wanddikte van 6 millimeter of meer. Hierbij wordt de lasvlam tegen het smeltbad in gehouden. De lasvlam brand hierbij tegen het smeltbad aan en de toorts wordt steeds verder naar achteren getrokken. Het lastoevoegmateriaal wordt met draaiende bewegingen in het smeltbad aangebracht. Door het wegtrekken van de lastoorts stolt het smeltbad en ontstaat de lasverbinding.

Waar wordt autogeen lassen toegepast?
Autogeen lassen wordt tegenwoordig voornamelijk toegepast bij dikwandig installatiewerk. Hierbij wordt autogeen lassen gebruikt voor het aan elkaar lassen van onderdelen van dikwandige installaties ten behoeve van centrale verwarming. Deze dikwandige installaties worden vaak aangelegd in grote utiliteit en industriële gebouwen. De leidingen die daar aan elkaar gelast worden zijn dikwandig. Dit houdt in dat wanddikte van leidingen dikker is dan 3 millimeter. Het autogeen lasproces wordt gebruikt voor het aan elkaar lassen van deze leidingen.  Tegenwoordig wordt autogeen lassen ook wel vervangen door TIG lassen. Autogeen kan ook worden gebruikt om leidingen en buizen te snijden.  Hierbij wordt gebruik gemaakt van een oxiderende lasvlam. Dit wordt ook wel snijbranden genoemd.