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De l'ozone pour la soudure...

Nobudy

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Posté le : 19/03/2008, 19:59 (Lu 32857 fois)
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Bonsoir,


La température d'une flamme de chalumeau dépend des gaz. Le butane seul sans dioxygène liquide, brûle vers les 1500°C.
L'une des combinaisons de gaz les plus puissante est l'acétylène-dioxygène. Donc C2H2 + O2.

Voici la réaction de combustion dans le dioxygène pur :

2 C2H2 + 5 O2 => 4 CO2 + 2 H2O

L'énergie dégagé est en grande partie dû à la présence d'un triple liaison.

La température de la flamme oxyacétylénique est à 3810°C.


Peut-on faire mieux.

Je croie que oui en utilisant un meilleur oxydant. Qu'en pensez-vous ?

Pourquoi ne pas souder à l'ozone ?
Pourquoi ne pas souder au protoxyde d'azote ?

Ces deux gaz sont plus oxydant que le dioxygène pur. L'ozone est instable, certes mais comme l'acéthylène. Et ce dernier est stocké dissous dans de l'acétone pour ne pas se décomposer explosivement.

Le protoxyde d'azote est commercialisé (en effet, on l'utilise dans les bombonnes de chantilly mais aussi comme comburant sur les voiture de course), pourquoi ne pas l'utiliser pour la soudure ?

Merci pour vos informations.


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Re: De l'ozone pour la soudure... [56205]

bart

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Posté le : 19/03/2008, 20:14 (Lu 32850 fois)
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Je ne suis pas un spécialiste de la metallurgie mais j'ai déjà vu qu' en soudure on utilise justement de l'argon en combinaison avec le propane-butane pour limiter l'oxydation des matières soudées. Quel métal voudrais-tu souder qui aie besoin d'une température aussi élevée ? Du tungstène ? Maintenant c'est vrai que si tu veux découper un coffre-fort ça pourrait-être utile .

Re: De l'ozone pour la soudure... [56207]

Nobudy

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Posté le : 19/03/2008, 20:26 (Lu 32843 fois)
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LOL


Non, sérieusement, moi personnellement, je ne veux rien souder, c'est pour l'avenir que je pense à ça. En effet, plus la température de la flamme est élevée et plus large est la gamme de métal "soudable".

Une combinaison ozone-acétylène doit atteindre les 4000°C, non ?

Connaissez-vous un gaz plus "puissant" que l'acétylène ?


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Re: De l'ozone pour la soudure... [56208]

Mad chemist

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Posté le : 19/03/2008, 20:28 (Lu 32840 fois)
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Il y a aussi les torches à plasma d'argon qui peuvent aller jusqu'a 9000 Kelvin.
Pour la soudure a l'argon l'acronyme c'est TIG (Titanium Inert Gas)

Bonnes recherches!


Associé de recherche en chimie médicinale (Bac+5)

Re: De l'ozone pour la soudure... [56210]

Nobudy

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Posté le : 19/03/2008, 20:31 (Lu 32838 fois)
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8726°C, et quel métal soude-t-ton avec une tel température, du titane ?


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Re: De l'ozone pour la soudure... [56214]

oskarchem

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Posté le : 19/03/2008, 20:44 (Lu 32830 fois)
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Ca ne doit pas être utilisé seulement pour la soudure.

Re: De l'ozone pour la soudure... [56218]

darrigan
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Posté le : 19/03/2008, 21:57 (Lu 32820 fois)
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Pour savoir il faudrait essayer de calculer la température de flamme d'un tel mélange.

Quelques rappels thermodynamiques :

1. Dans une réaction qui dégage de la chaleur, on passe d'un Etat initial à température T1 à un Etat final à température Tf :


2. Pour aller de l'état initial à l'état final, la thermodynamique nous autorise à passer par n'importe quel chemin. Ce qui compte, c'est l'état initial et l'état final.
Par exemple passons par un état hypothétique qui est celui des produits qui sont toujours à la température initiale. On décompose le chemin ainsi :


3. A chaque chemin correspond une quantité de chaleur échangée, opération thermodynamique qui peut se calculer.
Puisqu'on est, dans une flamme à pression constante, le passage de l'état initial à l'état hypothétique est l'enthalpie de réaction à température Ti, enthalpie qui est négative.
Dans le cas d'une combustion, cette étape libère d'autant plus de chaleur de les liaisons chimiques sont fortes dans réactifs et faible dans les produits.
Le passage de l'état hypothétique à l'état final est simplement le réchauffement des produits de Ti à Tf, donc la variation de température multipliée par la capacité calorifique (à pression constante) des produits (en première approximation). Cette étape absorbe de la chaleur, puisqu'il faut absorber une certaine quantité de chaleur pour élever la température. Cette énergie est positive.


4. Or la combustion dans une flamme est tellement rapide que l'on peut considérer que l'échange de chaleur avec l'extérieur de la flamme n'a pas le temps de se faire : le système est adiabatique. On a donc ∆H=0. Puisque l'énergie engagée en prenant un chemin est égale à l'énergie engagée en prenant l'autre chemin, on peut égaler les deux. De là on peut tirer la température finale Tf.


Conclusion : la température finale sera d'autant plus grande que :
- les liaisons chimiques dans les réactifs seront fortes
- les liaisons chimiques dans les produits seront faibles
- les capacités thermiques des produits seront faibles

Problème posé : est-ce que l'ozone (O3) donnerait une flamme plus chaude que O2 ?
- en équilibrant l'équation chimique, la produits sont les mêmes. En supposant des proportions stoechiométriques, Cp ne change pas.
- enthalpie de formation de O2 : 0 (par définition)
- enthalpie de formation de O3 : 142,7 kJ/mol (Handbook)

Donc oui en théorie avec de l'ozone la température serait plus élevée.
(J'espère ne pas avoir fait d'erreur !)

Mais il y a un problème pour stocker l'ozone liquide dans une bouteille : l'ozone liquide est hautement explosif !

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Edité le 19/03/2008, 22:00 par darrigan

Re: De l'ozone pour la soudure... [56220]

Nobudy

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Posté le : 19/03/2008, 22:07 (Lu 32817 fois)
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Je te remercie beaucoup pour tes explications.

Malheureusement, je ne saurais faire le même calcule pour N2O alors quelqu'un pourrait-il m'aider ?

L'ozone liquide est explosif, dis-tu ? Je croie bien que air liquide en vends. Mais je peux me tromper. Mais pourquoi serait-il explosif, il n'y que un comburant... si c'est à cause de la décomposition en dioxygène, je croyais que cette réaction était lente et nul lorsqu'il y a une pression importante. Si je me trompe, ne peut-on pas dissoudre l'ozone dans un liquide (tel l'acétylène dans l'acétone), pour éviter l'explosion ?

Merci d'avance.


PS : Encore merci à Clovis pour ces explications.


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Re: De l'ozone pour la soudure... [56221]

darrigan
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Posté le : 19/03/2008, 22:21 (Lu 32812 fois)
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Avec N2O :
- enthalpie de formation de N2O : 81,6 kJ/mol (Handbook)

Déjà tu vois que c'est moins élevé que l'ozone. La différence entre les 2 est d'environ 80 kJ/mol, donc la chaleur produite sera moindre qu'avec l'ozone.

Mais en plus, le N2 est libéré pendant la réaction et vient s'ajouter aux produits. Donc il faut compter dans le Cp celui du diazote.

Cp(N2) = 29,1 J/mol/K

Et tu vois pour chaque mole et chaque degré d'élévation le N2 "absorbera" 29 J. Admettons que l'on raisonne sur une mole de N2O, donc 2 N2O si on veut avoir la même quantité d'oxygène que si c'était O2 : cela produit 2 moles de N2.
Supposons que l'élévation de température est de l'ordre de 3500°C (ce qui est un minimum), alors la chaleur "absorbée" par 2 moles de N2 pour 3500° d'écart est de 2*3500*29,1 = 203,7 kJ.

Du coup on est nettement moins bons qu'avec O3 ! (sauf erreur...)


L'ozone liquide est bien un liquide bleu comme de l'encre et très instable (référence : "Le parfum de la fraise", P. Atkins, p. 30). Cela dit gazeux en bouteille, c'est possible (mais cher).

Re: De l'ozone pour la soudure... [56223]

chatelot16

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Posté le : 19/03/2008, 22:47 (Lu 32806 fois)
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ce n'est pas la temperature de combustion qui fait la superiorite de l'acetylene : c'est la vitesse de combustion elle est 10 fois superieure aux autres gaz

le propane et l'oxygene donne aussi une temperature suffisante pour fondre le fer mais on ne peut faire de soudure autogene avec : la flamme est trop longue la chaleur pas assez concentré

avec l'acetylene la vitesse maxi du gaz dans la buse est 10 fois plus grande , la flamme est tres courte suffisament concentré pour fondre le point que l'on veut de la piece a souder

le seule gaz qui donne aussi cette vitesse de flamme est l'hydrogene : lui aussi permet la soudure autogene

Re: De l'ozone pour la soudure... [56227]

darrigan
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Posté le : 19/03/2008, 23:19 (Lu 32798 fois)
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Oui tu as raison, il n'y a pas que la thermo ! La cinétique doit jouer... puisque c'est elle qui va déterminer à quelle vitesse est libérée l'énergie.

Re: De l'ozone pour la soudure... [56229]

olaf

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Posté le : 19/03/2008, 23:24 (Lu 32798 fois)
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La molécule d'Ozone est extrèmement réactive, elle se combine dès qu'elle le peut de manière à trouver de la stabilité. Elle oxyde les substances organiques.
Ce qui dégage de l'énergie dans l' explosion de l'Ozone pure, ce n'est pas une combustion (un oxydant tout seul ) mais un réaménagement moléculaire.
Dissoudre ce gaz dans l'Acétone serait suicidaire. On risque d'obtenir un péroxyde cyclique connu pour ètre extrémement dangereux.

Je suis étonné que l'Air Liquide le vende en bouteille.

Habituellement on le prépare au fur et à mesure de son utilisation en faisant passer un courant d'Air ( ou O2 ?) dans un ozonisateur ou le gaz subit des décharges électriques, l'Ozone n'est alors pas pur mais dilué et on l'utilise sous cette forme.

La combution de l'Acétylène avec N2O parait intéressante pour obtenir une flamme plus chaude que l'oxyacétylènique (la décomposition de N2O en N2+1/2O2 fournissant déja de l'energie). ll faudrait savoir si l'on peut maitriser la combustion de cette flamme. Avec l'oxyacétylènique la flamme ne peut pas ètre maintenue au dessus d'une certaine proportion d'Oxygène car on obtient une explosion, de plus, la décomposition du protoxyde d'Azote en Azote et Oxygène se faisant souvent sur un mode explosif, cela ne devrait pas faciliter les choses...

Merci également à Clovis pour ses schémas très clairs.

Re: De l'ozone pour la soudure... [56237]

chatelot16

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Posté le : 20/03/2008, 10:00 (Lu 32785 fois)
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Citation
Avec l'oxyacétylènique la flamme ne peut pas ètre maintenue au dessus d'une certaine proportion d'Oxygène car on obtient une explosion


sur mon chalumeau je peux sans probleme mettre de l'oxygene jusque en exces , ca nexplose pas : la vitesse dans la buse doit etre legerement superieur a la vitesse de flamme et la flamme ne peut remonter le courant elle reste a la sortie ou la vitesse diminue

on ne peut pas fermer les robinet pour reduire le debit d'une buse trop grosse car la flamme remonte et ca pete de plus en plus souvent : il faut mettre une buse plus petite , ces explosion sont bruyante mais pas dangereuse dans un chalumeau , il n'y a que le volume entre robinet et buse qui pete et c'est assez solide pour suporter



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Edité le 20/03/2008, 10:05 par chatelot16

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Edité le 20/03/2008, 14:11 par chatelot16

Re: De l'ozone pour la soudure... [56241]

ECOLAMI

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Posté le : 20/03/2008, 12:42 (Lu 32778 fois)
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Bonjour,
J'avais lu, ily bien longtemps, que la combustion du cyanogène libérait une température encore supérieure a celle de l'acétylène.

Sinon quand on veut obtenir une température trés élevée on peut employer la "lance thermique". J'avais vu ça en fonctionnemment pour découper du BETON en le fondant comme "du beurre": c'était vraiment incroyable! Il s'agit simplement d'un long tube de fer alimenté en oxygène et dont on a enflammé l'extrémité. La chaleur est si forte que des grosses quantité d'oxydes d'azote apparaissent.

Pour la soudure proprement dite rappellons l'aluminothtermie qui permet de souder des rails de chemin de fer. La réaction est une oxydo-réduction Aluminium/Oxyde de Fer pour former du fer fondu qui soude les rails. Cela se fait dans un moule spécial en deux pièces.



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Re: De l'ozone pour la soudure... [56253]

darrigan
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Posté le : 20/03/2008, 18:24 (Lu 32764 fois)
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Rappel : le cyanogène est NC-CN (avec triples liaisons en C et N).

J'ai vu, en cherchant, un peu un autre gaz qui pourrait donner une température encore supérieure : NC-CC-CN (avec triples liaisons non représentées) On pourrait l'appeler dicyanoéthyne, ou dicyanoacétylène.

Re: De l'ozone pour la soudure... [56257]

Nobudy

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Posté le : 20/03/2008, 19:49 (Lu 32756 fois)
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Le cyanogène est un gaz très toxique, ceci étant du à la présence de groupement cyanure.

Bien sûr, s'il est brûlé, les produits ne sont pas dangereux (NO2, CO2 je croie) mais tout de même si il y avait une fuite.

La chaleur dégagé par la combustion du cyanogène est donc dû au deux triple liaisons ? Et pour le dicyanoéthyne, c'est donc dû au trois triple liaisons ?

Imaginez un chalumeau avec Ozone + Dicyanoéthyne : LE MONSTRE !!!




Encore merci à tous.


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Re: De l'ozone pour la soudure... [56260]

neradol

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Posté le : 20/03/2008, 20:35 (Lu 32748 fois)
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groupement cyanure... on appelle ça des groupements nitriles


Neradol

Re: De l'ozone pour la soudure... [56280]

Nobudy

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Posté le : 21/03/2008, 13:49 (Lu 32729 fois)
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Peut-on souder à l'hydrogène ?


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Re: De l'ozone pour la soudure... [56291]

bart

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Posté le : 21/03/2008, 17:59 (Lu 32712 fois)
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...oui en micro-technique et en bijouterie la soudure à l'hydrogène est de plus en plus utilisée. Voici à quoi ressemblent ces poste à souder:

http://www.spirig.com/products/microflaming/spirflame/overview/spirflame_overview_fra.html

Re: De l'ozone pour la soudure... [56307]

Nobudy

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Posté le : 22/03/2008, 00:04 (Lu 32697 fois)
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Vraiment super !

Et quelle la température de la réaction :
2 H2 + O2 => 2 H2O

?

Merci d'avance.

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Edité le 22/03/2008, 00:05 par N2O

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Edité le 22/03/2008, 00:05 par N2O


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Re: De l'ozone pour la soudure... [56314]

bart

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Posté le : 22/03/2008, 01:08 (Lu 32690 fois)
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...il me semble que l'on obtient une flamme aux alentours des 2600°C.

Re: De l'ozone pour la soudure... [56323]

Nobudy

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Posté le : 22/03/2008, 12:31 (Lu 32625 fois)
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C'est pas super alors. L'acétylène, c'est 3810°C.


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Re: De l'ozone pour la soudure... [56337]

bart

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Posté le : 22/03/2008, 19:39 (Lu 32612 fois)
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...comme je l'ai mentionné on utilise ce genre de postes à souder à hydrogène en micro-technique et en bijouterie et dans ce cas c'est largement suffisant, on n'a pas besoin d'avoir une flamme à plus de 3000°C comme c'est le cas dans du gros oeuvre de serrurerie ou de découpe au chalumeau... D'ailleurs comme l'ont mentionné chatelot16 et Darrigan un peu plus haut, il n'y a pas que la température qui compte mais également la vitesse de combustion et c'est là que l'hydrogène est très efficace, on peut concentrer la flamme à 2500°C sur une fraction de mm sans que la chaleur ne se propage au reste de la pièce qui pourrait avoir des composants sensibles à préserver.

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Geoffrey

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Posté le : 08/04/2008, 01:36 (Lu 32531 fois)
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Salut Darrigan
J'ai repris la relation que tu as redémontré precedemment
Tf=Ti - \DeltaH°/Cp
et calculé la température théorique de flamme pour la combustion de l'acétylène, j'ai pris pour les Cp moyens de CO2 et H2O ceux d'un gaz diatomique donné par Cp=R*y/(1-y) avec y~1.4
on obtient Cp~30J/mol/K ce qui est compatible avec les tables que j'ai pu trouver. J'ai aussi récuperé l'enthalpie standard de combustion de l'acétylène qui vaut
\DeltaH°_comb(298.15 K)= -1299,6kJ/mol
Cependant le résultat numérique que j'obtiens me semble un peu trop élevé: Tf=14 340K ^o)
D'où vient l'erreur dans le modèle employé?

Une autre question me vient, comment s'y prendre pour déterminer la température de flamme dans un milieu à volume constant cette fois ci. Je pense qu'il suffirait d'utiliser la grandeur énergie interne ainsi que l'energie interne de réaction qui est plus adaptée que l'enthalpie lorsque le volume est constant. Mais alors où trouver les données d'énergies internes de combustion? Comment les déterminer à une température donnée à partir des enthalpies de réaction?
Je sais que U = H - PV
est ce qu'on a Delta_rU = Delta_rH - P*Delta_rV
où Delta_rV est le volume molaire de réaction, facile à exprimer dans le cas de gaz parfait?



Re: De l'ozone pour la soudure... [56283]

chatelot16

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Posté le : 21/03/2008, 15:28 (Lu 32663 fois)
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oui mais personne ne le fait tant que l'hydrogene est plus cher que l'acetylene

sauf avec des petit chalumeau pour bijouterie ou l'hydrogene et l'oxygene sont produit directement par electrolyse

pour faire de l'oxycoupage sous l'eau c'est toujours de l'hydrogene et pas de l'acetylene : je pense que c'est pour une question de pression , on ne peux pas utiliser l'acetylene a plus de 2 bar sans risque d'explosion

les verriers utilisent aussi des chalumeau a hydrogene et oxygene surtout pour travailler le verre de silice : on ne m'a pas dit pourquoi mais je pense que c'est pour eviter de le salir avec le carbone

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