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Gas de soldadura: Todo lo que necesita saber

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Por gas de soldadura se entiende principalmente el gas de protección utilizado en la soldadura con gas de protección (soldadura con gas de protección de dióxido de carbono, soldadura con gas de protección inerte), así como el gas utilizado en la soldadura y el corte con gas, incluido el dióxido de carbono (CO2), gas argón (Ar), gas helio (He), gas oxígeno (O2), gases combustibles, gases mixtos, etc.

Durante la soldadura, el gas protector no es sólo un medio protector de la zona de soldadura, sino también un medio gaseoso para generar un arco.

La soldadura y el corte con gas se basan principalmente en la llama de alta temperatura producida por la combustión de gas para concentrar el calor y completar el proceso.

Por lo tanto, las propiedades del gas (como las propiedades físicas y químicas, etc.) no sólo afectan al efecto protector, sino también al encendido del arco y a la estabilidad del proceso de soldadura y corte.

1. Clasificación del gas de soldadura

Según el papel de los distintos gases en el proceso de trabajo, gas de soldadura se divide principalmente en gas de protección y gas utilizado en la soldadura y el corte con gas.

1.1 Gas protector

El gas protector incluye principalmente el dióxido de carbono (CO2), gas argón (Ar), gas helio (He), gas oxígeno (O2), y gas hidrógeno (H2).

El Instituto Internacional de Soldadura señaló que los gases protectores se clasifican en función de su potencial de oxidación, y la fórmula de cálculo simple para determinar el índice de clasificación es Índice de clasificación = O2% + 1/2 CO2%.

Basándose en esta fórmula, los gases protectores pueden clasificarse en cinco categorías según su potencial de oxidación. La clase I es un gas inerte o reductor, M1 es un gas débilmente oxidante, M2 es un gas moderadamente oxidante, y las clases M3 y C son gases fuertemente oxidantes. Los índices de potencial de oxidación de cada tipo de gas protector se muestran en la Tabla 1.

La clasificación de los gases protectores para la soldadura de metales negros se muestra en la Tabla 2.

Tabla 1: Índices de potencial de oxidación de varios tipos de gases protectores

TipoM1M2M3C
Índice de potencial de oxidación<11~55~99~16>16

Tabla 2: Clasificación de los gases de protección para la soldadura de metales negros

CategoríaGas. CantidadProporción de la mezcla
(expresado en porcentaje de volumen)
%
TipoContenido de oxígeno en el metal de soldadura
/ %.  
Tendencia a la oxidaciónInerteReductividad
CO2O2ArÉlH2
112-
-
-
-
-
-
100
-
27~75
-
100
Rem.
-
-
-
Inerte<0.02
21-
-
-
-
85~95
-
--Rem.
100
Reductividad
M1222~4
-
-
1~3
Rem.
Rem.
---
-
Débilmente oxidante0.02~0.04
M223215~30
5~15
-
-
1~4
4~8
Rem.
Rem.
Rem.
-
-
-
-
-
-
Moderadamente oxidante0.04~0.07
M322330~40
-
5~20
-
9~12
4~6
Rem.
Rem.
Rem.
-
-
-
-
-
-
Muy oxidante>0.07
C12100
Rem.
-
<20
-
-
-
-
-
-

1.2 Gas para soldadura y corte con gas

Según las propiedades de los gases, los gases utilizados para soldadura con gas y corte pueden dividirse en dos categorías: gases oxidantes (O2) y gases combustibles.

Cuando los gases combustibles se mezclan con oxígeno y se queman, se libera una gran cantidad de calor, formando una llama de alta temperatura con calor concentrado (la temperatura más alta de la llama puede alcanzar generalmente 2000~3000℃), que puede calentar y fundir metales.

El acetileno se utiliza habitualmente como gas combustible para la soldadura y el corte con gas. Otros gases combustibles cuyo uso se promueve actualmente son el propano, el propileno, el gas licuado de petróleo (principalmente propano), el gas natural (principalmente metano), etc.

Las propiedades físicas y químicas de varios gases combustibles de uso común se muestran en la Tabla 3.

Tabla 3 Propiedades físicas y químicas de varios gases combustibles de uso común.

Gas(C2H2(C3H8(C3H6(C4H10(CH4(H2
Relatividad molecular26444258162
Densidad (en estado estándar)/kg - m-31.171.851.822.460.710.08
Relación relativa a la masa de aire a 15,6 ℃ (aire=1)0.9061.521.482.00.550.07
Punto de ignición/℃335510455502645510
Valor calorífico brutokJ/m5296385746811821214823768110048
kg/m5020851212492044938056233-
Demanda teórica de oxígeno (relación de volumen de gas oxígeno)2.554.56.52.00.5
Consumo real de oxígeno (relación de volumen de gas oxígeno)1.13.52.6-1.50.25
Temperatura de la llama neutra ℃Combustión en oxígeno310025202870-25402600
Combustión en el aire263021162104213220662210
Velocidad de combustión de la llama/msCombustión en oxígeno84--5.511.2
Combustión en el aire5.83.9--5.511.0
Intervalo de explosión (fracción volumétrica de gas combustible/%)En oxígeno2.8~932.3~552.1~53-5.5~624.0~96
En el aire2.5~802.5~102.4~101.9~8.45.3~144.1~74

2. Características de los gases de soldadura

El papel de los gases en los distintos procesos de soldadura o corte varía, y la selección de gases también está relacionada con los materiales que se sueldan.

Por lo tanto, es necesario seleccionar gases con propiedades físicas o químicas específicas, incluso una mezcla de varios gases en diferentes situaciones.

Las principales propiedades y usos de los gases comúnmente utilizados en soldadura y corte se muestran en la Tabla 4, y las características de los diferentes gases en el proceso de soldadura figuran en el cuadro 5.

Tabla 4 Principales características y usos de los gases más utilizados en soldadura.

GasSímboloPropiedades principalesAplicación en soldadura
dióxido de carbonoCO2Propiedades químicas estables, sin combustión, sin soporte de combustión, puede descomponerse en CO y O a altas temperaturas, y tiene un cierto grado de oxidación a metales. Puede licuarse, absorber una gran cantidad de calor cuando el CO líquido se evapora, y solidificarse en dióxido de carbono sólido, comúnmente conocido como hielo seco.El hilo de soldadura puede utilizarse como gas de protección durante la soldadura, como el CO2 soldadura con gas de protección y mixta soldadura con gas de protección como el CO2+O2CO2+Ar, etc
argónArGas inerte, químicamente inerte, no reacciona con otros elementos a temperatura ambiente ni a altas temperaturas.Se utiliza como gas protector para la protección mecánica durante soldadura por arco de argónsoldadura y corte por plasma
oxígenoO2Gas incoloro que favorece la combustión y es muy activo a altas temperaturas, combinándose directamente con diversos elementos. Cuando el oxígeno entra en el baño de fusión durante la soldadura, oxida elementos metálicos y juegan un efecto adversoCuando se mezcla con gases combustibles para la combustión, se pueden obtener temperaturas extremadamente altas para la soldadura y el corte, como las llamas de oxígeno acetileno y las llamas de oxígeno argón. Mezclar en proporción con argón, dióxido de carbono, etc. para soldadura mixta con gas protector.
acetilenoC2H2Comúnmente conocido como gas carburo de calcio, es menos soluble en agua, más soluble en alcohol y más soluble en acetona. Se mezcla con el aire y el oxígeno para formar una mezcla gaseosa explosiva, que arde en oxígeno y emite una alta temperatura de 3500 ℃ y una fuerte luzSe utiliza para el oxígeno acetileno soldadura con llama y corte
hidrógenoH2Capaz de arder, inactivo a temperatura ambiente, muy activo a altas temperaturas, y puede utilizarse como agente reductor de minerales metálicos y óxidos metálicos. Durante la soldadura, puede fundirse profundamente en el metal líquido y precipitar durante el enfriamiento, lo que puede formar poros fácilmente.Se utiliza como gas protector reductor durante la soldadura. La combustión mixta con oxígeno puede servir como fuente de calor para la soldadura con gas
nitrógenoN2Las propiedades químicas no son activas y pueden combinarse directamente con hidrógeno y oxígeno a altas temperaturas. Tiene un efecto adverso al entrar en el baño de fusión durante la soldadura. Básicamente no reacciona con el cobre y puede utilizarse como gas protector.En la soldadura por arco con nitrógeno, éste se utiliza como gas protector para soldar cobre y acero inoxidable. El nitrógeno también se utiliza comúnmente en el plasma corte por arco como gas protector exterior

Tabla 5 Características de los diferentes gases en el proceso de soldadura.

GasComponenteGradiente de potencial de la columna del arcoEstabilidad del arcoCaracterísticas de la transición metálicaPropiedades químicasPenetración de la soldadura formaCaracterísticas de calefacción
CO2Pureza 99,9%altasatisfechoSatisfecho, pero algunas salpicadurasFuertes propiedades oxidantesForma plana con gran profundidad de penetración
ArPureza 99,995%bajobiensatisfechoEn forma de seta
ÉlPureza 99,99%altasatisfechosatisfechoPar planoEl aporte térmico de las piezas soldadas es superior al del Ar puro
N2Pureza 99,9%altadiferenciadiferenciaGeneración de poros y nitruros en el aceroForma plana

2.1 Gas de dióxido de carbono (CO2)

(1) Propiedades del CO2 gas

CO2 es un gas protector oxidante y existe en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. El CO2 es incoloro e inodoro. A 0°C y 1 atm (101325 Pa), la densidad del CO2 es de 1,9768 g/L, es decir, 1,5 veces el del aire. CO2 es fácilmente soluble en agua y tiene un sabor ligeramente ácido después de disolverse.

Cuando el CO2 se calienta a alta temperatura, se descompone en CO y O, liberando -283,24 kJ de energía. Dado que durante el proceso de descomposición se libera oxígeno atómico, la atmósfera del arco tiene fuertes propiedades gaseosas.

En la zona de arco de alta temperatura, tres gases (CO2CO y O2) a menudo coexisten debido a la descomposición del CO2 gas. El grado de CO2 La descomposición del gas está relacionada con la temperatura del arco durante el proceso de soldadura.

A medida que aumenta la temperatura, el grado de reacción de descomposición se hace más intenso. Cuando la temperatura supera los 5000K, casi todo el CO2 se descompone. La relación entre el grado de descomposición del CO2 descomposición del gas y la temperatura se muestra en la Figura 1.

CO líquido2 es un líquido incoloro cuya densidad cambia con la temperatura. Cuando la temperatura es inferior a -11℃, su densidad es mayor que la del agua, mientras que por encima de -11℃, es menor que la del agua. Las propiedades del CO2 gas se muestran en la Tabla 6.

El punto de ebullición del CO2 pasa de líquido a gas a una temperatura muy baja (-78℃), por lo que el CO2 se utiliza generalmente en estado líquido, que puede vaporizarse a temperatura ambiente. A 0°C y 1 atm, 1 kg de CO2 puede vaporizarse en 509L de CO2 gas.

Cuadro 6 Propiedades del CO2 Presión del gas

Temperatura
/℃
Presión
/MPa
Densidad
/kg-L-1
Capacidad calorífica específica a presión constante
/105J-kg-1-K-1
Temperatura
/℃
Presión
/MPa
Densidad
/kg-L-1
Capacidad calorífica específica a presión constante 
/105J-kg-1-K-1
LíquidoGasLíquidoGasLíquidoGasLíquidoGas
-50
-40
-30
-20
-10
0.67
1.0
1.42
1.96
2.58
0.867
0.897
0.931
0.971
1.02
55.4
38.2
27.0
19.5
14.2
3.14
3.33
3.52
3.72
3.94
6.5
6.54
6.55
6.56
6.56
0
+10
+20
+30
+31
3.48
4.40
5.72
7.18
7.32
1.08
1.17
1.30
1.63
2.16
10.4
7.52
5.29
3.00
2.16
4.19
4.46
4.77
5.27
5.59
6.54
6.47
6.3
5.9
5.59

(2) Almacenamiento de CO2 gas

CO2 para la soldadura suele presentarse en forma de CO2 almacenado en cilindros de acero, lo que resulta económico y cómodo. CO2 Los cilindros están pintados de negro y etiquetados con letras amarillas que dicen "Dióxido de Carbono Licuado". Los códigos de color para los cilindros que contienen gases de soldadura de uso común se muestran en la Tabla 7.

Tabla 7 Códigos de colores para botellas que contienen gases de soldadura de uso común

Gas            Símbolo           Color del cilindro  Redacción       Letra Color             Banda de colorGas            Símbolo           Color del cilindro  Redacción       Letra Color             Banda de color
Hidrógeno
Oxígeno
Aire
Nitrógeno
Acetileno
Dióxido de carbono
H2
O2
-
N2
C2H2
CO2
Verde claro
Azul claro
Negro
Negro
Blanco
Negro
Hidrógeno
Oxígeno
Aire
Nitrógeno
Acetileno, mantener alejado del fuego
Dióxido de carbono líquido
Carmesí
Negro
Blanco
Amarillo claro
Carmesí
Amarillo
Amarillo claro
Blanco
Blanco
Blanco
-
Negro
Metano
Propano
Propileno
Argón
Helio
Gas licuado de petróleo
CH4
C3H8
C3H6
Ar
Él
-
Marrón
Marrón
Marrón
Gris plata
Gris plata
Gris plata
Metano
Propano licuado
Propileno licuado
Argón
Helio
Gas licuado de petróleo
Blanco
Blanco
Amarillo claro
Verde oscuro
Verde oscuro
Carmesí
Amarillo claro
-
-
BlancoBlanco
-

① Si la presión de trabajo es de 19,6 MPa, se añadirá una banda de color; si la presión de trabajo es de 29,4 MPa, se añadirán dos bandas de color.

El cilindro de acero normalizado para CO2 suele tener una capacidad de 40 kg y puede llenarse con 25 kg de CO2.

Los 25 kg de CO2 representa aproximadamente 80% del volumen del cilindro, y el espacio restante de 20% se llena con CO gaseoso2.

El valor de presión indicado en el manómetro de la botella es la presión de saturación de esta parte del gas. Esta presión depende de la temperatura ambiente. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la presión de saturación, y a medida que disminuye la temperatura, disminuye la presión de saturación.

Sólo cuando todo el CO2 en el cilindro de acero se ha evaporado en gas, ¿disminuirá gradualmente la presión del gas en el cilindro con el consumo de CO2 gas.

El CO2 contenido en una botella de acero estándar puede vaporizarse en 12.725 L de CO2 gas. Según la selección de CO2 durante la soldadura (véase el cuadro 8), si el consumo medio de CO2 durante la soldadura es de 10 L/min, uno de CO2 puede utilizarse de forma continua durante unas 24 horas.

Cuadro 8: Selección del CO2 caudal de gas durante la soldadura

Método de soldaduraFlujo de gas CO2
/L - min-1
Soldadura CO2 con hilo fino5~15
Soldadura CO2 con hilo grueso15~25
Soldadura de CO2 de alta corriente con hilo grueso25~50

La presión de un CO2 cuando está llena es de 5,0-7,0 MPa. A medida que la presión en el interior del cilindro disminuye durante el uso, la cantidad de agua vaporizada procedente de la humedad disuelta en el CO2 también aumenta.

La relación entre el contenido de agua en CO2 gas y la presión en el interior de la botella se muestra en la figura 6.2.

Los datos empíricos muestran que cuando la presión del gas en el interior de la botella es inferior a 0,98 MPa (a 20℃), el CO2 en el cilindro de acero ya no debe utilizarse porque el CO2 básicamente se ha evaporado.

Si se sigue utilizando, defectos de soldadura tales como poros, se producirán en el metal de soldadura, y el gas CO2 deberá rellenarse.

(3) La pureza del CO2 gas para soldadura

La fracción de masa de agua que puede disolverse en CO líquido2 es 0,05%, y el exceso de agua se deposita en el fondo del cilindro en estado libre.

Estas moléculas de agua se evaporan con el CO2 durante el proceso de soldadura y se mezclan con el CO2 gas, entrando directamente en la zona de soldadura.

Por tanto, la humedad es la principal impureza nociva del CO2 gas. El contenido de hidrógeno del metal de soldadura varía en función de la humedad del CO2 gas, como se muestra en la Tabla 9.

La relación entre las emisiones de CO2 punto de rocío y el contenido de hidrógeno del metal de soldadura se muestra en la figura 3.

Tabla 9: Contenido de hidrógeno del metal de soldadura bajo diferentes niveles de humedad de CO2 gas.

Humedad de CO2 /g - m30.851.35
Contenido de hidrógeno por 1 kg de metal de soldadura/mg2945
Humedad de CO2 /g - m31.9215
Contenido de hidrógeno por 1 kg de metal de soldadura/mg4755

Como el contenido de agua en el CO2 gas aumenta (es decir, a medida que aumenta la temperatura del punto de rocío), el contenido de hidrógeno en el metal de soldadura aumenta gradualmente, la plasticidad disminuye e incluso pueden aparecer defectos como poros.

Por lo tanto, las emisiones de CO2 utilizado para la soldadura debe ser de gran pureza. Los requisitos técnicos del CO2 utilizados para la soldadura se muestran en la Tabla 10.

En China, el requisito general es que las emisiones de CO2 > 99%, O2 < 0,1%, H2O < 0,05%; mientras que en algunos países extranjeros, las emisiones de CO2 > 99,8%, H2O < 0,0066%, también se requiere un punto de rocío inferior a -40℃ (equivalente a la Clase I de GB).

Cuadro 10: Requisitos técnicos para el CO2 utilizado para la soldadura (GB 6052-85).

Nombre del indicadorClase I
%
Clase II
%
clase asegundo nivelNivel 3
CO2 contenido
contenido de humedad
≥99.8
≤0.005
≥99.5
≤0.05
≥99.0
≤0.10
≥99.0

Si el CO2 El gas utilizado en el lugar de producción tiene un alto contenido de agua y una baja pureza, por lo que debe purificarse. Los métodos de purificación más utilizados son los siguientes:

a. Invertir el nuevo CO2 cilindro de acero al gas y déjelo reposar durante 1-2 horas para que el agua se asiente en el fondo. A continuación, abra la válvula del cilindro invertido y vacíe el agua 2-3 veces, con un intervalo de unos 30 minutos entre cada vaciado. Tras el vaciado, vuelva a colocar la botella de acero en posición vertical.

b. Antes de usar el cilindro de acero después del tratamiento de drenaje de agua, libere el gas continuamente durante 2-3 minutos porque el gas en la parte superior generalmente contiene más aire y agua, que se mezclaron en el cilindro durante el llenado.

c. Conecte un secador de alta presión y un secador de baja presión en serie en la unidad de CO2 tubería de suministro. El desecante puede ser gel de sílice, óxido de calcio anhidro o sulfato de cobre deshidratado para reducir aún más el contenido de agua en el CO2 gas. El desecante usado puede secarse y reutilizarse.

d. No utilice el CO2 cuando la presión del gas en el interior de la botella desciende a 0,98 MPa.

Cuando el CO2 se utiliza como gas protector para soldar en espacios mal ventilados o estrechos, deben reforzarse las medidas de ventilación para evitar la concentración de CO2 de superar la concentración permitida (30 kg/m2) especificada por la normativa nacional, lo que afectaría a la salud de los soldadores.

2,2 Argón (Ar)

(1) Propiedades del argón

El argón es el gas raro más abundante en el aire después del nitrógeno y el oxígeno, con una fracción volumétrica de aproximadamente 0,935%.

El argón es incoloro e inodoro. A 0℃ y 1 atm (101325 Pa), su densidad es de 1,78 g/L, aproximadamente 1,25 veces la del aire. El punto de ebullición del argón es -186℃, entre los puntos de ebullición del oxígeno (-183℃) y el nitrógeno (-196℃). El argón puede obtenerse simultáneamente a la producción de oxígeno por destilación fraccionada de aire líquido.

El argón es un gas inerte que no reacciona químicamente con los metales durante la soldadura y no se disuelve en el metal líquido.

Por lo tanto, puede evitar la pérdida por combustión de elementos metálicos en la soldadura y otros defectos de soldadura, haciendo que la reacción metalúrgica de la soldadura sea simple y fácil de controlar, proporcionando condiciones favorables para obtener soldaduras de alta calidad.

La relación entre la conductividad térmica y la temperatura de Ar, He, H2y N2 se muestra en la figura 4. Se puede observar que el argón tiene la conductividad térmica más baja y pertenece a un gas monoatómico, que no absorberá calor debido a la descomposición a altas temperaturas.

Por lo tanto, la pérdida de calor del arco generado en gas argón es relativamente pequeña. El argón tiene una alta densidad y no se pierde fácilmente durante la protección, lo que se traduce en un buen efecto protector. El hilo metálico puede pasar fácilmente a un flujo de chorro axial estable, con salpicaduras mínimas.

(2) Almacenamiento de argón

El argón puede almacenarse y transportarse en forma líquida por debajo de -184℃, pero las bombonas de acero llenas de gas argón se utilizan habitualmente para soldar. El cilindro de gas argón está pintado de gris plateado y marcado en verde (Ar).

Actualmente, los volúmenes de cilindros de gas argón comúnmente utilizados en China son 33L, 40L y 44L. Cuando el cilindro está lleno y se coloca bajo 20℃, la presión dentro del cilindro debe ser de 15 MPa.

Está estrictamente prohibido golpear o chocar con la bombona de gas argón durante su uso; no utilizar fuego para descongelar la válvula cuando se congela; no utilizar máquinas electromagnéticas de levantamiento de peso para transportar bombonas de gas argón; evitar la exposición a la luz solar en verano; el gas del interior de la bombona no debe agotarse completamente; y las bombonas de gas argón deben mantenerse generalmente en posición vertical.

Nombre del indicadorGas argón (GB 4842-84)Gas argón de alta pureza (GB 10624-89)
Argón industrialCalidad superiorCalidad de primera claseProducto cualificado
Contenido de argón (≥) /%
Contenido de nitrógeno (≤) /%
Contenido de oxígeno (≤) /%
Contenido de hidrógeno (≥) /%
Contenido de carbono (≤) /%
Contenido de humedad (≤) /%
99.99
0.007
0.001
0.0005
0.001
0.002
99.9996
0.0002
0.0001
0.00005
0.00005
0.00001
99.9993
0.0004
0.0001
0.0001
0.0001
0.00026
99.999
0.0005
0.0002
0.0001
0.0002
0.0004

Nota: El contenido de gases se expresa en fracción de volumen; el contenido de humedad se expresa en fracción de masa.

Tabla 12 Pureza del argón utilizado para soldar diferentes materiales

Base metálicaContenido de gas / %
ArN2O2H2O
TitanioZirconio, molibdeno, niobio y sus aleaciones

Aluminio, magnesio y sus aleaciones, aleaciones de cromo-níquel resistentes al calor

Cobre y aleaciones de cobre, acero inoxidable al cromo-níquel
≥99.98
≥99.9
≥99.7
≤0.01
≤0.04
≤0.08
≤0.005
≤0.05
≤0.015
≤0.07
≤0.07
≤0.07

Si el contenido de impurezas del gas argón supera la norma especificada durante la soldadura, no sólo afecta a la protección del metal fundido, sino que también provoca fácilmente defectos como la porosidad y la inclusión de escoria en la soldadura, lo que afecta a la calidad de la unión soldada y aumenta la pérdida por quemado del electrodo de tungsteno.

2.3 Helio (He)

(1) Propiedades del gas helio

El gas helio también es un gas inerte incoloro e inodoro que no forma compuestos con otros elementos como el gas argón. Es un gas monoatómico y difícil de disolver en otros metales. Su punto de ebullición es -269℃.

El gas helio tiene un alto potencial de ionización, lo que dificulta la soldadura por arco. En comparación con el gas argón, el gas helio tiene una mayor conductividad térmica, lo que se traduce en una mayor tensión y temperatura del arco a la misma corriente de soldadura e intensidad del arco.

Como resultado, el aporte de calor del metal base es mayor, la velocidad de soldadura es más rápido, la columna de arco es más fina y concentrada, y la penetración de la soldadura es mayor. Esta es la principal ventaja de utilizar gas helio para la soldadura por arco, pero su estabilidad de arco es ligeramente inferior a la de la soldadura por arco con argón.

Debido a su ligero peso atómico y a su pequeña densidad, se requiere un caudal mucho mayor de gas helio para proteger eficazmente la zona de soldadura.

Debido a su elevado precio, sólo se utiliza en algunas aplicaciones especiales, como la soldadura de componentes clave, como las barras de refrigeración de los reactores nucleares y los tubos de gran espesor. aleaciones de aluminio. En la Tabla 13 se comparan las características del gas argón y del gas helio durante la soldadura.

Tabla 13 Comparación de las características de los gases argón y helio durante la soldadura

GasSímbolocaracterística
argónAr(1) Baja tensión de arco: produce menos calor y es adecuada para la soldadura por arco de tungsteno argón de metales finos.

(2) Buen efecto de limpieza: adecuado para soldadura de metales que forman pieles de óxido difíciles de fundir, como el aluminio, las aleaciones de aluminio y las aleaciones a base de hierro con alto contenido de aluminio.

(3) Facilidad para encender el arco: especialmente importante cuando soldadura de metal fino piezas.

(4) Menor caudal de gas: El gas argón tiene una densidad mayor que el aire, lo que significa que proporciona una mejor protección y se ve menos afectado por el flujo de aire que el gas helio.

(5) Adecuado para soldadura plana y horizontal: El gas argón puede controlar mejor el baño de fusión durante la soldadura plana y horizontal, pero su efecto protector es inferior al del gas helio.

(6) Soldadura de metales distintosEn general, el gas argón es mejor que el helio.
amoníacoÉl(1) Alta tensión de arco: produce más calor y es adecuada para soldar metales gruesos y metales con alta conductividad térmica.

(2) Pequeña zona afectada por el calor: da lugar a una menor deformación durante la soldadura y a propiedades mecánicas más elevadas.

(3) Mayor caudal de gas: El gas helio tiene una densidad menor que el aire, y su caudal de gas es de 0,2 a 2 veces mayor que el del gas argón. El gas helio es más sensible al flujo de aire que el gas argón, pero ofrece mejor protección para la soldadura plana y horizontal.

(4) Alta velocidad de soldadura automática: cuando la velocidad de soldadura es superior a 66 mm/s, se pueden obtener soldaduras más pequeñas con menos porosidades y socavaduras.

Debido a que el arco de gas helio es inestable, y el efecto de limpieza del cátodo no es obvio, la soldadura por arco de helio tungsteno utiliza generalmente la conexión positiva de CC. Incluso para soldar aluminio , magnesio y sus aleaciones, no se utiliza una fuente de corriente alterna. Arco de helio tiene una generación de calor grande y concentrada, fuerte penetración del arco, y cuando el arco es corto, DC conexión positiva también tiene algún efecto sobre la eliminación de la película de óxido.

En la soldadura por arco de helio con conexión positiva de CC de aleaciones de aluminio, el paso único espesor de soldadura puede alcanzar los 12 mm, y la soldadura delantera y trasera puede alcanzar los 20 mm. En comparación con la soldadura por arco de argón AC, tiene una mayor profundidad de fusión, más estrecha cordón de soldaduraEn el caso de las aleaciones de aluminio de refuerzo tratadas térmicamente, las propiedades mecánicas a temperatura ambiente y a baja temperatura son mejores que las de la soldadura por arco con argón AC. En el caso de las aleaciones de aluminio de refuerzo tratadas térmicamente, las propiedades mecánicas a temperatura ambiente y a baja temperatura de las uniones son mejores que las de la soldadura por arco de argón AC.

(2) Pureza del gas helio utilizado para soldar

Como gas protector utilizado para la soldadura, la pureza del gas helio debe ser generalmente de 99,9% a 99,999%. Además, también depende del tipo, la composición y el rendimiento del metal base que se suelda y de los requisitos de calidad de la junta de soldadura.

En general, para evitar que los metales se oxiden o nitruración durante la soldadura de metales activos y para mejorar la calidad de la unión soldada, debe seleccionarse gas helio de alta pureza. Los requisitos técnicos para utilizar gas helio en la soldadura se muestran en la Tabla 14.

Tabla 14 Requisitos técnicos del uso de gas helio para soldar

Nombre del indicadorAmoniaco de gran purezaAmoníaco puroAmoníaco industrial
Producto de primer nivelProducto secundarioProducto de primer nivelProducto secundario
Contenido de amoníaco (≥)/-699.99999.9999.9999.998
Neón que contiene (≤)/10-64.01525(Ne+H)≤800(Ne+H2 +O2+Ar)≤2.0%
Contenido en hidrógeno (≤)/10-61.03.05.0
Contenido total de oxígeno (≤)/10-61.03.05.029
Contenido en nitrógeno (≤)/10-62.0102050
Contenido de CO (≤)/10-60.51.01.0No especificadoNo especificado
CO2 contenido (≤)/10-60.51.01.0
Contenido de metano (≤)/10-60.51.01.0
Contenido de humedad (≤)/10-63.0101530

Nota: El contenido de gas en la tabla se expresa en fracción de volumen, y el contenido de agua se expresa en fracción de masa.

2.4 Propiedades del oxígeno gaseoso

(1) Propiedades del gas oxígeno:

El oxígeno gaseoso es un gas incoloro, inodoro, insípido y no tóxico a temperatura y presión ambiente. A 0℃ y 1 atm (101325Pa), la densidad del gas oxígeno es de 1,43kg/m3, mayor que la del aire. La temperatura de licuefacción del oxígeno es de -182,96℃, y el oxígeno líquido es de color azul claro. A temperatura ambiente, el oxígeno existe en grandes cantidades en forma de compuestos y estados libres en el aire y el agua.

El oxígeno gaseoso en sí no puede arder, pero es un gas muy activo que favorece la combustión y puede reaccionar con muchos elementos para producir óxidos. En general, las reacciones de oxidación intensas se denominan combustión. La soldadura y el corte con gas utilizan gases combustibles y el calor liberado por la combustión del oxígeno como fuentes de calor.

(2) Producción de gas oxígeno:

Existen muchos métodos para producir oxígeno gaseoso, como los métodos químicos, la electrólisis del agua y la licuefacción del aire.

Sin embargo, en la producción industrial se utiliza mucho el método de licuefacción del aire. El aire se comprime y se enfría por debajo de -196℃ para convertirlo en líquido. Luego, al aumentar la temperatura, el nitrógeno del aire líquido se evapora y se convierte en gas cuando la temperatura sube a -196℃.

A medida que la temperatura sigue subiendo hasta -183℃, el oxígeno comienza a vaporizarse. A continuación, el oxígeno gaseoso se comprime hasta 120-150 atm mediante un compresor y se almacena en bombonas de oxígeno especiales para su uso y almacenamiento.

(3) Almacenamiento de gas oxígeno:

Por lo general, el gas oxígeno se almacena y transporta en bombonas de oxígeno especiales, y el exterior de las bombonas de oxígeno debe pintarse de color azul cielo y marcarse con las palabras "oxígeno" en pintura negra.

Las botellas de oxígeno deben inspeccionarse cada 3-5 años en la fábrica de inflado durante su uso, comprobando el volumen y la calidad de la botella, así como inspeccionando en busca de corrosión y grietas. Las dimensiones y capacidad de llenado de las botellas de oxígeno de uso común se muestran en la Tabla 15.

El suministro de gas oxígeno durante el funcionamiento está regulado principalmente por el reductor de presión de la botella. Los principales parámetros técnicos del reductor de presión para cilindros de oxígeno se muestran en la Tabla 16, y las fallas comunes y medidas de prevención del reductor de presión se muestran en la Tabla 17.

Tabla 15 Dimensiones y capacidad de llenado de las botellas de oxígeno más utilizadas

Dimensiones exteriores
/mm
Volumen interior
/L
Peso de la botella
/kg
Modelo de válvula de botellaCapacidad de gas/m3
(a 20 ℃, 14,7MPa)
diámetro exterioraltura
2191150±203347Válvula de cobre QF-25
1250±2036535.5
1370±2040576
1480±2044606.5
1570±2047637

Tabla 16 Principales parámetros técnicos del regulador de presión para botella de gas

Modelo de reductor de presiónQD1QD-2AQD-2ADJ-6SJ7-10QD-20QW2-16/0,6
nombreRegulador de presión de oxígeno de una etapaRegulador de presión de oxígeno de dos etapasRegulador de presión de acetileno de una etapaRegulador de presión de propano de una etapa
Especificaciones del manómetro
/MPa
Medidor de alta tensión0~24.50~24.50~24.50~24.50~24.50~24.50~24.5
Medidor de baja tensión0~3.920~1.5680~0.3920~3.920~3.920~0.2450~0.157
Presión máxima de servicio
/MPa
Lado de admisión14.714.714.714.714.71.961.96
Lado de trabajo2.450.980.1961.961.960.1470.059
Rango de ajuste de la presión de trabajo
/ MPa
0.1~2.450.1~0.980.01~0.20.1~2.00.1~1.960.01~0.050.02~0.05
Capacidad máxima de suministro de gas
/ m3-h-1
804012180-9-
Diámetro del orificio de salida
/ mm
653-54-
Presión de descarga de la válvula de seguridad
/ MPa
2.8~3.81.1~1.6-2.162.160.2~0.30.07~0.1
Peso
/ kg
4222322
Dimensiones generales
/ mm
200×200×210165×170×160165×170×160170×200×142200×170×220170×185×315165×190×160

Tabla 17 Averías comunes de los reguladores de presión y medidas preventivas.

Fallos comunesLocalización y causa del falloMedidas preventivas y reparación
 Fuga del regulador de presiónFuga en la junta del regulador de presión, aflojamiento de la conexión roscada o daños en la junta.  Apriete el tornillo; sustituya la junta o añada cuerda de amianto.  
Fuga de la válvula de seguridad; daños en la junta o deformación del muelle.  Ajuste el muelle; sustituya la nueva junta de la válvula (papel de acero azul y cuerda de amianto).
Daños o incapacidad para apretar la membrana de la tapa del regulador de presión, lo que provoca fugas.  Sustituya la membrana de goma o apriete el tornillo.  
 El manómetro sube (autoflujo) y el gas sale después de aflojar el tornillo de ajuste (el manómetro de baja presión sigue subiendo).  Hay contaminantes en la válvula o en el asiento de la válvula, y la junta de estanqueidad o el asiento de la válvula no están nivelados; el muelle de giro está dañado, y el sujeción la fuerza es insuficiente.Limpie los contaminantes de la válvula, utilice una gasa fina para nivelar el asiento desigual de la válvula. Si hay grietas, sustitúyalas por otras nuevas y ajuste la longitud del muelle.
 Cuando se abre la válvula de la botella de oxígeno, el manómetro de alta presión indica la presencia de oxígeno, pero el manómetro de baja presión no responde o no es lo suficientemente sensible.El tornillo de ajuste se ha apretado hasta el tope, pero la presión de trabajo no sube o sube muy poco. Esto se debe a que el muelle principal está dañado o la varilla de transmisión está doblada.Retire la tapa del regulador de presión y vuelva a colocar el muelle principal y la varilla de transmisión.  
Durante el funcionamiento, la presión de oxígeno desciende o la aguja del manómetro salta violentamente. El motivo es la congelación interna del regulador de presión.Después de descongelar con agua caliente, seca la humedad con un secador.  
El manómetro de baja presión ha indicado la presión de trabajo, pero ésta desciende repentinamente durante el uso. El motivo es que la válvula de la botella de oxígeno no está completamente abierta.Abra más la válvula de oxígeno.

Comparado con el oxígeno gaseoso, el oxígeno líquido tiene las ventajas de un bajo consumo de energía, una alta pureza del oxígeno suministrado (hasta 99,9% o más) y una alta eficiencia de transporte. Por lo tanto, el oxígeno industrial se suministra a veces en forma líquida. Las formas de suministrar oxígeno líquido a los usuarios o in situ son las siguientes:

a. Prepare un tanque de almacenamiento de oxígeno gaseoso en el departamento del usuario, y llene el tanque con oxígeno gaseoso desde el tanque de transporte de líquido equipado con equipo de vaporización y compresión.

b. Instale un tanque de almacenamiento de líquidos y un equipo de vaporización en el departamento del usuario, y llene el tanque con oxígeno líquido procedente del tanque de transporte de oxígeno líquido.

c. Instalar pequeños contenedores de oxígeno líquido y los vaporizadores correspondientes en carros, configurarlos in situ y moverlos en cualquier momento según las necesidades de uso. Este método sólo es adecuado para fábricas y emplazamientos con poco consumo de oxígeno.

Existen dos tipos de depósitos de almacenamiento de oxígeno líquido: móviles y fijos. Las especificaciones y los principales parámetros técnicos de los depósitos de oxígeno líquido móviles se muestran en la Tabla 18, y los de los depósitos de oxígeno líquido fijos se muestran en la Tabla 19.

Tabla 18: Especificaciones y principales parámetros técnicos de los contenedores móviles de oxígeno líquido.

Número de modeloCD4-50CD4-100CD4-175Número de modeloCD4-50CD4-100CD4-175
Parámetros técnicosCapacidad del contenedor en litros50100175Parámetros técnicosAltura/mm116011501535
Presión de funcionamiento en MPa1.3721.3721.372Diámetro exterior/mm322505505
Porcentaje de evaporación diaria2.52.31.2~1.6 Peso del carro/㎏4581117
Peso del contenedor vacío en kilogramos6090115    

Tabla 19: Especificaciones y principales parámetros técnicos de los contenedores fijos de oxígeno líquido.

Número de modeloCF-2000CF-3500CF-5000CF-10000
Parámetros técnicos Volumen geométrico
/m3
2.103.685.2510.5
 Volumen efectivo
/m3
23.5510
 Diámetro interior del cilindro interior
/mm
1200140014002000
 Diámetro interior del cilindro exterior
/mm
1700200020002600
 Tasa de evaporación diaria
/%
0.90.550.450.4
 Capacidad de suministro de gas
/m3-h-1
Opcional según las necesidades del usuario
(Diámetro exterior x longitud)
/mm
1712×32452016×38002024×50002620×4318
Presión nominal
/MPa
0.1960.7841.5680.1960.7841.5680.1960.7841.5680.1960.7841.568
Peso del contenedor vacío
/kg
1.92.02.34.44.65.05.35.66.07.87.89.0

Como el oxígeno es un gas de apoyo a la combustión con propiedades extremadamente activas, cuando la botella de gas está llena, la presión puede alcanzar hasta 150 atmósferas. Existe riesgo de explosión si no se manipula con cuidado durante el uso y el transporte del oxígeno.

Por lo tanto, debe prestarse especial atención a los siguientes puntos:

a) A prueba de aceite. Está prohibido tocar la botella de oxígeno y su equipo auxiliar con guantes manchados de aceite; durante el transporte, nunca debe colocarse junto a sustancias inflamables y aceites.

b) A prueba de golpes. Las botellas de oxígeno deben colocarse de forma segura para evitar vibraciones que puedan causar explosiones de oxígeno. Cuando estén en posición vertical, deben utilizarse aros de hierro o cadenas para su fijación; cuando estén tumbadas, deben utilizarse almohadillas de madera para evitar que rueden, y deben instalarse dos amortiguadores de goma en el cuerpo de la botella. Durante el transporte, debe utilizarse un vehículo específico para el transporte.

c) Resistentes al calor. Las botellas de oxígeno, tanto en almacenamiento como en transporte, deben mantenerse a una distancia mínima de 10 m de la fuente de calor. En verano, mientras se trabaja al aire libre a la luz del sol, debe cubrirse con lona para evitar explosiones.

d) Anticongelante. Cuando utilice una botella de oxígeno en invierno, si la válvula de la botella de oxígeno se congela, cúbrala con un paño empapado en agua caliente para descongelarla. En ningún caso se debe utilizar fuego para calentarla y descongelarla, para evitar provocar accidentes por explosión.

e) Antes de abrir la válvula de la botella de oxígeno, compruebe si la tuerca de presión está apretada. Al girar el volante, debe ser suave, sin fuerza excesiva, y las personas deben colocarse en el lado de la salida de oxígeno. Cuando utilice oxígeno, no agote todo el oxígeno de la botella, dejando al menos 1-3 atmósferas de oxígeno.

f) Cuando no se utilice la botella de oxígeno, debe colocarse la tapa protectora en la válvula para evitar daños.

g) Durante la reparación de la válvula de la botella de oxígeno, debe prestarse especial atención a la seguridad para evitar que la botella de oxígeno explote.

(4) Pureza del oxígeno de soldadura

Como el oxígeno industrial suele producirse por licuefacción y separación del aire, a menudo contiene nitrógeno. La presencia de nitrógeno durante la soldadura y el corte no solo reduce la temperatura de la llama, afectando a la eficiencia de la producción, sino que también reacciona con el hierro fundido para formar hierro nitrurado, reduciendo la resistencia de la soldadura.

Por lo tanto, la pureza del oxígeno tiene un gran impacto en la eficacia y la calidad de la soldadura y el corte con gas. Cuanto mayor sea la pureza del oxígeno utilizado para la soldadura y el corte con gas, especialmente al cortar, mejor.

El oxígeno también se utiliza habitualmente como gas adicional en la soldadura con gas inerte para refinar las gotas, superar la deriva de los puntos del cátodo del arco, aumentar el aporte térmico del metal base y mejorar la velocidad de soldadura.

Tabla 20: Requisitos técnicos del oxígeno de soldadura en estado gaseoso. Para la soldadura y el corte con gas de alta calidad debe utilizarse oxígeno de primera clase I o II de gran pureza para obtener la conductividad térmica requerida.

Nombre del indicadorClase IClase Ⅱ  
Contenido de oxígeno (fracción de volumen ≥) / %.99.599.599.2
HumedadAgua libre (≤) / mL.-100100
Punto de rocío (≤) / ℃-43--

2.5 Gases inflamables

Existen muchos tipos de gases inflamables utilizados para la soldadura, pero actualmente los más utilizados en la soldadura y corte con gas son el gas acetileno (C2H2), seguido del gas propano.

El gas hidrógeno, el gas natural o el gas de hulla también pueden utilizarse como gases inflamables en función de las condiciones locales o del material que se vaya a soldar o cortar. Al elegir un gas inflamable, deben tenerse en cuenta los siguientes factores:

a) El calor generado debe ser elevado, lo que significa que la cantidad de calor liberada por la combustión completa del gas inflamable por unidad de volumen debe ser elevada.

b) La temperatura de la llama debe ser alta, refiriéndose generalmente a la temperatura más alta de la llama ardiendo en oxígeno.

c) La cantidad de oxígeno necesaria para la combustión del gas inflamable debe ser pequeña, para mejorar su economía.

d) El intervalo límite de explosividad debe ser pequeño.

e) El transporte debe ser relativamente cómodo.

(1) Acetileno (C2H2)

1) Propiedades del acetileno

El acetileno es un hidrocarburo insaturado (C2H2), que es un gas incoloro a temperatura ambiente y 1 atmósfera de presión (101325Pa). Generalmente, cuando se suelda con acetileno, hay un olor especial debido a impurezas como el H2S y PH3.

La temperatura de la llama del acetileno quemándose en oxígeno puro puede alcanzar unos 3150℃, y el calor es relativamente concentrado. Actualmente es el gas inflamable más utilizado en soldadura y corte por gas.

La densidad del acetileno es de 1,17 kg/m3. El punto de ebullición del acetileno es -82,4℃, y se convierte en líquido a -83,6℃. A temperaturas inferiores a -85℃, se vuelve sólido. El acetileno gaseoso puede disolverse en agua, acetona y otros líquidos. A 15℃ y 1 atmósfera de presión, 1L de acetona puede disolver 23L de acetileno. Cuando se aumenta la presión a 1,42MPa, 1L de acetona puede disolver unos 400L de acetileno.

El acetileno es un gas explosivo, y sus características de explosión son las siguientes:

a) Cuando la presión del acetileno puro alcanza 0,15MPa y la temperatura llega a 580-600℃, explotará al exponerse al fuego. La presión del acetileno en el generador y la tubería no debe superar los 0,13 MPa.

b) Cuando el acetileno se mezcla con aire u oxígeno, la explosividad aumenta considerablemente. Cuando el acetileno se mezcla con aire, calculado en volumen, cuando el acetileno representa 2,2%-81%; cuando el acetileno se mezcla con oxígeno, calculado en volumen, cuando el acetileno representa 2.8%-93%, el gas mezclado se encenderá espontáneamente (la temperatura de ignición espontánea de la mezcla acetileno-aire es de 305℃, y la temperatura de ignición espontánea de la mezcla acetileno-oxígeno es de 300℃), o explotará cuando se exponga a chispas, incluso a presión normal.

El acetileno mezclado con cloro gaseoso, hipoclorito y otras sustancias explotará cuando se exponga a la luz solar o al calor. El acetileno mezclado con nitrógeno, monóxido de carbono y vapor de agua reducirá el riesgo de explosión.

c) El acetileno también puede formar sustancias explosivas como el acetileno de cobre y el acetileno de plata cuando está en contacto con cobre, plata, etc. durante mucho tiempo.

d) Disolver el acetileno en líquido puede reducir en gran medida su explosividad.

e. La explosividad del acetileno está relacionada con la forma y el tamaño del recipiente utilizado para su almacenamiento. Los recipientes con diámetros más pequeños tienen menos probabilidades de explotar. El acetileno puede almacenarse en recipientes con materiales de forma capilar y, aunque la presión aumente hasta 2,65 MPa, no se producirán explosiones.

2) El acetileno industrial se produce principalmente descomponiendo carburo mediante generadores de acetileno.

Existen muchos tipos de generadores de acetileno utilizados habitualmente para la producción de acetileno, que pueden clasificarse en función de la presión producida: generadores de acetileno de media presión (que producen gas acetileno a una presión manométrica de 0,0069-0,127 MPa) y generadores de acetileno de baja presión (que producen gas acetileno a una presión manométrica inferior a 0,0069 MPa).

También pueden clasificarse según las distintas formas de contacto entre el carburo y el agua, como los métodos de drenaje, carburo en agua y drenaje combinado. Según sus formas posicionales, pueden clasificarse a su vez en tipos móviles o fijos. En la Tabla 21 se muestran los tipos y especificaciones técnicas de los generadores de acetileno de media presión.

Para soldar con gas de alta calidad, debe utilizarse acetileno purificado y secado. El carburo industrial se fabrica fundiendo cal viva y coque en un horno eléctrico. El nivel de calidad y el rendimiento del carburo utilizado para la soldadura y el corte con gas acetileno deben cumplir los requisitos especificados en la Tabla 22.

Tabla 21. Tipos y especificaciones técnicas de los generadores de acetileno de media presión.

ModeloQ3-0.5Q3-1Q3-3Q4-5Q4-10
Tasa de producción normal
/m3 - h-1
0.513510
Presión de trabajo del acetileno
/MPa
0.045~0.10.045~0.10.045~0.10.1~0.120.045~0.1
Presión de fuga de la válvula de seguridad
/MPa
0.1150.1150.1150.150.15
Presión de rotura de la película antideflagrante
/MPa
0.18~0.280.18~0.280.18~0.280.18~0.280.18~0.28
Temperatura máxima del acetileno en la cámara de gas
/℃
9090909090
El carburo de calcio puede cargarse en un contenedor
/kg
2.45.013.012.525.5
Tamaño admisible de las partículas de carburo de calcio
/mm
25×5050×8025×5050×8025×5050×8015~2515×2525×5050×80
Capacidad de agua del generador
/L
3065330338818
estilo estructuralTipo de drenajeTipo de drenajeTipo de drenajeconjuntaconjunta
Formulario de instalaciónMóvilMóvilFijoFijoFijo
Dimensiones exteriores
/mm
Longitud5151210105014501700
 Anchura50567577013701800
 Altura9301150175521802690
Peso neto (sin agua ni carburo)
/ kg  
45115260750980

Tabla 22: Grados de calidad y rendimiento del metal duro para soldadura y corte con gas acetileno.

Nombre del indicadoríndice
Producto de primer nivelProducto secundarioProducto de grado IIIProducto de grado 4
Granulometría del carburo de calcio
/mm
80~200Faqi Li
/Lkg-1
305285265235
50~80305285255235
50~80300280250230
Contenido de PH en acetileno
(fracción de volumen)
/%
0.080.080.080.08
Contenido HS en acetileno
(fracción de volumen)
/%
0.150.150.150.15

3) Almacenamiento de gas acetileno

Debido al riesgo de explosión cuando se presuriza, el embotellado directo a presión no puede utilizarse para almacenar acetileno. En la industria, se aprovecha su alta solubilidad en acetona, y el acetileno se envasa en recipientes que contienen acetona o una sustancia porosa, comúnmente conocidos como acetileno disuelto o acetileno embotellado.

La bombona de acetileno suele estar pintada de blanco con las palabras "acetileno" en pintura roja. La bombona está rellena de material poroso empapado en acetona, lo que permite almacenar acetileno de forma segura a una presión de 1,5 MPa dentro de la bombona.

Cuando se utiliza, debe usarse un regulador de acetileno para reducir la presión por debajo de 0,103 MPa antes de su uso. El material poroso suele ser una mezcla de carbón activado ligero y poroso, serrín, piedra pómez y tierra de diatomeas.

Para la soldadura, generalmente se requiere una pureza del acetileno superior a 98%. Las condiciones de llenado están reguladas: una presión de llenado no superior a 1,55 MPa a 15°C. El acetileno embotellado es actualmente un método ampliamente promocionado y aplicado debido a su seguridad, comodidad y economía.

(2) Gas de petróleo

El gas de petróleo es un producto o subproducto del procesamiento del petróleo. Los gases utilizados en el corte incluyen gases elementales como el propano y el etileno, así como subproductos como los gases multicomponentes mezclados procedentes del refinado, normalmente compuestos de propano, butano, pentano y buteno.

1) Propano (C3H8)

El propano es un gas combustible de uso común en el corte, con una masa molecular relativa de 44,094. Su poder calorífico total es superior al del acetileno, pero el calor de combustión de una molécula de masa unitaria es inferior al del acetileno. Como resultado, la temperatura de la llama es más baja y el calor de la llama está más disperso. La fórmula de reacción química para la combustión completa del propano en oxígeno puro es: C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O (1)

De la ecuación anterior se desprende que el consumo teórico de oxígeno de 1 volumen de propano completamente quemado es de 5 volúmenes. Cuando el propano se quema en aire, el consumo real de oxígeno es de 3,5 volúmenes, formándose una llama neutra con una temperatura de 2520°C. La temperatura más alta de la llama oxidante es de unos 2700°C. La velocidad de combustión de la llama neutra de oxígeno-propano es de 3,9 m/s, y el peligro de templado es pequeño, y su rango de explosión es estrecho, entre 23% y 95% en oxígeno. Sin embargo, su consumo de oxígeno es superior al del acetileno, tiene un punto de ignición elevado y no es fácil de encender.

2)Propileno (C3H6)

El propileno tiene una masa molecular relativa de 42,078, con un poder calorífico total inferior al del propano pero una temperatura de llama superior. La fórmula de reacción química para la combustión completa del propileno en oxígeno puro es:

C3H6 + 4,5O2 → 3CO2 + 3H2O (2)

El consumo teórico de oxígeno de 1 volumen de propileno completamente quemado es de 4,5 volúmenes. Cuando se quema en aire, el consumo real de oxígeno es de 2,6 volúmenes, formando una llama neutra con una temperatura de 2870°C. Cuando la relación propileno/oxígeno es de 1:3,6, se puede formar una llama oxidante, que tiene una temperatura de llama más elevada.

Debido a su menor consumo de oxígeno que el propano y a su mayor temperatura de llama, el propileno se utilizaba como gas de corte en algunos países.

3)Butano (C4H10)

El butano tiene una masa molecular relativa de 58,12, con un poder calorífico total superior al del propano. La fórmula de reacción química para la combustión completa del butano en oxígeno puro es:

C4H10 + 6.5O2 → 4CO2 + 5H2O

El consumo teórico de oxígeno de 1 volumen de butano completamente quemado es de 6,5 volúmenes. Cuando se quema en aire, el consumo real de oxígeno es de 4,5 volúmenes, superior al del propano. El butano mezclado con oxígeno o aire tiene un rango de explosividad estrecho (fracción volumétrica de 1,5% a 8,5%) y no es propenso al retroceso de llama. Sin embargo, debido a su baja temperatura de llama, no puede utilizarse solo como combustible de corte.

4)Gas licuado de petróleo

El gas licuado de petróleo es un subproducto de la transformación del petróleo, compuesto principalmente por hidrocarburos como propano (C3H8), butano (C4H10), propileno (C3H6), buteno (C4H8) y pequeñas cantidades de acetileno (C2H2), etileno (C2H2), pentano (C5H12), etc. Estos hidrocarburos existen en fase gaseosa a temperaturas ordinarias y presión atmosférica, pero pueden licuarse con una presión de unos 0,8-1,5 MPa para su almacenamiento y transporte.

En la industria se suele utilizar gas de petróleo gaseoso. El gas de petróleo es un gas incoloro ligeramente oloroso, con una densidad superior a la del aire en condiciones estándar, alrededor de 1,8-2,5 kg/m3. Los principales componentes del gas licuado de petróleo pueden formar mezclas explosivas con aire u oxígeno, pero la gama explosiva es relativamente pequeña en comparación con el acetileno. El gas licuado de petróleo es más barato y seguro que el acetileno, con un menor riesgo de retroceso de la llama.

Sin embargo, requiere más oxígeno para una combustión segura, tiene una temperatura de llama más baja y arde más lentamente. Por lo tanto, se necesitan modificaciones para los sopletes de corte que utilizan gas licuado de petróleo, que requieren mayores áreas de salida de gas para reducir el caudal y garantizar una buena combustión.

Cuando se utiliza gas licuado de petróleo para el corte, se debe prestar atención al ajuste de la presión de suministro de gas, que generalmente se consigue a través del equipo de suministro de gas licuado de petróleo. El equipo de suministro de gas licuado de petróleo incluye principalmente cilindros de gas, vaporizadores y reguladores.

① Bombonas de gas

La capacidad de las bombonas de gas varía en función de la cantidad y el uso del usuario. En la industria, se suelen utilizar botellas de gas de 30 kg de capacidad, y si la unidad utiliza una gran cantidad de gas licuado de petróleo, también se pueden fabricar grandes depósitos de almacenamiento de 1,5 t y 3,5 t.

Los materiales de fabricación de los cilindros de gas pueden adoptar acero 16Mn, acero Clase A Q235o acero al carbono de alta calidad No.20. La presión máxima de trabajo del cilindro de gas es de 1.6MPa, y la presión de prueba hidrostática es de 3MPa. El cilindro de gas licuado de petróleo está recubierto de color gris plateado en el exterior y marcado con las palabras "gas licuado de petróleo".

Las especificaciones de los cilindros de gas licuado de petróleo de uso común se muestran en la Tabla 23. Una vez comprobado y verificado el cilindro de gas, la placa metálica fijada en el cuerpo del cilindro debe indicar el fabricante, número, calidad, capacidad, fecha de fabricación, fecha de inspección, presión de trabajo, presión de prueba, y también llevar el sello de acero del departamento de inspección del fabricante.

Cuadro 23: Especificaciones de las botellas de gas licuado de petróleo de uso común

CategoríaVolumen
/L
Diámetro exterior
/mm
Grosor de la pared
/mm
Altura total
/mm
Peso propio
/kg
Textura del materialPrueba de presión de agua
/MPa
12~12.5kg
15 kg
20 kg
29
34
47
325
335
380
2.5
2.5
3

645
650
11.5
12.8
20
16Mn
16Mn
Q235
3
3
3

② Vaporizador

También conocido como intercambiador de calor serpentube, su estructura se muestra en la figura 5. El gas licuado de petróleo fluye por el tubo interior mientras que el tubo exterior está lleno de agua caliente a una temperatura de 40-50°C, que proporciona el calor necesario para la evaporación del gas licuado de petróleo.

El agua caliente que fluye por el tubo exterior puede proceder de una fuente externa o calentarse quemando el propio gas licuado de petróleo. El combustible consumido para calentar el agua sólo representa alrededor de 2,5% de toda la cantidad de gasificación del gas de petróleo. Normalmente, sólo se considera el uso de vaporizadores cuando hay una gran cantidad de usuarios, alto contenido de butano en el gas licuado de petróleo, baja presión de vapor saturado y funcionamiento al aire libre en invierno.

③ Regulador

Su estructura se muestra en la figura 6. El regulador tiene dos funciones: reducir la presión de la botella de gas a la presión de trabajo requerida y estabilizar la presión de salida y garantizar que el suministro de gas sea uniforme.

La mayor ventaja del regulador es que la presión del gas de salida puede ajustarse dentro de un determinado rango. Por lo general, los reguladores domésticos se utilizan para cortar chapas de acero de grosor general, y la presión de salida es de 2-3 MPa. Sustituyendo el muelle, la presión de salida del regulador doméstico puede aumentarse hasta unos 25 MPa.

Sin embargo, durante la modificación, es necesario asegurarse de que el muelle de la válvula de seguridad no pierde aire. El método específico consiste en apretar el muelle de la válvula de seguridad. Si el uso de gas licuado de petróleo es demasiado grande, se debe utilizar un regulador grande. Si el gas licuado de petróleo se almacena en un cilindro de acetileno, se puede utilizar un regulador de acetileno.

Para cortar chapas de acero de grosor general, la presión de salida del regulador es de unos 2,5 MPa para el corte manual y de 10-30 MPa para el corte automático. Debe encenderse con una llama abierta y, tras el encendido, debe aumentarse el caudal de oxígeno y gas propano hasta que la llama alcance su longitud más corta, sea de color azul y vaya acompañada de un silbido. Cuando la temperatura de la llama es la más alta, se puede realizar el precalentamiento y el corte.

(3) Gas natural

El gas natural es un producto de los yacimientos de petróleo y gas, y su composición varía en función del lugar de origen. Su principal componente es el metano (CH4), que también pertenece a los hidrocarburos. El metano es un gas incoloro con un ligero olor a temperatura ambiente. Su temperatura de licuefacción es de -162℃. También puede explotar cuando se mezcla con aire u oxígeno.

El rango explosivo de la mezcla de metano y oxígeno es de 5,4% a 59,2% (fracción volumétrica). La velocidad de combustión del metano en oxígeno es de 5,5m/s. Cuando el metano arde completamente en oxígeno puro, la ecuación química es:

CH4+2O2→CO2+2H2O (4)

De la ecuación anterior se desprende que la relación teórica de consumo de oxígeno es de 1:2. La relación real de consumo de oxígeno para formar llamas neutras al arder en el aire es de 1:1,5, y la temperatura de la llama es de unos 2540℃, muy inferior a la del acetileno.

Por lo tanto, se requiere un mayor tiempo de precalentamiento para el corte. Suele utilizarse como combustible de corte en zonas con abundancia de gas natural.

(4) Hidrógeno (H2)

El hidrógeno es un gas combustible incoloro e inodoro. El hidrógeno tiene la masa atómica relativa más pequeña y es soluble en agua. El gas hidrógeno tiene la mayor velocidad de difusión y una elevada conductividad térmica. Su conductividad térmica es 7 veces la del aire.

Es extremadamente propenso a las fugas, tiene una baja energía de ignición y es uno de los gases inflamables y explosivos más peligrosos. Su punto de combustión espontánea en el aire es de 560℃, y en el oxígeno, de 450℃. La temperatura de la llama de hidrógeno-oxígeno puede alcanzar 2660℃ (llama neutra). El gas hidrógeno tiene fuertes propiedades reductoras. A altas temperaturas, puede reducir los metales a partir de óxidos metálicos.

Entre los métodos habituales para preparar hidrógeno gaseoso se encuentran el craqueo de gasolina cruda, el craqueo con agua amoniacal y la electrólisis del agua. El gas hidrógeno puede presurizarse en un cilindro de acero. La presión de carga a 21℃ es de 14MPa (presión manométrica).

El gas hidrógeno se utiliza habitualmente en el corte y la soldadura por arco de plasma; a veces se utiliza en la soldadura con plomo; añadiendo una cantidad adecuada de H2 a Ar durante la soldadura con gas de protección del electrodo de fusión puede aumentar el calor de entrada del material base, mejorar la velocidad y la eficacia de la soldadura. Los requisitos técnicos para utilizar gas hidrógeno durante la soldadura o el corte con gas se enumeran en la Tabla 24.

Tabla 24: Requisitos técnicos para el uso de hidrógeno gaseoso durante la soldadura o el corte con gas

Nombre del indicador (fracción de volumen)Hidrógeno ultrapuroAmoniaco de gran purezaAmoníaco puroNombre del indicador (fracción de volumen)Hidrógeno ultrapuroHidrógeno de alta purezaHidrógeno puro
Contenido en hidrógeno (≥)/% 

contenido de oxígeno (≤)/10-6

contenido en nitrógeno (≤)/10-6 

Contenido de CO (≤)/10-6
99.9999
0.2
0.4
0.1
99.999
1
5
1
99.99
5
60
5
Contenido de CO (≤)/10-6 

contenido de metano (≤)/10-6 

contenido en agua (fracción másica ≤)/10-6
0.1
0.2
1.0
1
1
3
5
10
30

Nota: El contenido de oxígeno en el hidrógeno ultrapuro y el hidrógeno de gran pureza se refiere a la cantidad total de oxígeno y argón; el hidrógeno ultrapuro se refiere al hidrógeno canalizado, excluido el hidrógeno embotellado.

2,6 Nitrógeno (N2)

El nitrógeno representa aproximadamente 78% del volumen del aire a temperatura ambiente. Su punto de ebullición es -196℃. El nitrógeno tiene un potencial de ionización bajo y una masa atómica relativa menor que la del argón. El nitrógeno absorbe una gran cantidad de calor cuando se descompone.

El nitrógeno puede utilizarse como gas de protección para la soldadura. Debido a su buena conductividad térmica y capacidad de transporte de calor, el nitrógeno también se utiliza habitualmente como gas de trabajo en el corte por arco de plasma. Tiene una columna de arco larga y energía térmica compuesta molecular, por lo que puede cortar placas metálicas más gruesas.

Sin embargo, debido a que la masa atómica relativa del nitrógeno es menor que la del argón, cuando se utiliza en el corte por arco de plasma, se requiere una alta tensión en vacío de la fuente de alimentación.

El nitrógeno puede reaccionar con los metales a altas temperaturas y tiene un fuerte efecto erosivo sobre el electrodo durante el corte por arco de plasma, especialmente cuando la presión del gas es elevada.

Por lo tanto, debe añadirse argón o hidrógeno. Además, cuando se utiliza nitrógeno como gas de trabajo, la superficie de corte se nitrurará y se producirán más óxidos de nitrógeno durante el corte.

La pureza del nitrógeno utilizado para la soldadura o el corte por arco de plasma debe cumplir los requisitos técnicos de Clase I o Clase II del Grado 1 especificado en GB 3864-83, como se muestra en la Tabla 25.

Tabla 25: Requisitos técnicos para el nitrógeno industrial

Nombre del indicador (fracción de volumen)Clase IClase II
clase asegundo nivel
Contenido de nitrógeno (≥)
/%
99.599.598.5
Contenido de oxígeno (≤)
/%
0.50.51.5
Contenido en aguaAgua libre (≤) M1100100
Punto de rocío (≤)/℃-43

3. Selección de los gases de soldadura

Para el CO2 soldadura con gas de protección, soldadura con gas de protección inerte, soldadura con gas de protección mixto, soldadura por arco de plasma, soldadura en atmósfera protectora, y soldadura y corte con gas oxígeno-acetileno.

La selección de los gases de soldadura depende principalmente de los métodos de soldadura y corte, así como de factores como las propiedades del metal base, los requisitos de calidad de la junta soldadael grosor y la posición de la pieza, y el proceso de soldadura.

3.1 Selección de los gases en función de los métodos de soldadura

El gas utilizado para la soldadura, el corte o la soldadura con protección de gas es diferente según el método de soldadura utilizado en el proceso de soldadura. El método de soldadura y la selección de gases de soldadura se muestran en la Tabla 26.

En la Tabla 27 se muestra la selección de gases de uso común para la soldadura fuerte en atmósfera protectora. La aplicabilidad de varios gases en el corte por arco de plasma se muestra en la Tabla 28.

Tabla 26: Selección de gases de soldadura según métodos de soldadura

Método de soldaduraGas de soldadura
Soldadura con gasCH+O2H2
Corte con gasCH+O2Gas licuado de petróleo+O2Gas+O2Gas natural+O2
Corte por arco de plasmaaireN2Ar+N2Ar+H2N2+H2
Soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG)ArÉlAr+He
Alambre macizoSoldadura con gas inerte metálico (MIG)ArÉlAr+He
Arco metálico Soldadura (MAG)Ar+O2Ar+CO2Ar+CO+O2
CO2 soldadura con gas de protecciónCO2CO2+O2
Hilo tubularCO2Ar+O2Ar+CO2

Cuadro 27 Selección de gases comunes utilizados en la soldadura fuerte en atmósfera protectora

GasnaturalezaComposición química y requisitos de purezapropósito
Gas argón

Gas hidrógeno

Descomposición Amoníaco

Amoníaco de descomposición subcomprimido

Gas nitrógeno
Inerte
Reductor
Reductor
Reductor
Inerte respecto al cobre
Argón > 99,99%

Hidrógeno 100%
Hidrógeno 75%,

Nitrógeno 25%

Hidrógeno 7%~20%, equilibrio Nitrógeno

Nitrógeno 100%
Acero aleadoAleación resistente al calor, cobre y aleación de cobre

Acero aleado, aleación resistente al calor y cobre sin oxígeno

Acero al carbono, acero de baja aleación y cobre desoxidado

Acero bajo en carbono

Cobre y aleación de cobre

Tabla 28 Idoneidad de varios gases en el corte por arco de plasma

GasObjetivo principalobservaciones
Ar,Ar+H2
Ar+N2
Ar+H2+N2
Corte de acero inoxidablemetales no ferrosos o aleacionesAr sólo se utiliza para cortar metales más finos
N2
N2+H2
Como gas de trabajo para el arco de plasma de recompresión de agua, también puede utilizarse para cortar acero al carbono.
O2aireCorte de acero al carbono y acero de baja aleación, también se utiliza para cortar acero inoxidable y aluminioPor lo general, no se utilizan componentes estructurales importantes de aleación de aluminio

3.2 Selección del gas en función del material de soldadura

En la soldadura con gas de protección, independientemente de que se utilice hilo macizo o hilo tubular, siempre se plantea la cuestión de la combinación adecuada con el gas de protección (medio). El impacto de esta combinación es relativamente claro y no tan complejo como el de la combinación hilo-fundente, ya que el gas de protección sólo se clasifica en dos categorías: gas inerte y gas activo.

En el caso de la soldadura de protección con gas inerte (Ar), la composición del hilo de aportación es similar a la del metal depositado, y los elementos de aleación no se pierden de forma significativa. Mientras que durante la soldadura de protección con gas activo, debido al fuerte efecto oxidante del CO2 gas, el coeficiente de transición de la aleación del alambre de relleno disminuye, lo que da lugar a diferencias significativas entre el depositado composición del metal y la composición del alambre de relleno.

Cuanto mayor sea la proporción de CO2 gas en la atmósfera protectora, más fuerte será la oxidación y menor el coeficiente de transición de la aleación.

Por lo tanto, al utilizar CO2 como gas de protección, el alambre de relleno debe contener una cantidad suficiente de desoxidante elementos de aleación para cumplir los requisitos de la desoxidación combinada de Mn y Si, protegiendo el contenido adecuado de oxígeno en el metal de soldadura y mejorando la estructura y las propiedades de la soldadura.

El gas de protección debe seleccionarse en función de factores como las propiedades del material soldado, los requisitos de calidad de la unión y los métodos del proceso de soldadura. Para aceros con bajo contenido en carbono, aceros de baja aleación acero de alta resistenciaacero inoxidable y acero resistente al calor, gases activos (como el CO2Ar+CO2o Ar+O2) se recomiendan como protección para refinar las gotas de transición, superar la deriva del punto del cátodo del arco y los defectos de mordedura de los bordes. En algunos casos, también pueden utilizarse gases inertes.

Sin embargo, para los gases protectores con fuertes propiedades oxidantes, se deben emparejar alambres de soldadura con alto contenido en manganeso y silicio, mientras que para los gases mixtos ricos en Ar, se deben emparejar alambres de soldadura con bajo contenido en silicio.

El gas de protección debe coincidir con el hilo de relleno. Cuando se utiliza CO2 Si se utiliza hilo de soldadura con mayor contenido de Mn y Si en condiciones de argón enriquecido, el contenido de aleación en el metal depositado es elevado y la resistencia aumenta.

Por el contrario, cuando el alambre utilizado en condiciones de argón rico está protegido por CO2 gas, debido a la oxidación y combustión de los elementos de aleación, el coeficiente de transición de la aleación es bajo, y el rendimiento de la soldadura disminuye.

Para los metales que se oxidan con facilidad o con malas propiedades de fusión, como el aluminio y sus aleaciones, el titanio y sus aleaciones, el cobre y sus aleaciones, el níquel y sus aleaciones, y las aleaciones de alta temperatura, deben utilizarse gases inertes (como Ar o gas mezclado Ar+He) como gases de protección para obtener un metal de soldadura de alta calidad.

El potencial de ionización (es decir, el potencial de ionización) del gas protector tiene un ligero efecto sobre la intensidad del campo eléctrico de la columna de arco y el aporte de calor del metal base. Las propiedades de protección incluyen la conductividad térmica, la capacidad calorífica específica y la descomposición térmica.

Al utilizar la fusión soldadura de polaridadCuanto mayor sea el efecto refrigerante del gas de protección sobre el arco, mayor será el aporte de calor del metal base. La gama aplicable de gases de protección para diferentes materiales durante la soldadura se muestra en la Tabla 29.

Los gases de protección aplicables para diferentes materiales soldados durante la soldadura de protección con gas inerte de polaridad de fusión se muestran en la Tabla 30. La selección del gas protector para grandes corrientes soldadura por arco de plasma se muestra en la Tabla 31, mientras que la selección para la soldadura por arco de plasma de corriente pequeña se muestra en la Tabla 32.

Tabla 29 Rango aplicable de gas de protección para diferentes materiales durante la soldadura

Material soldadoGas protectorPropiedades químicasMétodo de soldaduraLa característica principal
Aluminio y aleaciones de aluminioArinerciaTIG
MIG
Soldadura TIG adopta corriente alterna. La soldadura MIG adopta la conexión inversa de corriente continua, que tiene efecto de aplastamiento catódico y la superficie del costura de soldadura es suave y limpio
Titanio, circonio y sus aleacionesArinerciaTIG
MIG
Combustión por arco estable con buen efecto de protección
Cobre y aleaciones de cobreArinerciaTIG
MIG
Genera un arco de chorro estable, pero cuando el espesor de la chapa es superior a 5-6 mm, se requiere precalentamiento
N2 Electrodo de fusión

Soldadura con gas protector
El calor de entrada es grande, por lo que puede reducirse o anularse. Hay salpicaduras y humo, y la soldadura por arco de nitrógeno se utiliza generalmente sólo para desoxigenada. soldadura de cobre. La fuente de nitrógeno es conveniente y el precio es barato
Acero inoxidable y acero de alta resistenciaArinerciaTIGAdecuado para soldadura de chapas
Acero al carbono y acero de baja aleaciónCO2Propiedades oxidativasMAGApto para arco de cortocircuito, con algunas salpicaduras
Aleación a base de níquelArinerciaTIG
MIG
Adecuado para la soldadura por chorro, por impulsos y por arco en cortocircuito, es el principal gas para la soldadura de aleaciones a base de níquel.

Tabla 30 Gas protector aplicable para diferentes materiales soldados durante la soldadura de protección con gas inerte de polaridad de fusión

Gas de protección       Material soldado       Gas de protección       Material soldado       
Ar
Ar+He 
Él
Ar+O20,5%~1%
Ar+O21%
Ar+O21%~3%
Ar+O21%~5%
Ar+CO225%
Todos los metales excepto el acero
Todos los metales, especialmente aptos para soldar Cobre y aluminio Aleaciones
Todos los metales excepto el acero
Aluminio
Acero de alta aleación
Acero aleado
Aceros no aleados y de baja aleación
Acero no aleado
Ar+CO2 1%~3%

Ar+N20.2%

Ar+H26%

Ar+N215%~20%

N2

CO2

CO2+O215%~20%

Vapor de agua

Ar+O23%~7%+CO213%~17%
Aleación de aluminio

Aleación de aluminio

Níquel y aleaciones de níquel

Cobre

Cobre

Acero no aleado

Acero no aleado

Acero no aleado

Aceros no aleados y de baja aleación

Tabla 31 Selección del gas de protección para la soldadura por arco de plasma de gran corriente

Material soldadoEspesor de la placa
/mm
Gas de protección 
acero al carbono<3.2Método de microporos       Método de penetración por fusión       
>3.2ArAr
acero de baja aleación<3.2ArAr
>3.2ArAr
acero inoxidable<3.2ArHe75%+Ar25%
>3.2Ar o Ar92,5%+He7,5%Ar
cobre<2.4Ar o Ar95%+He5%He75%+Ar25%
>2.4ArHe o He75%+Ar25%
Aleación de níquel<3.2-Él
>3.2Ar o Ar92,5%+He7,5%Ar
Metal activo<6.4Ar o Ar95%+He5%He75%+Ar25%
>6.4ArAr

Tabla 32 Selección del gas de protección para la soldadura por arco de plasma de pequeña corriente

Material soldadoEspesor/mmGas de protección 
Método de microporosMétodo de penetración por fusión
Aluminio<1.6-Ar,He
>1.6ÉlÉl
Acero al carbono<1.6-Ar,He25%+Ar75%
>1.6Ar,He75%+Ae25%Ar,He75%+Ar25%
Acero de baja aleación<1.6-Ar,He,Ar+H2(1~5)%
>1.6He75%+Ae25%, Ar+H2(1~5)%Ar,He,Ar+H2(1~5)%
Acero inoxidableTodos los grosoresAr, He75%+Ae25%, Ar+H2(1~5)%Ar,He,Ar+H2(1~5)%
Cobre<1.6-He25%+Ae75%
>1.6He75%+Ae25%,HeAr,He75%+Ar25%
Aleación de níquelTodos los grosoresAr, He75%+Ae25%,Ar+H2(1~5)%Ar,He,Ar+H2(1~5)%
Metal activo<1.6Ar, He75%+Ae25%,HeArAr
>1.6He75%+Ae25%,HeAr,He75%+Ar25%

3.3 Propiedades y selección de gases mixtos

Al añadir una cierta proporción de algunos gases al gas base, se forman gases mixtos que tienen varias ventajas en los procesos de soldadura y corte, como cambiar la forma del arco, aumentar la energía del arco, mejorar la formación de la soldadura y las propiedades mecánicas, y aumentar la productividad de la soldadura.

(1) Propiedades de los gases mixtos

Si se utiliza CO2 como gas de protección para la soldadura, la estabilidad del arco es deficiente, las gotas no son de transición axial, las salpicaduras son grandes y la formación de la soldadura es deficiente. Al soldar acero de baja aleación con Ar puro, se produce una gran deriva de puntos catódicos, lo que también puede causar inestabilidad del arco.

Añadiendo una pequeña cantidad de gases oxidantes como el O2 y CO2 a Ar puede mejorar significativamente la estabilidad del arco, refinar las gotas, aumentar la eficacia de la transición y ayudar a mejorar la formación de la soldadura y la resistencia a la porosidad.

En la Tabla 33 se muestran los componentes y las características de los gases mezclados utilizados habitualmente para la soldadura con protección de gas. Algunas propiedades físicas y químicas de las mezclas inflamables se muestran en la Tabla 34.

Tabla 33 Componentes y características de los gases mixtos comúnmente utilizados para la soldadura con gas de protección

Combinación de gasComposición del gasGradiente de potencial de la columna del arcoEstabilidad del arcoCaracterísticas de la transición metálicaPropiedades químicasForma de penetración de la soldaduraCaracterísticas de calefacción
Ar+HeÉl
≤75%
mediobienbien –Forma plana con gran profundidad de penetración
Ar+H2H2 
5%~15%
mediobien Reductividad, H>5% producirá porosPenetración profundaEl aporte térmico de las piezas soldadas es superior al del Ar puro
Ar+CO2CO2 
5%
Bajo a mediobienbienPropiedad oxidante débilForma plana con gran penetración (mejora la formación de la soldadura)
CO2 20%Oxidación moderada
Ar+O2O2 
1%~5%
bajobienbienPropiedad oxidante débilEn forma de seta, con mayor penetración (mejorando la formación de la soldadura)
Ar+CO2 +O2CO2 
20%,0.5%
secundariobienbienOxidación moderadaForma plana con gran penetración (mejora la formación de la soldadura)
CO2+O2O2
≤20%
altaLigeramente peorsatisfechoPropiedad oxidante débilForma plana con gran profundidad de fusión

Tabla 34 Algunas propiedades físicas y químicas de las mezclas inflamables

Gas principalComposición
(fracción de volumen)
/%
Dentro de las moléculasDensidad (en estado estándar)
/kg-m-3
Poder calorífico total /MJ-㎏-1Temperatura de la llama
/℃
Velocidad máxima de combustión
/m-s-1
Punto de ignición (en el aire)
/℃
Rango de explosión
(fracción volumétrica de gas combustible en el aire/%)
acetilenoAcetileno 70+Propileno 30311.347.93200 4912.5~19
Acetileno 85+Propileno y Etileno 15-27.6
etilenoEtileno 80+acetileno 201.24250.331504532.7~35
propilenoPropileno 45-50+butadieno 20+acetileno 30-35248.533002.5~10.5
hidrógenohidrógeno0.08260011.2580~5904.0~74.2
Hidrógeno 45-50+propano 20-30+propileno 20-3060.02.8~15.6
Hidrógeno 45-50+acetileno 10-16+butadieno 10-14+propileno 20-3057.62.6~17.1
Hidrógeno 50+gas de petróleo 501.07~1.12 31007.5~11459~4942.6~17.1
gas naturalMetano 88+(propileno+propano+butano) 1250.019005.3~14
PropargiloPropileno 35+acetileno 1+butadieno 1+propileno 31+buteno 2+propileno 12+propano 181.8124929303.4~10.8

(2) Selección de gases mixtos

La selección de los gases mezclados se basa generalmente en el método de soldadura, el material soldado y la influencia de la proporción de mezcla en el proceso de soldadura.

Por ejemplo, cuando se suelda acero de alta resistencia y baja aleación, se prefiere el Ar puro como gas de protección para reducir las inclusiones de óxido y el contenido de oxígeno en la soldadura. Sin embargo, desde el punto de vista de la estabilidad del arco y la formación de la soldadura, al Ar se le añaden gases oxidantes.

Por lo tanto, es adecuado un gas débilmente oxidante. Para la transición del chorro de soldadura por arco con gas inerte Argón, se utiliza una mezcla de Ar+(1%-2%)O2 mientras que se recomienda una mezcla de 20%CO2El +80%Ar es el mejor para la soldadura con protección de gas activo con transición de cortocircuito.

Desde el punto de vista de la eficacia de la producción, la adición de He, N2, H2CO2o O2 a Ar puede aumentar el aporte de calor del metal base y mejorar la velocidad de soldadura durante la soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG).

Por ejemplo, al soldar placas de aluminioCuando se suelda acero de bajo contenido en carbono o acero de baja aleación, se recomienda añadir una cierta cantidad de O2 a CO2 o añadiendo una cierta cantidad de CO2 o O2 al gas Ar puede producir efectos significativos.

Además, el uso de gases mixtos como protección también puede aumentar la profundidad de penetración, eliminar defectos como la falta de fusión, las grietas y la porosidad. La Tabla 35 muestra el rango aplicable de gases mixtos para diferentes materiales durante la soldadura.

Tabla 35 Gama aplicable de gases mezclados para soldar diferentes materiales

Material soldadoGas protectorProporción de mezcla
/%
Propiedades químicasMétodo de soldaduraCaracterísticas principales
Aluminio y aleaciones de aluminioAr +HeHe10 (MIG)

He10~90

(soldadura TIG)
inerciaTIG
MIG
El coeficiente de transferencia de calor del He es elevado. Con la misma longitud de arco, la tensión del arco es superior a la del Ar. La temperatura del arco es alta, el aporte de calor al metal base es grande y la velocidad de fusión es relativamente rápida. Es adecuado para soldar placas de aluminio gruesas, lo que puede aumentar la profundidad de fusión, reducir la porosidad y mejorar la eficiencia de la producción. Sin embargo, si la proporción de He añadido es demasiado grande, habrá más salpicaduras.
Titanio, circonio y sus aleacionesAr+He75/25inerciaTIG
MIG
Puede aumentar la entrada de calor. Es adecuado para la soldadura por arco de chorro, arco pulsado y arco de cortocircuito, lo que puede mejorar la profundidad de fusión y la humectación del metal de soldadura.
Cobre y aleaciones de cobreAr+He50/50 o 30/70inerciaTIG
MIG
Puede mejorar la humectación del metal de soldadura y aumentar calidad de soldadura. El calor de entrada es superior al Ar puro.       
Ar+N280/20 Electrodo de fusión

Soldadura con gas protector
El calor de entrada es superior al del Ar puro, pero hay salpicaduras y humo, y el conformado no es tan bueno.       
Acero inoxidable y acero de alta resistenciaAr+O2O21~2Propiedades oxidativasElectrodo de fusión

Soldadura con gas de protección (MAG)
Puede refinar la gota y reducir la corriente crítica de transición del chorro, reducir la viscosidad y la tensión superficial del metal líquido, evitando así defectos como la porosidad y la socavación. Cuando soldadura de acero inoxidablela fracción volumétrica de O2 añadido no debe superar los 2%, de lo contrario la superficie de la soldadura se oxidará gravemente, lo que reducirá la calidad de la unión soldada. Se utiliza para la soldadura por arco de chorro y por arco pulsado.
Ar+N2N21~4inerciaTIGPuede aumentar la rigidez del arco y mejorar la formación de la soldadura.       
Ar+O2+CO2O22
CO25
Propiedades oxidativasMAGSe utiliza para la soldadura por chorro de arco, arco pulsado y arco de cortocircuito.       
Ar+CO2CO22.5Propiedades oxidativasMAGSe utiliza para la soldadura por arco en cortocircuito. Cuando soldadura de acero inoxidablela fracción volumétrica máxima de CO2 añadido debe ser inferior a 5%, de lo contrario la penetración de carbono será grave.       
Ar+O2O21~5 o 20Propiedades oxidativasMAGTiene una mayor tasa de producción y mejor resistencia a la porosidad. Se utiliza para arco de chorro y aplicaciones de soldadura que requieren soldaduras de alta calidad.       
Acero al carbono y acero de baja aleaciónAr+CO270(80)/30(20)Propiedades oxidativasMAGTiene una buena penetración y puede utilizarse para arcos de transición de cortocircuito y chorro.       
Ar+O2+CO280/15/5Propiedades oxidativasMAGTiene una buena penetración y puede utilizarse para la soldadura por chorro, por impulsos y por arco de cortocircuito.       
Aleación a base de níquelAr+HeÉl 20~25inerciaTIG
MIG
El aporte térmico es superior al del Ar puro.       
Ar+H2H2 <6ReducibilidadElectrodo no fusiblePuede suprimir y eliminar la porosidad de CO en la soldadura, aumentar la temperatura del arco e incrementar el aporte de calor.       

En los últimos años, también se ha promovido y aplicado un gas mixto grueso de Ar. Su composición es Ar = 96%, O2 ≤ 4%, H2O ≤ 0,0057%, N2 ≤ 0,1%. El gas mezclado Ar grueso no sólo puede mejorar la formación de la soldadura, reducir las salpicaduras y mejorar la eficiencia de la soldadura, sino que además, cuando se utiliza para soldar acero de alta resistencia de baja aleación con una resistencia a la tracción de 500-800 MPa, las propiedades mecánicas del metal de soldadura son equivalentes a las que se obtienen utilizando Ar de alta pureza. El gas mixto Ar grueso es barato y tiene buenas ventajas económicas.

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