Сварочный газ: Все, что нужно знать

Сварочный газ в основном относится к защитному газу, используемому при сварке в газовой среде (сварка в защитной среде углекислого газа, сварка в защитной среде инертного газа), а также к газу, используемому при газовой сварке и резке, включая углекислый газ (CO2), аргон (Ar), гелий (He), кислород (O2), горючие газы, смешанные газы и т.д.

Во время сварки защитный газ является не только защитной средой для зоны сварки, но и газовой средой для генерации дуги.

Газовая сварка и резка в основном опираются на высокотемпературное пламя, образующееся при сгорании газа, которое концентрирует тепло для завершения процесса.

Поэтому свойства газа (такие как физические и химические свойства и т.д.) влияют не только на защитный эффект, но и на зажигание дуги и стабильность процесса сварки и резки.

1. Классификация сварочного газа

В соответствии с ролью различных газов в рабочем процессе, сварочный газ в основном подразделяется на защитный газ и газ, используемый для газовой сварки и резки.

1.1 Защитный газ

Защитный газ в основном включает в себя углекислый газ (CO2), аргон (Ar), гелий (He), кислород (O2), и газообразный водород (H2).

Международный институт сварки отмечает, что защитные газы классифицируются в соответствии с их потенциалом окисления, и простая формула расчета для определения классификационного индекса такова: Классификационный индекс = O2% + 1/2 CO2%.

Исходя из этой формулы, защитные газы можно разделить на пять категорий в зависимости от их потенциала окисления. Класс I - инертный или восстановительный газ, M1 - слабоокисляемый газ, M2 - умеренно окисляемый газ, а классы M3 и C - сильно окисляемые газы. Показатели потенциала окисления каждого типа защитного газа приведены в таблице 1.

Классификация защитных газов для сварки черных металлов приведена в таблице 2.

Таблица 1: Показатели потенциала окисления различных типов защитных газов

ТипM1M2M3C
Индекс окислительного потенциала<11~55~99~16>16

Таблица 2: Классификация защитных газов для сварки черных металлов

КатегорияГаз. КоличествоСоотношение смеси
(в процентах от объема)
%
ТипСодержание кислорода в металле сварного шва
/ %.  
Склонность к окислениюИнертныеРедуктивность
CO2O2ArОнH2
112-
-
-
-
-
-
100
-
27~75
-
100
Рем.
-
-
-
Инертные<0.02
21-
-
-
-
85~95
-
--Рем.
100
Редуктивность
M1222~4
-
-
1~3
Рем.
Рем.
---
-
Слабо окисляется0.02~0.04
M223215~30
5~15
-
-
1~4
4~8
Рем.
Рем.
Рем.
-
-
-
-
-
-
Умеренно окисляющийся0.04~0.07
M322330~40
-
5~20
-
9~12
4~6
Рем.
Рем.
Рем.
-
-
-
-
-
-
Сильно окисляется>0.07
C12100
Рем.
-
<20
-
-
-
-
-
-

1.2 Газ для газовой сварки и резки

В соответствии со свойствами газов, газы, используемые для газовая сварка и резки можно разделить на две категории: окисляющие газы (O2) и горючих газов.

Когда горючие газы смешиваются с кислородом и сгорают, выделяется большое количество тепла, образуя высокотемпературное пламя с концентрированным теплом (самая высокая температура в пламени может достигать 2000~3000℃), которое может нагревать и плавить металлы.

Ацетилен обычно используется в качестве горючего газа для газовой сварки и резки. Другие горючие газы, которые в настоящее время продвигаются для использования, включают пропан, пропилен, сжиженный нефтяной газ (в основном пропан), природный газ (в основном метан) и т.д.

Физические и химические свойства некоторых широко используемых горючих газов приведены в таблице 3.

Таблица 3 Физико-химические свойства нескольких часто используемых горючих газов.

Газ(C2H2(C3H8(C3H6(C4H10(CH4(H2
Молекулярная относительность26444258162
Плотность (в стандартном состоянии)/кг - м-31.171.851.822.460.710.08
Относительное отношение массы воздуха к массе воздуха при 15,6 ℃ (воздух=1)0.9061.521.482.00.550.07
Точка воспламенения/℃335510455502645510
Валовая теплотворная способностькДж/м5296385746811821214823768110048
кг/м5020851212492044938056233-
Теоретическая потребность в кислороде (объемное соотношение кислорода и газа)2.554.56.52.00.5
Фактическое потребление кислорода (объемное соотношение кислорода и газа)1.13.52.6-1.50.25
Температура нейтрального пламени ℃Горение в кислороде310025202870-25402600
Сгорание в воздухе263021162104213220662210
Скорость горения пламени/мсГорение в кислороде84--5.511.2
Сгорание в воздухе5.83.9--5.511.0
Диапазон взрывоопасности (объемная доля горючего газа/%)В кислороде2.8~932.3~552.1~53-5.5~624.0~96
В воздухе2.5~802.5~102.4~101.9~8.45.3~144.1~74

2. Характеристики газов для сварки

Роль газов в различных процессах сварки или резки неодинакова, и выбор газов также зависит от свариваемых материалов.

Поэтому в различных ситуациях необходимо выбирать газы с определенными физическими или химическими свойствами, даже смесь нескольких газов.

Основные свойства и области применения широко используемых в сварке и резке газов приведены в таблице 4, а характеристики различных газов в процесс сварки представлены в таблице 5.

Таблица 4 Основные характеристики и области применения широко используемых в сварке газов.

ГазСимволОсновные свойстваПрименение в сварке
двуокись углеродаCO2Стабильные химические свойства, не горит, не поддерживает горение, может разлагаться на CO и O при высоких температурах, имеет определенную степень окисления до металлов. Он может сжижаться, поглощать большое количество тепла при испарении жидкого CO и превращаться в твердый диоксид углерода, широко известный как сухой лед.Сварочная проволока может использоваться в качестве защитного газа во время сварки, например, CO2 сварка в газовой среде и смешанная сварка в газовой среде такие как CO2+O2, CO2+Ar и т.д.
аргонArИнертный газ, химически инертный, не вступает в реакцию с другими элементами при комнатных и высоких температурахИспользуется в качестве защитного газа для механической защиты во время аргонодуговая сваркаПлазменная сварка и резка
кислородO2Бесцветный газ, который поддерживает горение и очень активен при высоких температурах, непосредственно соединяясь с различными элементами. Когда кислород попадает в расплавленную ванну во время сварки, он окисляет металлические элементы и оказывают неблагоприятное воздействиеПри смешивании с горючими газами для сжигания можно получить чрезвычайно высокие температуры для сварки и резки, например, кислородно-ацетиленовое пламя и аргоно-кислородное пламя. Смешивается в пропорции с аргоном, углекислым газом и т.д. для сварки в смешанной газовой защите
ацетиленC2H2Известный как газообразный карбид кальция, он менее растворим в воде, более растворим в спирте и более растворим в ацетоне. Он смешивается с воздухом и кислородом, образуя взрывоопасную газовую смесь, которая сгорает в кислороде и излучает высокую температуру 3500 ℃ и сильный свет.Используется для ацетилена с кислородом пламенная сварка и резка
водородH2Способен гореть, неактивен при комнатной температуре, очень активен при высоких температурах, может использоваться в качестве восстановителя металлических руд и оксидов металлов. Во время сварки он может глубоко расплавиться в жидком металле и выпасть в осадок при охлаждении, что может легко образовать порыИспользуется в качестве восстановительного защитного газа при сварке. При смешанном горении с кислородом может служить источником тепла при газовой сварке
азотN2Химические свойства не активны и могут напрямую соединяться с водородом и кислородом при высоких температурах. Неблагоприятно влияет на попадание в расплавленную ванну во время сварки. В основном не реагирует с медью и может использоваться в качестве защитного газаПри азотно-дуговой сварке азот используется в качестве защитного газа для сварка меди и нержавеющей стали. Азот также широко используется в плазме дуговая резка в качестве внешнего защитного газа

Таблица 5 Характеристики различных газов в процессе сварки.

ГазКомпонентГрадиент потенциала столба дугиУстойчивость дугиХарактеристики металлических переходовХимические свойстваПроварка сварного шва формаХарактеристики нагрева
CO2Чистота 99,9%высокийдовольныУдовлетворен, но есть несколько брызгСильные окислительные свойстваПлоская форма с большой глубиной проникновения
ArЧистота 99,995%низкийхорошодовольныВ форме гриба
ОнЧистота 99,99%высокийдовольныдовольныПлоская параТеплоемкость сварных деталей выше, чем у чистого Ar
N2Чистота 99,9%высокийразницаразницаОбразование пор и нитридов в сталиПлоская форма

2.1 Газообразный диоксид углерода (CO2)

(1) Свойства CO2 газ

CO2 является окислительным защитным газом и существует в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Чистый CO2 газ без цвета и запаха. При температуре 0°C и давлении 1 атм (101325 Па) плотность CO2 составляет 1,9768 г/л, что в 1,5 раза больше, чем у воздуха. CO2 легко растворяется в воде и имеет слегка кислый вкус после растворения.

Когда CO2 При нагревании газа до высокой температуры он разлагается на CO и O с выделением -283,24 кДж энергии. Поскольку в процессе разложения выделяется атомарный кислород, атмосфера дуги обладает сильными газовыми свойствами.

В зоне высокотемпературной дуги три газа (CO2CO и O2) часто сосуществуют из-за разложения CO2 газ. Степень содержания CO2 Разложение газа зависит от температуры дуги в процессе сварки.

С повышением температуры степень реакции разложения становится все более интенсивной. Когда температура превышает 5000 К, почти весь CO2 газ разлагается. Взаимосвязь между степенью разложения CO2 Разложение газа и температура показаны на рисунке 1.

Жидкий CO2 это бесцветная жидкость, плотность которой меняется в зависимости от температуры. При температуре ниже -11℃ его плотность больше, чем у воды, а при температуре выше -11℃ - меньше, чем у воды. Свойства насыщенного CO2 газа приведены в таблице 6.

Температура кипения CO2 превращается из жидкости в газ при очень низкой температуре (-78℃), поэтому промышленный CO2 обычно используется в жидком состоянии, которое может быть испарено при комнатной температуре. При температуре 0°C и давлении 1 атм 1 кг жидкого CO2 может быть испарен в 509 л CO2 газ.

Таблица 6 Свойства насыщенного CO2 Давление газа

Температура
/℃
Давление
/МПа
Плотность
/кг-л-1
Удельная теплоемкость при постоянном давлении
/105 Дж-кг-1-К-1
Температура
/℃
Давление
/МПа
Плотность
/кг-л-1
Удельная теплоемкость при постоянном давлении 
/105 Дж-кг-1-К-1
ЖидкостьГазЖидкостьГазЖидкостьГазЖидкостьГаз
-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) Хранение CO2 газ

CO2 Газ для сварки часто бывает в виде жидкого CO2 Хранится в стальных баллонах, что экономично и удобно. CO2 Баллоны окрашиваются в черный цвет и маркируются желтыми буквами с надписью "Сжиженный диоксид углерода". Цветовые коды для баллонов с широко используемыми сварочными газами приведены в таблице 7.

Таблица 7 Цветовые коды для баллонов с часто используемыми сварочными газами

Газ            Символ           Цвет цилиндра  Формулировка       Цвет букв             Цветная полосаГаз            Символ           Цвет цилиндра  Формулировка       Цвет букв             Цветная полоса
Водород
Кислород
Воздух
Азот
Ацетилен
Диоксид углерода
H2
O2
-
N2
C2H2
CO2
Светло-зеленый
Светло-голубой
Черный
Черный
Белый
Черный
Водород
Кислород
Воздух
Азот
Ацетилен, беречь от огня
Жидкая двуокись углерода
Багровый
Черный
Белый
Светло-желтый
Багровый
Желтый
Светло-желтый
Белый
Белый
Белый
-
Черный
Метан
Пропан
Пропилен
Аргон
Гелий
Сжиженный нефтяной газ
CH4
C3H8
C3H6
Ar
Он
-
Коричневый
Коричневый
Коричневый
Серебристо-серый
Серебристо-серый
Серебристо-серый
Метан
Сжиженный пропан
Сжиженный пропилен
Аргон
Гелий
Сжиженный нефтяной газ
Белый
Белый
Светло-желтый
Темно-зеленый
Темно-зеленый
Багровый
Светло-желтый
-
-
БелыйБелый
-

① Если рабочее давление составляет 19,6 МПа, добавляется одна цветная полоса; если рабочее давление составляет 29,4 МПа, добавляются две цветные полосы.

Стандартный стальной цилиндр для CO2 обычно вмещает 40 кг газа и может быть заполнен 25 кг жидкого CO2.

25 кг жидкого CO2 составляет около 80% объема цилиндра, а оставшееся пространство 20% заполнено газообразным CO2.

Значение давления, указанное на манометре баллона, является давлением насыщения этой части газа. Это давление зависит от температуры окружающей среды. При повышении температуры давление насыщения увеличивается, а при понижении температуры давление насыщения уменьшается.

Только когда весь жидкий CO2 в стальном баллоне испарился в газ, будет ли давление газа в баллоне постепенно уменьшаться по мере расходования CO2 газ.

Жидкий CO2 содержащийся в стандартном стальном баллоне, может испариться в 12,725 л CO2 газ. В зависимости от выбора CO2 расход газа во время сварки (см. табл. 8), если средний расход CO2 газа во время сварки составляет 10 л/мин, один жидкий CO2 Баллон можно использовать непрерывно в течение 24 часов.

Таблица 8: Выбор CO2 расход газа при сварке

Метод сваркиПоток газа CO2
/л - мин-1
Сварка тонкой проволокой CO25~15
Сварка грубой проволокой CO215~25
Сварка крупной проволокой на высоком токе CO225~50

Давление стандартного CO2 стального баллона при его заполнении составляет 5,0-7,0 МПа. По мере снижения давления внутри баллона во время использования количество воды, испарившейся из влаги, растворенной в жидком CO2 также увеличивается.

Связь между содержанием воды в CO2 газа и давление внутри цилиндра показаны на рисунке 6.2.

Эмпирические данные показывают, что когда давление газа внутри баллона ниже 0,98 МПа (при 20℃), CO2 в стальном цилиндре больше не следует использовать, поскольку жидкий CO2 практически испарилась.

Если его продолжают использовать, дефекты сварки в металле шва образуются поры, и газ CO2 необходимо дозаправить.

(3) Чистота CO2 газ для сварки

Массовая доля воды, которая может быть растворена в жидком CO2 составляет 0,05%, а избыток воды оседает на дно цилиндра в свободном состоянии.

Эти молекулы воды испаряются вместе с CO2 в процессе сварки и смешиваются с CO2 газ, непосредственно попадающий в зону сварки.

Таким образом, влага является основной вредной примесью в CO2 газ. Содержание водорода в металле шва варьируется в зависимости от влажности CO2 газ, как показано в таблице 9.

Взаимосвязь между CO2 Точка росы и содержание водорода в металле шва показаны на рисунке 3.

Таблица 9: Содержание водорода в металле сварного шва при различных уровнях влажности CO2 газ.

Влажность CO2 /g - m30.851.35
Содержание водорода на 1 кг металла сварного шва/mg2945
Влажность CO2 /g - m31.9215
Содержание водорода на 1 кг металла сварного шва/mg4755

Поскольку содержание воды в CO2 газа (т.е. при повышении температуры точки росы), содержание водорода в металле шва постепенно увеличивается, пластичность снижается, и даже могут появиться такие дефекты, как поры.

Таким образом, CO2 Газ, используемый для сварки, должен обладать высокой чистотой. Технические требования к жидкому CO2 используемые для сварки, приведены в таблице 10.

В Китае общее требование заключается в том, чтобы CO2 > 99%, O2 < 0,1%, H2O < 0,05%; в то время как в некоторых зарубежных странах CO2 > 99,8%, H2O < 0,0066%, также требуется точка росы ниже -40℃ (эквивалентно классу I GB).

Таблица 10: Технические требования для жидкого CO2 используемых для сварки (GB 6052-85).

Название показателяКласс I
%
Класс II
%
класс aвторой уровеньУровень 3
CO2 содержание
содержание влаги
≥99.8
≤0.005
≥99.5
≤0.05
≥99.0
≤0.10
≥99.0

Если коммерчески доступный CO2 Газ, используемый на производстве, имеет высокое содержание воды и низкую чистоту, его необходимо очищать. Обычно используются следующие методы очистки:

a. Переверните новый CO2 газовый стальной баллон и дайте ему постоять 1-2 часа, чтобы вода осела на дно. Затем откройте вентиль перевернутого баллона и слейте воду 2-3 раза, с интервалом около 30 минут между каждым сливом. После слива воды верните стальной баллон в вертикальное положение.

b. Перед использованием стального баллона после водоотливной обработки непрерывно выпускайте газ в течение 2-3 минут, так как газ в верхней части обычно содержит больше воздуха и воды, которые были подмешаны в баллон при заполнении.

c. Последовательно подключите осушитель высокого давления и осушитель низкого давления в CO2 трубопровод подачи. В качестве осушителя может использоваться силикагель, безводный оксид кальция или обезвоженный медный купорос для дальнейшего снижения содержания воды в CO2 газ. Использованный влагопоглотитель можно высушить и использовать повторно.

d. Не используйте CO2 когда давление газа в цилиндре упадет до 0,98 МПа.

Когда CO2 используется как защитный газ при сварке в плохо проветриваемых или узких помещениях необходимо усилить вентиляционные меры, чтобы предотвратить концентрацию CO2 не превышать допустимую концентрацию (30 кг/м2), установленную национальными нормами, что может негативно сказаться на здоровье сварщиков.

2.2 Аргон (Ar)

(1) Свойства аргона

Аргон - самый распространенный редкий газ в воздухе после азота и кислорода, его объемная доля составляет около 0,935%.

Аргон бесцветен и не имеет запаха. При температуре 0℃ и давлении 1 атм (101325 Па) его плотность составляет 1,78 г/л, что примерно в 1,25 раза больше плотности воздуха. Температура кипения аргона составляет -186℃, что находится между точками кипения кислорода (-183℃) и азота (-196℃). Аргон может быть получен одновременно с производством кислорода путем фракционной перегонки жидкого воздуха.

Аргон - это инертный газ, который не вступает в химическую реакцию с металлами во время сварки и не растворяется в жидком металле.

Поэтому он позволяет избежать потери металлических элементов при горении в шве и других дефектов сварки, делает металлургическую реакцию сварки простой и легко контролируемой, обеспечивая благоприятные условия для получения высококачественных сварных швов.

Зависимость между теплопроводностью и температурой Ar, He, H2, и N2 показана на рисунке 4. Видно, что аргон обладает самой низкой теплопроводностью и относится к моноатомным газам, которые не поглощают тепло из-за разложения при высоких температурах.

Поэтому тепловые потери дуги, генерируемой в аргоновом газе, относительно невелики. Аргон имеет высокую плотность и не так легко теряется во время защиты, что приводит к хорошему защитному эффекту. Металлическая проволока легко переходит в стабильный осевой поток струи с минимальным количеством брызг.

(2) Хранение аргона

Аргон можно хранить и транспортировать в жидком виде при температуре ниже -184℃, но для сварки обычно используются стальные баллоны, наполненные газом аргоном. Баллон с газом аргоном окрашен в серебристо-серый цвет и маркирован зеленым цветом (Ar).

В настоящее время в Китае широко используются газовые баллоны с аргоном объемом 33 л, 40 л и 44 л. Когда баллон заполнен и помещен под температуру 20℃, давление внутри баллона должно составлять 15 МПа.

Категорически запрещается ударять или сталкивать баллон с аргоновым газом во время использования; не используйте огонь для оттаивания клапана при его замерзании; не используйте электромагнитные грузоподъемные машины для транспортировки баллонов с аргоновым газом; не допускайте воздействия солнечных лучей в летнее время; газ внутри баллона не должен быть полностью выработан; баллоны с аргоновым газом, как правило, следует хранить в вертикальном положении.

Название показателяАргоновый газ (GB 4842-84)Газ аргон высокой чистоты (GB 10624-89)
Промышленный аргонПревосходное качествоПервоклассное качествоКвалифицированный продукт
Содержание аргона (≥) /%
Содержание азота (≤) /%
Содержание кислорода (≤) /%
Содержание водорода (≥) /%
Содержание углерода (≤) /%
Содержание влаги (≤) /%
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

Примечание: Содержание газов выражается в объемной доле, содержание влаги - в массовой доле.

Таблица 12 Чистота аргона, используемого для сварки различных материалов

Основной металлСодержание газа / %
ArN2O2H2O
ТитанЦирконий, молибден, ниобий и их сплавы

Алюминий, магний и их сплавы, хромоникелевые жаропрочные сплавы

Медь и медные сплавы, хромоникелевая нержавеющая сталь
≥99.98
≥99.9
≥99.7
≤0.01
≤0.04
≤0.08
≤0.005
≤0.05
≤0.015
≤0.07
≤0.07
≤0.07

Если содержание примесей в газообразном аргоне во время сварки превышает установленную норму, это не только влияет на защиту расплавленного металла, но и легко вызывает такие дефекты, как пористость и шлаковые включения в сварном шве, что влияет на качество сварного соединения и увеличивает потери при сгорании вольфрамового электрода.

2.3 Гелий (He)

(1) Свойства газообразного гелия

Гелий - инертный газ без цвета и запаха, который не образует соединений с другими элементами, как аргон. Он является моноатомным газом и трудно растворяется в других металлах. Его температура кипения составляет -269℃.

Гелиевый газ обладает высоким потенциалом ионизации, что затрудняет дуговую сварку. По сравнению с аргоном, гелий обладает более высокой теплопроводностью, что приводит к повышению напряжения и температуры дуги при одинаковом сварочном токе и силе дуги.

В результате теплоемкость основного металла выше, а скорость сварки быстрее, столб дуги тоньше и концентрированнее, а провар выше. Это основное преимущество использования гелия для дуговой сварки, однако стабильность дуги в нем несколько уступает аргону.

Из-за малого атомного веса и малой плотности гелия для эффективной защиты зоны сварки требуется гораздо больший расход газа.

Из-за своей дороговизны он используется только в некоторых специальных областях, например, для сварки ключевых компонентов, таких как охлаждающие стержни для ядерных реакторов и толстые алюминиевые сплавы. Сравнение характеристик газообразного аргона и гелия во время сварки приведено в таблице 13.

Таблица 13 Сравнение характеристик газов аргона и гелия при сварке

ГазСимволхарактеристика
аргонAr(1) Низкое напряжение дуги: выделяет меньше тепла и подходит для аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом тонких металлов.

(2) Хороший эффект очистки: подходит для сварка металлов которые образуют трудноплавкую оксидную оболочку, например, алюминий, алюминиевые сплавы и сплавы на основе железа с высоким содержанием алюминия.

(3) Легкость зажигания дуги: особенно важно, когда сварка тонкого металла куски.

(4) Меньшая скорость потока газа: Газ аргон имеет более высокую плотность, чем воздух, поэтому он обеспечивает лучшую защиту и меньше подвержен влиянию воздушного потока, чем газ гелий.

(5) Подходит для плоской и горизонтальной сварки: Аргоновый газ может лучше контролировать расплавленную ванну во время плоской и горизонтальной сварки, но его защитный эффект уступает гелиевому газу.

(6) Сварка разнородных металловКак правило, газ аргон лучше, чем гелий.
аммиакОн(1) Высокое напряжение дуги: выделяет больше тепла и подходит для сварки толстых металлов и металлов с высокой теплопроводностью.

(2) Малая зона термического влияния: приводит к меньшей деформации во время сварки и более высоким механическим свойствам.

(3) Большая скорость потока газа: Плотность гелия меньше, чем у воздуха, а расход газа в 0,2-2 раза больше, чем у аргона. Гелиевый газ более чувствителен к потоку воздуха, чем аргоновый газ, но обеспечивает лучшую защиту при плоской и горизонтальной сварке.

(4) Высокая скорость автоматической сварки: при скорости сварки более 66 мм/с можно получить сварные швы меньшего размера с меньшим количеством пористости и подрезов.

Поскольку дуга из газообразного гелия нестабильна, а эффект очистки катода не очевиден, для гелиевой дуговой сварки вольфрамовым электродом обычно используется положительное соединение постоянного тока. Даже для сварки алюминия магния и их сплавов, источник переменного тока не используется. Гелиевая дуга имеет большое и концентрированное тепловыделение, сильное проникновение дуги, и когда дуга короткая, положительное соединение постоянного тока также оказывает некоторое влияние на удаление оксидной пленки.

При гелиевой дуговой сварке алюминиевого сплава на постоянном токе с положительным подключением однопроходная дуговая сварка толщина сварки может достигать 12 мм, а сварка спереди и сзади может достигать 20 мм. По сравнению с аргонодуговой сваркой переменным током, она имеет большую глубину проплавления, более узкий сварная шайбаменьшая деформация, меньшая зона размягчения и меньший пережог металла. Для упрочняющих алюминиевых сплавов, прошедших термообработку, механические свойства соединений при комнатной температуре и при низких температурах лучше, чем при аргонодуговой сварке переменным током.

(2) Чистота гелиевого газа, используемого для сварки

В качестве защитного газа, используемого для сварки, чистота газообразного гелия обычно составляет от 99,9% до 99,999%. Кроме того, она зависит от типа, состава и характеристик свариваемого основного металла, а также от требований к качеству сварное соединение.

В общем, чтобы предотвратить окисление металлов или азотирование при сварке активных металлов и для повышения качества сварочного соединения следует выбирать газ гелий высокой чистоты. Технические требования к использованию газообразного гелия для сварки приведены в таблице 14.

Таблица 14 Технические требования к использованию газообразного гелия для сварки

Название показателяАммиак высокой чистотыЧистый аммиакПромышленный аммиак
Продукт первого уровняВторичный продуктПродукт первого уровняВторичный продукт
Ammonia content (≥)/%10-699.99999.9999.9999.998
Неон, содержащий (≤)/10-64.01525(Ne+H)≤800(Ne+H2 +O2+Ar)≤2.0%
Содержание водорода (≤)/10-61.03.05.0
Общее содержание кислорода (≤)/10-61.03.05.029
Содержание азота (≤)/10-62.0102050
Содержание CO (≤)/10-60.51.01.0Не указаноНе указано
CO2 содержание (≤)/10-60.51.01.0
Содержание метана (≤)/10-60.51.01.0
Содержание влаги (≤)/10-63.0101530

Примечание: Содержание газа в таблице выражено в объемной доле, а содержание воды - в массовой доле.

2.4 Свойства газообразного кислорода

(1) Свойства газообразного кислорода:

Кислород - это бесцветный, без запаха, без вкуса и нетоксичный газ при комнатной температуре и давлении. При температуре 0℃ и давлении 1 атм (101325 Па) плотность газообразного кислорода составляет 1,43 кг/м3, что больше, чем у воздуха. Температура сжижения кислорода составляет -182,96℃, а жидкий кислород имеет светло-голубой цвет. При комнатной температуре кислород существует в больших количествах в виде соединений и свободных состояний в воздухе и воде.

Сам по себе кислород не горит, но он является высокоактивным газом, поддерживающим горение, и может реагировать со многими элементами с образованием оксидов. В общем случае интенсивные реакции окисления называются горением. В газовой сварке и резке в качестве источников тепла используются горючие газы и тепло, выделяемое при сгорании кислорода.

(2) Производство кислородного газа:

Существует множество способов получения газообразного кислорода, например, химические методы, электролиз воды и сжижение воздуха.

Однако в промышленном производстве широко используется метод сжижения воздуха. Воздух сжимается и охлаждается до температуры ниже -196℃, чтобы превратить его в жидкость. Затем, при повышении температуры, азот в жидком воздухе испаряется в газ, когда температура поднимается до -196℃.

Когда температура продолжает расти до -183℃, кислород начинает испаряться. Затем газообразный кислород сжимается компрессором до давления 120-150 атм и хранится в специальных кислородных баллонах для использования и хранения.

(3) Хранение кислородного газа:

Кислородный газ обычно хранится и перевозится в специальных кислородных баллонах, а внешняя поверхность кислородных баллонов должна быть окрашена в небесно-голубой цвет и помечена надписью "кислород", выполненной черной краской.

Кислородные баллоны следует проверять каждые 3-5 лет на заводе-изготовителе в процессе эксплуатации, проверяя объем и качество баллона, а также на наличие коррозии и трещин. Размеры и наполняемость обычно используемых кислородных баллонов приведены в таблице 15.

Подача кислородного газа во время работы в основном регулируется редуктором давления на баллоне. Основные технические параметры редуктора давления для кислородных баллонов приведены в таблице 16, а распространенные неисправности и меры их предотвращения - в таблице 17.

Таблица 15 Размеры и наполняемость часто используемых кислородных баллонов

Внешние размеры
/мм
Внутренний объем
/L
Вес бутылки
/кг
Модель бутылочного клапанаПроизводительность газа/м3
(при 20 ℃, 14,7 МПа)
внешний диаметрвысота
2191150±203347Медный клапан QF-25
1250±2036535.5
1370±2040576
1480±2044606.5
1570±2047637

Таблица 16 Основные технические параметры регулятора давления для газового баллона

Модель редуктора давленияQD1QD-2AQD-2ADJ-6SJ7-10QD-20QW2-16/0.6
имяОдноступенчатый регулятор давления кислородаДвухступенчатый регулятор давления кислородаОдноступенчатый регулятор давления ацетиленаОдноступенчатый регулятор давления пропана
Технические характеристики манометра
/МПа
Измеритель высокого напряжения0~24.50~24.50~24.50~24.50~24.50~24.50~24.5
Измеритель низкого напряжения0~3.920~1.5680~0.3920~3.920~3.920~0.2450~0.157
Максимальное рабочее давление
/МПа
Сторона всасывания14.714.714.714.714.71.961.96
Рабочая сторона2.450.980.1961.961.960.1470.059
Диапазон регулировки рабочего давления
/ МПа
0.1~2.450.1~0.980.01~0.20.1~2.00.1~1.960.01~0.050.02~0.05
Максимальная мощность подачи газа
/ m3-h-1
804012180-9-
Диаметр выходного отверстия
/ мм
653-54-
Давление разгрузки предохранительного клапана
/ МПа
2.8~3.81.1~1.6-2.162.160.2~0.30.07~0.1
Вес
/ кг
4222322
Габаритные размеры
/ мм
200×200×210165×170×160165×170×160170×200×142200×170×220170×185×315165×190×160

Таблица 17 Распространенные неисправности регуляторов давления и меры по их устранению.

Распространенные неисправностиРасположение и причина неисправностиПрофилактические меры и ремонт
 Утечка из регулятора давленияУтечка на стыке регулятора давления, ослабление резьбового соединения или повреждение прокладки.  Затяните винт; замените прокладку или добавьте асбестовую веревку.  
Негерметичность предохранительного клапана; повреждение прокладки или деформация пружины.  Отрегулируйте пружину; установите новую прокладку клапана (голубая стальная бумага и асбестовая веревка).
Повреждение или невозможность затянуть мембрану на крышке регулятора давления, что приводит к утечке.  Замените резиновую мембрану или затяните винт.  
 Манометр ползет вверх (самотеком), а газ выходит наружу после ослабления регулировочного винта (манометр низкого давления продолжает подниматься).  На клапане или седле клапана имеются загрязнения, уплотнительная прокладка или седло клапана расположены неровно; поворотная пружина повреждена, и зажим сила недостаточна.Очистите клапан от загрязнений, с помощью тонкой марли выровняйте неровное седло клапана. Если есть трещины, замените их на новые и отрегулируйте длину пружины.
 Когда вентиль кислородного баллона открыт, манометр высокого давления показывает наличие кислорода, но манометр низкого давления не реагирует или недостаточно чувствителен.Регулировочный винт затянут до упора, но рабочее давление не повышается или повышается очень слабо. Причиной этого является повреждение главной пружины или изгиб передаточного штока.Снимите крышку регулятора давления и замените главную пружину и передаточный шток.  
Во время работы давление кислорода падает или игла манометра сильно скачет. Причиной этого является внутреннее замерзание регулятора давления.После размораживания горячей водой высушите влагу феном.  
Манометр низкого давления показывает рабочее давление, но во время использования оно внезапно падает. Причина в том, что клапан кислородного баллона открыт не полностью.Откройте кислородный клапан еще больше.

По сравнению с газообразным кислородом, жидкий кислород обладает такими преимуществами, как низкое энергопотребление, высокая чистота поставляемого кислорода (до 99,9% и более) и высокая эффективность транспортировки. Поэтому промышленный кислород иногда поставляется в жидком виде. Способы подачи жидкого кислорода потребителям или на объект следующие:

a. Установите резервуар для хранения газообразного кислорода в отделении пользователя и заполните его газообразным кислородом из резервуара для транспортировки жидкости, оснащенного оборудованием для испарения и сжатия.

b. Установите резервуар для хранения жидкости и оборудование для испарения в отделении пользователя и заполните резервуар жидким кислородом из резервуара для транспортировки жидкого кислорода.

c. Установите небольшие емкости с жидким кислородом и соответствующие испарители на тележки, настройте их на месте и перемещайте в любое время в соответствии с потребностями использования. Этот метод подходит только для заводов и объектов с небольшим потреблением кислорода.

Существует два типа емкостей для хранения жидкого кислорода: мобильные и стационарные. Технические характеристики и основные технические параметры мобильных емкостей для жидкого кислорода приведены в таблице 18, а стационарных - в таблице 19.

Таблица 18: Технические характеристики и основные технические параметры мобильных контейнеров для жидкого кислорода.

Номер моделиCD4-50CD4-100CD4-175Номер моделиCD4-50CD4-100CD4-175
Технические параметрыОбъем контейнера в литрах50100175Технические параметрыВысота/мм116011501535
Рабочее давление в МПа1.3721.3721.372Внешний диаметр/мм322505505
Суточная норма испарения в процентах2.52.31.2~1.6 Вес тележки/㎏4581117
Вес пустого контейнера в килограммах6090115    

Таблица 19: Технические характеристики и основные технические параметры стационарных контейнеров для жидкого кислорода.

Номер моделиCF-2000CF-3500CF-5000CF-10000
Технические параметры Объем геометрии
/m3
2.103.685.2510.5
 Эффективный объем
/m3
23.5510
 Внутренний диаметр внутреннего цилиндра
/мм
1200140014002000
 Внутренний диаметр наружного цилиндра
/мм
1700200020002600
 Суточная скорость испарения
/%
0.90.550.450.4
 Мощность газоснабжения
/m3-h-1
Опционально в соответствии с требованиями пользователя
(Внешний диаметр x длина)
/мм
1712×32452016×38002024×50002620×4318
Номинальное давление
/МПа
0.1960.7841.5680.1960.7841.5680.1960.7841.5680.1960.7841.568
Вес пустого контейнера
/кг
1.92.02.34.44.65.05.35.66.07.87.89.0

Поскольку кислород является газом, поддерживающим горение и обладающим чрезвычайно активными свойствами, при заполнении газового баллона давление может достигать 150 атмосфер. При неосторожном обращении с кислородом и его транспортировке существует опасность взрыва.

Поэтому особое внимание следует уделить следующим моментам:

a) Маслостойкий. Запрещается прикасаться к кислородному баллону и его вспомогательному оборудованию в перчатках, испачканных маслом; при транспортировке запрещается помещать его вместе с легковоспламеняющимися веществами и маслами.

b) Ударопрочные. Кислородные баллоны должны быть надежно установлены, чтобы предотвратить вибрацию, которая может привести к взрыву кислорода. В вертикальном положении для фиксации следует использовать железные обручи или цепи, в лежачем положении - деревянные подкладки для предотвращения качения, а на корпусе баллона должны быть установлены два резиновых амортизатора. При транспортировке следует использовать специальный автомобиль.

c) Термостойкие. Кислородные баллоны при хранении или транспортировке должны находиться на расстоянии не менее 10 м от источника тепла. Летом, при работе на открытом воздухе под солнечными лучами, баллон должен быть накрыт брезентом для предотвращения взрыва.

г) Антифриз. При использовании кислородного баллона зимой, если вентиль кислородного баллона замерз, накройте его тканью, смоченной в горячей воде, чтобы оттаять. Ни в коем случае не используйте огонь для нагревания и размораживания, чтобы избежать несчастных случаев со взрывом.

д) Перед тем как открыть вентиль кислородного баллона, проверьте, затянута ли нажимная гайка. Вращение маховика должно быть плавным, без чрезмерных усилий, а люди должны стоять сбоку от кислородного выхода. При использовании кислорода не расходуйте весь кислород в баллоне, оставляя не менее 1-3 атмосфер кислорода.

f) Когда кислородный баллон не используется, во избежание повреждений на вентиль необходимо надевать защитную крышку.

g) Во время ремонта вентиля кислородного баллона особое внимание следует уделить безопасности, чтобы предотвратить взрыв кислородного баллона.

(4) Чистота сварочного кислорода

Поскольку промышленный кислород обычно производится путем сжижения и разделения воздуха, он часто содержит азот. Присутствие азота во время сварки и резки не только снижает температуру пламени, влияя на эффективность производства, но и вступает в реакцию с расплавленным железом, образуя нитрид железа, что снижает прочность сварного шва.

Поэтому чистота кислорода оказывает большое влияние на эффективность и качество газовой сварки и резки. Чем выше чистота кислорода, используемого для газовой сварки и резки, особенно при резке, тем лучше.

Кислород также обычно используется в качестве дополнительного газа при сварке в среде инертного газа для уточнения капель, преодоления дрейфа катодного пятна дуги, увеличения теплоотдачи основного металла и повышения скорости сварки.

Таблица 20: Технические требования к сварочному кислороду в газообразном состоянии. Для высококачественной газовой сварки и резки следует использовать высокочистый кислород класса I или II первого сорта, чтобы получить требуемую теплопроводность.

Название индикатораКласс IКласс Ⅱ  
Содержание кислорода (объемная доля ≥) / %.99.599.599.2
ВлажностьСвободная вода (≤) / мл.-100100
Точка росы (≤) / ℃-43--

2.5 Легковоспламеняющиеся газы

Существует множество типов горючих газов, используемых для сварки, но в настоящее время наиболее широко применяемыми в газовой сварке и резке являются ацетилен (C2H2), за ним следует газ пропан.

Водород, природный или угольный газ также могут использоваться в качестве горючих газов в зависимости от местных условий или свариваемого или разрезаемого материала. При выборе горючего газа необходимо учитывать следующие факторы:

a) Выделяемое тепло должно быть высоким, что означает, что количество тепла, выделяемого при полном сгорании горючего газа на единицу объема, должно быть высоким.

б) Температура пламени должна быть высокой, обычно имеется в виду самая высокая температура пламени, горящего в кислороде.

в) Количество кислорода, необходимое для сжигания горючего газа, должно быть небольшим, чтобы повысить его экономичность.

d) Диапазон пределов взрываемости должен быть небольшим.

д) Транспорт должен быть относительно удобным.

(1) Ацетилен (C2H2)

1) Свойства ацетилена

Ацетилен - это ненасыщенный углеводород (C2H2), который представляет собой бесцветный газ при комнатной температуре и давлении в 1 атмосферу (101325 Па). Как правило, при сварке ацетиленом присутствует специфический запах, обусловленный такими примесями, как H2S и PH3.

Температура пламени при горении ацетилена в чистом кислороде может достигать примерно 3150℃, а тепло относительно концентрировано. В настоящее время это наиболее широко используемый горючий газ в газовой сварке и резке.

Плотность ацетилена составляет 1,17 кг/м3. Температура кипения ацетилена составляет -82,4℃, а в жидкое состояние он переходит при -83,6℃. При температуре ниже -85℃ он становится твердым. Газообразный ацетилен может быть растворен в воде, ацетоне и других жидкостях. При температуре 15℃ и давлении в 1 атмосферу в 1 л ацетона можно растворить 23 л ацетилена. При увеличении давления до 1,42 МПа 1 л ацетона может растворить около 400 л ацетилена.

Ацетилен является взрывоопасным газом, и его характеристики взрывоопасности следующие:

a) Когда давление чистого ацетилена достигает 0,15 МПа, а температура - 580-600℃, он взрывается при воздействии огня. Давление ацетилена в генераторе и трубопроводе не должно превышать 0,13 МПа.

б) При смешивании ацетилена с воздухом или кислородом взрывоопасность значительно возрастает. При смешивании ацетилена с воздухом, рассчитанным по объему, когда на ацетилен приходится 2,2%-81%; при смешивании ацетилена с кислородом, рассчитанным по объему, когда на ацетилен приходится 2.8%-93%, смешанный газ будет самопроизвольно воспламеняться (температура самовозгорания ацетилено-воздушной смеси составляет 305℃, а температура самовозгорания ацетилено-кислородной смеси составляет 300℃) или взрываться при воздействии искры, даже при нормальном давлении.

Ацетилен, смешанный с газообразным хлором, гипохлоритом и другими веществами, взрывается при воздействии солнечного света или тепла. Ацетилен, смешанный с азотом, монооксидом углерода и водяным паром, снижает риск взрыва.

в) При длительном контакте с медью, серебром и т.д. ацетилен может образовывать взрывоопасные вещества, такие как ацетилен меди и ацетилен серебра.

г) Растворение ацетилена в жидкости может значительно снизить его взрывоопасность.

e. Взрывоопасность ацетилена зависит от формы и размера контейнера, используемого для хранения. Контейнеры с меньшим диаметром менее склонны к взрыву. Ацетилен можно хранить в контейнерах капиллярной формы, и даже при повышении давления до 2,65 МПа взрыва не произойдет.

2) Промышленный ацетилен в основном производится путем разложения карбида в ацетиленовых генераторах.

Существует множество типов ацетиленовых генераторов, используемых для производства ацетилена, которые можно классифицировать по производимому давлению: ацетиленовые генераторы среднего давления (производят газ ацетилен при манометрическом давлении 0,0069-0,127 МПа) и ацетиленовые генераторы низкого давления (производят газ ацетилен при манометрическом давлении ниже 0,0069 МПа).

Они также могут быть классифицированы по различным способам контакта карбида с водой, таким как дренаж, карбид в воде и комбинированные методы дренажа. По форме расположения они также могут быть разделены на передвижные и стационарные. Типы и технические характеристики ацетиленовых генераторов среднего давления приведены в табл. 21.

Для высококачественной газовой сварки следует использовать очищенный и высушенный ацетилен. Промышленный карбид изготавливается путем плавления негашеной извести и кокса в электрической печи. Уровень качества и характеристики карбида, используемого для ацетиленовой газовой сварки и резки, должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 22.

Таблица 21. Типы и технические характеристики ацетиленовых генераторов среднего давления.

МодельQ3-0.5Q3-1Q3-3Q4-5Q4-10
Нормальный уровень производства
/м3 - ч-1
0.513510
Рабочее давление ацетилена
/МПа
0.045~0.10.045~0.10.045~0.10.1~0.120.045~0.1
Давление утечки предохранительного клапана
/МПа
0.1150.1150.1150.150.15
Давление разрыва взрывозащитной пленки
/МПа
0.18~0.280.18~0.280.18~0.280.18~0.280.18~0.28
Максимальная температура ацетилена в газовой камере
/℃
9090909090
Карбид кальция может быть загружен в один контейнер
/кг
2.45.013.012.525.5
Допустимый размер частиц карбида кальция
/мм
25×5050×8025×5050×8025×5050×8015~2515×2525×5050×80
Емкость для воды генератора
/L
3065330338818
структурный стильТип дренажаТип дренажаТип дренажасовместноесовместное
Форма установкиМобильныйМобильныйИсправленоИсправленоИсправлено
Внешние размеры
/мм
Длина5151210105014501700
 Ширина50567577013701800
 Высота9301150175521802690
Вес нетто (без учета воды и карбида)
/ кг  
45115260750980

Таблица 22: Сорта и характеристики твердого сплава для ацетиленовой газовой сварки и резки.

Название показателяиндекс
Продукт первого уровняВторичный продуктПродукт III классаПродукт 4 класса
Размер частиц карбида кальция
/мм
80~200Факи Ли
/Lkg-1
305285265235
50~80305285255235
50~80300280250230
Содержание рН в ацетилене
(объемная доля)
/%
0.080.080.080.08
Содержание HS в ацетилене
(объемная доля)
/%
0.150.150.150.15

3) Хранение ацетиленового газа

Из-за опасности взрыва при нагнетании давления прямое бутилирование под давлением не может использоваться для хранения ацетилена. В промышленности используется его высокая растворимость в ацетоне, и ацетилен разливается в емкости, содержащие ацетон или пористое вещество, обычно называемые растворенным ацетиленом или бутилированным ацетиленом.

Ацетиленовый баллон обычно окрашен в белый цвет с надписью "ацетилен" красной краской. Баллон заполнен пористым материалом, пропитанным ацетоном, что позволяет безопасно хранить ацетилен под давлением 1,5 МПа внутри баллона.

При использовании необходимо использовать ацетиленовый регулятор, чтобы снизить давление до 0,103 МПа перед применением. Пористый материал обычно представляет собой смесь легкого и пористого активированного угля, опилок, пемзы и кизельгура.

Для сварки, как правило, требуется ацетилен чистотой более 98%. Условия заправки регламентированы: давление заправки не более 1,55 МПа при температуре 15°C. В настоящее время баллонный ацетилен получил широкое распространение и применение благодаря своей безопасности, удобству и экономичности.

(2) Нефтяной газ

Нефтяной газ - это продукт или побочный продукт переработки нефти. Газы, используемые для резки, включают элементарные газы, такие как пропан и этилен, а также побочные продукты, такие как смешанные многокомпонентные газы, образующиеся при переработке нефти, обычно состоящие из пропана, бутана, пентана и бутена.

1) Пропан (C3H8)

Пропан - широко используемый для резки топливный газ с относительной молекулярной массой 44,094. Его общая теплотворная способность выше, чем у ацетилена, но теплота сгорания единицы массы молекулы ниже, чем у ацетилена. В результате температура пламени ниже, а теплота сгорания более рассеяна. Формула химической реакции полного сгорания пропана в чистом кислороде выглядит так: C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O (1)

Из приведенного выше уравнения видно, что теоретическое потребление кислорода при полном сгорании 1 объема пропана составляет 5 объемов. При сгорании пропана в воздухе фактическое потребление кислорода составляет 3,5 объема, образуя нейтральное пламя с температурой 2520°C. Самая высокая температура окислительного пламени составляет около 2700°C. Скорость горения кислородно-пропанового нейтрального пламени составляет 3,9 м/с, опасность закалки мала, а диапазон взрыва узкий - от 23% до 95% в кислороде. Однако потребление кислорода у него выше, чем у ацетилена, он имеет высокую температуру воспламенения и нелегко воспламеняется.

2) Пропилен (C3H6)

Относительная молекулярная масса пропилена составляет 42,078, общая теплотворная способность ниже, чем у пропана, но температура пламени выше. Формула химической реакции для полного сгорания пропилена в чистом кислороде такова:

C3H6 + 4,5O2 → 3CO2 + 3H2O (2)

Теоретическое потребление кислорода при полном сгорании 1 объема пропилена составляет 4,5 объема. При сжигании в воздухе фактическое потребление кислорода составляет 2,6 объема, образуя нейтральное пламя с температурой 2870°C. При соотношении пропилена и кислорода 1:3,6 может образовываться окислительное пламя, которое имеет более высокую температуру пламени.

Благодаря меньшему, чем у пропана, потреблению кислорода и более высокой температуре пламени пропилен в некоторых странах использовался в качестве газа для резки.

3) Бутан (C4H10)

Относительная молекулярная масса бутана составляет 58,12, а общая теплотворная способность выше, чем у пропана. Формула химической реакции для полного сгорания бутана в чистом кислороде выглядит следующим образом:

C4H10 + 6.5O2 → 4CO2 + 5H2O

Теоретическое потребление кислорода при полном сгорании 1 объема бутана составляет 6,5 объема. При сгорании в воздухе фактическое потребление кислорода составляет 4,5 объема, что выше, чем у пропана. Бутан, смешанный с кислородом или воздухом, имеет узкий диапазон взрывоопасности (объемная доля от 1,5% до 8,5%) и не склонен к обратному воспламенению. Однако из-за низкой температуры пламени его нельзя использовать в качестве топлива для резки.

4) Сжиженный нефтяной газ

Сжиженный нефтяной газ - побочный продукт переработки нефти, состоящий в основном из углеводородов, таких как пропан (C3H8), бутан (C4H10), пропилен (C3H6), бутен (C4H8), а также небольшого количества ацетилена (C2H2), этилен (C2H2), пентан (C5H12) и т.д. Эти углеводороды существуют в газовой фазе при обычных температурах и атмосферном давлении, но для хранения и транспортировки их можно сжижать при давлении около 0,8-1,5 МПа.

В промышленности обычно используется газообразный нефтяной газ. Нефтяной газ представляет собой слабо пахнущий бесцветный газ, плотность которого при стандартных условиях больше, чем у воздуха, примерно 1,8-2,5 кг/м3. Основные компоненты сжиженного нефтяного газа могут образовывать взрывоопасные смеси с воздухом или кислородом, но диапазон взрывоопасности относительно невелик по сравнению с ацетиленом. Сжиженный нефтяной газ дешевле и безопаснее, чем ацетилен, с меньшим риском обратного воспламенения.

Однако для безопасного сгорания требуется больше кислорода, температура пламени ниже, и горит он медленнее. Поэтому для резаков, использующих сжиженный нефтяной газ, необходимы модификации, требующие увеличения площади газоотвода для снижения скорости потока и обеспечения хорошего горения.

При использовании сжиженного углеводородного газа для резки необходимо уделять внимание регулировке давления подачи газа, которая обычно осуществляется с помощью оборудования для подачи сжиженного углеводородного газа. Оборудование для подачи сжиженного газа в основном включает в себя газовые баллоны, испарители и регуляторы.

① Газовые баллоны

Емкость газовых баллонов зависит от их количества и назначения. В промышленности обычно используются газовые баллоны емкостью 30 кг, а если в установке используется большое количество сжиженного газа, то могут быть изготовлены и большие резервуары емкостью 1,5 т и 3,5 т.

В качестве материала изготовления газовых баллонов может использоваться сталь 16Mn, сталь класса A Q235или высококачественная углеродистая сталь №20. Максимальное рабочее давление газового баллона составляет 1,6 МПа, а давление гидростатического испытания - 3 МПа. Снаружи баллон для сжиженного углеводородного газа покрыт серебристо-серым цветом и маркирован надписью "сжиженный углеводородный газ".

Технические характеристики широко используемых баллонов для сжиженного углеводородного газа приведены в таблице 23. После испытания и проверки газового баллона на металлической табличке, закрепленной на корпусе баллона, должны быть указаны изготовитель, номер, качество, вместимость, дата изготовления, дата проверки, рабочее давление, испытательное давление, а также проставлено стальное клеймо инспекционного отдела изготовителя.

Таблица 23: Технические характеристики широко используемых баллонов для сжиженного углеводородного газа

КатегорияОбъем
/L
Внешний диаметр
/мм
Толщина стенки
/мм
В полный рост
/мм
Собственный вес
/кг
Текстура материалаПроверка давления воды
/МПа
12~12,5 кг
15 кг
20 кг
29
34
47
325
335
380
2.5
2.5
3

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

② Вапорайзер

Его конструкция, также известная как змеевидный теплообменник, показана на рисунке 5. Сжиженный нефтяной газ проходит по внутренней трубе, а внешняя труба заполнена горячей водой с температурой 40-50°C, которая обеспечивает тепло, необходимое для испарения сжиженного нефтяного газа.

Горячая вода, протекающая по внешней трубе, может подаваться из внешнего источника или нагреваться за счет сжигания самого сжиженного нефтяного газа. На топливо, расходуемое на нагрев воды, приходится всего около 2,5% от всего объема газификации нефтяного газа. Вапорайзеры обычно рассматриваются для использования только при большом количестве потребителей, высоком содержании бутана в сжиженном нефтяном газе, низком давлении насыщенных паров и работе на открытом воздухе в зимнее время.

③ Регулятор

Его структура показана на рисунке 6. Регулятор выполняет две функции: снижает давление в газовом баллоне до необходимого рабочего давления, а также стабилизирует выходное давление и обеспечивает равномерную подачу газа.

Самое большое преимущество регулятора заключается в том, что давление газа на выходе можно регулировать в определенном диапазоне. Как правило, бытовые регуляторы используются для резки стальных листов общей толщины, а выходное давление составляет 2-3 МПа. Заменив пружину, можно увеличить выходное давление бытового регулятора примерно до 25 МПа.

Однако при модификации необходимо убедиться, что пружина предохранительного клапана не пропускает воздух. Специальный метод заключается в затягивании пружины предохранительного клапана. Если расход сжиженного нефтяного газа слишком велик, следует использовать большой регулятор. Если сжиженный нефтяной газ хранится в ацетиленовом баллоне, можно использовать ацетиленовый регулятор.

Для резки стальных листов общей толщины выходное давление регулятора составляет около 2,5 МПа для ручной резки и 10-30 МПа для автоматической. Регулятор необходимо зажечь открытым пламенем, а после зажигания увеличить расход кислорода и пропана до тех пор, пока пламя не станет минимальной длины, синего цвета и сопровождаться шипящим звуком. Когда температура пламени станет максимальной, можно приступать к предварительному нагреву и резке.

(3) Природный газ

Природный газ - это продукт нефтяных и газовых месторождений, состав которого зависит от места происхождения. Основной его компонент - метан (CH4), который также относится к углеводородам. Метан - бесцветный газ с легким запахом при комнатной температуре. Температура его сжижения составляет -162℃. Он также может взорваться при смешивании с воздухом или кислородом.

Диапазон взрываемости метано-кислородной смеси составляет от 5,4% до 59,2% (объемная доля). Скорость горения метана в кислороде составляет 5,5 м/с. При полном сгорании метана в чистом кислороде химическое уравнение имеет вид:

CH4+2O2→CO2+2H2O (4)

Из приведенного выше уравнения видно, что теоретическое соотношение потребления кислорода составляет 1:2. Фактическое соотношение потребления кислорода для образования нейтрального пламени при горении в воздухе составляет 1:1,5, а температура пламени - около 2540℃, что гораздо ниже, чем у ацетилена.

Поэтому для резки требуется более длительное время предварительного нагрева. Обычно используется в качестве топлива для резки в районах с высоким содержанием природного газа.

(4) Водород (H2)

Водород - бесцветный горючий газ без запаха. Водород имеет наименьшую относительную атомную массу и растворим в воде. Водород обладает самой высокой скоростью диффузии и высокой теплопроводностью. Его теплопроводность в 7 раз выше, чем у воздуха.

Он чрезвычайно склонен к утечкам, обладает низкой энергией воспламенения и является одним из самых опасных легковоспламеняющихся и взрывоопасных газов. Температура его самовозгорания в воздухе составляет 560℃, а в кислороде - 450℃. Температура водородно-кислородного пламени может достигать 2660℃ (нейтральное пламя). Водород обладает сильными восстановительными свойствами. При высоких температурах он может восстанавливать металлы из оксидов металлов.

К распространенным методам получения газообразного водорода относятся крекинг сырого бензина, крекинг аммиачной воды и электролиз воды. Водородный газ можно нагнетать в стальной баллон под давлением. Зарядное давление при температуре 21℃ составляет 14 МПа (манометрическое давление).

Газообразный водород широко используется при плазменной дуговой резке и сварке; иногда применяется при сварке свинца; добавление соответствующего количества H2 к Ar во время сварки плавящимся электродом в защитной оболочке может увеличить теплоту нагрева основного материала, повысить скорость и эффективность сварки. Технические требования к использованию газообразного водорода при газовой сварке или резке приведены в таблице 24.

Таблица 24: Технические требования к использованию газообразного водорода при газовой сварке или резке

Название показателя (объемная доля)Сверхчистый водородАммиак высокой чистотыЧистый аммиакНазвание показателя (объемная доля)Сверхчистый водородВодород высокой чистотыЧистый водород
Содержание водорода (≥)/% 

содержание кислорода (≤)/10-6

содержание азота (≤)/10-6 

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

содержание метана (≤)/10-6 

содержание воды (массовая доля ≤)/10-6
0.1
0.2
1.0
1
1
3
5
10
30

Примечание: Содержание кислорода в сверхчистом водороде и высокочистом водороде относится к общему количеству кислорода и аргона; сверхчистый водород относится к трубопроводному водороду, исключая бутилированный водород.

2,6 Азот (N2)

Азот составляет около 78% объема воздуха при комнатной температуре. Его температура кипения составляет -196℃. Азот имеет низкий потенциал ионизации и меньшую относительную атомную массу, чем аргон. При разложении азот поглощает большое количество тепла.

Азот может использоваться в качестве защитного газа при сварке. Благодаря хорошей теплопроводности и теплоемкости азот также широко используется в качестве рабочего газа при плазменно-дуговой резке. Он имеет длинный столб дуги и тепловую энергию молекулярного композита, поэтому может резать более толстые металлические листы.

Однако, поскольку относительная атомная масса азота меньше, чем у аргона, при его использовании в плазменно-дуговой резке требуется высокое напряжение холостого хода источника питания.

Азот может вступать в реакцию с металлами при высоких температурах и оказывает сильное эрозионное воздействие на электрод во время плазменно-дуговой резки, особенно при высоком давлении газа.

Поэтому необходимо добавлять аргон или водород. Кроме того, если в качестве рабочего газа используется азот, поверхность реза будет азотирована, и в процессе резки будет образовываться больше оксидов азота.

Чистота азота, используемого для сварки или плазменно-дуговой резки, должна соответствовать техническим требованиям класса I или класса II класса 1, указанным в GB 3864-83, как показано в таблице 25.

Таблица 25: Технические требования к промышленному азоту

Название показателя (объемная доля)Класс IКласс II
класс aвторой уровень
Содержание азота (≥)
/%
99.599.598.5
Содержание кислорода (≤)
/%
0.50.51.5
Содержание водыСвободная вода (≤) M1100100
Точка росы (≤)/℃-43

3. Выбор сварочных газов

Для производства CO используются различные газы2 сварка в среде защитного газа, сварка в среде инертного газа, сварка в среде смешанного газа, плазменно-дуговая сварка, пайка в защитной атмосфере, а также кислородно-ацетиленовая газовая сварка и резка.

Выбор сварочных газов в основном зависит от методов сварки и резки, а также от таких факторов, как свойства основного металла, требования к качеству сварное соединениетолщина и положение заготовки, а также процесс сварки.

3.1 Выбор газов в соответствии с методами сварки

Газ, используемый для сварки, резки или сварки в газовой защите, различается в зависимости от метода сварки, используемого в процессе сварки. Метод сварки и выбор сварочных газов приведены в таблице 26.

Выбор широко используемых газов для пайки в защитной атмосфере приведен в таблице 27. Применимость различных газов при плазменно-дуговой резке показана в табл. 28.

Таблица 26: Выбор сварочных газов в соответствии с методы сварки

Метод сваркиСварочный газ
Газовая сваркаCH+O2H2
Газовая резкаCH+O2Сжиженный нефтяной газ+O2Газ+О2Природный газ+О2
Плазменно-дуговая резкавоздухN2Ar+N2Ar+H2N2+H2
Сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG)ArОнAr+He
Сплошной проводСварка в среде инертного газа (MIG)ArОнAr+He
Металлическая дуга Сварка (MAG)Ar+O2Ar+CO2Ar+CO+O2
CO2 сварка в газовой средеCO2CO2+O2
Порошковая проволокаCO2Ar+O2Ar+CO2

Таблица 27 Выбор распространенных газов, используемых при пайке в защитной атмосфере

ГазприродаХимический состав и требования к чистотецель
Аргоновый газ

Водородный газ

Разложение Аммиак

Недостаточно сжатый Аммиак разложения

Газообразный азот
Инертные
Редуктивный
Редуктивный
Редуктивный
Инертен по отношению к меди
Аргон > 99.99%

Водород 100%
Водород 75%,

Азот 25%

Водород 7%~20%, баланс Азот

Азот 100%
Легированная стальЖаропрочный сплав, медь и медный сплав

Легированная сталь, жаропрочный сплав и бескислородная медь

Углеродистая сталь, низколегированная сталь и раскисленная медь

Низкоуглеродистая сталь

Медь и медный сплав

Таблица 28 Пригодность различных газов для плазменно-дуговой резки

ГазОсновная цельзамечания
Ar,Ar+H2
Ar+N2
Ar+H2+N2
Резка нержавеющей сталицветные металлы или сплавыAr используется только для резки тонких металлов
N2
N2+H2
В качестве рабочего газа для плазменной дуги с водяной рекомпрессией, также может использоваться для резки углеродистой стали
O2, воздухРезка углеродистой и низколегированной стали, также используется для резки нержавеющей стали и алюминияКонструктивные элементы из алюминиевых сплавов, как правило, не используются

3.2 Выбор газа в зависимости от сварочного материала

При сварке в газовой среде, независимо от того, используется сплошная проволока или проволока с флюсом, всегда возникает вопрос о правильном сочетании с защитным газом (средой). Влияние этого сочетания относительно ясно и не так сложно, как сочетание проволоки с флюсом, поскольку защитный газ делится только на две категории: инертный и активный.

При защитной сварке в инертном газе (Ar) состав присадочной проволоки аналогичен составу наплавленного металла, и легирующие элементы теряются незначительно. В то время как при защитной сварке в активном газе из-за сильного окислительного действия CO2 газа, коэффициент перехода сплава присадочной проволоки уменьшается, что приводит к значительным различиям между осажденными состав металла и состав присадочной проволоки.

Чем больше доля CO2 газ в защитной атмосфере, тем сильнее окисление и тем ниже коэффициент перехода сплава.

Поэтому при использовании CO2 в качестве защитного газа, присадочная проволока должна содержать достаточное количество раскислителя элементы сплава для удовлетворения требований совместного раскисления Mn и Si, защиты соответствующего содержания кислорода в металле шва и улучшения структуры и свойств сварного шва.

Защитный газ следует выбирать с учетом таких факторов, как свойства свариваемого материала, требования к качеству соединения и методы сварочного процесса. Для низкоуглеродистой стали, низколегированной стали высокопрочная стальнержавеющая и жаропрочная сталь, активные газы (такие как CO2, Ar+CO2, или Ar+O2) рекомендуются для защиты с целью уточнения капель перехода, преодоления дрейфа катодного пятна дуги и дефектов откусывания кромок. В некоторых случаях можно также использовать инертные газы.

Однако для защитных газов с сильными окислительными свойствами следует выбирать сварочные проволоки с высоким содержанием марганца и кремния, а для смешанных газов с высоким содержанием Ar - сварочные проволоки с низким содержанием кремния.

Защитный газ должен соответствовать присадочной проволоке. Когда CO2 При использовании сварочной проволоки с более высоким содержанием Mn и Si в условиях насыщенного аргона содержание сплава в наплавленном металле повышается, а прочность увеличивается.

И наоборот, когда проволока, используемая в условиях насыщенного аргона, защищена CO2 газ, из-за окисления и выгорания элементов сплава, коэффициент перехода сплава низкий, и производительность сварки снижается.

Для металлов, которые легко окисляются или имеют плохие свойства плавления, таких как алюминий и его сплавы, титан и его сплавы, медь и ее сплавы, никель и его сплавы, а также высокотемпературные сплавы, в качестве защитных газов следует использовать инертные газы (например, Ar или смесь Ar+He) для получения высококачественного металла шва.

Потенциал ионизации (т.е. потенциал ионизации) защитного газа оказывает незначительное влияние на напряженность электрического поля дуги и тепловыделение основного металла. К защитным свойствам относятся теплопроводность, удельная теплоемкость и термическое разложение.

При использовании плавления сварка на полярностиЧем больше охлаждающее действие защитного газа на дугу, тем больше тепловыделение основного металла. Диапазон применения защитных газов при сварке различных материалов приведен в таблице 29.

Применяемые защитные газы для различных свариваемых материалов при сварке на плавящейся полярности в защитном инертном газе приведены в таблице 30. Выбор защитного газа для больших токов плазменно-дуговая сварка приведены в таблице 31, а выбор для плазменно-дуговой сварки на малых токах - в таблице 32.

Таблица 29 Диапазон применимости защитного газа для различных материалов при сварке

Паяный материалЗащитный газХимическое свойствоМетод сваркиГлавная особенность
Алюминий и алюминиевые сплавыArинерцияTIG
MIG
Сварка TIG использует переменный ток. При сварке MIG используется обратное соединение на постоянном токе, которое оказывает катодное дробление, а поверхность сварной шов гладкий и чистый
Титан, цирконий и их сплавыArинерцияTIG
MIG
Стабильное горение дуги с хорошим защитным эффектом
Медь и медные сплавыArинерцияTIG
MIG
Генерирует стабильную реактивную дугу, но при толщине листа более 5-6 мм требуется предварительный нагрев
N2 Плавящийся электрод

Сварка в газовой защите
Вводимое тепло велико, что можно уменьшить или отменить. При этом образуются брызги и дым, поэтому дуговая сварка азотом обычно используется только для деоксигенированных сварка меди. Удобный источник азота и дешевая цена
Нержавеющая сталь и высокопрочная стальArинерцияTIGПодходит для тонких сварка пластин
Углеродистая и низколегированная стальCO2Окислительные свойстваMAGПодходит для дуги короткого замыкания, с некоторым количеством брызг
Сплав на основе никеляArинерцияTIG
MIG
Подходит для струйной, импульсной и короткозамкнутой дуговой сварки, является основным газом для сварки сплавов на основе никеля

Таблица 30 Применяемый защитный газ для различных свариваемых материалов при сварке на плавящейся полярности в защитном инертном газе

Экранирующий газ       Сварной материал       Экранирующий газ       Сварной материал       
Ar
Ar+He 
Он
Ar+O20.5%~1%
Ar+O21%
Ar+O21%~3%
Ar+O21%~5%
Ar+CO225%
Все металлы, за исключением стали
Все металлы, особенно пригодные для сварки Медь и алюминий Сплавы
Все металлы, за исключением стали
Алюминий
Высоколегированная сталь
Легированная сталь
Нелегированная и низколегированная сталь
Нелегированная сталь
Ar+CO2 1%~3%

Ar+N20.2%

Ar+H26%

Ar+N215%~20%

N2

CO2

CO2+O215%~20%

Водяной пар

Ar+O23%~7%+CO213%~17%
Алюминиевый сплав

Алюминиевый сплав

Никель и никелевый сплав

Медь

Медь

Нелегированная сталь

Нелегированная сталь

Нелегированная сталь

Нелегированная и низколегированная сталь

Таблица 31 Выбор защитного газа для плазменно-дуговой сварки на большом токе

Паяный материалТолщина пластины
/мм
Экранирующий газ 
углеродистая сталь<3.2Метод микропор       Метод проникающего плавления       
>3.2ArAr
низколегированная сталь<3.2ArAr
>3.2ArAr
нержавеющая сталь<3.2ArHe75%+Ar25%
>3.2Ar или Ar92.5%+He7.5%Ar
медь<2.4Ar или Ar95%+He5%He75%+Ar25%
>2.4ArHe или He75%+Ar25%
Никелевый сплав<3.2-Он
>3.2Ar или Ar92.5%+He7.5%Ar
Активный металл<6.4Ar или Ar95%+He5%He75%+Ar25%
>6.4ArAr

Таблица 32 Выбор защитного газа для плазменно-дуговой сварки на малых токах

Паяный материалТолщина/ммЭкранирующий газ 
Метод микропорМетод проникающего плавления
Алюминий<1.6-Ar, He
>1.6ОнОн
Углеродистая сталь<1.6-Ar,He25%+Ar75%
>1.6Ar,He75%+Ae25%Ar,He75%+Ar25%
Низколегированная сталь<1.6-Ar, He, Ar+H2(1~5)%
>1.6He75%+Ae25%, Ar+H2(1~5)%Ar, He, Ar+H2(1~5)%
Нержавеющая стальВсе толщиныAr, He75%+Ae25%, Ar+H2(1~5)%Ar, He, Ar+H2(1~5)%
Медь<1.6-He25%+Ae75%
>1.6He75%+Ae25%,HeAr,He75%+Ar25%
Никелевый сплавВсе толщиныAr, He75%+Ae25%,Ar+H2(1~5)%Ar, He, Ar+H2(1~5)%
Активный металл<1.6Ar, He75%+Ae25%, HeArAr
>1.6He75%+Ae25%,HeAr,He75%+Ar25%

3.3 Свойства и выбор смешанных газов

При добавлении определенной доли некоторых газов к основному газу образуются смешанные газы, которые имеют ряд преимуществ в процессах сварки и резки, таких как изменение формы дуги, увеличение энергии дуги, улучшение формирования шва и механических свойств, а также повышение производительности сварки.

(1) Свойства смешанных газов

При использовании чистого CO2 в качестве защитного газа для сварки, стабильность дуги плохая, капли не имеют осевого перехода, брызги большие, а формирование шва плохое. При сварке низколегированной стали с использованием чистого Ar наблюдается большой дрейф катодных пятен, что также может привести к нестабильности дуги.

Добавление небольшого количества окисляющих газов, таких как O2 и CO2 к Ar может значительно улучшить стабильность дуги, очистить капли, повысить эффективность перехода, а также улучшить формирование сварного шва и устойчивость к пористости.

Обычно используемые компоненты и характеристики смешанных газов для сварки в газовой среде приведены в таблице 33. Некоторые физические и химические свойства горючих смесей приведены в таблице 34.

Таблица 33 Компоненты и характеристики широко используемых смешанных газов для сварки в газовой среде

Комбинированный газСостав газаГрадиент потенциала столба дугиУстойчивость дугиХарактеристики металлических переходовХимические свойстваФорма проплавления сварного шваХарактеристики нагрева
Ar+HeОн
≤75%
среднийхорошохорошо –Плоская форма с большой глубиной проникновения
Ar+H2H2 
5%~15%
среднийхорошо Редуктивность, H>5% приводит к образованию порГлубокое проникновениеТеплоемкость сварных деталей выше, чем у чистого Ar
Ar+CO2CO2 
5%
От низкого до среднегохорошохорошоСлабое окислительное свойствоПлоская форма с большим проплавлением (улучшает формирование сварного шва)
CO2 20%Умеренное окисление
Ar+O2O2 
1%~5%
низкийхорошохорошоСлабое окислительное свойствоГрибовидная форма, с большим проплавлением (улучшает формирование сварного шва)
Ar+CO2 +O2CO2 
20%,0.5%
вторичныйхорошохорошоУмеренное окислениеПлоская форма с большим проплавлением (улучшает формирование сварного шва)
CO2+O2O2
≤20%
высокийНемного хужедовольныСлабое окислительное свойствоПлоская форма с большой глубиной плавления

Таблица 34 Некоторые физико-химические свойства легковоспламеняющихся смесей

Основной газСостав
(объемная доля)
/%
В пределах молекулПлотность (в стандартном состоянии)
/кг-м-3
Общая теплотворная способность /МДж-㎏-1Температура пламени
/℃
Максимальная скорость сгорания
/м-с-1
Точка воспламенения (в воздухе)
/℃
Диапазон взрывоопасности
(объемная доля горючего газа в воздухе/%)
ацетиленАцетилен 70+Пропилен 30311.347.93200 4912.5~19
Ацетилен 85+Пропилен и этилен 15-27.6
этиленЭтилен 80+ацетилен 201.24250.331504532.7~35
пропиленПропилен 45-50+бутадиен 20+ацетилен 30-35248.533002.5~10.5
водородводород0.08260011.2580~5904.0~74.2
Водород 45-50+пропан 20-30+пропилен 20-3060.02.8~15.6
Водород 45-50+ацетилен 10-16+бутадиен 10-14+пропилен 20-3057.62.6~17.1
Водород 50+нефтяной газ 501.07~1.12 31007.5~11459~4942.6~17.1
природный газМетан 88+(пропилен+пропан+бутан) 1250.019005.3~14
ПропаргилПропилен 35+ацетилен 1+бутадиен 1+пропилен 31+бутен 2+пропилен 12+пропан 181.8124929303.4~10.8

(2) Выбор смешанных газов

Выбор смешиваемых газов обычно основывается на методе сварки, свариваемом материале и влиянии соотношения смешивания на процесс сварки.

Например, при сварке низколегированной высокопрочной стали в качестве защитного газа предпочтительно использовать чистый Ar, чтобы уменьшить количество оксидных включений и содержание кислорода в сварном шве. Однако с точки зрения обеспечения стабильной дуги и формирования сварного шва к Ar добавляют окислительные газы.

Поэтому подходит слабоокисляющий газ. Для перехода струи аргонодуговой сварки в инертный газ используется смесь Ar+(1%-2%)O2 рекомендуется, в то время как смесь 20%CO2+80%Ar лучше всего подходит для сварки в активной газовой защите с переходом через короткое замыкание.

С точки зрения эффективности производства, добавление He, N2, H2, CO2, или O2 к Ar может увеличить теплоотдачу основного металла и повысить скорость сварки вольфрамовым электродом в инертном газе (TIG).

Например, при сварке толстых алюминиевые пластиныРекомендуется использовать смесь газов Ar+He; при сварке низкоуглеродистой или низколегированной стали следует добавить некоторое количество O2 до CO2 газ или добавление определенного количества CO2 или O2 к газу Ar может привести к значительным последствиям.

Кроме того, использование смешанных газов для защиты позволяет увеличить глубину проплавления, устранить такие дефекты, как непроплавление, трещины и пористость. В таблице 35 приведен диапазон применения смешанных газов для различных материалов при сварке.

Таблица 35 Диапазон применимости смешанных газов для сварки различных материалов

Паяный материалЗащитный газСоотношение смешивания
/%
Химическое свойствоМетод сваркиОсновные характеристики
Алюминий и алюминиевые сплавыAr +HeHe10 (MIG)

He10~90

(сварка TIG)
инерцияTIG
MIG
Коэффициент теплопередачи He высок. При одинаковой длине дуги напряжение дуги выше, чем у Ar. Температура дуги высокая, теплоотдача к основному металлу большая, а скорость плавления относительно высокая. Он подходит для сварки толстых алюминиевых листов, что позволяет увеличить глубину проплавления, уменьшить пористость и повысить эффективность производства. Однако, если доля добавляемого He слишком велика, будет больше брызг.
Титан, цирконий и их сплавыAr+He75/25инерцияTIG
MIG
Он может увеличить подачу тепла. Он подходит для струйно-дуговой, импульсно-дуговой и дуговой сварки с коротким замыканием, что позволяет улучшить глубину проплавления и смачивание металла шва.
Медь и медные сплавыAr+He50/50 или 30/70инерцияTIG
MIG
Он может улучшить смачивание металла шва и увеличить качество сварки. Потребляемое тепло выше, чем у чистого Ar.       
Ar+N280/20 Плавящийся электрод

Сварка в газовой защите
Потребляемая теплота выше, чем у чистого Ar, но при этом образуются брызги и дым, а формовка не так хороша.       
Нержавеющая сталь и высокопрочная стальAr+O2O21~2Окислительные свойстваПлавящийся электрод

Сварка в газовой среде.(MAG)
Он может утончить каплю и уменьшить критический ток перехода струи, снизить вязкость и поверхностное натяжение жидкого металла, тем самым предотвращая такие дефекты, как пористость и подрезы. Когда сварка нержавеющей стали, объемная доля O2 не должна превышать 2%, иначе поверхность шва будет сильно окисляться, что снизит качество сварного соединения. Используется для струйно-дуговой и импульсно-дуговой сварки.
Ar+N2N21~4инерцияTIGОн может повысить жесткость дуги и улучшить формирование сварного шва.       
Ar+O2+CO2O22
CO25
Окислительные свойстваMAGИспользуется для струйно-дуговой, импульсно-дуговой и дуговой сварки с коротким замыканием.       
Ar+CO2CO22.5Окислительные свойстваMAGИспользуется для дуговой сварки в режиме короткого замыкания. Когда сварка нержавеющей сталимаксимальная объемная доля CO2 должно быть меньше 5%, иначе проникновение углерода будет сильным.       
Ar+O2O21~5 или 20Окислительные свойстваMAGИмеет более высокую производительность и лучшую устойчивость к пористости. Используется для струйной дуги и сварочные работы которые требуют высококачественных сварных швов.       
Углеродистая и низколегированная стальAr+CO270(80)/30(20)Окислительные свойстваMAGОбладает хорошей проникающей способностью и может использоваться для дуг короткого замыкания и реактивных переходов.       
Ar+O2+CO280/15/5Окислительные свойстваMAGОбладает хорошей проникающей способностью и может использоваться для струйной, импульсной и короткозамкнутой дуговой сварки.       
Сплав на основе никеляAr+HeОн 20~25инерцияTIG
MIG
Тепловыделение выше, чем у чистого Ar.       
Ar+H2H2 <6РедуцируемостьНеплавящийся электродОн может подавлять и устранять пористость СО в сварном шве, повышать температуру дуги и увеличивать подачу тепла.       

В последние годы также получил распространение и применение грубый смешанный газ Ar. Его состав: Ar = 96%, O2 ≤ 4%, H2O ≤ 0,0057%, N2 ≤ 0,1%. Смешанный газ Ar грубой очистки не только улучшает формирование шва, уменьшает разбрызгивание и повышает эффективность сварки, но и при использовании для сварки низколегированной высокопрочной стали с пределом прочности 500-800 МПа механические свойства металла шва эквивалентны свойствам при использовании высокочистого Ar. Смешанный газ грубой очистки Ar является недорогим и имеет хорошие экономические преимущества.

Не забывайте, что делиться - значит заботиться! : )
Шейн
Автор

Шейн

Основатель MachineMFG

Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.

Далее

Освоение CAD/CAM: Основные технологии с пояснениями

Основные концепции автоматизированного проектирования и автоматизированного производства Автоматизированное проектирование и автоматизированное производство (CAD/CAM) - это комплексная и технически сложная дисциплина системного инжиниринга, которая включает в себя такие различные области, как компьютерная [...]...

Виртуальное производство: Концепции и принципы

Концепция виртуального производства Виртуальное производство (ВП) - это фундаментальная реализация реального производственного процесса на компьютере. В нем используются технологии компьютерного моделирования и виртуальной реальности, поддерживаемые высокопроизводительными [...]...

Понимание гибких производственных систем: Руководство

Гибкая производственная система (FMS) обычно использует принципы системной инженерии и групповой технологии. Она объединяет станки с числовым программным управлением (ЧПУ) (обрабатывающие центры), координатно-измерительные машины, системы транспортировки материалов, [...]...

Изучение 4 передовых методов нанофабрикации

Подобно тому, как производственные технологии играют важнейшую роль в различных областях, технология нанофабрикации занимает ключевое место в сфере нанотехнологий. Технология нанофабрикации включает в себя множество методов, в том числе механические [...].

Сверхточная обработка: Виды и технологии

Сверхточная обработка относится к прецизионным производственным процессам, в которых достигаются чрезвычайно высокие уровни точности и качества поверхности. Ее определение относительно и меняется по мере развития технологий. В настоящее время эта технология позволяет достичь [...].

Выбор правильного приспособления для ЧПУ: Типы и советы

В настоящее время механическую обработку можно разделить на две группы в зависимости от серийности производства: Среди этих двух категорий, первая составляет около 70-80% от общей стоимости продукции механической обработки [...]...

Топ-4 метода специальной обработки в современном машиностроении

В этой статье в основном представлены несколько зрелых методов специальной обработки. I. Обработка электрическим разрядом (EDM) EDM - это метод обработки токопроводящих материалов, использующий явление электрической коррозии во время [...]...

Что такое обработка с ЧПУ? Виды, преимущества, недостатки и этапы обработки

Что такое обработка с ЧПУ? Числовое программное управление (ЧПУ) - это метод управления движением и операциями обработки на станках с помощью оцифрованной информации. Станки с числовым программным управлением, часто сокращенно называемые [...]...

Изучение высокоскоростной резки: Обзор технологий и применение

Обработка резанием остается наиболее распространенным методом механической обработки, играющим важную роль в механическом производстве. С развитием производственных технологий технология обработки резанием претерпела значительный прогресс в [...].

Топ-7 новых инженерных материалов: Что нужно знать

Под передовыми материалами понимаются недавно исследованные или находящиеся в стадии разработки материалы, обладающие исключительными характеристиками и особыми функциональными свойствами. Эти материалы имеют огромное значение для развития науки и техники, [...]...

Методы расширения металла: Исчерпывающее руководство

Формирование выпуклости подходит для различных типов заготовок, таких как чашки глубокой вытяжки, разрезанные трубы и прокатные конические сварные изделия. Классификация по средствам формования выпуклости Методы формования выпуклости можно разделить [...].
MachineMFG
Поднимите свой бизнес на новый уровень
Подпишитесь на нашу рассылку
Последние новости, статьи и ресурсы, еженедельно отправляемые в ваш почтовый ящик.

Свяжитесь с нами

Вы получите наш ответ в течение 24 часов.