تخيل اللحام بدون غاز - فوضوي وضعيف. إن غاز اللحام هو البطل الصامت، وهو ضروري لحماية اللحامات من الملوثات، وتثبيت القوس، وضمان وجود وصلات قوية. تستكشف هذه المقالة أنواع غازات اللحام وأدوارها المحددة وكيفية تأثيرها على عملية اللحام. سوف يكتسب القراء رؤى حول اختيار الغاز المناسب لمختلف التطبيقات، مما يضمن الأداء الأمثل للحام والسلامة.
يشير غاز اللحام بشكل رئيسي إلى الغاز الواقي المستخدم في اللحام المحمي بالغاز (اللحام المحمي بغاز ثاني أكسيد الكربون واللحام المحمي بالغاز الخامل)، وكذلك الغاز المستخدم في اللحام والقطع بالغاز، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون (CO2) وغاز الأرجون (Ar) وغاز الهيليوم (He) وغاز الأكسجين (O2) والغازات القابلة للاحتراق والغازات المختلطة، إلخ.
أثناء اللحام، لا يعد الغاز الواقي وسيطًا وقائيًا لمنطقة اللحام فحسب، بل هو أيضًا وسيط غازي لتوليد القوس.
يعتمد اللحام والقطع بالغاز بشكل أساسي على اللهب عالي الحرارة الناتج عن احتراق الغاز لتركيز الحرارة لإتمام العملية.
لذلك، لا تؤثر خصائص الغاز (مثل الخواص الفيزيائية والكيميائية، إلخ) على التأثير الوقائي فحسب، بل تؤثر أيضًا على اشتعال القوس وثبات عملية اللحام والقطع.
وفقًا لدور الغازات المختلفة في عملية العمل, غاز اللحام ينقسم بشكل أساسي إلى غاز وقائي وغاز يستخدم في اللحام والقطع بالغاز.
يشمل الغاز الواقي بشكل أساسي ثاني أكسيد الكربون (CO2) وغاز الأرجون (Ar) وغاز الهيليوم (He) وغاز الأكسجين (O2)، وغاز الهيدروجين (H2).
أشار المعهد الدولي للحام إلى أنه يتم تصنيف الغازات الواقية وفقًا لإمكانية تأكسدها، والمعادلة الحسابية البسيطة لتحديد مؤشر التصنيف هي مؤشر التصنيف = O2% + 1/2 ثاني أكسيد الكربون2%.
استنادًا إلى هذه الصيغة، يمكن تصنيف الغازات الواقية إلى خمس فئات وفقًا لقدرتها على الأكسدة. الفئة I هي الغازات الخاملة أو المختزلة، والفئة M1 هي الغازات المؤكسدة بشكل ضعيف، والفئة M2 هي الغازات المؤكسدة بشكل معتدل، والفئتان M3 وC هما الغازات المؤكسدة بشدة. يوضح الجدول 1 مؤشرات إمكانات الأكسدة لكل نوع من أنواع الغازات الواقية.
يظهر تصنيف الغازات الواقية للحام المعادن السوداء في الجدول 2.
الجدول 1: مؤشرات إمكانات الأكسدة لأنواع مختلفة من الغازات الواقية
| النوع | Ⅰ | M1 | M2 | M3 | C |
| مؤشر إمكانات الأكسدة | ＜1 | 1～5 | 5～9 | 9～16 | ＞16 |
الجدول 2: تصنيف الغازات الواقية للحام المعادن السوداء
| الفئة | الغاز الكمية | نسبة الخليط (معبراً عنها بالنسبة المئوية للحجم) % | النوع | محتوى الأكسجين في معدن اللحام / %. | ||||
| الميل للأكسدة | خامل | الاختزال | ||||||
| ثاني أكسيد الكربون2 | O2 | ع | هو | H2 | ||||
| Ⅰ | 112 | - - - | - - - | 100 - 27～75 | - 100 ريم. | - - - | خامل | ＜0.02 |
| 21 | - - | - - | 85～95 - | -- | ريم. 100 | الاختزال | ||
| M1 | 22 | 2～4 - | - 1～3 | ريم. ريم. | -- | - - | مؤكسد ضعيف التأكسد | 0.02～0.04 |
| M2 | 232 | 15～30 5～15 - | - 1～4 4～8 | ريم. ريم. ريم. | - - - | - - - | معتدلة التأكسد | 0.04～0.07 |
| M3 | 223 | 30～40 - 5～20 | - 9～12 4～6 | ريم. ريم. ريم. | - - - | - - - | مؤكسد بقوة | ＞0.07 |
| C | 12 | 100 ريم. | - ＜20 | - - | - - | - - | ||
وفقًا لخصائص الغازات، فإن الغازات المستخدمة في اللحام بالغاز والقطع يمكن تقسيمها إلى فئتين: الغازات المؤكسدة (O2) والغازات القابلة للاحتراق.
عندما يتم خلط الغازات القابلة للاحتراق بالأكسجين وحرقها، يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة، مما يشكل لهبًا عالي الحرارة مع حرارة مركزة (يمكن أن تصل أعلى درجة حرارة في اللهب عمومًا إلى 2000 ~ 3000 درجة مئوية)، والتي يمكن أن تسخن المعادن وتذيبها.
يشيع استخدام الأسيتيلين كغاز قابل للاحتراق في اللحام والقطع بالغاز. تشمل الغازات الأخرى القابلة للاحتراق التي يتم الترويج لاستخدامها حالياً البروبان والبروبيلين وغاز البترول المسال (البروبان بشكل رئيسي) والغاز الطبيعي (الميثان بشكل رئيسي)، إلخ.
يوضح الجدول 3 الخواص الفيزيائية والكيميائية للعديد من الغازات القابلة للاحتراق شائعة الاستخدام.
الجدول 3 الخواص الفيزيائية والكيميائية للعديد من الغازات القابلة للاحتراق شائعة الاستخدام.
| الغاز | （C2H2） | （C3H8） | （C3H6） | （C4H10） | 𞸍4） | （H2） | |
| النسبية الجزيئية | 26 | 44 | 42 | 58 | 16 | 2 | |
| الكثافة (في الحالة القياسية)/كجم - م-3 | 1.17 | 1.85 | 1.82 | 2.46 | 0.71 | 0.08 | |
| نسبة الكتلة النسبية إلى الهواء عند 15.6 ℃ (الهواء=1) | 0.906 | 1.52 | 1.48 | 2.0 | 0.55 | 0.07 | |
| نقطة الإشعال/℃ | 335 | 510 | 455 | 502 | 645 | 510 | |
| القيمة الحرارية الإجمالية | كيلو جول/متر | 52963 | 85746 | 81182 | 121482 | 37681 | 10048 |
| كجم/متر | 50208 | 51212 | 49204 | 49380 | 56233 | - | |
| الطلب النظري على الأكسجين (نسبة حجم غاز الأكسجين) | 2.5 | 5 | 4.5 | 6.5 | 2.0 | 0.5 | |
| الاستهلاك الفعلي للأكسجين (نسبة حجم غاز الأكسجين) | 1.1 | 3.5 | 2.6 | - | 1.5 | 0.25 | |
| درجة حرارة اللهب المحايد ℃ | الاحتراق في الأكسجين | 3100 | 2520 | 2870 | - | 2540 | 2600 |
| الاحتراق في الهواء | 2630 | 2116 | 2104 | 2132 | 2066 | 2210 | |
| سرعة احتراق اللهب/مللي ثانية | الاحتراق في الأكسجين | 8 | 4 | - | - | 5.5 | 11.2 |
| الاحتراق في الهواء | 5.8 | 3.9 | - | - | 5.5 | 11.0 | |
| نطاق الانفجار (الجزء الحجمي من الغاز القابل للاحتراق/%) | في الأكسجين | 2.8～93 | 2.3～55 | 2.1～53 | - | 5.5～62 | 4.0～96 |
| في الهواء | 2.5～80 | 2.5～10 | 2.4～10 | 1.9～8.4 | 5.3～14 | 4.1～74 | |
يختلف دور الغازات في عمليات اللحام أو القطع المختلفة، ويرتبط اختيار الغازات أيضًا بالمواد التي يتم لحامها.
ولذلك، يجب اختيار الغازات ذات الخصائص الفيزيائية أو الكيميائية المحددة، وحتى خليط من غازات متعددة في حالات مختلفة.
يوضح الجدول رقم 4 الخصائص والاستخدامات الرئيسية للغازات شائعة الاستخدام في اللحام والقطع، وترد خصائص الغازات المختلفة في عملية اللحام موضَّحة في الجدول 5.
الجدول 4 الخصائص والاستخدامات الرئيسية للغازات شائعة الاستخدام في اللحام.
| الغاز | الرمز | الخصائص الرئيسية | التطبيق في اللحام |
| ثاني أكسيد الكربون | ثاني أكسيد الكربون2 | خواص كيميائية مستقرة، وعدم الاحتراق، وعدم دعم الاحتراق، ويمكن أن يتحلل إلى ثاني أكسيد الكربون والأكسجين في درجات حرارة عالية، وله درجة معينة من الأكسدة إلى معادن. يمكن أن يسيل، ويمتص كمية كبيرة من الحرارة عندما يتبخر ثاني أكسيد الكربون السائل، ويتصلب إلى ثاني أكسيد الكربون الصلب، المعروف باسم الثلج الجاف | يمكن استخدام أسلاك اللحام كغاز تدريع أثناء اللحام، مثل غاز ثاني أكسيد الكربون2 اللحام المحمي بالغاز والمختلط اللحام المحمي بالغاز مثل ثاني أكسيد الكربون2+O2ثاني أكسيد الكربون2+Ar، إلخ |
| الأرجون | ع | غاز خامل، خامل كيميائيًا، لا يتفاعل مع العناصر الأخرى في الغرفة ودرجات الحرارة العالية | يستخدم كغاز وقائي للحماية الميكانيكية أثناء اللحام بقوس الأرغونواللحام بالبلازما والقطع |
| الأكسجين | O2 | غاز عديم اللون يدعم الاحتراق وهو نشط للغاية في درجات الحرارة العالية، ويتحد مباشرةً مع العناصر المختلفة. عندما يدخل الأكسجين إلى الحوض المنصهر أثناء اللحام، فإنه يتأكسد عناصر معدنية وتلعب تأثيرًا سلبيًا | عند خلطه مع الغازات القابلة للاحتراق للاحتراق، يمكن الحصول على درجات حرارة عالية للغاية للحام والقطع، مثل لهب الأسيتيلين الأكسجيني ولهيب الأكسجين بالأرجون. يخلط بما يتناسب مع الأرجون وثاني أكسيد الكربون وما إلى ذلك للحام المحمي بالغاز المختلط |
| الأسيتيلين | C2H2 | يُعرف باسم غاز كربيد الكالسيوم، وهو أقل ذوباناً في الماء وأكثر ذوباناً في الكحول وأكثر ذوباناً في الأسيتون. ويختلط مع الهواء والأكسجين ليشكل خليطاً غازياً متفجراً يحترق في الأكسجين وتنبعث منه درجة حرارة عالية تصل إلى 3500 درجة مئوية وضوء قوي | يستخدم لأسيتيل الأكسجين الأسيتيلين اللحام باللهب والقطع |
| الهيدروجين | H2 | قادر على الاحتراق، غير نشط في درجة حرارة الغرفة، ونشط للغاية في درجات الحرارة المرتفعة، ويمكن استخدامه كعامل اختزال للخامات المعدنية وأكاسيد المعادن. أثناء اللحام، يمكن أن ينصهر بعمق في المعدن السائل ويرسب أثناء التبريد، مما قد يشكل مسامًا بسهولة | يستخدم كغاز وقائي مختزل أثناء اللحام. ويمكن أن يعمل الاحتراق المختلط مع الأكسجين كمصدر حراري للحام بالغاز |
| النيتروجين | N2 | الخواص الكيميائية غير نشطة ويمكن أن تتحد مباشرة مع الهيدروجين والأكسجين في درجات حرارة عالية. إنه تأثير ضار لدخول البركة المنصهرة أثناء اللحام. لا يتفاعل بشكل أساسي مع النحاس ويمكن استخدامه كغاز وقائي | عند اللحام بالقوس النيتروجيني، يُستخدم النيتروجين كغاز وقائي لـ لحام النحاس والفولاذ المقاوم للصدأ. يشيع استخدام النيتروجين أيضًا في البلازما قطع القوس كغاز واقي خارجي |
الجدول 5 خصائص الغازات المختلفة في عملية اللحام.
| الغاز | المكوّن | التدرج المحتمل لعمود القوس | ثبات القوس | خصائص انتقال المعادن | الخواص الكيميائية | تغلغل اللحام الشكل | خصائص التدفئة |
| ثاني أكسيد الكربون2 | نقاوة 99.9% | عالية | راضٍ | راضٍ، لكن بعض البقع | خصائص مؤكسدة قوية | شكل مسطح مع عمق اختراق كبير | – |
| ع | درجة نقاء 99.995% | منخفضة | جيد | راضٍ | – | على شكل فطر | – |
| هو | نقاء 99.99% 99.99% | عالية | راضٍ | راضٍ | – | زوج مسطح | تكون المدخلات الحرارية للأجزاء الملحومة أعلى من مدخلات الحرارة في الأجزاء الملحومة من Ar النقية |
| N2 | نقاوة 99.9% | عالية | الفرق | الفرق | توليد المسام والنتريد في الفولاذ | شكل مسطح | – |
(1) خواص ثاني أكسيد الكربون2 الغاز
ثاني أكسيد الكربون2 هو غاز وقائي مؤكسد، ويوجد في ثلاث حالات: الحالة الصلبة والسائلة والغازية. ثاني أكسيد الكربون النقي2 غاز عديم اللون والرائحة. عند درجة حرارة 0 درجة مئوية و1 ضغط جوي (101325 باسكال)، تكون كثافة CO2 هو 1.9768 جم/لتر، وهو ما يساوي 1.5 مرة من الهواء. ثاني أكسيد الكربون2 قابل للذوبان بسهولة في الماء وله طعم حمضي قليلاً بعد إذابته.
عندما يكون ثاني أكسيد الكربون2 يتم تسخين الغاز إلى درجة حرارة عالية، ويتحلل إلى CO وO، مطلقًا -283.24 كيلوجول من الطاقة. وبما أنه يتم إطلاق الأكسجين الذري أثناء عملية التحلل، فإن الغلاف الجوي القوسي له خصائص غازية قوية.
في منطقة القوس ذو درجة الحرارة المرتفعة، ثلاثة غازات (CO2وثاني أكسيد الكربون والأكسجين) غالبًا ما تتعايش بسبب تحلل ثاني أكسيد الكربون2 الغاز. درجة ثاني أكسيد الكربون2 يرتبط تحلل الغاز بدرجة حرارة القوس أثناء عملية اللحام.
ومع زيادة درجة الحرارة، تصبح درجة تفاعل التحلل أكثر كثافة. عندما تتجاوز درجة الحرارة 5000 درجة مئوية، يصبح كل ثاني أكسيد الكربون تقريبًا2 يتحلَّل الغاز. العلاقة بين درجة ثاني أكسيد الكربون2 يظهر تحلل الغاز ودرجة الحرارة في الشكل 1.
سائل ثاني أكسيد الكربون2 سائل عديم اللون تتغير كثافته بتغير درجة الحرارة. فعندما تكون درجة الحرارة أقل من -11 درجة مئوية، تكون كثافته أكبر من كثافة الماء، بينما تكون أقل من كثافة الماء عندما تكون درجة الحرارة أقل من -11 درجة مئوية. خواص ثاني أكسيد الكربون المشبع2 الغاز في الجدول 6.
درجة غليان ثاني أكسيد الكربون2 يتحول من سائل إلى غاز عند درجة حرارة منخفضة جدًا (-78 درجة مئوية)، لذلك فإن ثاني أكسيد الكربون الصناعي2 بشكل عام في حالته السائلة، والتي يمكن تبخيرها في درجة حرارة الغرفة. عند درجة حرارة 0 درجة مئوية و1 ضغط جوي، 1 كجم من ثاني أكسيد الكربون السائل2 يمكن تبخيره إلى 509 لتر من ثاني أكسيد الكربون2 الغاز.
الجدول 6 خواص ثاني أكسيد الكربون المشبع2 ضغط الغاز
| درجة الحرارة /℃ | الضغط /MPa | الكثافة / كجم-ل-1 | السعة الحرارية النوعية عند ضغط ثابت /105 جول - كجم-1-ك-1-1 | درجة الحرارة /℃ | الضغط /MPa | الكثافة / كجم-ل-1 | السعة الحرارية النوعية عند ضغط ثابت /105 جول - كجم-1-ك-1-1 | ||||
| سائل | الغاز | سائل | الغاز | سائل | الغاز | سائل | الغاز | ||||
| -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) تخزين ثاني أكسيد الكربون2 الغاز
ثاني أكسيد الكربون2 للحام غالبًا ما يكون غاز اللحام على شكل ثاني أكسيد الكربون السائل2 مخزنة في أسطوانات فولاذية، وهي اقتصادية ومريحة في آن واحد. ثاني أكسيد الكربون2 الأسطوانات مطلية باللون الأسود وموسومة بأحرف صفراء مكتوب عليها "ثاني أكسيد الكربون المسال". وترد رموز ألوان الأسطوانات التي تحتوي على غازات اللحام شائعة الاستخدام في الجدول 7.
الجدول 7 رموز الألوان للأسطوانات التي تحتوي على غازات اللحام شائعة الاستخدام
| الغاز | الرمز | لون الأسطوانة | الصياغة | لون الحرف | نطاق الألوان | الغاز | الرمز | لون الأسطوانة | الصياغة | لون الحرف | نطاق الألوان |
| الهيدروجين الأكسجين الهواء النيتروجين الأسيتيلين ثاني أكسيد الكربون | H2 O2 - N2 C2H2 ثاني أكسيد الكربون2 | أخضر فاتح أزرق فاتح أسود أسود أبيض أسود | الهيدروجين الأكسجين الهواء النيتروجين الأسيتيلين، يُحفظ بعيداً عن النار ثاني أكسيد الكربون السائل | قرمزي أسود أبيض أصفر فاتح قرمزي أصفر | أصفر فاتح أبيض أبيض أبيض - أسود | الميثان البروبان البروبيلين الأرجون الهيليوم الغاز البترولي السائل | CH4 C3H8 C3H6 ع هو - | براون براون براون رمادي فضي رمادي فضي رمادي فضي | الميثان البروبان المسال البروبيلين المسال الأرجون الهيليوم غاز البترول المسال | أبيض أبيض أصفر فاتح أخضر داكن أخضر داكن قرمزي | أصفر فاتح - - وايت وايت - |
① إذا كان ضغط العمل 19.6 ميجا باسكال، يجب إضافة شريط لون واحد؛ وإذا كان ضغط العمل 29.4 ميجا باسكال، يجب إضافة شريطين لونين.
الأسطوانة الفولاذية القياسية لـ CO2 تبلغ سعة الغاز عادةً 40 كجم ويمكن تعبئته ب 25 كجم من ثاني أكسيد الكربون السائل2.
25 كجم من ثاني أكسيد الكربون السائل2 يمثل حوالي 80% من حجم الأسطوانة، ويمتلئ الحيز المتبقي 20% من حجم الأسطوانة بغاز ثاني أكسيد الكربون2.
قيمة الضغط المشار إليها على مقياس ضغط الأسطوانة هي ضغط التشبع لهذا الجزء من الغاز. يعتمد هذا الضغط على درجة الحرارة المحيطة. كلما ارتفعت درجة الحرارة، يزداد ضغط التشبع، وكلما انخفضت درجة الحرارة، ينخفض ضغط التشبع.
فقط عندما يكون كل ثاني أكسيد الكربون السائل2 في الاسطوانة الفولاذية إلى غاز، فهل سينخفض ضغط الغاز في الاسطوانة تدريجيًا مع استهلاك CO2 الغاز.
سائل ثاني أكسيد الكربون2 الموجودة في أسطوانة فولاذية قياسية يمكن أن تتبخر إلى 12,725 لترًا من ثاني أكسيد الكربون2 الغاز. وفقًا لاختيار غاز ثاني أكسيد الكربون2 معدل تدفق الغاز أثناء اللحام (انظر الجدول 8)، إذا كان متوسط استهلاك ثاني أكسيد الكربون2 الغاز أثناء اللحام 10 لتر/دقيقة، سائل واحد من غاز CO2 يمكن استخدام الأسطوانة بشكل مستمر لمدة 24 ساعة تقريباً.
الجدول 8: اختيار ثاني أكسيد الكربون2 معدل تدفق الغاز أثناء اللحام
| طريقة اللحام | تدفق غاز ثاني أكسيد الكربون /لتر - دقيقة -1 |
| لحام الأسلاك الدقيقة CO2 | 5~15 |
| لحام الأسلاك الخشنة بثاني أكسيد الكربون | 15~25 |
| اللحام بثاني أكسيد الكربون عالي التيار الخشن بالأسلاك الخشنة | 25~50 |
ضغط ثاني أكسيد الكربون القياسي2 الاسطوانة الفولاذية عندما تكون ممتلئة هي 5.0-7.0 ميجا باسكال. عندما ينخفض الضغط داخل الأسطوانة أثناء الاستخدام، تتبخر كمية الماء من الرطوبة الذائبة في سائل ثاني أكسيد الكربون2 يزيد أيضًا.
العلاقة بين المحتوى المائي في ثاني أكسيد الكربون2 الغاز والضغط داخل الأسطوانة موضَّح في الشكل 6.2.
تُظهر البيانات التجريبية أنه عندما يكون ضغط الغاز داخل الأسطوانة أقل من 0.98 ميجا باسكال (عند 20 درجة مئوية)، فإن ثاني أكسيد الكربون2 في الاسطوانة الفولاذية يجب عدم استخدامها بعد الآن لأن سائل CO2 قد تبخرت بشكل أساسي.
إذا استمر استخدامه, عيوب اللحام مثل حدوث مسام في معدن اللحام، ويجب إعادة تعبئة غاز ثاني أكسيد الكربون.
(3) نقاء ثاني أكسيد الكربون2 غاز اللحام
الجزء الكتلي من الماء الذي يمكن إذابته في ثاني أكسيد الكربون السائل2 0.05%، ويستقر الماء الزائد في قاع الأسطوانة في حالة حرة.
تتبخر جزيئات الماء هذه مع ثاني أكسيد الكربون2 أثناء عملية اللحام وتختلط في ثاني أكسيد الكربون2 الغاز، يدخل مباشرة إلى منطقة اللحام.
لذلك، فإن الرطوبة هي الشوائب الضارة الرئيسية في ثاني أكسيد الكربون2 الغاز. يختلف محتوى الهيدروجين في معدن اللحام اعتمادًا على رطوبة غاز CO2 الغاز، كما هو موضح في الجدول 9.
العلاقة بين ثاني أكسيد الكربون2 نقطة الندى والمحتوى الهيدروجيني لمعدن اللحام موضح في الشكل 3.
الجدول 9: محتوى الهيدروجين في معدن اللحام تحت مستويات رطوبة مختلفة من ثاني أكسيد الكربون2 الغاز.
| رطوبة ثاني أكسيد الكربون2 | /ز - م3 | 0.85 | 1.35 |
| محتوى الهيدروجين لكل 1 كجم من معدن اللحام | /ملغ | 29 | 45 |
| رطوبة ثاني أكسيد الكربون2 | /ز - م3 | 1.92 | 15 |
| محتوى الهيدروجين لكل 1 كجم من معدن اللحام | /ملغ | 47 | 55 |
نظرًا لأن محتوى الماء في ثاني أكسيد الكربون2 يزيد الغاز (أي مع ارتفاع درجة حرارة نقطة الندى)، يزداد محتوى الهيدروجين في معدن اللحام تدريجيًا، وتقل اللدونة بل وقد تحدث عيوب مثل المسام.
ولذلك، فإن ثاني أكسيد الكربون2 يجب أن يكون الغاز المستخدم في اللحام عالي النقاء. المتطلبات الفنية لغاز ثاني أكسيد الكربون السائل2 المستخدمة في اللحام موضحة في الجدول 10.
في الصين، الشرط العام في الصين هو أن يكون ثاني أكسيد الكربون2 > 99%، O2 < 0.1%، H2O < 0.05%؛ بينما في بعض البلدان الأجنبية، CO2 > 99.8%، H2O < 0.0066%، ونقطة الندى أقل من -40 درجة مئوية (ما يعادل الفئة الأولى من GB) مطلوبة أيضًا.
الجدول 10: المتطلبات الفنية لثاني أكسيد الكربون السائل2 المستخدمة في اللحام (GB 6052-85).
| اسم المؤشر | الفئة الأولى % | الفئة الثانية % | ||
| الفئة أ | المستوى الثاني | المستوى 3 | ||
| ثاني أكسيد الكربون2 المحتوى محتوى الرطوبة | ≥99.8 ≤0.005 | ≥99.5 ≤0.05 | ≥99.0 ≤0.10 | ≥99.0 – |
إذا كان ثاني أكسيد الكربون المتاح تجاريًا2 يحتوي الغاز المستخدم في موقع الإنتاج على نسبة عالية من الماء ونقاء منخفض، فيجب تنقيته. طرق التنقية الشائعة الاستخدام هي كما يلي:
a. عكس ثاني أكسيد الكربون الجديد2 أسطوانة فولاذية غازية واتركها لمدة ساعة إلى ساعتين حتى يستقر الماء في القاع. ثم افتح صمام الأسطوانة المقلوبة وصرف الماء من 2-3 مرات، بفاصل زمني يبلغ حوالي 30 دقيقة بين كل عملية صرف. بعد التصريف، أعد الأسطوانة الفولاذية إلى وضعها العمودي.
b. قبل استخدام الاسطوانة الفولاذية بعد معالجة تصريف المياه، أطلق الغاز بشكل مستمر لمدة 2-3 دقائق لأن الغاز الموجود في الجزء العلوي يحتوي عادةً على المزيد من الهواء والماء اللذين اختلطا في الاسطوانة أثناء التعبئة.
c. قم بتوصيل مجفف عالي الضغط ومجفف منخفض الضغط على التوالي في مجفف ثاني أكسيد الكربون2 خط أنابيب الإمداد. يمكن أن تكون المادة المجففة هلام السيليكا أو أكسيد الكالسيوم اللامائي أو كبريتات النحاس المجففة لزيادة تقليل محتوى الماء في ثاني أكسيد الكربون2 الغاز. يمكن تجفيف المجفف المستخدم وإعادة استخدامه.
d. لا تستخدم ثاني أكسيد الكربون2 عندما ينخفض ضغط الغاز داخل الأسطوانة إلى 0.98 ميجا باسكال.
عندما يكون ثاني أكسيد الكربون2 يستخدم كـ غاز التدريع بالنسبة للحام في الأماكن سيئة التهوية أو الضيقة، يجب تعزيز تدابير التهوية لمنع تركيز ثاني أكسيد الكربون2 من تجاوز التركيز المسموح به (30 كجم/م2) المحدد في اللوائح الوطنية، مما يؤثر على صحة عمال اللحام.
(1) خواص الأرجون
الأرغون هو أكثر الغازات النادرة وفرة في الهواء بعد النيتروجين والأكسجين، حيث يبلغ حجمه حوالي 0.9351 تيرابايت 3 تيرابايت.
الأرجون عديم اللون والرائحة. عند 0 درجة مئوية و1 ضغط جوي (101325 باسكال)، تبلغ كثافته 1.78 جم/لتر، أي حوالي 1.25 ضعف كثافة الهواء. تبلغ درجة غليان الأرجون -186 ℃، بين درجتي غليان الأكسجين (-183 ℃) والنيتروجين (-196 ℃). ويمكن الحصول على الأرجون في الوقت نفسه مع إنتاج الأكسجين عن طريق التقطير التجزيئي للهواء السائل.
الأرجون هو غاز خامل لا يتفاعل كيميائياً مع المعادن أثناء اللحام ولا يذوب في المعدن السائل.
لذلك، يمكن أن يتجنب فقدان العناصر المعدنية المحترقة في اللحام وعيوب اللحام الأخرى، مما يجعل التفاعل المعدني للحام بسيطًا وسهل التحكم، مما يوفر ظروفًا مواتية للحصول على لحامات عالية الجودة.
العلاقة بين الموصلية الحرارية ودرجة حرارة Ar، He، H، H2و ن2 في الشكل 4. يمكن ملاحظة أن الأرجون له أقل توصيلية حرارية وينتمي إلى الغاز الأحادي الذرة، الذي لن يمتص الحرارة بسبب التحلل عند درجات الحرارة العالية.
لذلك، فإن فقدان الحرارة للقوس المتولد في غاز الأرجون صغير نسبيًا. يتميز الأرجون بكثافة عالية ولا يضيع بسهولة أثناء الحماية، مما يؤدي إلى تأثير وقائي جيد. يمكن أن ينتقل معدن السلك بسهولة إلى تدفق نفاث محوري مستقر، مع الحد الأدنى من الترشيش.
(2) تخزين الأرجون
يمكن تخزين الأرجون ونقله في شكل سائل تحت -184 درجة مئوية، ولكن الأسطوانات الفولاذية المملوءة بغاز الأرجون تستخدم عادةً في اللحام. يتم طلاء أسطوانة غاز الأرجون باللون الرمادي الفضي الرمادي وتمييزها باللون الأخضر (Ar).
حاليًا، أحجام أسطوانات غاز الأرجون شائعة الاستخدام في الصين هي 33 لترًا و40 لترًا و44 لترًا. عندما تمتلئ الأسطوانة وتوضع تحت 20 ℃، يجب أن يكون الضغط داخل الأسطوانة 15 ميجا باسكال.
يُمنع منعًا باتًا طرق أسطوانة غاز الأرجون أو الاصطدام بها أثناء الاستخدام؛ لا تستخدم النار لإذابة الصمام عند تجمده؛ لا تستخدم آلات رفع الأثقال الكهرومغناطيسية لنقل أسطوانات غاز الأرجون؛ منع التعرض لأشعة الشمس في الصيف؛ يجب عدم استنفاد الغاز الموجود داخل الأسطوانة بالكامل؛ ويجب أن تبقى أسطوانات غاز الأرجون بشكل عام في وضع مستقيم.
| اسم المؤشر | غاز الأرجون (GB 4842-84) | غاز الأرغون عالي النقاء (GB 10624-89) | ||
| الأرجون الصناعي | جودة فائقة | جودة من الدرجة الأولى | المنتج المؤهل | |
| محتوى الأرغون (≥) / % المحتوى النيتروجيني (≤) / % محتوى الأكسجين (≤) / % المحتوى الهيدروجيني (≥) / % محتوى الكربون (≤) / % محتوى الرطوبة (≤) / % | 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 |
ملحوظة: يتم التعبير عن محتوى الغازات بالجزء الحجمي؛ ويتم التعبير عن محتوى الرطوبة بالجزء الكتلي.
الجدول 12 نقاء الأرجون المستخدم في لحام المواد المختلفة
| المعدن الأساسي | محتوى الغاز / % | |||
| ع | N2 | O2 | H2O | |
| تيتانيوم، الزركونيوم، والموليبدينوم، والنيوبيوم وسبائكهما الألومنيوم والمغنيسيوم وسبائكهما، سبائك الكروم والنيكل المقاومة للحرارة النحاس وسبائك النحاس، الفولاذ المقاوم للصدأ المصنوع من الكروم والنيكل | ≥99.98 ≥99.9 ≥99.7 | ≤0.01 ≤0.04 ≤0.08 | ≤0.005 ≤0.05 ≤0.015 | ≤0.07 ≤0.07 ≤0.07 |
إذا كان محتوى الشوائب في غاز الأرجون يتجاوز المعيار المحدد أثناء اللحام، فإنه لا يؤثر فقط على حماية المعدن المنصهر ولكنه يسبب أيضًا عيوبًا بسهولة مثل المسامية وإدراج الخبث في اللحام، مما يؤثر على جودة وصلة اللحام ويزيد من فقدان قطب التنجستن للحرق.
(1) خواص غاز الهيليوم
كما أن غاز الهيليوم هو غاز خامل عديم اللون والرائحة ولا يشكل مركبات مع عناصر أخرى مثل غاز الأرجون. وهو غاز أحادي الذرة ويصعب ذوبانه في المعادن الأخرى. درجة غليانه هي -269 ℃.
غاز الهيليوم لديه قدرة تأين عالية، مما يجعل من الصعب لحام القوس. وبالمقارنة مع غاز الأرجون، يتميز غاز الهيليوم بموصلية حرارية أعلى، مما يؤدي إلى ارتفاع الجهد ودرجة حرارة القوس عند نفس تيار اللحام وشدة القوس.
نتيجة لذلك، تكون المدخلات الحرارية للمعدن الأساسي أعلى، و سرعة اللحام أسرع، وعمود القوس أرق وأكثر تركيزًا، واختراق اللحام أكبر. وهذه هي الميزة الرئيسية لاستخدام غاز الهيليوم في اللحام القوسي، ولكن ثبات القوس أدنى قليلاً من ثبات قوس اللحام بالأرجون القوسي.
نظرًا لخفة وزنه الذري الخفيف وكثافته الصغيرة، يلزم معدل تدفق أكبر بكثير من غاز الهيليوم لحماية منطقة اللحام بفعالية.
وبسبب سعره الباهظ، فإنه يستخدم فقط في بعض التطبيقات الخاصة مثل لحام المكونات الرئيسية مثل قضبان التبريد للمفاعلات النووية والمفاعلات النووية السميكة سبائك الألومنيوم. تتم مقارنة خصائص غاز الأرجون وغاز الهيليوم أثناء اللحام في الجدول 13.
الجدول 13 مقارنة بين خصائص غازي الأرجون والهيليوم أثناء اللحام
| الغاز | الرمز | الخصائص |
| الأرجون | ع | (1) جهد القوس المنخفض: ينتج حرارة أقل وهو مناسب للحام بقوس الأرجون التنجستن بالأرجون للمعادن الرقيقة. (2) تأثير التنظيف الجيد: مناسب لـ لحام المعادن التي تشكل قشور أكسيد يصعب ذوبانها، مثل الألومنيوم وسبائك الألومنيوم والسبائك ذات الأساس الحديدي التي تحتوي على نسبة عالية من الألومنيوم. (3) سهولة إشعال القوس: مهم بشكل خاص عند لحام المعدن الرقيق القطع. (4) معدل تدفق غاز أقل: يتميز غاز الأرجون بكثافة أعلى من الهواء، مما يعني أنه يوفر حماية أفضل وأقل تأثراً بتدفق الهواء من غاز الهيليوم. (5) مناسب للحام المسطح والأفقي: يمكن لغاز الأرجون أن يتحكم بشكل أفضل في الحوض المنصهر أثناء اللحام المسطح والأفقي، ولكن تأثيره الوقائي أقل من غاز الهيليوم. (6) لحام المعادن غير المتشابهة:: بشكل عام، غاز الأرجون أفضل من غاز الهيليوم. |
| الأمونيا | هو | (1) الجهد العالي للقوس الكهربائي: ينتج المزيد من الحرارة وهو مناسب للحام المعادن السميكة والمعادن ذات التوصيل الحراري العالي. (2) منطقة صغيرة متأثرة بالحرارة: ينتج عنها تشوه أقل أثناء اللحام وخصائص ميكانيكية أعلى. (3) معدل تدفق غاز أعلى: يتميز غاز الهيليوم بكثافة أقل من الهواء، ومعدل تدفق الغاز الخاص به أكبر من غاز الأرجون بمقدار 0.2 إلى مرتين. غاز الهيليوم أكثر حساسية لتدفق الهواء من غاز الأرجون ولكنه يوفر حماية أفضل للحام المسطح والأفقي. (4) سرعة اللحام الأوتوماتيكية العالية: عندما تكون سرعة اللحام أكبر من 66 مم/ثانية، يمكن الحصول على لحامات أصغر مع عدد أقل من المسام والقطع الناقص. |
نظرًا لأن قوس غاز الهيليوم غير مستقر، وتأثير تنظيف الكاثود غير واضح، فإن لحام قوس الهيليوم التنغستن يستخدم عمومًا اتصالًا إيجابيًا بالتيار المستمر. حتى في لحام الألومنيوم والمغنيسيوم وسبائكهما، لا يتم استخدام مصدر طاقة تيار متردد. يتميز قوس الهيليوم بتوليد حرارة كبيرة ومركّزة، واختراق قوي للقوس، وعندما يكون القوس قصيرًا، يكون للتوصيل الموجب للتيار المستمر أيضًا بعض التأثير على إزالة طبقة الأكسيد.
في لحام قوس الهيليوم بقوس الهيليوم ذي التوصيل الموجب للتيار المستمر لسبائك الألومنيوم، فإن سُمك اللحام يمكن أن يصل إلى 12 مم، ويمكن أن يصل اللحام الأمامي والخلفي إلى 20 مم. بالمقارنة مع اللحام بقوس الأرجون المتردد، فإنه يتميز بعمق اندماج أكبر، وأضيق حبة اللحاموتشوه أصغر، ومنطقة تليين أصغر، واحتراق زائد للمعادن أقل. بالنسبة لسبائك الألومنيوم المقوّية المعالجة حراريًا، تكون الخواص الميكانيكية للوصلات في درجة حرارة الغرفة ودرجة الحرارة المنخفضة أفضل من تلك الخاصة باللحام بقوس الأرجون المتردد.
(2) نقاء غاز الهيليوم المستخدم في اللحام
كغاز وقائي يستخدم في اللحام، يجب أن تكون درجة نقاء غاز الهيليوم بشكل عام من 99.9% إلى 99.999%. علاوة على ذلك، يعتمد ذلك أيضًا على نوع وتكوين وأداء المعدن الأساسي الذي يتم لحامه ومتطلبات جودة وصلة اللحام.
بشكل عام، لمنع المعادن من التأكسد أو النيترة أثناء لحام المعادن النشطة ولتحسين جودة وصلة اللحام، يجب اختيار غاز الهيليوم عالي النقاء. يوضح الجدول 14 المتطلبات الفنية لاستخدام غاز الهيليوم في اللحام.
الجدول 14 المتطلبات الفنية لاستخدام غاز الهيليوم في اللحام
| اسم المؤشر | أمونيا عالية النقاء | الأمونيا النقية | الأمونيا الصناعية | ||
| منتج المستوى الأول | المنتج الثانوي | منتج المستوى الأول | المنتج الثانوي | ||
| محتوى الأمونيا (≥)/-6 | 99.999 | 99.99 | 99.99 | 99.9 | 98 |
| نيون يحتوي على (≤)/10-6 | 4.0 | 15 | 25 | （ن+هـ+ن+هـ) 800 | （Ne+H2 +O2+Ar≤2.0%+ |
| محتوى الهيدروجين (≤)/10-6 | 1.0 | 3.0 | 5.0 | ||
| إجمالي محتوى الأكسجين (≤)/10-6 | 1.0 | 3.0 | 5.0 | 29 | |
| المحتوى النيتروجيني (≤)/10-6 | 2.0 | 10 | 20 | 50 | |
| محتوى ثاني أكسيد الكربون (≤)/10-6 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | غير محدد | غير محدد |
| ثاني أكسيد الكربون2 المحتوى (≤)/10-6 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | ||
| محتوى الميثان (≤)/10-6 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | ||
| المحتوى الرطوبة (≤)/10-6 | 3.0 | 10 | 15 | 30 | |
ملاحظة: يتم التعبير عن محتوى الغاز في الجدول بالجزء الحجمي، ويتم التعبير عن محتوى الماء بالجزء الكتلي.
(1) خصائص غاز الأكسجين:
غاز الأكسجين غاز عديم اللون والرائحة والمذاق وغير سام في درجة حرارة الغرفة وضغطها. عند 0 ℃ و1 ضغط جوي (101325 باسكال)، تبلغ كثافة غاز الأكسجين 1.43 كجم/م3، وهي كثافة أكبر من كثافة الهواء. درجة حرارة تسييل الأكسجين هي -182.96 ℃، والأكسجين السائل أزرق فاتح. في درجة حرارة الغرفة، يوجد الأكسجين بكميات كبيرة في شكل مركبات وحالات حرة في الهواء والماء.
لا يمكن لغاز الأكسجين نفسه أن يحترق، لكنه غاز نشط للغاية يدعم الاحتراق ويمكن أن يتفاعل مع العديد من العناصر لإنتاج أكاسيد. وبشكل عام، يشار إلى تفاعلات الأكسدة الشديدة بالاحتراق. ويستخدم اللحام والقطع بالغاز الغازات القابلة للاحتراق والحرارة المنبعثة من احتراق الأكسجين كمصادر للحرارة.
(2) إنتاج غاز الأكسجين:
هناك العديد من الطرق لإنتاج غاز الأكسجين، مثل الطرق الكيميائية والتحليل الكهربائي للماء وتسييل الهواء.
ومع ذلك، في الإنتاج الصناعي، يتم استخدام طريقة تسييل الهواء على نطاق واسع. يتم ضغط الهواء وتبريده إلى أقل من -196 ℃ لتحويله إلى سائل. ثم، مع ارتفاع درجة الحرارة، يتبخر النيتروجين الموجود في الهواء السائل إلى غاز عندما ترتفع درجة الحرارة إلى -196 ℃.
ومع استمرار ارتفاع درجة الحرارة إلى -183 ℃، يبدأ الأكسجين في التبخر. بعد ذلك يتم ضغط الأكسجين الغازي إلى 120-150 ضغط جوي بواسطة ضاغط وتخزينه في أسطوانات أكسجين خاصة للاستخدام والتخزين.
(3) تخزين غاز الأكسجين:
يتم تخزين غاز الأكسجين ونقله بشكل عام في أسطوانات أكسجين خاصة، ويجب طلاء أسطوانات الأكسجين من الخارج باللون الأزرق السماوي وتمييزها بعبارة "أكسجين" بالطلاء الأسود.
يجب فحص اسطوانات الأكسجين كل 3-5 سنوات في مصنع النفخ أثناء الاستخدام، والتحقق من حجم الأسطوانة ونوعيتها، وكذلك فحصها بحثاً عن التآكل والتشقق. يوضح الجدول 15 أبعاد وسعة تعبئة أسطوانات الأكسجين شائعة الاستخدام في الجدول 15.
يتم تنظيم إمداد غاز الأكسجين أثناء التشغيل بشكل أساسي بواسطة مخفض الضغط على الأسطوانة. وترد في الجدول 16 البارامترات التقنية الرئيسية لمخفض الضغط الخاص بأسطوانات الأكسجين في الجدول 16، وترد في الجدول 17 الأعطال الشائعة وتدابير الوقاية من مخفض الضغط.
الجدول 15 أبعاد وسعة تعبئة اسطوانات الأكسجين شائعة الاستخدام
| الأبعاد الخارجية /مم | الحجم الداخلي /L | وزن الزجاجة /كجم | طراز صمام الزجاجة | سعة الغاز/م3 (عند 20 درجة مئوية، 14.7 ميجا باسكال) | |
| القطر الخارجي | الارتفاع | ||||
| 219 | 1150±20 | 33 | 47 | صمام نحاسي QF-2 نحاسي | 5 |
| 1250±20 | 36 | 53 | 5.5 | ||
| 1370±20 | 40 | 57 | 6 | ||
| 1480±20 | 44 | 60 | 6.5 | ||
| 1570±20 | 47 | 63 | 7 | ||
الجدول 16 المعلمات التقنية الرئيسية لمنظم الضغط لأسطوانة الغاز
| طراز مخفض الضغط | كيو دي 1 | QD-2A | QD-2A | دي جي 6 | SJ7-10 | QD-20 | كيو دبليو 2-16/0.6 | |
| الاسم | منظم ضغط الأكسجين أحادي المرحلة | منظم ضغط الأكسجين ثنائي المراحل | منظم ضغط الأسيتيلين أحادي المرحلة | منظم ضغط البروبان أحادي المرحلة | ||||
| مواصفات مقياس الضغط /MPa | مقياس الجهد العالي | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 |
| مقياس الجهد المنخفض | 0～3.92 | 0～1.568 | 0～0.392 | 0～3.92 | 0～3.92 | 0～0.245 | 0～0.157 | |
| ضغط العمل الأقصى /MPa | جانب السحب | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 1.96 | 1.96 |
| جانب العمل | 2.45 | 0.98 | 0.196 | 1.96 | 1.96 | 0.147 | 0.059 | |
| نطاق ضبط ضغط العمل / ميجا باسكال | 0.1～2.45 | 0.1～0.98 | 0.01～0.2 | 0.1～2.0 | 0.1～1.96 | 0.01～0.05 | 0.02～0.05 | |
| السعة القصوى لإمداد الغاز / m3-h-1 | 80 | 40 | 12 | 180 | - | 9 | - | |
| قطر فتحة المخرج / مم | 6 | 5 | 3 | - | 5 | 4 | - | |
| ضغط تنفيس صمام الأمان / ميجا باسكال | 2.8～3.8 | 1.1～1.6 | - | 2.16 | 2.16 | 0.2～0.3 | 0.07～0.1 | |
| الوزن / كجم | 4 | 2 | 2 | 2 | 3 | 2 | 2 | |
| الأبعاد الكلية / مم | 200×200×210 | 165×170×160 | 165×170×160 | 170×200×142 | 200×170×220 | 170×185×315 | 165×190×160 | |
الجدول 17 الأعطال الشائعة لمنظمات الضغط والتدابير الوقائية.
| الأعطال الشائعة | موقع الخطأ والسبب | التدابير الوقائية والإصلاحات |
| تسرب منظم الضغط | تسرب في مفصل منظم الضغط، أو ارتخاء الوصلة الملولبة أو تلف الحشية. | أحكم ربط البرغي؛ استبدل الحشية أو أضف حبل الأسبستوس. |
| تسرب صمام الأمان؛ تلف الحشية أو تشوه النابض. | اضبط النابض؛ استبدل حشية الصمام الجديدة (ورق الصلب الأزرق وحبل الأسبستوس). | |
| تلف أو عدم القدرة على إحكام الغشاء على غطاء منظم الضغط، مما يؤدي إلى حدوث تسرب. | استبدل الحجاب الحاجز المطاطي أو أحكم ربط البرغي. | |
| يزحف مقياس الضغط لأعلى (التدفق الذاتي) ويتدفق الغاز إلى الخارج بعد فك برغي الضبط (يستمر مقياس الضغط المنخفض في الارتفاع). | توجد ملوثات على الصمام أو مقعد الصمام، وحشية الختم أو مقعد الصمام غير مستوٍ؛ ونابض الدوران تالف، و التثبيت القوة غير كافية. | نظف الملوثات الموجودة على الصمام، واستخدم شاشًا ناعمًا لتسوية مقعد الصمام غير المستوي. إذا كانت هناك شقوق، استبدلها بأخرى جديدة واضبط طول النابض. |
| عندما يتم فتح صمام أسطوانة الأكسجين، يشير مقياس الضغط العالي إلى وجود الأكسجين، ولكن مقياس الضغط المنخفض لا يستجيب أو لا يكون حساسًا بما فيه الكفاية. | تم شد برغي الضبط بالكامل، ولكن ضغط العمل لا يرتفع أو يرتفع قليلاً جداً. والسبب في ذلك هو أن النابض الرئيسي تالف أو أن قضيب ناقل الحركة مثني. | قم بإزالة غطاء منظم الضغط واستبدال النابض الرئيسي وقضيب النقل. |
| أثناء التشغيل، ينخفض ضغط الأكسجين أو تقفز إبرة المقياس بعنف. والسبب في ذلك هو التجمد الداخلي لمنظم الضغط. | بعد إذابة الرطوبة بالماء الساخن، جففي الرطوبة بالمجفف. | |
| يشير مقياس الضغط المنخفض إلى ضغط العمل، ولكنه ينخفض فجأة أثناء الاستخدام. والسبب في ذلك هو أن صمام أسطوانة الأكسجين غير مفتوح بالكامل. | افتح صمام الأكسجين أكثر. |
بالمقارنة مع الأكسجين الغازي، يتميز الأكسجين السائل بمزايا انخفاض استهلاك الطاقة، والنقاء العالي للأكسجين المزود (حتى 99.9% أو أكثر)، وكفاءة النقل العالية. لذلك، يتم توفير الأكسجين الصناعي في بعض الأحيان في شكل سائل. وفيما يلي طرق تزويد الأكسجين السائل للمستخدمين أو في الموقع:
a. إعداد خزان لتخزين الأكسجين الغازي في قسم المستخدم، وملء الخزان بالأكسجين الغازي من خزان نقل السائل المجهز بمعدات التبخير والضغط.
b. إعداد خزان تخزين السائل ومعدات التبخير في قسم المستخدم، وملء الخزان بالأكسجين السائل من خزان نقل الأكسجين السائل.
c. تركيب حاويات الأكسجين السائل الصغيرة وأجهزة التبخير المقابلة على عربات، وتهيئتها في الموقع، ونقلها في أي وقت وفقًا لاحتياجات الاستخدام. هذه الطريقة مناسبة فقط للمصانع والمواقع ذات الاستهلاك القليل من الأكسجين.
هناك نوعان من صهاريج تخزين الأكسجين السائل: المتنقلة والثابتة. وترد المواصفات والبارامترات التقنية الرئيسية لحاويات الأكسجين السائل المتنقلة في الجدول 18، ومواصفات حاويات الأكسجين السائل الثابتة في الجدول 19.
الجدول 18: المواصفات والمعايير الفنية الرئيسية لحاويات الأكسجين السائل المتنقلة.
| رقم الموديل | CD4-50 | CD4-100 | CD4-175 | رقم الموديل | CD4-50 | CD4-100 | CD4-175 | ||
| المعايير الفنية | سعة الحاوية باللتر | 50 | 100 | 175 | المعايير الفنية | الطول/ملم | 1160 | 1150 | 1535 |
| ضغط التشغيل بوحدة MPa | 1.372 | 1.372 | 1.372 | القطر الخارجي/ملم | 322 | 505 | 505 | ||
| معدل التبخر اليومي بالنسبة المئوية | 2.5 | 2.3 | 1.2～1.6 | وزن العربة/㎏ | 45 | 81 | 117 | ||
| وزن الحاوية الفارغة بالكيلوغرام | 60 | 90 | 115 | ||||||
الجدول 19: المواصفات والمعايير الفنية الرئيسية لحاويات الأكسجين السائل الثابتة.
| رقم الموديل | CF-2000 | CF-3500 | CF-5000 | CF-10000 | |||||||||
| المعايير الفنية | الحجم الهندسي /m3 | 2.10 | 3.68 | 5.25 | 10.5 | ||||||||
| الحجم الفعال /m3 | 2 | 3.5 | 5 | 10 | |||||||||
| القطر الداخلي للأسطوانة الداخلية /مم | 1200 | 1400 | 1400 | 2000 | |||||||||
| القطر الداخلي للأسطوانة الخارجية /مم | 1700 | 2000 | 2000 | 2600 | |||||||||
| معدل التبخر اليومي /% | 0.9 | 0.55 | 0.45 | 0.4 | |||||||||
| سعة إمداد الغاز /m3-h-1 | اختياري وفقًا لمتطلبات المستخدم | ||||||||||||
| (القطر الخارجي × الطول) /مم | 1712×3245 | 2016×3800 | 2024×5000 | 2620×4318 | |||||||||
| الضغط الاسمي /MPa | 0.196 | 0.784 | 1.568 | 0.196 | 0.784 | 1.568 | 0.196 | 0.784 | 1.568 | 0.196 | 0.784 | 1.568 | |
| وزن الحاوية الفارغة /كجم | 1.9 | 2.0 | 2.3 | 4.4 | 4.6 | 5.0 | 5.3 | 5.6 | 6.0 | 7.8 | 7.8 | 9.0 | |
نظرًا لأن الأكسجين غاز داعم للاحتراق ذو خصائص نشطة للغاية، فعندما تكون أسطوانة الغاز ممتلئة، يمكن أن يصل الضغط إلى 150 ضغط جوي. هناك خطر حدوث انفجار إذا لم يتم التعامل معه بعناية أثناء استخدام الأكسجين ونقله.
لذلك، يجب إيلاء اهتمام خاص للنقاط التالية:
أ) مقاومة للزيت. يحظر لمس اسطوانة الأكسجين والمعدات الملحقة بها بقفازات ملطخة بالزيت؛ ويجب ألا توضع أثناء النقل مع المواد القابلة للاشتعال والزيوت.
ب) مقاومة للصدمات. يجب تثبيت أسطوانات الأكسجين بإحكام لمنع الاهتزازات التي يمكن أن تسبب انفجارات الأكسجين. وعند الوقوف منتصبة، يجب استخدام أطواق أو سلاسل حديدية للتثبيت؛ وعند الاستلقاء، يجب استخدام وسادات خشبية لمنع التدحرج، ويجب تركيب ممتصّي صدمات مطاطيين على جسم الأسطوانة. أثناء النقل، يجب استخدام مركبة مخصصة للنقل.
ج) مقاومة للحرارة. يجب إبقاء أسطوانات الأكسجين، سواء في التخزين أو النقل، على بعد 10 أمتار على الأقل من مصدر الحرارة. في فصل الصيف، أثناء العمل في الهواء الطلق تحت أشعة الشمس، يجب تغطيتها بقماش لمنع حدوث انفجارات.
د) مانع التجمد. عند استخدام أسطوانة الأكسجين في الشتاء، إذا تجمد صمام أسطوانة الأكسجين، قم بتغطيته بقطعة قماش مبللة بالماء الساخن لإذابته. لا ينبغي تحت أي ظرف من الظروف استخدام النار لتسخينها وإذابة الجليد عنها، لتجنب التسبب في حوادث الانفجار.
ه) قبل فتح صمام أسطوانة الأكسجين، تحقق مما إذا كان صامولة الضغط مشدودة. وعند تدوير العجلة اليدوية، يجب أن يكون التدوير سلسًا وبدون قوة مفرطة، ويجب أن يقف الأشخاص على جانب مخرج الأكسجين. عند استخدام الأكسجين، لا تستهلك كل الأكسجين الموجود في الأسطوانة، مع ترك ما لا يقل عن 1-3 ضغط جوي من الأكسجين.
و) عندما لا تكون أسطوانة الأكسجين قيد الاستخدام، يجب وضع الغطاء الواقي على الصمام لمنع التلف.
ز) أثناء إصلاح صمام أسطوانة الأكسجين، يجب إيلاء اهتمام خاص للسلامة لمنع انفجار أسطوانة الأكسجين.
(4) نقاء أكسجين اللحام
نظرًا لأن الأكسجين الصناعي يتم إنتاجه عادةً عن طريق التسييل وفصل الهواء، فإنه غالبًا ما يحتوي على النيتروجين. لا يؤدي وجود النيتروجين أثناء اللحام والقطع إلى خفض درجة حرارة اللهب فحسب، مما يؤثر على كفاءة الإنتاج، بل يتفاعل أيضًا مع الحديد المصهور لتكوين حديد النيتريد، مما يقلل من قوة اللحام.
لذلك، فإن نقاء الأكسجين له تأثير كبير على كفاءة وجودة اللحام والقطع بالغاز. وكلما زادت درجة نقاء الأكسجين المستخدم في اللحام والقطع بالغاز، خاصة عند القطع، كان ذلك أفضل.
يُستخدم الأكسجين أيضًا بشكل شائع كغاز إضافي في اللحام المحمي بالغاز الخامل لتنقية القطرات والتغلب على انحراف بقعة الكاثود القوسي وزيادة مدخلات الحرارة للمعدن الأساسي وتحسين سرعة اللحام.
الجدول 20: المتطلبات الفنية لأكسجين اللحام في الحالة الغازية. يجب استخدام الأكسجين عالي النقاء من الدرجة الأولى من الفئة الأولى أو الثانية في اللحام والقطع بالغاز عالي الجودة للحصول على التوصيل الحراري المطلوب.
| اسم المؤشر | الفئة الأولى | الفئة Ⅱ | ||
| محتوى الأكسجين (جزء الحجم ≥) / %. | 99.5 | 99.5 | 99.2 | |
| الرطوبة | الماء الحر (≤) / مل. | - | 100 | 100 |
| نقطة الندى (≤) / ℃ | -43 | - | - | |
هناك العديد من أنواع الغازات القابلة للاشتعال المستخدمة في اللحام، ولكن الغازات الأكثر استخدامًا حاليًا في اللحام والقطع بالغاز هي غاز الأسيتيلين (C2H2)، يليه غاز البروبان.
يمكن أيضًا استخدام غاز الهيدروجين أو الغاز الطبيعي أو غاز الفحم كغازات قابلة للاشتعال اعتمادًا على الظروف المحلية أو المواد التي يتم لحامها أو قطعها. عند اختيار الغاز القابل للاشتعال، ينبغي مراعاة العوامل التالية:
أ) يجب أن تكون الحرارة المتولدة عالية، مما يعني أن كمية الحرارة المنبعثة من الاحتراق الكامل للغاز القابل للاشتعال لكل وحدة حجم يجب أن تكون عالية.
ب) يجب أن تكون درجة حرارة اللهب عالية، وتشير عمومًا إلى أعلى درجة حرارة للهب المشتعل في الأكسجين.
ج) يجب أن تكون كمية الأكسجين اللازمة لاحتراق الغاز القابل للاشتعال صغيرة، لتحسين اقتصاده.
د) يجب أن يكون نطاق حد الانفجار صغيرًا.
هـ) يجب أن تكون وسائل النقل مريحة نسبياً.
(1) الأسيتيلين (C2H2)
1) خواص الأسيتيلين
الأسيتيلين هو هيدروكربون غير مشبع (C2H2)، وهو غاز عديم اللون في درجة حرارة الغرفة وضغط جوي واحد (101325Pa). بشكل عام، عند اللحام بالأسيتيلين، توجد رائحة خاصة بسبب الشوائب مثل H2س و ف3.
يمكن أن تصل درجة حرارة لهب الأسيتيلين المحترق في الأكسجين النقي إلى حوالي 3150 ℃، وتكون الحرارة مركزة نسبيًا. وهو حالياً أكثر الغازات القابلة للاشتعال استخداماً في اللحام والقطع بالغاز.
تبلغ كثافة الأسيتيلين 1.17 كجم/م3. تبلغ درجة غليان الأسيتيلين -82.4 ℃، ويصبح سائلًا عند -83.6 ℃. وعند درجات حرارة أقل من -85 ℃، يصبح صلبًا. يمكن إذابة الأسيتيلين الغازي في الماء والأسيتون والسوائل الأخرى. عند درجة حرارة 15 ℃ وضغط جوي واحد، يمكن أن يذيب 1 لتر من الأسيتون 23 لتر من الأسيتيلين. عند زيادة الضغط إلى 1.42 ميجا باسكال، يمكن أن يذيب 1 لتر من الأسيتون حوالي 400 لتر من الأسيتيلين.
الأسيتيلين هو غاز قابل للانفجار، وخصائص انفجاره كما يلي:
أ) عندما يصل ضغط الأسيتيلين النقي إلى 0.15 ميجا باسكال وتصل درجة الحرارة إلى 580-600 ℃، سوف ينفجر عند تعرضه للنار. يجب ألا يتجاوز ضغط الأسيتيلين في المولد وخط الأنابيب 0.13 ميجا باسكال.
ب) عند خلط الأسيتيلين بالهواء أو الأكسجين، تزداد قابلية الانفجار زيادة كبيرة. عندما يخلط الأسيتيلين بالهواء، محسوباً بالحجم، عندما يمثل الأسيتيلين 2.2%-81%؛ وعندما يخلط الأسيتيلين بالأكسجين، محسوباً بالحجم، عندما يمثل الأسيتيلين 2.8%-93%، سيشتعل الغاز المخلوط تلقائيًا (درجة حرارة الاشتعال التلقائي لمخلوط الأسيتيلين والهواء 305 ℃، ودرجة حرارة الاشتعال التلقائي لمخلوط الأسيتيلين والأكسجين 300 ℃)، أو سينفجر عند تعرضه للشرر، حتى عند الضغط العادي.
سوف ينفجر الأسيتيلين الممزوج بغاز الكلور والهيبوكلوريت والمواد الأخرى عند تعرضه لأشعة الشمس أو الحرارة. يقلل الأسيتيلين الممزوج بالنيتروجين وأول أكسيد الكربون وبخار الماء من خطر الانفجار.
ج) يمكن أن يشكل الأسيتيلين أيضًا مواد قابلة للانفجار مثل أسيتيلين النحاس وأسيتيلين الفضة عند ملامسته للنحاس والفضة وغيرها لفترة طويلة.
د) يمكن أن يؤدي إذابة الأسيتيلين في سائل إلى تقليل قابليته للانفجار إلى حد كبير.
e. ترتبط قابلية الأسيتيلين للانفجار بشكل وحجم الحاوية المستخدمة للتخزين. فالحاويات ذات الأقطار الأصغر تكون أقل عرضة للانفجار. يمكن تخزين الأسيتيلين في حاويات ذات مواد ذات شكل شعري، وحتى إذا زاد الضغط إلى 2.65 ميجا باسكال، فلن تحدث انفجارات.
2) يتم إنتاج الأسيتيلين الصناعي بشكل أساسي عن طريق تحلل الكربيد من خلال مولدات الأسيتيلين.
هناك العديد من أنواع مولدات الأسيتيلين التي يشيع استخدامها لإنتاج الأسيتيلين، والتي يمكن تصنيفها وفقًا للضغط المنتج: مولدات الأسيتيلين متوسطة الضغط (التي تنتج غاز الأسيتيلين عند ضغط قياس 0.0069-0.127 ميجا باسكال) ومولدات الأسيتيلين منخفضة الضغط (التي تنتج غاز الأسيتيلين عند ضغط قياس أقل من 0.0069 ميجا باسكال).
كما يمكن تصنيفها أيضًا وفقًا لطرق مختلفة للتلامس بين الكربيد والماء، مثل طرق التصريف، والكربيد في الماء، وطرق التصريف المدمجة. ووفقًا لأشكالها الموضعية، يمكن تصنيفها كذلك إلى أنواع متحركة أو ثابتة. يوضح الجدول 21 أنواع مولدات الأسيتيلين متوسطة الضغط ومواصفاتها الفنية.
بالنسبة للحام بالغاز عالي الجودة، يجب استخدام الأسيتيلين المنقى والمجفف. يتم تصنيع الكربيد الصناعي عن طريق صهر الجير الحي وفحم الكوك في فرن كهربائي. يجب أن يفي مستوى جودة وأداء الكربيد المستخدم في اللحام والقطع بغاز الأسيتيلين بالمتطلبات المحددة في الجدول 22.
الجدول 21. الأنواع والمواصفات التقنية لمولدات الأسيتيلين متوسطة الضغط.
| الطراز | Q3-0.5 | Q3-1 | Q3-3 | Q4-5 | Q4-10 | |
| معدل الإنتاج الطبيعي / م3 - ح-1 | 0.5 | 1 | 3 | 5 | 10 | |
| ضغط عمل الأسيتيلين الأسيتيلين /MPa | 0.045～0.1 | 0.045～0.1 | 0.045～0.1 | 0.1～0.12 | 0.045～0.1 | |
| ضغط تسرب صمام الأمان /MPa | 0.115 | 0.115 | 0.115 | 0.15 | 0.15 | |
| ضغط الانفجار للفيلم المقاوم للانفجار /MPa | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | |
| درجة الحرارة القصوى للأسيتيلين في حجرة الغاز /℃ | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 | |
| يمكن تحميل كربيد الكالسيوم في حاوية واحدة /كجم | 2.4 | 5.0 | 13.0 | 12.5 | 25.5 | |
| حجم الجسيمات المسموح به من كربيد الكالسيوم /مم | 25×5050×80 | 25×5050×80 | 25×5050×80 | 15～25 | 15×2525×5050×80 | |
| سعة مياه المولدات /L | 30 | 65 | 330 | 338 | 818 | |
| النمط الهيكلي | نوع الصرف | نوع الصرف | نوع الصرف | مشترك | مشترك | |
| نموذج التثبيت | الهاتف المحمول | الهاتف المحمول | ثابت | ثابت | ثابت | |
| الأبعاد الخارجية /مم | الطول | 515 | 1210 | 1050 | 1450 | 1700 |
| العرض | 505 | 675 | 770 | 1370 | 1800 | |
| الارتفاع | 930 | 1150 | 1755 | 2180 | 2690 | |
| الوزن الصافي (باستثناء الماء والكربيد) / كجم | 45 | 115 | 260 | 750 | 980 | |
الجدول 22: درجات جودة وأداء كربيد الكربيد للحام والقطع بغاز الأسيتيلين.
| اسم المؤشر | الفهرس | |||||
| منتج المستوى الأول | المنتج الثانوي | منتج من الدرجة الثالثة | منتج من الدرجة 4 | |||
| حجم جسيمات كربيد الكالسيوم /مم | 80~200 | فقي لي /ل كغ-1 | 305 | 285 | 265 | 235 |
| 50~80 | 305 | 285 | 255 | 235 | ||
| 50~80 | 300 | 280 | 250 | 230 | ||
| محتوى PH في الأسيتيلين (جزء الحجم) /% | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | ||
| محتوى HS في الأسيتيلين (جزء الحجم) /% | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | ||
3) تخزين غاز الأسيتيلين
ونظراً لخطر الانفجار عند الضغط، لا يمكن استخدام التعبئة المباشرة في زجاجات مضغوطة لتخزين الأسيتيلين. في الصناعة، يتم استخدام قابليته العالية للذوبان في الأسيتيلين، ويتم تعبئة الأسيتيلين في حاويات تحتوي على الأسيتون أو مادة مسامية، والمعروفة باسم الأسيتيلين المذاب أو الأسيتيلين المعبأ في زجاجات.
وعادةً ما يتم طلاء أسطوانة الأسيتيلين باللون الأبيض مع كتابة عبارة "أسيتيلين" بالطلاء الأحمر. وتملأ الأسطوانة بمادة مسامية مبللة بالأسيتيلين، مما يسمح بتخزين الأسيتيلين بأمان عند ضغط 1.5 ميجا باسكال داخل الأسطوانة.
عند الاستخدام، يجب استخدام منظم الأسيتيلين لتقليل الضغط إلى أقل من 0.103 ميجا باسكال قبل الاستخدام. عادةً ما تكون المادة المسامية عبارة عن خليط من الكربون المنشط خفيف الوزن والمسامي، ونشارة الخشب، والخفاف، والتراب الدياتومي.
لأغراض اللحام، يلزم عموماً أن تكون درجة نقاء الأسيتيلين أكثر من 98%. ويتم تنظيم شروط التعبئة: ضغط تعبئة لا يزيد عن 1.55 ميجا باسكال عند درجة حرارة 15 درجة مئوية. ويُعد الأسيتيلين المعبأ في زجاجات حاليًا طريقة مروجة ومطبقة على نطاق واسع نظرًا لسلامته وملاءمته واقتصاده.
(2) غاز البترول
غاز البترول هو منتج أو منتج ثانوي لمعالجة البترول. وتشمل الغازات المستخدمة في التقطيع الغازات الأولية مثل البروبان والإيثيلين، وكذلك المنتجات الثانوية مثل الغازات المختلطة متعددة المكونات من التكرير، والتي تتكون عادةً من البروبان والبيوتان والبنتان والبيوتين.
1) البروبان (C3H8)
البروبان هو غاز وقود شائع الاستخدام في القطع، وتبلغ كتلته الجزيئية النسبية 44.094. قيمته الحرارية الإجمالية أعلى من الأسيتيلين، ولكن حرارة احتراق جزيء كتلة الوحدة الجزيئية أقل من الأسيتيلين. ونتيجة لذلك، تكون درجة حرارة اللهب أقل، وتكون حرارة اللهب أكثر تشتتًا. صيغة التفاعل الكيميائي للاحتراق الكامل للبروبان في الأكسجين النقي هي: C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O (1)
من المعادلة أعلاه، يمكن ملاحظة أن الاستهلاك النظري للأكسجين لحجم واحد من البروبان المحترق بالكامل هو 5 أحجام. عندما يتم حرق البروبان في الهواء، يكون الاستهلاك الفعلي للأكسجين 3.5 حجم، مما يشكل لهبًا متعادلًا بدرجة حرارة 2520 درجة مئوية. تبلغ أعلى درجة حرارة للهب المؤكسد حوالي 2700 درجة مئوية. وتبلغ سرعة احتراق اللهب المحايد المكون من الأكسجين والبروبان 3.9 م/ثانية، وخطر التلطيف ضئيل، ونطاق انفجاره ضيق، بين 23% و95% في الأكسجين. ومع ذلك، فإن استهلاكه للأكسجين أعلى من استهلاك الأسيتيلين، وله نقطة اشتعال عالية وليس من السهل إشعاله.
2） بروبيلين (C3H6)
وتبلغ الكتلة الجزيئية النسبية للبروبيلين 42.078، مع قيمة حرارية كلية أقل من البروبان ولكن درجة حرارة اللهب أعلى. صيغة التفاعل الكيميائي للاحتراق الكامل للبروبيلين في الأكسجين النقي هي
C3H6 + 4.5O2 → 3CO2 + 3H2O (2)
يبلغ الاستهلاك النظري للأكسجين لحجم واحد من البروبيلين المحترق بالكامل 4.5 حجم. عند الاحتراق في الهواء، يكون الاستهلاك الفعلي للأكسجين 2.6 حجم، مما يشكل لهبًا متعادلًا بدرجة حرارة 2870 درجة مئوية. عندما تكون نسبة البروبيلين إلى الأكسجين 1:3.6، يمكن تكوين لهب مؤكسد، والذي تكون درجة حرارة اللهب فيه أعلى.
نظرًا لانخفاض استهلاك البروبيلين للأكسجين مقارنةً بالبروبان وارتفاع درجة حرارة اللهب فيه، فقد تم استخدام البروبيلين كغاز قطع في بعض البلدان.
3）البيوتان (C4H10)
وتبلغ الكتلة الجزيئية النسبية للبيوتان 58.12، مع قيمة حرارية كلية أعلى من البروبان. ومعادلة التفاعل الكيميائي للاحتراق الكامل للبيوتان في الأكسجين النقي هي:
C4H10 + 6.5O2 → 4CO2 + 5H2O
يبلغ الاستهلاك النظري للأكسجين لحجم واحد من البوتان المحترق بالكامل 6.5 مجلدات. وعند احتراقه في الهواء، يكون الاستهلاك الفعلي للأكسجين 4.5 حجم، وهو أعلى من استهلاك البروبان. يتميز البوتان الممزوج بالأكسجين أو الهواء بنطاق انفجاري ضيق (جزء حجمي من 1.51 تيرابايت إلى 8.51 تيرابايت إلى 8.51 تيرابايت) وليس عرضة للاشتعال العكسي. ومع ذلك، نظرًا لانخفاض درجة حرارة اللهب فيه، لا يمكن استخدامه بمفرده كوقود للقطع.
4） غاز البترول المسال
غاز البترول المسال هو منتج ثانوي لمعالجة البترول، ويتكون بشكل أساسي من الهيدروكربونات مثل البروبان (C3H8) والبيوتان (C4H10) والبروبيلين (C3H6) والبيوتين (C4H8) وكميات صغيرة من الأسيتيلين (C4H8).2H2)، والإيثيلين (C2H2)، البنتان (C5H12)، إلخ. وتوجد هذه الهيدروكربونات في الطور الغازي في درجات الحرارة العادية والضغط الجوي، ولكن يمكن تسييلها بضغط يتراوح بين 0.8 و1.5 ميجا باسكال للتخزين والنقل.
في الصناعة، يستخدم غاز البترول الغازي بشكل عام. وغاز البترول هو غاز عديم اللون عديم الرائحة قليلاً، وكثافته أكبر من كثافة الهواء في الظروف القياسية، حوالي 1.8-2.5 كغم/م3. يمكن للمكونات الرئيسية لغاز البترول المسال أن تشكل مخاليط متفجرة مع الهواء أو الأكسجين، ولكن نطاق الانفجار صغير نسبياً مقارنة بالأسيتيلين. يعتبر غاز البترول المسال أرخص وأكثر أماناً من الأسيتيلين، مع خطر أقل من حدوث حريق عكسي.
ومع ذلك، فإنه يتطلب مزيدًا من الأكسجين للاحتراق الآمن، وله درجة حرارة لهب أقل، ويحترق بشكل أبطأ. ولذلك، يلزم إجراء تعديلات على مشاعل القطع التي تستخدم غاز البترول المسال، مما يتطلب مساحات أكبر لمخرج الغاز لتقليل معدل التدفق وضمان الاحتراق الجيد.
عند استخدام غاز البترول المسال للقطع، يجب الانتباه إلى ضبط ضغط إمداد الغاز، والذي يتحقق عمومًا من خلال معدات إمداد الغاز لغاز البترول المسال. تشتمل معدات إمداد الغاز لغاز البترول المسال بشكل أساسي على أسطوانات الغاز، وأجهزة التبخير، والمنظمين.
① أسطوانات الغاز
تختلف سعة أسطوانات الغاز حسب كمية المستخدم واستخدامه. ففي الصناعة، يشيع استخدام أسطوانات الغاز ذات سعة 30 كجم، وإذا كانت الوحدة تستخدم كمية كبيرة من غاز البترول المسال، يمكن أيضاً تصنيع صهاريج تخزين كبيرة سعة 1.5 طن و3.5 طن.
يمكن أن تعتمد مواد تصنيع أسطوانات الغاز على فولاذ 16Mn، فولاذ من الفئة A Q235أو الفولاذ الكربوني عالي الجودة رقم 20. ضغط العمل الأقصى لأسطوانة الغاز هو 1.6 ميجا باسكال، وضغط الاختبار الهيدروستاتيكي هو 3 ميجا باسكال. أسطوانة الغاز البترولي المسال مطلية باللون الرمادي الفضي من الخارج ومكتوب عليها عبارة "غاز البترول المسال".
مواصفات أسطوانات غاز البترول المسال الشائعة الاستخدام مبينة في الجدول 23. وبعد اختبار أسطوانة الغاز والتحقق منها، يجب أن تشير اللوحة المعدنية المثبتة على جسم الأسطوانة إلى الشركة المصنعة ورقمها ونوعيتها وسعتها وتاريخ الصنع وتاريخ الفحص وضغط العمل وضغط الاختبار، كما تحمل ختم الصلب الخاص بقسم الفحص التابع للشركة المصنعة.
الجدول 23: مواصفات أسطوانات غاز البترول المسال شائعة الاستخدام
| الفئة | الحجم /L | القطر الخارجي /مم | سُمك الجدار /مم | الارتفاع الكامل /مم | الوزن الذاتي /كجم | نسيج المادة | اختبار ضغط ضغط الماء /MPa |
| 12 ~ 12.5 كجم 15 كجم 20 كجم | 29 34 47 | 325 335 380 | 2.5 2.5 3 | – 645 650 | 11.5 12.8 20 | 16من 16من Q235 | 3 3 3 |
② المرذاذ
يُعرف أيضًا باسم المبادل الحراري الأنبوبي السربنتيني، ويظهر هيكله في الشكل 5. يتدفق الغاز البترولي المسال عبر الأنبوب الداخلي بينما يمتلئ الأنبوب الخارجي بالماء الساخن عند درجة حرارة 40-50 درجة مئوية، مما يوفر الحرارة اللازمة لتبخير الغاز البترولي المسال.
يمكن توفير الماء الساخن المتدفق عبر الأنبوب الخارجي من مصدر خارجي أو تسخينه عن طريق حرق غاز البترول المسال نفسه. ويمثل الوقود المستهلك لتسخين الماء حوالي 2.51 تيرابايت3 تيرابايت فقط من كامل كمية تغويز غاز البترول. وعادةً لا يُنظر في استخدام أجهزة التبخير إلا عند وجود كمية كبيرة من المستخدمين، ومحتوى عالٍ من البوتان في غاز البترول المسال، وانخفاض ضغط البخار المشبع، والتشغيل في الهواء الطلق في الشتاء.
③ المنظم
يظهر هيكلها في الشكل 6. وللمنظم وظيفتان: خفض الضغط في أسطوانة الغاز إلى ضغط العمل المطلوب، وتثبيت ضغط الخرج وضمان أن يكون إمداد الغاز متساويًا.
أكبر ميزة للمنظم هي أنه يمكن ضبط ضغط الغاز الناتج ضمن نطاق معين. بشكل عام، تُستخدم المنظمات المنزلية لقطع الألواح الفولاذية ذات السماكة العامة، وضغط الخرج هو 2-3 ميجا باسكال. وباستبدال الزنبرك، يمكن زيادة ضغط خرج المنظم المنزلي إلى حوالي 25 ميجا باسكال.
ومع ذلك، أثناء التعديل، من الضروري التأكد من أن نابض صمام الأمان لا يسرب الهواء. الطريقة المحددة هي شد نابض صمام الأمان. إذا كان استخدام غاز البترول المسال كبيرًا جدًا، فيجب استخدام منظم كبير. إذا تم تخزين غاز البترول المسال في أسطوانة أسيتيلين، يمكن استخدام منظم أسيتيلين.
لقطع الألواح الفولاذية ذات السماكة العامة، يبلغ ضغط خرج المنظم حوالي 2.5 ميجا باسكال للقطع اليدوي و10-30 ميجا باسكال للقطع الأوتوماتيكي. يجب إشعالها بلهب مكشوف، وبعد الاشتعال، يجب زيادة معدل تدفق الأكسجين وغاز البروبان حتى يصبح اللهب في أقصر طول له، أزرق اللون، مصحوبًا بصوت هسهسة. عندما تكون درجة حرارة اللهب هي الأعلى، يمكن إجراء التسخين المسبق والقطع.
(3) الغاز الطبيعي
الغاز الطبيعي هو نتاج حقول النفط والغاز، ويختلف تركيبه باختلاف مكان المنشأ. مكونه الرئيسي هو الميثان (CH4)، الذي ينتمي أيضاً إلى الهيدروكربونات. الميثان غاز عديم اللون ذو رائحة خفيفة في درجة حرارة الغرفة. درجة حرارة تسييله هي -162 ℃. كما يمكن أن ينفجر عند اختلاطه بالهواء أو الأكسجين.
يتراوح المدى الانفجاري لخليط الميثان والأكسجين من 5.41 تيرابايت إلى 59.21 تيرابايت إلى 3 تيرابايت (جزء من الحجم). يبلغ معدل احتراق الميثان في الأكسجين 5.5 م/ث. عند احتراق الميثان بالكامل في الأكسجين النقي، تكون المعادلة الكيميائية هي
CH4+2O2→CO2+2H2O (4)
من المعادلة أعلاه، يمكن ملاحظة أن نسبة استهلاك الأكسجين النظرية هي 1:2. وتبلغ نسبة استهلاك الأكسجين الفعلية لتكوين اللهب المتعادل عند الاحتراق في الهواء 1:1.5، وتبلغ درجة حرارة اللهب حوالي 2540 ℃، وهي أقل بكثير من الأسيتيلين.
لذلك، يلزم وقت أطول للتسخين المسبق للقطع. يستخدم عادةً كوقود للقطع في المناطق الوفيرة بالغاز الطبيعي.
(4) الهيدروجين (H2)
الهيدروجين غاز عديم اللون والرائحة وقابل للاحتراق. يمتلك الهيدروجين أصغر كتلة ذرية نسبية وهو قابل للذوبان في الماء. يتمتع غاز الهيدروجين بأعلى معدل انتشار وموصلية حرارية عالية. وتبلغ الموصلية الحرارية له 7 أضعاف الموصلية الحرارية للهواء.
وهو شديد التعرض للتسرب ولديه طاقة اشتعال منخفضة، وهو أحد أخطر الغازات القابلة للاشتعال والانفجار. تبلغ نقطة احتراقه التلقائي في الهواء 560 ℃، وفي الأكسجين 450 ℃. يمكن أن تصل درجة حرارة اللهب بين الهيدروجين والأكسجين إلى 2660 ℃ (لهب متعادل). لغاز الهيدروجين خصائص اختزال قوية. في درجات الحرارة العالية، يمكنه اختزال المعادن من أكاسيد المعادن.
وتتضمن الطرق الشائعة لتحضير غاز الهيدروجين تكسير البنزين الخام، وتكسير ماء الأمونيا، والتحليل الكهربائي للماء. يمكن ضغط غاز الهيدروجين في أسطوانة فولاذية. ضغط الشحن عند 21 ℃ هو 14 ميجا باسكال (ضغط المقياس).
يشيع استخدام غاز الهيدروجين في القطع واللحام بقوس البلازما؛ ويستخدم أحيانًا في اللحام بالرصاص؛ إضافة كمية مناسبة من H2 إلى Ar أثناء اللحام بالدرع الواقي بغاز الذوبان أثناء اللحام بغاز القطب الكهربائي يمكن أن يزيد من حرارة المدخلات من المادة الأساسية، ويحسن سرعة اللحام وكفاءته. وترد المتطلبات الفنية لاستخدام غاز الهيدروجين أثناء اللحام أو القطع بالغاز في الجدول 24.
الجدول 24: المتطلبات الفنية لاستخدام غاز الهيدروجين أثناء اللحام أو القطع بالغاز
| اسم المؤشر (جزء الحجم) | هيدروجين فائق النقاء | أمونيا عالية النقاء | الأمونيا النقية | اسم المؤشر (جزء الحجم) | هيدروجين فائق النقاء | هيدروجين عالي النقاء | الهيدروجين النقي |
| محتوى الهيدروجين (≥)/% محتوى الأكسجين (≤)/10-6 محتوى النيتروجين (≤)/10-6 محتوى ثاني أكسيد الكربون (≤)/10-6 | 99.9999 0.2 0.4 0.1 | 99.999 1 5 1 | 99.99 5 60 5 | محتوى ثاني أكسيد الكربون (≤)/10-6 محتوى الميثان (≤)/10-6 المحتوى المائي (الكسر الكتلي ≤)/10-6 | 0.1 0.2 1.0 | 1 1 3 | 5 10 30 |
ملحوظة: يشير محتوى الأكسجين في الهيدروجين فائق النقاء والهيدروجين عالي النقاء إلى إجمالي كمية الأكسجين والأرجون؛ ويشير الهيدروجين فائق النقاء إلى الهيدروجين الموجود في خطوط الأنابيب، باستثناء الهيدروجين المعبأ في زجاجات.
يمثل النيتروجين حوالي 78% من حجم الهواء في درجة حرارة الغرفة. وتبلغ درجة غليانه -196 ℃. يتميز النيتروجين بقدرة تأيُّن منخفضة وكتلة ذرية أقل من الأرجون. يمتص النيتروجين كمية كبيرة من الحرارة عندما يتحلل.
يمكن استخدام النيتروجين كغاز تدريع للحام. ونظراً لموصلية النيتروجين الحرارية الجيدة وقدرته على حمل الحرارة، يشيع استخدام النيتروجين أيضاً كغاز عامل في القطع بقوس البلازما. ويتميز بعمود قوس طويل وطاقة حرارية مركبة جزيئية، لذلك يمكنه قطع الألواح المعدنية السميكة.
ومع ذلك، نظرًا لأن الكتلة الذرية النسبية للنيتروجين أصغر من كتلة الأرجون، فعند استخدامه في القطع بقوس البلازما، يلزم وجود جهد عالي بدون حمل لمصدر الطاقة.
يمكن للنيتروجين أن يتفاعل مع المعادن في درجات حرارة عالية، وله تأثير تآكل قوي على القطب أثناء القطع بقوس البلازما، خاصة عندما يكون ضغط الغاز مرتفعًا.
لذلك، يجب إضافة الأرجون أو الهيدروجين. وبالإضافة إلى ذلك، عند استخدام النيتروجين كغاز عامل، فإن سطح القطع سيتعرض للنترة، وسيتم إنتاج المزيد من أكاسيد النيتروجين أثناء القطع.
يجب أن تفي نقاوة النيتروجين المستخدم في اللحام أو القطع بقوس البلازما بالمتطلبات الفنية للفئة الأولى أو الفئة الثانية من الدرجة 1 المحددة في GB 3864-83، كما هو موضح في الجدول 25.
الجدول 25: المتطلبات الفنية للنيتروجين الصناعي
| اسم المؤشر (جزء الحجم) | الفئة الأولى | الفئة الثانية | ||
| الفئة أ | المستوى الثاني | |||
| محتوى النيتروجين (≥) /% | 99.5 | 99.5 | 98.5 | |
| محتوى الأكسجين (≤) /% | 0.5 | 0.5 | 1.5 | |
| المحتوى المائي | الماء الحر (≤) M1 | – | 100 | 100 |
| نقطة الندى (≤)/ ℃ | -43 | – | – | |
يتم استخدام غازات مختلفة لثاني أكسيد الكربون2 اللحام المحمي بالغاز، واللحام المحمي بالغاز الخامل، واللحام المحمي بالغاز المختلط، واللحام بقوس البلازما, اللحام بالنحاس في جو وقائي، واللحام والقطع بغاز الأكسجين والأسيتيلين.
يعتمد اختيار غازات اللحام بشكل أساسي على طرق اللحام والقطع، بالإضافة إلى عوامل مثل خصائص المعدن الأساسي، ومتطلبات جودة وصلة ملحومةوسُمك قطعة العمل وموضعها، وعملية اللحام.
ويختلف الغاز المستخدم في اللحام أو القطع أو اللحام المحمي بالغاز باختلاف طريقة اللحام المستخدمة في عملية اللحام. وترد طريقة اللحام واختيار غازات اللحام في الجدول 26.
ويوضح الجدول 27 اختيار الغازات شائعة الاستخدام في اللحام بالنحاس في جو واقٍ. ويبين الجدول 28 قابلية تطبيق الغازات المختلفة في القطع بقوس البلازما.
الجدول 26: اختيار غازات اللحام حسب طرق اللحام
| طريقة اللحام | غاز اللحام | |||||
| اللحام بالغاز | CH+O2 | H2 | ||||
| قطع الغاز | CH+O2 | غاز البترول المُسال+O2 | الغاز + س2 | الغاز الطبيعي + O2 | ||
| القطع بالقوس البلازما | الهواء | N2 | أر+ن2 | Ar+H2 | N2+H2 | |
| اللحام بغاز التنجستن الخامل (TIG) | ع | هو | Ar+He | |||
| سلك صلب | اللحام بالغاز الخامل المعدني (MIG) | ع | هو | Ar+He | ||
| القوس المعدني اللحام (MAG) | Ar+O2 | Ar+CO2 | Ar+CO+O2 | |||
| ثاني أكسيد الكربون2 اللحام المحمي بالغاز | ثاني أكسيد الكربون2 | ثاني أكسيد الكربون2+O2 | ||||
| سلك ذو قلب متدفق | ثاني أكسيد الكربون2 | Ar+O2 | Ar+CO2 | |||
الجدول 27 مجموعة مختارة من الغازات الشائعة المستخدمة في اللحام بالنحاس تحت الغلاف الجوي الواقي
| الغاز | الطبيعة | التركيب الكيميائي ومتطلبات النقاء | الغرض |
| غاز الأرجون غاز الهيدروجين الأمونيا المتحللة الأمونيا أمونيا التحلل الناقص الضغط غاز النيتروجين | خامل اختزالي اختزالي اختزالي خامل بالنسبة للنحاس | أرغون > 99.99% هيدروجين 100% هيدروجين 75% نيتروجين 25% هيدروجين 7% ~ 20%، نيتروجين التوازن نيتروجين 100% | سبائك الصلب، سبيكة مقاومة للحرارة والنحاس وسبائك النحاس والنحاس سبائك الفولاذ، وسبائك الفولاذ المقاوم للحرارة، والنحاس الخالي من الأكسجين الفولاذ الكربوني، والفولاذ منخفض السبائك، والنحاس منزوع الأكسدة فولاذ منخفض الكربون النحاس وسبائك النحاس |
الجدول 28 ملاءمة الغازات المختلفة في قطع القوس بالبلازما
| الغاز | الغرض الرئيسي | الملاحظات |
| Ar ，Ar+H2， أر+ن2， Ar+H2+N2 | قطع الفولاذ المقاوم للصدأالمعادن غير الحديدية أو السبائك غير الحديدية | يُستخدم Ar فقط لقطع المعادن الرقيقة |
| N2， N2+H2 | كغاز عمل لقوس البلازما لإعادة ضغط الماء، يمكن استخدامه أيضًا لقطع الفولاذ الكربوني | |
| O2الهواء | قطع الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك، ويستخدم أيضًا لقطع الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم | لا يتم استخدام المكونات الهيكلية المهمة المصنوعة من سبائك الألومنيوم بشكل عام |
في اللحام المحمي بالغاز، بغض النظر عن السلك الصلب أو السلك ذي التدفق، هناك دائمًا مسألة الدمج المناسب مع غاز التدريع (الوسيط). إن تأثير هذا المزيج واضح نسبيًا وليس معقدًا مثل تأثير مزيج السلك-التدفق نظرًا لأن غاز التدريع ينقسم إلى فئتين فقط: الغاز الخامل والغاز النشط.
في حالة لحام الحماية بالغاز الخامل (Ar)، تكون تركيبة سلك الحشو مماثلة لتركيبة المعدن المودع، ولا تُفقد عناصر السبائك بشكل كبير. بينما أثناء لحام الحماية بالغاز النشط، نظرًا للتأثير المؤكسد القوي لثاني أكسيد الكربون2 الغاز، ينخفض معامل الانتقال لسبيكة سلك الحشو، مما يؤدي إلى اختلافات كبيرة بين السبيكة المودعة التركيب المعدني وتكوين سلك الحشو.
كلما زادت نسبة ثاني أكسيد الكربون2 الغاز في الغلاف الجوي الواقي، كلما كانت الأكسدة أقوى وانخفض معامل انتقال السبيكة.
لذلك، عند استخدام ثاني أكسيد الكربون2 كغاز للتدريع، يجب أن يحتوي سلك الحشو على كمية كافية من مزيل الأكسدة عناصر السبائك لتلبية متطلبات إزالة الأكسدة من المنغنيز والسيليكون معًا، وحماية محتوى الأكسجين المناسب في معدن اللحام وتحسين هيكل اللحام وخصائصه.
يجب اختيار غاز التدريع بناءً على عوامل مثل خصائص المادة الملحومة ومتطلبات جودة الوصلة وطرق عملية اللحام. بالنسبة للصلب منخفض الكربون والسبائك المنخفضة فولاذ عالي القوةوالفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ المقاوم للحرارة، والغازات النشطة (مثل ثاني أكسيد الكربون2، Ar+CO2أو Ar+O2) للحماية لتنقية القطرات الانتقالية، والتغلب على انجراف بقعة القوس الكاثود وعيوب قضم الحواف. وفي بعض الحالات، يمكن أيضًا استخدام الغازات الخاملة.
ومع ذلك، بالنسبة للغازات الواقية ذات الخصائص المؤكسدة القوية، يجب مطابقة أسلاك اللحام عالية المنجنيز والسيليكون، بينما بالنسبة للغازات المختلطة الغنية بالحرارة الذهبية، يجب مطابقة أسلاك اللحام منخفضة السيليكون.
يجب أن يتطابق غاز التدريع مع سلك الحشو. عندما يكون غاز ثاني أكسيد الكربون2 يتم استخدام سلك اللحام الذي يحتوي على نسبة أعلى من المنغنيز والسيليكون في حالة الأرجون الغني، ويكون محتوى السبيكة في المعدن المترسب عاليًا، وتزداد القوة.
وعلى العكس من ذلك، عندما يكون السلك المستخدم في حالة الأرجون الغني محميًا ب CO2 الغاز، بسبب أكسدة عناصر السبيكة واحتراقها، يكون معامل انتقال السبيكة منخفضًا، وينخفض أداء اللحام.
بالنسبة للمعادن التي تتأكسد بسهولة أو ذات خصائص انصهار ضعيفة مثل الألومنيوم وسبائكه والتيتانيوم وسبائكه والنحاس وسبائكه والنيكل وسبائكه والسبائك ذات درجة الحرارة العالية، يجب استخدام الغازات الخاملة (مثل غاز Ar أو غاز Ar+He المختلط) كغازات تدريع للحصول على معدن لحام عالي الجودة.
إن إمكانات التأين (أي إمكانات التأين) لغاز التدريع لها تأثير طفيف على شدة المجال الكهربائي لعمود القوس الكهربائي ومدخلات الحرارة للمعدن الأساسي. وتشمل خصائص الحماية الموصلية الحرارية والسعة الحرارية النوعية والتحلل الحراري.
عند استخدام الذوبان اللحام بالقطبيةفكلما زاد تأثير التبريد لغاز التدريع على القوس، زاد تأثير التبريد لغاز التدريع على القوس، زادت المدخلات الحرارية للمعدن الأساسي. يوضح الجدول 29 النطاق المطبق لغازات التدريع للمواد المختلفة أثناء اللحام.
يظهر في الجدول 30 غازات التدريع القابلة للتطبيق لمختلف المواد الملحومة أثناء اللحام الواقي بالغاز الخامل القطبية الذائبة. إن اختيار الغاز الواقي للتيار الكبير اللحام بقوس البلازما موضح في الجدول 31، بينما يظهر اختيار اللحام بقوس البلازما ذي التيار الصغير في الجدول 32.
الجدول 29 النطاق المطبق لغاز التدريع للمواد المختلفة أثناء اللحام
| مادة ملحومة | الغاز الواقي | خاصية كيميائية | طريقة اللحام | الميزة الرئيسية |
| الألومنيوم وسبائك الألومنيوم | ع | القصور الذاتي | TIG MIG | اللحام بالتيغ (TIG) يعتمد التيار المتردد. يعتمد لحام MIG على التوصيل العكسي للتيار المباشر، والذي له تأثير سحق الكاثود وسطح درز اللحام سلس ونظيف |
| التيتانيوم والزركونيوم وسبائكهما | ع | القصور الذاتي | TIG MIG | احتراق قوسي مستقر مع تأثير حماية جيد |
| النحاس وسبائك النحاس | ع | القصور الذاتي | TIG MIG | توليد قوس نفاث مستقر، ولكن عندما يكون سمك اللوح أكبر من 5-6 مم، يلزم التسخين المسبق |
| N2 | قطب الانصهار الكهربائي اللحام المحمي بالغاز | حرارة المدخلات كبيرة، والتي يمكن تقليلها أو إلغاؤها. هناك رذاذ ودخان، ويستخدم لحام القوس النيتروجيني بشكل عام فقط في اللحام بالقوس النيتروجيني لحام النحاس. مصدر النيتروجين مناسب والسعر رخيص | ||
| الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ عالي القوة | ع | القصور الذاتي | TIG | مناسب للرقيقة لحام الألواح |
| الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك | ثاني أكسيد الكربون2 | خصائص الأكسدة | ماج | مناسبة لقوس الدائرة الكهربائية القصيرة، مع بعض الرذاذ |
| سبيكة أساسها النيكل | ع | القصور الذاتي | TIG MIG | مناسب للحام القوسي النفاث والنبضي وقصير الدائرة، وهو الغاز الرئيسي للحام السبائك القائمة على النيكل |
الجدول 30 غاز التدريع القابل للتطبيق على المواد الملحومة المختلفة أثناء اللحام بحماية اللحام بالغاز الخامل القطبي
| غاز التدريع | المواد الملحومة | غاز التدريع | المواد الملحومة |
| ع Ar+He هو Ar+O20.5% ～ 1% Ar+O21% Ar+O21%～3% Ar+O21%～5% Ar+CO225% | جميع المعادن باستثناء الصلب جميع المعادن، مناسبة بشكل خاص للحام النحاس والألومنيوم السبائك جميع المعادن باستثناء الصلب ألومنيوم فولاذ عالي السبائك سبائك الصلب الفولاذ غير السبائكي والمنخفض السبائك الفولاذ غير السبائكي | Ar+CO2 1%～3% أر+ن20.2% Ar+H26% أر+ن215% ～20% N2 ثاني أكسيد الكربون2 ثاني أكسيد الكربون2+O215% ～20% بخار الماء Ar+O23%～7%+CO213%～17% | سبائك الألومنيوم سبائك الألومنيوم النيكل وسبائك النيكل النحاس النحاس الفولاذ غير السبائكي الفولاذ غير السبائكي الفولاذ غير السبائكي الفولاذ غير السبائكي والمنخفض السبائك |
الجدول 31 اختيار غاز التدريع للحام القوسي بالبلازما بالتيار الكبير
| مادة ملحومة | سُمك اللوحة /مم | غاز التدريع | |
| الفولاذ الكربوني | <3.2 | طريقة المسام الدقيقة | طريقة الاختراق بالذوبان |
| >3.2 | ع | ع | |
| فولاذ منخفض السبائك | <3.2 | ع | ع |
| >3.2 | ع | ع | |
| الفولاذ المقاوم للصدأ | <3.2 | ع | He75%+Ar25%+Ar25% |
| >3.2 | Ar أو Ar92.5%+He7.5% | ع | |
| النحاس | <2.4 | Ar أو Ar95%+He5% | He75%+Ar25%+Ar25% |
| >2.4 | ع | He أو He75%+Ar25% | |
| سبيكة نيكل | <3.2 | - | هو |
| >3.2 | Ar أو Ar92.5%+He7.5% | ع | |
| معدن نشط | <6.4 | Ar أو Ar95%+He5% | He75%+Ar25%+Ar25% |
| >6.4 | ع | ع | |
الجدول 32 اختيار غاز التدريع للحام القوسي بالبلازما بالتيار الصغير
| مادة ملحومة | السُمك/ملم | غاز التدريع | |
| طريقة المسام الدقيقة | طريقة الاختراق بالذوبان | ||
| ألومنيوم | ＜1.6 | - | ع،هـ،هـ |
| ＞1.6 | هو | هو | |
| الفولاذ الكربوني | ＜1.6 | - | Ar,He25%+Ar75% |
| ＞1.6 | Ar,He75%+Ae25% | Ar,He75%+Ar25% | |
| فولاذ منخفض السبائك | ＜1.6 | - | Ar,He,Ar+H2(1～5)% |
| ＞1.6 | He75%+Ae25%، Ar+H2(1～5)% | Ar,He,Ar+H2(1～5)% | |
| الفولاذ المقاوم للصدأ | جميع السماكات | Ar، He75%+Ae25%، Ar+H2(1～5)% | Ar,He,Ar+H2(1～5)% |
| النحاس | ＜1.6 | - | He25%+Ae75% |
| ＞1.6 | He75%+Ae25%,He | Ar,He75%+Ar25% | |
| سبيكة نيكل | جميع السماكات | Ar، He75%+Ae25%،H75%+Ae25%،Ar+H2(1～5)% | Ar,He,Ar+H2(1～5)% |
| معدن نشط | ＜1.6 | Ar،HE75%+Ae25%+Ae25%،HEAr | ع |
| ＞1.6 | He75%+Ae25%,He | Ar,He75%+Ar25% | |
من خلال إضافة نسبة معينة من بعض الغازات إلى الغاز الأساسي، يتم تكوين غازات مختلطة لها العديد من المزايا في عمليات اللحام والقطع، مثل تغيير شكل القوس، وزيادة طاقة القوس، وتحسين تشكيل اللحام والخصائص الميكانيكية، وتعزيز إنتاجية اللحام.
(1) خواص الغازات المختلطة
عند استخدام ثاني أكسيد الكربون النقي2 كغاز تدريع للحام، يكون ثبات القوس ضعيفًا، وتكون القطرات غير انتقالية محوريًا، ويكون الترشيش كبيرًا، ويكون تشكيل اللحام ضعيفًا. عند لحام الفولاذ منخفض السبائك باستخدام Ar النقي، يكون هناك انجراف كبير لبقع الكاثود، مما قد يتسبب أيضًا في عدم استقرار القوس.
إضافة كمية صغيرة من الغازات المؤكسدة مثل O2 وثاني أكسيد الكربون2 إلى Ar يمكن أن يحسن بشكل كبير من استقرار القوس، وصقل القطرات، وزيادة كفاءة الانتقال، والمساعدة في تحسين تشكيل اللحام ومقاومة المسامية.
يوضح الجدول 33 المكونات شائعة الاستخدام وخصائص الغازات المختلطة للحام المحمي بالغاز. ويبين الجدول 34 بعض الخواص الفيزيائية والكيميائية للمخاليط القابلة للاشتعال.
الجدول 33 مكونات وخصائص الغازات المختلطة الشائعة الاستخدام للحام المحمي بالغاز
| تركيبة الغاز | تركيبة الغاز | التدرج المحتمل لعمود القوس | ثبات القوس | خصائص انتقال المعادن | الخواص الكيميائية | شكل اختراق اللحام | خصائص التدفئة |
| Ar+He | هو ≤75% | متوسط | جيد | جيد | – | شكل مسطح مع عمق اختراق كبير | – |
| Ar+H2 | H2 5%~15% | متوسط | جيد | الاختزال، H>5% سوف ينتج عنه مسام | تغلغل عميق | تكون المدخلات الحرارية للأجزاء الملحومة أعلى من مدخلات الحرارة في الأجزاء الملحومة من Ar النقية | |
| Ar+CO2 | ثاني أكسيد الكربون2 5% | منخفضة إلى متوسطة | جيد | جيد | خاصية الأكسدة الضعيفة | شكل مسطح مع اختراق كبير (تحسين تشكيل اللحام) | – |
| ثاني أكسيد الكربون2 20% | أكسدة معتدلة | ||||||
| Ar+O2 | O2 1%~5% | منخفضة | جيد | جيد | خاصية الأكسدة الضعيفة | شكل الفطر، مع تغلغل أكبر (تحسين تشكيل اللحام) | – |
| Ar+CO2 +O2 | ثاني أكسيد الكربون2 20% ， 0.5% | ثانوي | جيد | جيد | أكسدة معتدلة | شكل مسطح مع اختراق كبير (تحسين تشكيل اللحام) | – |
| ثاني أكسيد الكربون2+O2 | O2 ≤20% | عالية | أسوأ قليلاً | راضٍ | خاصية الأكسدة الضعيفة | شكل مسطح مع عمق ذوبان كبير | – |
الجدول 34 بعض الخواص الفيزيائية والكيميائية للمخاليط القابلة للاشتعال
| الغاز الرئيسي | التركيب (جزء الحجم) /% | داخل الجزيئات | الكثافة (في الحالة القياسية) /كغ-م-3 | إجمالي القيمة الحرارية / ميجا جول -㎏-1 | درجة حرارة اللهب /℃ | معدل الاحتراق الأقصى /م-س-1 | نقطة الاشتعال (في الهواء) /℃ | نطاق الانفجار (جزء حجم الغاز القابل للاحتراق في الهواء/%) |
| الأسيتيلين | أسيتيلين 70 + بروبيلين 30+ أسيتيلين 70+ بروبيلين 30 | 31 | 1.3 | 47.9 | 3200 | 491 | 2.5~19 | |
| أسيتيلين 85+ بروبيلين وإيثيلين 15 | -27.6 | – | – | – | – | – | – | |
| الإيثيلين | الإيثيلين 80+ الأسيتيلين 20 | – | 1.242 | 50.3 | 3150 | – | 453 | 2.7~35 |
| البروبيلين | بروبيلين 45-50 + بيوتادايين 20 + أسيتيلين 30-35 | 2 | – | 48.5 | 3300 | – | – | 2.5~10.5 |
| الهيدروجين | الهيدروجين | – | 0.08 | – | 2600 | 11.2 | 580~590 | 4.0~74.2 |
| هيدروجين 45-50 + بروبان 20-30 + بروبيلين 20-30 + بروبيلين 20-30 | – | – | 60.0 | – | – | – | 2.8~15.6 | |
| هيدروجين 45-50 + أسيتيلين 10-16 + بيوتاديين 10-14 + بروبيلين 20-30 | – | – | 57.6 | – | – | – | 2.6~17.1 | |
| هيدروجين 50+ غاز البترول 50+ غاز الهيدروجين 50 | – | 1.07~1.12 | 3100 | 7.5~11 | 459~494 | 2.6~17.1 | ||
| الغاز الطبيعي | الميثان 88+(بروبيلين+بروبان+بيوتان) 12 | – | – | 50.0 | 1900 | – | – | 5.3~14 |
| بروبارجيل | بروبيلين 35+أسيتيلين 1+بيوتادين 1+بروبيلين 31+بيوتين 2+بروبيلين 12+بروبان 18 | – | 1.812 | 49 | 2930 | – | – | 3.4~10.8 |
(2) اختيار الغازات المختلطة
يعتمد اختيار الغازات المختلطة بشكل عام على طريقة اللحام والمواد الملحومة وتأثير نسبة الخلط على عملية اللحام.
على سبيل المثال، عند لحام الفولاذ عالي القوة منخفض السبائك المنخفضة الصلب، يُفضل استخدام غاز Ar النقي كغاز تدريع لتقليل شوائب الأكسيد ومحتوى الأكسجين في اللحام. ومع ذلك، من من منظور القوس المستقر وتشكيل اللحام، تتم إضافة الغازات المؤكسدة إلى Ar.
لذلك، يكون الغاز المؤكسد الضعيف مناسبًا. بالنسبة للانتقال النفاث للحام القوسي بالغاز الخامل Argon Argon ar+(1%-2%)O2 بينما يوصى باستخدام خليط من 20%CO2+80%TAr هو الأفضل للحام الحماية من الغاز النشط مع انتقال الدائرة القصيرة.
من من منظور كفاءة الإنتاج، فإن إضافة He، N2, H2ثاني أكسيد الكربون2أو O2 إلى Ar يمكن أن يزيد من مدخلات الحرارة للمعدن الأساسي ويحسن سرعة اللحام أثناء اللحام بغاز التنجستن الخامل (TIG).
على سبيل المثال، عند لحام اللحام السميك ألواح الألومنيوم، يوصى باستخدام غاز خليط Ar+He؛ عند لحام الفولاذ منخفض الكربون أو الفولاذ منخفض السبائك، إضافة كمية معينة من O2 إلى ثاني أكسيد الكربون2 غاز أو إضافة كمية معينة من ثاني أكسيد الكربون2 أو O2 إلى غاز Ar يمكن أن ينتج عنه تأثيرات كبيرة.
وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي استخدام الغازات المختلطة للحماية أيضًا إلى زيادة عمق الاختراق، وإزالة العيوب مثل نقص الانصهار والشقوق والمسامية. يوضح الجدول 35 النطاق المطبق للغازات المختلطة للمواد المختلفة أثناء اللحام.
الجدول 35 النطاق القابل للتطبيق للغازات المختلطة للحام المواد المختلفة
| مادة ملحومة | الغاز الواقي | نسبة الخلط /% | خاصية كيميائية | طريقة اللحام | الخصائص الرئيسية |
| الألومنيوم وسبائك الألومنيوم | أر + هيدروجين | He10 (MIG) هو10 ~ 90 (لحام TIG) | القصور الذاتي | TIG MIG | معامل انتقال الحرارة في He مرتفع. تحت نفس طول القوس، يكون جهد القوس أعلى من جهد القوس Ar. درجة حرارة القوس عالية، ومدخلات الحرارة إلى المعدن الأساسي كبيرة، وسرعة الانصهار سريعة نسبيًا. إنه مناسب للحام ألواح الألومنيوم السميكة، والتي يمكن أن تزيد من عمق الانصهار، وتقليل المسامية، وتحسين كفاءة الإنتاج. ومع ذلك، إذا كانت نسبة He المضافة كبيرة جدًا، فسيكون هناك المزيد من الترشيش. |
| التيتانيوم والزركونيوم وسبائكهما | Ar+He | 75/25 | القصور الذاتي | TIG MIG | يمكن أن يزيد من مدخلات الحرارة. وهي مناسبة للقوس النفاث والقوس النبضي واللحام بالقوس النفاث والقوس النبضي واللحام بالقوس ذي الدائرة القصيرة، والتي يمكن أن تحسن من عمق الانصهار وترطيب معدن اللحام. |
| النحاس وسبائك النحاس | Ar+He | 50/50 أو 30/70 | القصور الذاتي | TIG MIG | يمكن أن يحسن ترطيب معدن اللحام وزيادة جودة اللحام. الحرارة المدخلة أعلى من Ar النقي. |
| أر+ن2 | 80/20 | قطب الانصهار الكهربائي اللحام المحمي بالغاز | الحرارة المدخلة أعلى من Ar النقي، ولكن هناك بعض الترشيش والدخان، كما أن التشكيل ليس جيدًا. | ||
| الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ عالي القوة | Ar+O2 | O21~2 | خصائص الأكسدة | قطب الانصهار الكهربائي اللحام المحمي بالغاز (MAG). | ويمكنه تنقية القطرة وتقليل التيار الحرج للانتقال النفاث، وتقليل اللزوجة والتوتر السطحي للمعدن السائل، وبالتالي منع العيوب مثل المسامية والتقويض. عندما لحام الفولاذ المقاوم للصدأفإن الجزء الحجمي من O2 يجب ألا تتجاوز 2% المضافة، وإلا فإن سطح اللحام سوف يتأكسد بشدة، مما يقلل من جودة الوصلة الملحومة. يُستخدم في اللحام بالقوس النفاث واللحام بالقوس النبضي. |
| أر+ن2 | N21～4 | القصور الذاتي | TIG | يمكنه زيادة صلابة القوس وتحسين تشكيل اللحام. | |
| Ar+O2+CO2 | O22 ثاني أكسيد الكربون25 | خصائص الأكسدة | ماج | يُستخدم في اللحام بالقوس النفاث والقوس النبضي واللحام بالقوس ذي الدائرة القصيرة. | |
| Ar+CO2 | ثاني أكسيد الكربون22.5 | خصائص الأكسدة | ماج | يُستخدم للحام القوسي بالدائرة القصيرة. عندما لحام الفولاذ المقاوم للصدأالحد الأقصى لحجم جزء ثاني أكسيد الكربون2 يجب أن تكون الإضافة أقل من 5%، وإلا سيكون اختراق الكربون شديدًا. | |
| Ar+O2 | O21 ～ 5 أو 20 | خصائص الأكسدة | ماج | يتميز بمعدل إنتاج أعلى ومقاومة أفضل للمسامية. يُستخدم للقوس النفاث و تطبيقات اللحام التي تتطلب لحامات عالية الجودة. | |
| الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك | Ar+CO2 | 70（80）/30（20） | خصائص الأكسدة | ماج | يتميز باختراق جيد ويمكن استخدامه للدوائر القصيرة والأقواس الانتقالية النفاثة. |
| Ar+O2+CO2 | 80/15/5 | خصائص الأكسدة | ماج | يتميز باختراق جيد ويمكن استخدامه في اللحام النفاث والنبضي واللحام بالقوس الكهربائي ذي الدائرة القصيرة. | |
| سبيكة أساسها النيكل | Ar+He | هو 20 ~ 25 | القصور الذاتي | TIG MIG | المدخلات الحرارية أعلى من Ar النقي. |
| Ar+H2 | H2 <6 | قابلية الاسترداد | قطب كهربائي غير ذائب | يمكن أن يمنع ويزيل مسامية ثاني أكسيد الكربون في اللحام ويزيد من درجة حرارة القوس ويزيد من مدخلات الحرارة. |
وفي السنوات الأخيرة، تم أيضًا الترويج لغاز Ar الخشن المختلط وتطبيقه. وتكوينه هو Ar = 96%، O2 ≤ 4%، H2o ≤ 0.0057%، n2 ≤ 0.1%. لا يقتصر دور غاز Ar الخشن المختلط على تحسين تشكيل اللحام وتقليل الترشيش وتحسين كفاءة اللحام فحسب، بل أيضًا عند استخدامه في لحام الفولاذ منخفض السبائك عالي القوة مع قوة شد تتراوح بين 500-800 ميجا باسكال، فإن الخواص الميكانيكية لمعدن اللحام تعادل تلك التي تستخدم Ar عالي النقاء. إن غاز Ar الخشن المختلط غير مكلف وله فوائد اقتصادية جيدة.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO