Le gaz de soudage désigne principalement le gaz protecteur utilisé dans le soudage sous protection gazeuse (soudage sous protection gazeuse au dioxyde de carbone, soudage sous protection gazeuse inerte), ainsi que le gaz utilisé dans le soudage et le coupage au gaz, notamment le dioxyde de carbone (CO2), l'argon (Ar), l'hélium (He), l'oxygène (O2), les gaz combustibles, les gaz mélangés, etc. Pendant le soudage, la protection [...]
Le gaz de soudage désigne principalement le gaz protecteur utilisé dans le soudage sous protection gazeuse (soudage sous protection gazeuse au dioxyde de carbone, soudage sous protection gazeuse inerte), ainsi que le gaz utilisé dans le soudage et le coupage au gaz, y compris le dioxyde de carbone (CO2), l'argon (Ar), l'hélium (He), l'oxygène (O2), les gaz combustibles, les gaz mixtes, etc.
Pendant le soudage, le gaz protecteur n'est pas seulement un moyen de protection pour la zone de soudage, mais aussi un moyen de générer un arc.
Le soudage et le coupage au gaz s'appuient principalement sur la flamme à haute température produite par la combustion du gaz pour concentrer la chaleur afin de mener à bien le processus.
Par conséquent, les propriétés du gaz (telles que les propriétés physiques et chimiques, etc.) affectent non seulement l'effet protecteur, mais aussi l'allumage de l'arc et la stabilité du processus de soudage et de coupage.
Selon le rôle des différents gaz dans le processus de travail, gaz de soudage est principalement divisé en gaz de protection et en gaz utilisé pour le soudage et le coupage au gaz.
Les gaz de protection comprennent principalement le dioxyde de carbone (CO2), l'argon (Ar), l'hélium (He), l'oxygène (O2) et de l'hydrogène (H2).
L'Institut international de la soudure a souligné que les gaz de protection sont classés en fonction de leur potentiel d'oxydation et que la formule de calcul simple pour déterminer l'indice de classification est Indice de classification = O2% + 1/2 CO2%.
Sur la base de cette formule, les gaz de protection peuvent être classés en cinq catégories en fonction de leur potentiel d'oxydation. La classe I correspond à un gaz inerte ou réducteur, la classe M1 à un gaz faiblement oxydant, la classe M2 à un gaz modérément oxydant et les classes M3 et C à un gaz fortement oxydant. Les indices de potentiel d'oxydation de chaque type de gaz protecteur sont indiqués dans le tableau 1.
La classification des gaz de protection pour le soudage des métaux noirs est présentée dans le tableau 2.
Tableau 1 : Indices de potentiel d'oxydation de différents types de gaz protecteurs
| Type | Ⅰ | M1 | M2 | M3 | C |
| Indice de potentiel d'oxydation | ＜1 | 1～5 | 5～9 | 9～16 | ＞16 |
Tableau 2 : Classification des gaz de protection pour le soudage des métaux noirs
| Catégorie | Gaz. Quantité | Rapport de mélange (exprimé en pourcentage de volume) % | Type | Teneur en oxygène du métal soudé / %. | ||||
| Tendance à l'oxydation | Inerte | Reductivité | ||||||
| LE CO2 | O2 | Ar | Il | H2 | ||||
| Ⅰ | 112 | - - - | - - - | 100 - 27～75 | - 100 Rem. | - - - | Inerte | ＜0.02 |
| 21 | - - | - - | 85～95 - | -- | Rem. 100 | Reductivité | ||
| M1 | 22 | 2～4 - | - 1～3 | Rem. Rem. | -- | - - | Faiblement oxydant | 0.02～0.04 |
| M2 | 232 | 15～30 5～15 - | - 1～4 4～8 | Rem. Rem. Rem. | - - - | - - - | Modérément oxydant | 0.04～0.07 |
| M3 | 223 | 30～40 - 5～20 | - 9～12 4～6 | Rem. Rem. Rem. | - - - | - - - | Fortement oxydant | ＞0.07 |
| C | 12 | 100 Rem. | - ＜20 | - - | - - | - - | ||
Selon les propriétés des gaz, les gaz utilisés pour soudage au gaz et les coupes peuvent être divisées en deux catégories : les gaz oxydants (O2) et des gaz combustibles.
Lorsque les gaz combustibles sont mélangés à l'oxygène et brûlés, une grande quantité de chaleur est libérée, formant une flamme à haute température avec une chaleur concentrée (la température la plus élevée dans la flamme peut généralement atteindre 2000~3000℃), qui peut chauffer et faire fondre les métaux.
L'acétylène est couramment utilisé comme gaz combustible pour le soudage et le coupage au gaz. Parmi les autres gaz combustibles dont l'utilisation est actuellement encouragée, citons le propane, le propylène, le gaz de pétrole liquéfié (principalement le propane), le gaz naturel (principalement le méthane), etc.
Les propriétés physiques et chimiques de plusieurs gaz combustibles couramment utilisés sont indiquées dans le tableau 3.
Tableau 3 Propriétés physiques et chimiques de plusieurs gaz combustibles couramment utilisés.
| Gaz | （C2H2） | （C3H8） | （C3H6） | （C4H10） | （CH4） | （H2） | |
| Relativité moléculaire | 26 | 44 | 42 | 58 | 16 | 2 | |
| Densité (à l'état standard)/kg - m-3 | 1.17 | 1.85 | 1.82 | 2.46 | 0.71 | 0.08 | |
| Rapport massique relatif à l'air à 15,6 ℃ (air=1) | 0.906 | 1.52 | 1.48 | 2.0 | 0.55 | 0.07 | |
| Point d'allumage/℃ | 335 | 510 | 455 | 502 | 645 | 510 | |
| Pouvoir calorifique supérieur | kJ/m | 52963 | 85746 | 81182 | 121482 | 37681 | 10048 |
| kg/m | 50208 | 51212 | 49204 | 49380 | 56233 | - | |
| Demande théorique en oxygène (rapport entre le volume d'oxygène et le volume de gaz) | 2.5 | 5 | 4.5 | 6.5 | 2.0 | 0.5 | |
| Consommation réelle d'oxygène (rapport entre le volume d'oxygène et le volume de gaz) | 1.1 | 3.5 | 2.6 | - | 1.5 | 0.25 | |
| Température de flamme neutre ℃ | Combustion dans l'oxygène | 3100 | 2520 | 2870 | - | 2540 | 2600 |
| Combustion dans l'air | 2630 | 2116 | 2104 | 2132 | 2066 | 2210 | |
| Vitesse de combustion de la flamme/ms | Combustion dans l'oxygène | 8 | 4 | - | - | 5.5 | 11.2 |
| Combustion dans l'air | 5.8 | 3.9 | - | - | 5.5 | 11.0 | |
| Plage d'explosivité (fraction volumique de gaz combustible/%) | Dans l'oxygène | 2.8～93 | 2.3～55 | 2.1～53 | - | 5.5～62 | 4.0～96 |
| Dans l'air | 2.5～80 | 2.5～10 | 2.4～10 | 1.9～8.4 | 5.3～14 | 4.1～74 | |
Le rôle des gaz dans les différents procédés de soudage ou de coupage varie, et la sélection des gaz est également liée aux matériaux soudés.
Il convient donc de sélectionner des gaz présentant des propriétés physiques ou chimiques spécifiques, voire un mélange de plusieurs gaz dans différentes situations.
Les principales propriétés et utilisations des gaz couramment utilisés pour le soudage et le coupage sont présentées dans le tableau 4, et les caractéristiques des différents gaz dans l'industrie du soudage et du coupage sont présentées dans le tableau 5. processus de soudage sont présentées dans le tableau 5.
Tableau 4 Principales caractéristiques et utilisations des gaz couramment utilisés en soudage.
| Gaz | Symbole | Principales propriétés | Application au soudage |
| dioxyde de carbone | LE CO2 | Propriétés chimiques stables, non combustion, support de non combustion, peut se décomposer en CO et O à des températures élevées, et a un certain degré d'oxydation sur les métaux. Il peut se liquéfier, absorber une grande quantité de chaleur lorsque le CO liquide s'évapore et se solidifier en dioxyde de carbone solide, communément appelé glace sèche. | Le fil de soudage peut être utilisé comme gaz de protection pendant le soudage, comme le CO2 soudage sous protection gazeuse et mixte soudage sous protection gazeuse tels que le CO2+O2, CO2+Ar, etc |
| argon | Ar | Gaz inerte, chimiquement inerte, ne réagissant pas avec d'autres éléments à température ambiante ou élevée. | Utilisé comme gaz protecteur pour la protection mécanique pendant soudage à l'arc sous argonsoudage et découpage au plasma |
| oxygène | O2 | Gaz incolore qui favorise la combustion et est très actif à haute température, se combinant directement avec divers éléments. Lorsque l'oxygène pénètre dans le bain de fusion pendant le soudage, il oxyde éléments métalliques et jouent un rôle négatif | Lorsqu'il est mélangé à des gaz combustibles pour la combustion, des températures extrêmement élevées peuvent être obtenues pour le soudage et le coupage, telles que les flammes d'oxygène-acétylène et les flammes d'argon-oxygène. Mélanger en proportion avec de l'argon, du dioxyde de carbone, etc. pour le soudage sous protection gazeuse mixte. |
| acétylène | C2H2 | Communément appelé carbure de calcium gazeux, il est moins soluble dans l'eau, plus soluble dans l'alcool et plus soluble dans l'acétone. Il se mélange à l'air et à l'oxygène pour former un mélange gazeux explosif, qui brûle dans l'oxygène et émet une température élevée de 3500 ℃ et une forte lumière. | Utilisé pour l'oxygène et l'acétylène soudage à la flamme et le découpage |
| hydrogène | H2 | Capable de brûler, inactif à température ambiante, très actif à haute température, il peut être utilisé comme agent réducteur pour les minerais métalliques et les oxydes métalliques. Pendant le soudage, il peut fondre profondément dans le métal liquide et précipiter pendant le refroidissement, ce qui peut facilement former des pores. | Utilisé comme gaz protecteur réducteur pendant le soudage. La combustion mixte avec l'oxygène peut servir de source de chaleur pour le soudage au gaz. |
| l'azote | N2 | Les propriétés chimiques ne sont pas actives et peuvent se combiner directement avec l'hydrogène et l'oxygène à des températures élevées. Il est néfaste de pénétrer dans le bain de fusion pendant le soudage. En principe, il ne réagit pas avec le cuivre et peut être utilisé comme gaz protecteur. | Lors du soudage à l'arc à l'azote, l'azote est utilisé comme gaz protecteur pour souder le cuivre et l'acier inoxydable. L'azote est également couramment utilisé dans le plasma coupe à l'arc comme gaz protecteur extérieur |
Tableau 5 Caractéristiques des différents gaz dans le processus de soudage.
| Gaz | Composant | Gradient de potentiel de la colonne d'arc | Stabilité de l'arc | Caractéristiques de transition des métaux | Propriétés chimiques | Pénétration de la soudure forme | Caractéristiques de chauffage |
| LE CO2 | Pureté 99,9% | élevé | satisfaits | Satisfait, mais quelques éclaboussures | Fortes propriétés oxydantes | Forme plate avec grande profondeur de pénétration | – |
| Ar | Pureté 99,995% | faible | bon | satisfaits | – | En forme de champignon | – |
| Il | Pureté 99,99% | élevé | satisfaits | satisfaits | – | Paire plate | L'apport de chaleur des pièces soudées est plus élevé que celui de l'arsenic pur. |
| N2 | Pureté 99,9% | élevé | différence | différence | Génération de pores et de nitrures dans l'acier | Forme plate | – |
(1) Propriétés du CO2 gaz
LE CO2 est un gaz protecteur oxydant et existe sous trois formes : solide, liquide et gazeuse. Le CO2 est incolore et inodore. À 0°C et 1 atm (101325 Pa), la densité du CO2 est de 1,9768 g/L, soit 1,5 fois celle de l'air. LE CO2 est facilement soluble dans l'eau et a un goût légèrement acide après dissolution.
Lorsque le CO2 est chauffé à haute température, il se décompose en CO et O, libérant -283,24 kJ d'énergie. L'oxygène atomique étant libéré au cours du processus de décomposition, l'atmosphère de l'arc possède de fortes propriétés gazeuses.
Dans la zone d'arc à haute température, trois gaz (CO2CO et O2) coexistent souvent en raison de la décomposition du CO2 gaz. Le degré de CO2 La décomposition du gaz est liée à la température de l'arc pendant le processus de soudage.
Au fur et à mesure que la température augmente, le degré de réaction de décomposition s'intensifie. Lorsque la température dépasse 5 000 K, la quasi-totalité du CO2 se décompose. La relation entre le degré de décomposition du CO2 La figure 1 montre la décomposition du gaz et la température.
Le CO liquide2 est un liquide incolore dont la densité varie avec la température. Lorsque la température est inférieure à -11℃, sa densité est supérieure à celle de l'eau, tandis qu'au-dessus de -11℃, elle est inférieure à celle de l'eau. Les propriétés du CO2 sont présentés dans le tableau 6.
Le point d'ébullition du CO2 passe de l'état liquide à l'état gazeux à une température très basse (-78℃), de sorte que le CO2 est généralement utilisé à l'état liquide, qui peut être vaporisé à température ambiante. À 0°C et 1 atm, 1 kg de CO2 peut être vaporisé en 509L de CO2 gaz.
Tableau 6 Propriétés du CO2 Pression du gaz
| Température /℃ | Pression /MPa | Densité /kg-L-1 | Capacité thermique spécifique à pression constante /105J-kg-1-K-1 | Température /℃ | Pression /MPa | Densité /kg-L-1 | Capacité thermique spécifique à pression constante /105J-kg-1-K-1 | ||||
| Liquide | Gaz | Liquide | Gaz | Liquide | Gaz | Liquide | Gaz | ||||
| -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) Le stockage du CO2 gaz
LE CO2 Le gaz de soudage se présente souvent sous la forme de CO2 stocké dans des cylindres en acier, ce qui est à la fois économique et pratique. LE CO2 sont peintes en noir et étiquetées avec des lettres jaunes indiquant "Dioxyde de carbone liquéfié". Les codes de couleur des bouteilles contenant des gaz de soudage couramment utilisés sont indiqués dans le tableau 7.
Tableau 7 Codes de couleur pour les bouteilles contenant des gaz de soudage couramment utilisés
| Gaz | Symbole | Couleur du cylindre | Libellé | Couleur des lettres | Bande de couleur | Gaz | Symbole | Couleur du cylindre | Libellé | Couleur des lettres | Bande de couleur |
| Hydrogène Oxygène Air Azote Acétylène Dioxyde de carbone | H2 O2 - N2 C2H2 LE CO2 | Vert clair Bleu clair Noir Noir Blanc Noir | Hydrogène Oxygène Air Azote Acétylène, tenir à l'écart du feu Dioxyde de carbone liquide | Cramoisi Noir Blanc Jaune clair Cramoisi Jaune | Jaune clair Blanc Blanc Blanc - Noir | Le méthane Propane Propylène Argon Hélium Gaz de pétrole liquéfié | CH4 C3H8 C3H6 Ar Il - | Marron Marron Marron Gris argenté Gris argenté Gris argenté | Le méthane Propane liquéfié Propylène liquéfié Argon Hélium Gaz de pétrole liquéfié | Blanc Blanc Jaune clair Vert foncé Vert foncé Cramoisi | Jaune clair - - BlancBlanc - |
① Si la pression de service est de 19,6 MPa, une bande de couleur doit être ajoutée ; si la pression de service est de 29,4 MPa, deux bandes de couleur doivent être ajoutées.
Le cylindre en acier standard pour le CO2 a généralement une capacité de 40 kg et peut être rempli avec 25 kg de CO2.
Les 25 kg de CO2 représente environ 80% du volume de la bouteille, et l'espace restant de 20% est rempli de CO2.
La valeur de la pression indiquée sur le manomètre de la bouteille est la pression de saturation de cette partie du gaz. Cette pression dépend de la température ambiante. Lorsque la température augmente, la pression de saturation augmente, et lorsque la température diminue, la pression de saturation diminue.
Ce n'est que lorsque tout le CO2 dans la bouteille en acier s'est évaporé en gaz, la pression du gaz dans la bouteille diminuera-t-elle progressivement avec la consommation de CO2 gaz.
Le CO2 contenu dans une bouteille d'acier standard peut se vaporiser en 12 725 L de CO2 gaz. En fonction de la sélection du CO2 pendant le soudage (voir tableau 8), si la consommation moyenne de CO2 pendant le soudage est de 10 L/min, un liquide de CO2 peut être utilisé en continu pendant environ 24 heures.
Tableau 8 : Sélection des émissions de CO2 débit de gaz pendant le soudage
| Méthode de soudage | Débit de gaz CO2 /L - min-1 |
| Soudage au fil fin CO2 | 5~15 |
| Soudage CO2 à fil grossier | 15~25 |
| Soudage CO2 à fil grossier et à courant élevé | 25~50 |
La pression d'une bouteille de CO2 La pression à l'intérieur de la bouteille en acier lorsqu'elle est pleine est de 5,0-7,0 MPa. Lorsque la pression à l'intérieur de la bouteille diminue au cours de l'utilisation, la quantité d'eau vaporisée à partir de l'humidité dissoute dans le CO2 augmente également.
La relation entre la teneur en eau dans le CO2 et la pression à l'intérieur de la bouteille est illustrée à la figure 6.2.
Les données empiriques montrent que lorsque la pression du gaz à l'intérieur de la bouteille est inférieure à 0,98 MPa (à 20℃), le CO2 dans le cylindre en acier ne doit plus être utilisé car le CO2 s'est pratiquement évaporée.
S'il continue à être utilisé, défauts de soudure des pores se forment dans le métal soudé et le gaz CO2 doit être réapprovisionné.
(3) La pureté du CO2 gaz pour le soudage
La fraction de masse d'eau qui peut être dissoute dans le CO2 est de 0,05%, et l'eau excédentaire se dépose au fond du cylindre à l'état libre.
Ces molécules d'eau s'évaporent avec le CO2 pendant le processus de soudage et se mélangent au CO2 et qui pénètrent directement dans la zone de soudage.
Par conséquent, l'humidité est la principale impureté nuisible dans le CO2 gazeux. La teneur en hydrogène du métal soudé varie en fonction de l'humidité du gaz CO2 comme le montre le tableau 9.
La relation entre les émissions de CO2 Le point de rosée et la teneur en hydrogène du métal soudé sont indiqués dans la figure 3.
Tableau 9 : Teneur en hydrogène du métal soudé sous différents niveaux d'humidité de CO2 gaz.
| Humidité du CO2 | /g - m3 | 0.85 | 1.35 |
| Teneur en hydrogène par 1 kg de métal soudé | /mg | 29 | 45 |
| Humidité du CO2 | /g - m3 | 1.92 | 15 |
| Teneur en hydrogène par 1 kg de métal soudé | /mg | 47 | 55 |
Comme la teneur en eau du CO2 (c'est-à-dire lorsque la température du point de rosée augmente), la teneur en hydrogène du métal soudé augmente progressivement, la plasticité diminue et des défauts tels que des pores peuvent même apparaître.
Par conséquent, les émissions de CO2 utilisé pour le soudage doit être d'une grande pureté. Les exigences techniques pour le CO2 utilisées pour le soudage sont indiquées dans le tableau 10.
En Chine, l'exigence générale est que les émissions de CO2 > 99%, O2 < 0,1%, H2O < 0,05% ; tandis que dans certains pays étrangers, les émissions de CO2 > 99,8%, H2O < 0,0066%, point de rosée inférieur à -40℃ (équivalent à la classe I de la GB) est également requis.
Tableau 10 : Exigences techniques pour le CO2 utilisés pour le soudage (GB 6052-85).
| Nom de l'indicateur | Classe I % | Classe II % | ||
| classe a | deuxième niveau | Niveau 3 | ||
| LE CO2 contenu taux d'humidité | ≥99.8 ≤0.005 | ≥99.5 ≤0.05 | ≥99.0 ≤0.10 | ≥99.0 – |
Si le système d'échange de quotas d'émission de CO2 Le gaz utilisé sur le site de production a une forte teneur en eau et une faible pureté, il doit être purifié. Les méthodes de purification couramment utilisées sont les suivantes :
a. Inverser la nouvelle bouteille de CO2 Ouvrez le robinet du cylindre en acier à gaz inversé et laissez-le reposer pendant 1 à 2 heures pour que l'eau se dépose au fond. Ouvrez ensuite le robinet de la bouteille inversée et vidangez l'eau 2 à 3 fois, avec un intervalle d'environ 30 minutes entre chaque vidange. Après la vidange, remettez la bouteille en acier en position verticale.
b. Avant d'utiliser la bouteille en acier après le traitement de drainage de l'eau, libérez le gaz en continu pendant 2 à 3 minutes, car le gaz dans la partie supérieure contient généralement plus d'air et d'eau, qui ont été mélangés dans la bouteille lors du remplissage.
c. Connecter un sécheur haute pression et un sécheur basse pression en série dans le système de captage du CO2 dans le pipeline d'approvisionnement. Le déshydratant peut être du gel de silice, de l'oxyde de calcium anhydre ou du sulfate de cuivre déshydraté pour réduire davantage la teneur en eau du CO2 gaz. Le dessiccant utilisé peut être séché et réutilisé.
d. Ne pas utiliser le détecteur de CO2 lorsque la pression du gaz à l'intérieur du cylindre tombe à 0,98 MPa.
Lorsque le CO2 est utilisé comme gaz de protection pour le soudage dans des espaces peu ventilés ou étroits, les mesures de ventilation doivent être renforcées pour éviter la concentration de CO2 de ne pas dépasser la concentration autorisée (30 kg/m2) spécifiée par les réglementations nationales, ce qui affecterait la santé des soudeurs.
(1) Propriétés de l'argon
L'argon est le gaz rare le plus abondant dans l'air après l'azote et l'oxygène, avec une fraction volumique d'environ 0,935%.
L'argon est incolore et inodore. À 0℃ et 1 atm (101325 Pa), sa densité est de 1,78 g/L, soit environ 1,25 fois celle de l'air. Le point d'ébullition de l'argon est de -186℃, entre les points d'ébullition de l'oxygène (-183℃) et de l'azote (-196℃). L'argon peut être obtenu simultanément à la production d'oxygène par distillation fractionnée de l'air liquide.
L'argon est un gaz inerte qui ne réagit pas chimiquement avec les métaux pendant le soudage et qui ne se dissout pas dans le métal liquide.
Il permet donc d'éviter la perte par combustion d'éléments métalliques dans la soudure et d'autres défauts de soudage, ce qui rend la réaction métallurgique de soudage simple et facile à contrôler, offrant des conditions favorables à l'obtention de soudures de haute qualité.
La relation entre la conductivité thermique et la température de Ar, He, H2et N2 est illustrée à la figure 4. On constate que l'argon a la conductivité thermique la plus faible et qu'il appartient à un gaz monoatomique qui n'absorbe pas la chaleur due à la décomposition à des températures élevées.
Par conséquent, la perte de chaleur de l'arc généré dans le gaz argon est relativement faible. L'argon a une densité élevée et n'est pas facilement perdu pendant la protection, ce qui permet d'obtenir un bon effet protecteur. Le fil métallique peut facilement passer à un flux de jet axial stable, avec un minimum d'éclaboussures.
(2) Stockage de l'argon
L'argon peut être stocké et transporté sous forme liquide au-dessous de -184℃, mais les bouteilles d'acier remplies d'argon gazeux sont couramment utilisées pour le soudage. La bouteille d'argon est peinte en gris argenté et marquée en vert (Ar).
Actuellement, les volumes de bouteilles de gaz argon couramment utilisés en Chine sont 33L, 40L et 44L. Lorsque la bouteille est pleine et placée sous 20℃, la pression à l'intérieur de la bouteille devrait être de 15 MPa.
Il est strictement interdit de frapper ou de heurter la bouteille de gaz argon pendant son utilisation ; ne pas utiliser de feu pour dégeler le robinet lorsqu'il gèle ; ne pas utiliser d'engins de levage électromagnétiques pour transporter les bouteilles de gaz argon ; éviter l'exposition à la lumière du soleil en été ; le gaz à l'intérieur de la bouteille ne doit pas être complètement épuisé ; et les bouteilles de gaz argon doivent généralement être maintenues en position verticale.
| Nom de l'indicateur | Gaz Argon (GB 4842-84) | Gaz Argon de haute pureté (GB 10624-89) | ||
| Argon industriel | Qualité supérieure | Une qualité de premier ordre | Produit qualifié | |
| Teneur en argon (≥) /% Teneur en azote (≤) /% Teneur en oxygène (≤) /% Teneur en hydrogène (≥) /% Teneur en carbone (≤) /% Teneur en eau (≤) /% | 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 |
Note : La teneur en gaz est exprimée en fraction de volume ; la teneur en humidité est exprimée en fraction de masse.
Tableau 12 Pureté de l'argon utilisé pour le soudage de différents matériaux
| Métal de base | Contenu en gaz / % | |||
| Ar | N2 | O2 | H2O | |
| TitaneZirconium, molybdène, niobium et leurs alliages Aluminium, magnésium et leurs alliages, alliages chrome-nickel résistants à la chaleur Cuivre et alliages de cuivre, acier inoxydable chrome-nickel | ≥99.98 ≥99.9 ≥99.7 | ≤0.01 ≤0.04 ≤0.08 | ≤0.005 ≤0.05 ≤0.015 | ≤0.07 ≤0.07 ≤0.07 |
Si la teneur en impuretés de l'argon dépasse la norme spécifiée pendant le soudage, cela affecte non seulement la protection du métal en fusion, mais provoque aussi facilement des défauts tels que la porosité et l'inclusion de scories dans la soudure, ce qui affecte la qualité du joint de soudure et augmente la perte par brûlure de l'électrode de tungstène.
(1) Propriétés de l'hélium gazeux
L'hélium est également un gaz inerte incolore et inodore qui ne forme pas de composés avec d'autres éléments comme l'argon. C'est un gaz monoatomique et il est difficile de le dissoudre dans d'autres métaux. Son point d'ébullition est de -269℃.
Le gaz hélium a un potentiel d'ionisation élevé, ce qui le rend difficile à souder à l'arc. Par rapport à l'argon, l'hélium a une conductivité thermique plus élevée, ce qui se traduit par une tension et une température d'arc plus élevées pour un même courant de soudage et une même intensité d'arc.
Par conséquent, l'apport de chaleur du métal de base est plus élevé, la température du métal de base est plus basse et la température du métal de base est plus élevée. vitesse de soudage est plus rapide, la colonne d'arc est plus fine et plus concentrée, et la pénétration de la soudure est plus importante. C'est le principal avantage de l'utilisation de l'hélium pour le soudage à l'arc, mais la stabilité de l'arc est légèrement inférieure à celle du soudage à l'arc à l'argon.
En raison de son faible poids atomique et de sa faible densité, un débit beaucoup plus important d'hélium est nécessaire pour protéger efficacement la zone de soudage.
En raison de son prix élevé, il n'est utilisé que dans certaines applications spéciales telles que le soudage de composants clés comme les barres de refroidissement des réacteurs nucléaires et les tubes épais. alliages d'aluminium. Les caractéristiques du gaz argon et du gaz hélium pendant le soudage sont comparées dans le tableau 13.
Tableau 13 Comparaison des caractéristiques des gaz argon et hélium pendant le soudage
| Gaz | Symbole | caractéristique |
| argon | Ar | (1) Faible tension d'arc : produit moins de chaleur et convient au soudage à l'arc sous argon tungstène de métaux fins. (2) Bon effet de nettoyage : convient pour soudage des métaux qui forment des peaux d'oxyde difficiles à fondre, comme l'aluminium, les alliages d'aluminium et les alliages à base de fer à forte teneur en aluminium. (3) Facilité d'allumage de l'arc : particulièrement important lorsque soudage de métaux minces pièces. (4) Débit de gaz plus faible : Le gaz argon a une densité plus élevée que l'air, ce qui signifie qu'il offre une meilleure protection et qu'il est moins affecté par le flux d'air que le gaz hélium. (5) Convient au soudage à plat et horizontal : Le gaz argon permet de mieux contrôler le bain de fusion pendant le soudage à plat et horizontal, mais son effet protecteur est inférieur à celui du gaz hélium. (6) Soudage de métaux différentsLe gaz argon est généralement meilleur que le gaz hélium. |
| ammoniac | Il | (1) Tension d'arc élevée : produit plus de chaleur et convient au soudage de métaux épais et de métaux à conductivité thermique élevée. (2) Petite zone affectée par la chaleur : moins de déformation pendant le soudage et des propriétés mécaniques plus élevées. (3) Débit de gaz plus élevé : Le gaz hélium a une densité inférieure à celle de l'air et son débit est de 0,2 à 2 fois supérieur à celui de l'argon. Le gaz hélium est plus sensible au débit d'air que le gaz argon, mais offre une meilleure protection pour le soudage à plat et horizontal. (4) Vitesse de soudage automatique élevée : lorsque la vitesse de soudage est supérieure à 66 mm/s, il est possible d'obtenir des soudures plus petites avec moins de porosités et de contre-dépouilles. |
Comme l'arc à l'hélium est instable et que l'effet de nettoyage de la cathode n'est pas évident, le soudage à l'arc au tungstène et à l'hélium utilise généralement une connexion positive en courant continu. Même pour le soudage de l'aluminium Dans le cas des alliages d'aluminium, de magnésium et de leurs alliages, il n'est pas nécessaire d'utiliser une source d'alimentation en courant alternatif. L'arc à l'hélium génère une chaleur importante et concentrée, une forte pénétration de l'arc, et lorsque l'arc est court, la connexion positive en courant continu a également un certain effet sur l'élimination du film d'oxyde.
Dans le soudage à l'arc à l'hélium à connexion positive en courant continu d'un alliage d'aluminium, le procédé de soudage en une seule passe est utilisé. épaisseur de soudure peut atteindre 12 mm, et le soudage avant et arrière peut atteindre 20 mm. Par rapport au soudage à l'arc sous argon en courant alternatif, il offre une plus grande profondeur de fusion, des soudures plus étroites et une meilleure résistance à l'usure. cordon de soudureLes propriétés mécaniques à température ambiante et à basse température des joints sont meilleures que celles du soudage à l'arc sous argon en courant alternatif. Pour les alliages d'aluminium de renforcement traités thermiquement, les propriétés mécaniques à température ambiante et à basse température des joints sont meilleures que celles du soudage à l'arc sous argon à courant alternatif.
(2) Pureté du gaz hélium utilisé pour le soudage
En tant que gaz protecteur utilisé pour le soudage, la pureté de l'hélium gazeux doit généralement être comprise entre 99,91 et 99,9991 TTP3T. En outre, elle dépend également du type, de la composition et des performances du métal de base à souder, ainsi que des exigences de qualité de l'appareil de soudage. joint de soudure.
En général, pour éviter que les métaux ne s'oxydent ou ne se détériorent, il est nécessaire d'avoir recours à un système de contrôle de la qualité. nitruration Pendant le soudage des métaux actifs et pour améliorer la qualité du joint de soudure, il convient de choisir de l'hélium gazeux de haute pureté. Les exigences techniques relatives à l'utilisation de l'hélium gazeux pour le soudage sont indiquées dans le tableau 14.
Tableau 14 Exigences techniques relatives à l'utilisation de l'hélium gazeux pour le soudage
| Nom de l'indicateur | Ammoniac de haute pureté | Ammoniac pur | Ammoniac industriel | ||
| Produit de premier niveau | Produit secondaire | Produit de premier niveau | Produit secondaire | ||
| Teneur en ammoniac (≥)/-6 | 99.999 | 99.99 | 99.99 | 99.9 | 98 |
| Néon contenant (≤)/10-6 | 4.0 | 15 | 25 | （Ne+H）≤800 | （Ne+H2 +O2+Ar）≤2.0% |
| Teneur en hydrogène (≤)/10-6 | 1.0 | 3.0 | 5.0 | ||
| Teneur totale en oxygène (≤)/10-6 | 1.0 | 3.0 | 5.0 | 29 | |
| Teneur en azote (≤)/10-6 | 2.0 | 10 | 20 | 50 | |
| Teneur en CO (≤)/10-6 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | Non spécifié | Non spécifié |
| LE CO2 contenu (≤)/10-6 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | ||
| Teneur en méthane (≤)/10-6 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | ||
| Teneur en eau (≤)/10-6 | 3.0 | 10 | 15 | 30 | |
Note : La teneur en gaz dans le tableau est exprimée en fraction de volume, et la teneur en eau est exprimée en fraction de masse.
(1) Propriétés de l'oxygène gazeux :
L'oxygène gazeux est un gaz incolore, inodore, insipide et non toxique à température et pression ambiantes. À 0℃ et 1 atm (101325Pa), la densité de l'oxygène gazeux est de 1,43kg/m3, supérieure à celle de l'air. La température de liquéfaction de l'oxygène est de -182,96℃, et l'oxygène liquide est bleu clair. À température ambiante, l'oxygène existe en grande quantité sous forme de composés et d'états libres dans l'air et l'eau.
L'oxygène gazeux lui-même ne peut pas brûler, mais c'est un gaz très actif qui favorise la combustion et qui peut réagir avec de nombreux éléments pour produire des oxydes. En général, les réactions d'oxydation intenses sont appelées combustion. Le soudage et le coupage au gaz utilisent des gaz combustibles et la chaleur dégagée par la combustion de l'oxygène comme sources de chaleur.
(2) Production d'oxygène gazeux :
Il existe de nombreuses méthodes pour produire de l'oxygène gazeux, telles que les méthodes chimiques, l'électrolyse de l'eau et la liquéfaction de l'air.
Cependant, dans la production industrielle, la méthode de liquéfaction de l'air est largement utilisée. L'air est comprimé et refroidi à une température inférieure à -196℃ pour le transformer en liquide. Ensuite, à mesure que la température augmente, l'azote contenu dans l'air liquide s'évapore en gaz lorsque la température atteint -196℃.
Lorsque la température continue d'augmenter jusqu'à -183℃, l'oxygène commence à se vaporiser. L'oxygène gazeux est ensuite comprimé à 120-150 atm par un compresseur et stocké dans des bouteilles d'oxygène spéciales pour utilisation et stockage.
(3) Stockage d'oxygène gazeux :
L'oxygène gazeux est généralement stocké et transporté dans des bouteilles d'oxygène spéciales, dont l'extérieur doit être peint en bleu ciel et porter les mots "oxygène" à la peinture noire.
Les bouteilles d'oxygène doivent être inspectées tous les 3 à 5 ans à l'usine de gonflage, en cours d'utilisation, afin de vérifier le volume et la qualité de la bouteille, ainsi que l'absence de corrosion et de fissures. Les dimensions et la capacité de remplissage des bouteilles d'oxygène couramment utilisées sont indiquées dans le tableau 15.
L'alimentation en oxygène gazeux pendant le fonctionnement est principalement régulée par le manodétendeur de la bouteille. Les principaux paramètres techniques du manodétendeur pour les bouteilles d'oxygène sont indiqués dans le tableau 16, et les défauts courants et les mesures de prévention du manodétendeur sont indiqués dans le tableau 17.
Tableau 15 Dimensions et capacité de remplissage des bouteilles d'oxygène couramment utilisées
| Dimensions extérieures /mm | Volume interne /L | Poids de la bouteille /kg | Modèle de vanne de bouteille | Capacité de gaz/m3 (à 20 ℃, 14,7MPa) | |
| diamètre extérieur | hauteur | ||||
| 219 | 1150±20 | 33 | 47 | Valve en cuivre QF-2 | 5 |
| 1250±20 | 36 | 53 | 5.5 | ||
| 1370±20 | 40 | 57 | 6 | ||
| 1480±20 | 44 | 60 | 6.5 | ||
| 1570±20 | 47 | 63 | 7 | ||
Tableau 16 Principaux paramètres techniques du détendeur de pression pour bouteilles de gaz
| Modèle de réducteur de pression | QD1 | QD-2A | QD-2A | DJ-6 | SJ7-10 | QD-20 | QW2-16/0,6 | |
| nom | Détendeur de pression d'oxygène à un étage | Régulateur de pression d'oxygène à deux étages | Régulateur de pression d'acétylène à un étage | Régulateur de pression du propane à un étage | ||||
| Spécification du manomètre /MPa | Compteur de haute tension | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 |
| Compteur basse tension | 0～3.92 | 0～1.568 | 0～0.392 | 0～3.92 | 0～3.92 | 0～0.245 | 0～0.157 | |
| Pression de service maximale /MPa | Côté admission | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 1.96 | 1.96 |
| Côté travail | 2.45 | 0.98 | 0.196 | 1.96 | 1.96 | 0.147 | 0.059 | |
| Plage de réglage de la pression de travail / MPa | 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 | |
| Capacité maximale d'alimentation en gaz / m3-h-1 | 80 | 40 | 12 | 180 | - | 9 | - | |
| Diamètre de l'orifice de sortie / mm | 6 | 5 | 3 | - | 5 | 4 | - | |
| Pression de décharge de la soupape de sécurité / MPa | 2.8～3.8 | 1.1～1.6 | - | 2.16 | 2.16 | 0.2～0.3 | 0.07～0.1 | |
| Poids / kg | 4 | 2 | 2 | 2 | 3 | 2 | 2 | |
| Dimensions générales / mm | 200×200×210 | 165×170×160 | 165×170×160 | 170×200×142 | 200×170×220 | 170×185×315 | 165×190×160 | |
Tableau 17 Défauts courants des régulateurs de pression et mesures préventives.
| Défauts courants | Localisation et cause de la défaillance | Mesures préventives et réparations |
| Fuite du régulateur de pression | Fuite au niveau du joint du régulateur de pression, desserrage du raccord fileté ou endommagement du joint. | Serrer la vis ; remplacer le joint ou ajouter un câble d'amiante. |
| Fuite de la soupape de sécurité ; endommagement du joint ou déformation du ressort. | Ajuster le ressort ; remplacer le nouveau joint de soupape (papier d'acier bleu et corde d'amiante). | |
| Endommagement de la membrane du couvercle du régulateur de pression ou impossibilité de la serrer, ce qui entraîne des fuites. | Remplacer la membrane en caoutchouc ou resserrer la vis. | |
| Le manomètre remonte (auto-écoulement) et le gaz s'écoule après avoir desserré la vis de réglage (le manomètre basse pression continue de monter). | Des contaminants se trouvent sur la soupape ou le siège de soupape, et le joint d'étanchéité ou le siège de soupape n'est pas de niveau ; le ressort de rotation est endommagé, et la soupape n'est pas de niveau. serrage est insuffisante. | Nettoyez les contaminants sur la soupape, utilisez une gaze fine pour niveler le siège irrégulier de la soupape. S'il y a des fissures, remplacez-les par des nouvelles et ajustez la longueur du ressort. |
| Lorsque le robinet de la bouteille d'oxygène est ouvert, le manomètre haute pression indique la présence d'oxygène, mais le manomètre basse pression ne réagit pas ou n'est pas assez sensible. | La vis de réglage a été serrée à fond, mais la pression de travail n'augmente pas ou très peu. La raison en est que le ressort principal est endommagé ou que la tige de transmission est pliée. | Retirer le couvercle du régulateur de pression et remplacer le ressort principal et la tige de transmission. |
| En cours de fonctionnement, la pression d'oxygène chute ou l'aiguille du manomètre saute violemment. La raison en est le gel interne du régulateur de pression. | Après décongélation à l'eau chaude, sécher l'humidité à l'aide d'un sèche-cheveux. | |
| Le manomètre basse pression a indiqué la pression de travail, mais celle-ci chute soudainement pendant l'utilisation. La raison en est que le robinet de la bouteille d'oxygène n'est pas complètement ouvert. | Ouvrir davantage la vanne d'oxygène. |
Comparé à l'oxygène gazeux, l'oxygène liquide présente les avantages d'une faible consommation d'énergie, d'une grande pureté de l'oxygène fourni (jusqu'à 99,9% ou plus) et d'une grande efficacité de transport. C'est pourquoi l'oxygène industriel est parfois fourni sous forme liquide. Les moyens de fournir de l'oxygène liquide aux utilisateurs ou sur site sont les suivants :
a. Installer un réservoir de stockage d'oxygène gazeux dans le service utilisateur et remplir le réservoir d'oxygène gazeux à partir du réservoir de transport de liquide équipé d'un dispositif de vaporisation et de compression.
b. Installer un réservoir de stockage de liquide et un équipement de vaporisation dans le service utilisateur, et remplir le réservoir d'oxygène liquide à partir du réservoir de transport d'oxygène liquide.
c. Installer de petits réservoirs d'oxygène liquide et les vaporisateurs correspondants sur des chariots, les configurer sur place et les déplacer à tout moment en fonction des besoins. Cette méthode ne convient qu'aux usines et aux sites qui consomment peu d'oxygène.
Il existe deux types de réservoirs de stockage d'oxygène liquide : les réservoirs mobiles et les réservoirs fixes. Les spécifications et les principaux paramètres techniques des réservoirs d'oxygène liquide mobiles sont présentés dans le tableau 18, et ceux des réservoirs d'oxygène liquide fixes dans le tableau 19.
Tableau 18 : Spécifications et principaux paramètres techniques des conteneurs mobiles d'oxygène liquide.
| Numéro de modèle | CD4-50 | CD4-100 | CD4-175 | Numéro de modèle | CD4-50 | CD4-100 | CD4-175 | ||
| Paramètres techniques | Capacité du conteneur en litres | 50 | 100 | 175 | Paramètres techniques | Hauteur/mm | 1160 | 1150 | 1535 |
| Pression de service en MPa | 1.372 | 1.372 | 1.372 | Diamètre extérieur/mm | 322 | 505 | 505 | ||
| Taux d'évaporation journalier en pourcentage | 2.5 | 2.3 | 1.2～1.6 | Poids du chariot/㎏ | 45 | 81 | 117 | ||
| Poids du conteneur vide en kilogrammes | 60 | 90 | 115 | ||||||
Tableau 19 : Spécifications et principaux paramètres techniques des conteneurs fixes d'oxygène liquide.
| Numéro de modèle | CF-2000 | CF-3500 | CF-5000 | CF-10000 | |||||||||
| Paramètres techniques | Volume géométrique /m3 | 2.10 | 3.68 | 5.25 | 10.5 | ||||||||
| Volume effectif /m3 | 2 | 3.5 | 5 | 10 | |||||||||
| Diamètre intérieur du cylindre intérieur /mm | 1200 | 1400 | 1400 | 2000 | |||||||||
| Diamètre intérieur du cylindre extérieur /mm | 1700 | 2000 | 2000 | 2600 | |||||||||
| Taux d'évaporation journalier /% | 0.9 | 0.55 | 0.45 | 0.4 | |||||||||
| Capacité d'approvisionnement en gaz /m3-h-1 | En option, selon les besoins de l'utilisateur | ||||||||||||
| (Diamètre extérieur x longueur) /mm | 1712×3245 | 2016×3800 | 2024×5000 | 2620×4318 | |||||||||
| Pression nominale /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 | |
| Poids du conteneur vide /kg | 1.9 | 2.0 | 2.3 | 4.4 | 4.6 | 5.0 | 5.3 | 5.6 | 6.0 | 7.8 | 7.8 | 9.0 | |
L'oxygène étant un gaz favorisant la combustion et possédant des propriétés extrêmement actives, lorsque la bouteille de gaz est pleine, la pression peut atteindre jusqu'à 150 atmosphères. Il existe un risque d'explosion si l'oxygène n'est pas manipulé avec précaution lors de son utilisation et de son transport.
Il convient donc d'accorder une attention particulière aux points suivants :
a) Étanchéité à l'huile. Il est interdit de toucher la bouteille d'oxygène et son équipement auxiliaire avec des gants tachés d'huile ; pendant le transport, elle ne doit jamais être placée avec des substances inflammables et des huiles.
b) Résistant aux chocs. Les bouteilles d'oxygène doivent être solidement placées pour éviter les vibrations susceptibles de provoquer des explosions d'oxygène. Lorsqu'elles sont debout, il convient d'utiliser des cerceaux ou des chaînes en fer pour les fixer ; lorsqu'elles sont couchées, il convient d'utiliser des coussins en bois pour éviter qu'elles ne roulent, et deux amortisseurs en caoutchouc doivent être installés sur le corps de la bouteille. Lors du transport, il convient d'utiliser un véhicule spécialisé.
c) Résistantes à la chaleur. Les bouteilles d'oxygène, qu'elles soient stockées ou transportées, doivent être maintenues à une distance d'au moins 10 mètres de la source de chaleur. En été, lorsque l'on travaille à l'extérieur en plein soleil, il faut les recouvrir d'une toile pour éviter les explosions.
d) Antigel. Lors de l'utilisation d'une bouteille d'oxygène en hiver, si le robinet de la bouteille d'oxygène gèle, recouvrez-le d'un chiffon imbibé d'eau chaude pour le dégeler. Il ne faut en aucun cas utiliser du feu pour la chauffer et la dégeler, afin d'éviter les accidents d'explosion.
e) Avant d'ouvrir le robinet de la bouteille d'oxygène, vérifiez que l'écrou de pression est bien serré. La rotation du volant doit se faire en douceur, sans force excessive, et les personnes doivent se tenir du côté de la sortie d'oxygène. Lors de l'utilisation d'oxygène, ne consommez pas tout l'oxygène de la bouteille, laissez au moins 1 à 3 atmosphères d'oxygène.
f) Lorsque la bouteille d'oxygène n'est pas utilisée, le couvercle de protection doit être placé sur le robinet pour éviter tout dommage.
g) Lors de la réparation du robinet de la bouteille d'oxygène, il convient d'accorder une attention particulière à la sécurité afin d'éviter que la bouteille d'oxygène n'explose.
(4) Pureté de l'oxygène de soudage
L'oxygène industriel étant généralement produit par liquéfaction et séparation de l'air, il contient souvent de l'azote. La présence d'azote pendant le soudage et le coupage n'abaisse pas seulement la température de la flamme, ce qui affecte l'efficacité de la production, mais réagit également avec le fer fondu pour former du fer nitruré, ce qui réduit la résistance de la soudure.
Par conséquent, la pureté de l'oxygène a un impact important sur l'efficacité et la qualité du soudage et du coupage au gaz. Plus la pureté de l'oxygène utilisé pour le soudage et le coupage au gaz est élevée, en particulier lors du coupage, mieux c'est.
L'oxygène est également couramment utilisé comme gaz supplémentaire pour le soudage sous protection gazeuse inerte afin d'affiner les gouttelettes, de surmonter la dérive du point de cathode de l'arc, d'augmenter l'apport de chaleur du métal de base et d'améliorer la vitesse de soudage.
Tableau 20 : Exigences techniques pour l'oxygène de soudage à l'état gazeux. L'oxygène de première qualité de classe I ou II de haute pureté doit être utilisé pour le soudage et le coupage au gaz de haute qualité afin d'obtenir la conductivité thermique requise.
| Nom de l'indicateur | Classe I | Classe Ⅱ | ||
| Teneur en oxygène (fraction volumique ≥) / %. | 99.5 | 99.5 | 99.2 | |
| Humidité | Eau libre (≤) / mL. | - | 100 | 100 |
| Point de rosée (≤) / ℃ | -43 | - | - | |
Il existe de nombreux types de gaz inflammables utilisés pour le soudage, mais les plus utilisés actuellement dans le soudage et le coupage au gaz sont le gaz acétylène (C2H2), suivi par le gaz propane.
L'hydrogène, le gaz naturel ou le gaz de houille peuvent également être utilisés comme gaz inflammables en fonction des conditions locales ou du matériau à souder ou à couper. Lors du choix d'un gaz inflammable, les facteurs suivants doivent être pris en compte :
a) La chaleur générée doit être élevée, ce qui signifie que la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète d'un gaz inflammable par unité de volume doit être élevée.
b) La température de la flamme doit être élevée, ce qui correspond généralement à la température la plus élevée de la flamme brûlant dans l'oxygène.
c) La quantité d'oxygène nécessaire à la combustion d'un gaz inflammable doit être faible, afin d'améliorer son économie.
d) La plage de limites d'explosivité doit être réduite.
e) Les transports doivent être relativement commodes.
(1) Acétylène (C2H2)
1) Propriétés de l'acétylène
L'acétylène est un hydrocarbure insaturé (C2H2), qui est un gaz incolore à température ambiante et à une pression atmosphérique (101325Pa). En général, lors du soudage à l'acétylène, il se dégage une odeur particulière due aux impuretés telles que le H2S et PH3.
La température de la flamme de l'acétylène brûlant dans l'oxygène pur peut atteindre environ 3150℃, et la chaleur est relativement concentrée. C'est actuellement le gaz inflammable le plus utilisé pour le soudage et le coupage au gaz.
La densité de l'acétylène est de 1,17kg/m3. Le point d'ébullition de l'acétylène est de -82,4℃, et il devient liquide à -83,6℃. À des températures inférieures à -85℃, il devient solide. L'acétylène gazeux peut être dissous dans l'eau, l'acétone et d'autres liquides. À 15℃ et 1 atmosphère de pression, 1L d'acétone peut dissoudre 23L d'acétylène. Lorsque la pression est augmentée à 1,42MPa, 1L d'acétone peut dissoudre environ 400L d'acétylène.
L'acétylène est un gaz explosif dont les caractéristiques d'explosion sont les suivantes :
a) Lorsque la pression de l'acétylène pur atteint 0,15MPa et que la température atteint 580-600℃, il explose lorsqu'il est exposé au feu. La pression de l'acétylène dans le générateur et le pipeline ne doit pas dépasser 0,13MPa.
b) Lorsque l'acétylène est mélangé à l'air ou à l'oxygène, son explosivité est fortement accrue. Lorsque l'acétylène est mélangé à l'air, calculé en volume, lorsque l'acétylène représente 2,2%-81% ; lorsque l'acétylène est mélangé à l'oxygène, calculé en volume, lorsque l'acétylène représente 2.8%-93%, le gaz mélangé s'enflamme spontanément (la température d'inflammation spontanée du mélange acétylène-air est de 305℃, et la température d'inflammation spontanée du mélange acétylène-oxygène est de 300℃), ou il explose lorsqu'il est exposé à des étincelles, même à une pression normale.
L'acétylène mélangé au chlore gazeux, à l'hypochlorite et à d'autres substances explosera s'il est exposé à la lumière du soleil ou à la chaleur. L'acétylène mélangé à l'azote, au monoxyde de carbone et à la vapeur d'eau réduit le risque d'explosion.
c) L'acétylène peut également former des substances explosives telles que l'acétylène cuivre et l'acétylène argent lorsqu'il est en contact avec du cuivre, de l'argent, etc. pendant une longue période.
d) La dissolution de l'acétylène dans un liquide peut réduire considérablement son explosivité.
e. L'explosivité de l'acétylène est liée à la forme et à la taille du récipient utilisé pour le stockage. Les récipients de plus petit diamètre sont moins susceptibles d'exploser. L'acétylène peut être stocké dans des conteneurs avec des matériaux en forme de capillaires, et même si la pression augmente jusqu'à 2,65 MPa, il n'y aura pas d'explosions.
2) L'acétylène industriel est principalement produit par la décomposition du carbure au moyen de générateurs d'acétylène.
Il existe de nombreux types de générateurs d'acétylène couramment utilisés pour la production d'acétylène, qui peuvent être classés en fonction de la pression produite : les générateurs d'acétylène à moyenne pression (qui produisent de l'acétylène gazeux à une pression manométrique comprise entre 0,0069 et 0,127 MPa) et les générateurs d'acétylène à basse pression (qui produisent de l'acétylène gazeux à une pression manométrique inférieure à 0,0069 MPa).
Ils peuvent également être classés en fonction des différents modes de contact entre le carbure et l'eau, tels que le drainage, le carbure dans l'eau et les méthodes de drainage combinées. En fonction de leur position, ils peuvent être classés en types mobiles ou fixes. Les types et les spécifications techniques des générateurs d'acétylène à moyenne pression sont présentés dans le tableau 21.
Pour un soudage au gaz de haute qualité, il convient d'utiliser de l'acétylène purifié et séché. Le carbure industriel est fabriqué en faisant fondre de la chaux vive et du coke dans un four électrique. Le niveau de qualité et les performances du carbure utilisé pour le soudage et le coupage à l'acétylène doivent répondre aux exigences spécifiées dans le tableau 22.
Tableau 21. Types et spécifications techniques des générateurs d'acétylène à moyenne pression.
| Modèle | Q3-0.5 | Q3-1 | Q3-3 | Q4-5 | Q4-10 | |
| Taux de production normal /m3 - h-1 | 0.5 | 1 | 3 | 5 | 10 | |
| Pression de travail de l'acétylène /MPa | 0.045～0.1 | 0.045～0.1 | 0.045～0.1 | 0.1～0.12 | 0.045～0.1 | |
| Pression de fuite de la soupape de sécurité /MPa | 0.115 | 0.115 | 0.115 | 0.15 | 0.15 | |
| Pression d'éclatement du film antidéflagrant /MPa | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | |
| Température maximale de l'acétylène dans la chambre à gaz /℃ | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 | |
| Le carbure de calcium peut être chargé dans un conteneur /kg | 2.4 | 5.0 | 13.0 | 12.5 | 25.5 | |
| Taille admissible des particules de carbure de calcium /mm | 25×5050×80 | 25×5050×80 | 25×5050×80 | 15～25 | 15×2525×5050×80 | |
| Capacité en eau du générateur /L | 30 | 65 | 330 | 338 | 818 | |
| style structurel | Type de drainage | Type de drainage | Type de drainage | conjoint | conjoint | |
| Formulaire d'installation | Mobile | Mobile | Fixe | Fixe | Fixe | |
| Dimensions extérieures /mm | Longueur | 515 | 1210 | 1050 | 1450 | 1700 |
| Largeur | 505 | 675 | 770 | 1370 | 1800 | |
| Hauteur | 930 | 1150 | 1755 | 2180 | 2690 | |
| Poids net (hors eau et carbure) / kg | 45 | 115 | 260 | 750 | 980 | |
Tableau 22 : Qualités et performances du carbure pour le soudage et le coupage à l'acétylène.
| Nom de l'indicateur | index | |||||
| Produit de premier niveau | Produit secondaire | Produit de grade III | Produit de 4e année | |||
| Taille des particules de carbure de calcium /mm | 80~200 | Faqi Li /Lkg-1 | 305 | 285 | 265 | 235 |
| 50~80 | 305 | 285 | 255 | 235 | ||
| 50~80 | 300 | 280 | 250 | 230 | ||
| Teneur en PH de l'acétylène (fraction de volume) /% | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | ||
| Teneur en HS de l'acétylène (fraction de volume) /% | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | ||
3) Stockage du gaz acétylène
En raison du risque d'explosion sous pression, l'embouteillage sous pression directe ne peut pas être utilisé pour stocker l'acétylène. Dans l'industrie, sa grande solubilité dans l'acétone est utilisée et l'acétylène est versé dans des conteneurs contenant de l'acétone ou une substance poreuse, communément appelés acétylène dissous ou acétylène en bouteille.
La bouteille d'acétylène est généralement peinte en blanc avec les mots "acétylène" en rouge. La bouteille est remplie d'un matériau poreux imbibé d'acétone, ce qui permet de stocker l'acétylène en toute sécurité à une pression de 1,5 MPa à l'intérieur de la bouteille.
Lors de l'utilisation, un régulateur d'acétylène doit être utilisé pour réduire la pression à moins de 0,103 MPa avant l'utilisation. Le matériau poreux est généralement un mélange de charbon actif léger et poreux, de sciure de bois, de pierre ponce et de terre de diatomées.
Pour le soudage, une pureté d'acétylène supérieure à 98% est généralement exigée. Les conditions de remplissage sont réglementées : une pression de remplissage ne dépassant pas 1,55 MPa à 15°C. L'acétylène en bouteille est actuellement une méthode largement promue et appliquée en raison de sa sécurité, de sa commodité et de son économie.
(2) Gaz de pétrole
Le gaz de pétrole est un produit ou un sous-produit de la transformation du pétrole. Les gaz utilisés pour la coupe comprennent des gaz élémentaires tels que le propane et l'éthylène, ainsi que des sous-produits tels que les gaz mixtes multicomposants issus du raffinage, généralement composés de propane, de butane, de pentane et de butène.
1) Propane (C3H8)
Le propane est un gaz combustible couramment utilisé pour le découpage, avec une masse moléculaire relative de 44,094. Son pouvoir calorifique total est supérieur à celui de l'acétylène, mais la chaleur de combustion d'une unité de masse moléculaire est inférieure à celle de l'acétylène. Par conséquent, la température de la flamme est plus basse et la chaleur de la flamme est plus dispersée. La formule de la réaction chimique pour la combustion complète du propane dans l'oxygène pur est la suivante : C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O (1)
L'équation ci-dessus montre que la consommation théorique d'oxygène d'un volume de propane complètement brûlé est de 5 volumes. Lorsque le propane est brûlé dans l'air, la consommation réelle d'oxygène est de 3,5 volumes, formant une flamme neutre d'une température de 2520°C. La température la plus élevée de la flamme oxydante est d'environ 2700°C. La vitesse de combustion de la flamme neutre oxygène-propane est de 3,9 m/s, le risque de trempe est faible et la plage d'explosion est étroite, entre 23% et 95% dans l'oxygène. Cependant, sa consommation d'oxygène est plus élevée que celle de l'acétylène, son point d'ignition est élevé et il n'est pas facile à enflammer.
2）Propylène (C3H6)
Le propylène a une masse moléculaire relative de 42,078. Son pouvoir calorifique total est inférieur à celui du propane, mais sa température de flamme est plus élevée. La formule de la réaction chimique pour la combustion complète du propylène dans l'oxygène pur est la suivante :
C3H6 + 4,5O2 → 3CO2 + 3H2O (2)
La consommation théorique d'oxygène d'un volume de propylène complètement brûlé est de 4,5 volumes. Lorsqu'il est brûlé dans l'air, la consommation réelle d'oxygène est de 2,6 volumes, formant une flamme neutre d'une température de 2870°C. Lorsque le rapport propylène/oxygène est de 1:3,6, une flamme oxydante peut se former, dont la température est plus élevée.
En raison de sa consommation d'oxygène inférieure à celle du propane et de sa température de flamme plus élevée, le propylène a été utilisé comme gaz de coupe dans certains pays.
3）Butane (C4H10)
Le butane a une masse moléculaire relative de 58,12 et un pouvoir calorifique total supérieur à celui du propane. La formule de la réaction chimique pour la combustion complète du butane dans l'oxygène pur est la suivante :
C4H10 + 6.5O2 → 4CO2 + 5H2O
La consommation théorique d'oxygène d'un volume de butane complètement brûlé est de 6,5 volumes. Lorsqu'il est brûlé dans l'air, la consommation réelle d'oxygène est de 4,5 volumes, plus élevée que celle du propane. Le butane mélangé à l'oxygène ou à l'air a une plage d'explosivité étroite (fraction volumique de 1,5% à 8,5%) et n'est pas susceptible de provoquer un retour de flamme. Toutefois, en raison de sa faible température de flamme, il ne peut être utilisé seul comme combustible de coupe.
4）Liquefied Petroleum Gas (gaz de pétrole liquéfié)
Le gaz de pétrole liquéfié est un sous-produit du traitement du pétrole, principalement composé d'hydrocarbures tels que le propane (C3H8), le butane (C4H10), le propylène (C3H6), le butène (C4H8), et de petites quantités d'acétylène (C2H2), l'éthylène (C2H2), le pentane (C5H12), etc. Ces hydrocarbures existent en phase gazeuse à des températures ordinaires et à la pression atmosphérique, mais ils peuvent être liquéfiés à une pression d'environ 0,8-1,5 MPa pour le stockage et le transport.
Dans l'industrie, le gaz de pétrole gazeux est généralement utilisé. Le gaz de pétrole est un gaz incolore légèrement odorant, dont la densité est supérieure à celle de l'air dans des conditions normales, soit environ 1,8-2,5 kg/m3. Les principaux composants du gaz de pétrole liquéfié peuvent former des mélanges explosifs avec l'air ou l'oxygène, mais la gamme d'explosivité est relativement faible par rapport à celle de l'acétylène. Le gaz de pétrole liquéfié est moins cher et plus sûr que l'acétylène, avec un risque moindre de retour de flamme.
Cependant, il nécessite plus d'oxygène pour une combustion sûre, a une température de flamme plus basse et brûle plus lentement. C'est pourquoi des modifications sont nécessaires pour les chalumeaux coupeurs utilisant du gaz de pétrole liquéfié, nécessitant des zones de sortie de gaz plus grandes afin de réduire le débit et d'assurer une bonne combustion.
Lors de l'utilisation de gaz de pétrole liquéfié pour la découpe, il faut veiller à ajuster la pression d'alimentation en gaz, ce qui est généralement réalisé par l'équipement d'alimentation en gaz de pétrole liquéfié. L'équipement d'alimentation en gaz de pétrole liquéfié comprend principalement des bouteilles de gaz, des vaporisateurs et des régulateurs.
① Bouteilles de gaz
La capacité des bouteilles de gaz varie en fonction de la quantité et de l'usage qu'en fait l'utilisateur. Dans l'industrie, les bouteilles de gaz d'une capacité de 30 kg sont couramment utilisées. Si l'unité utilise une grande quantité de gaz de pétrole liquéfié, de grands réservoirs de stockage de 1,5 t et 3,5 t peuvent également être fabriqués.
Les matériaux de fabrication des bouteilles de gaz peuvent être de l'acier 16Mn, de l'acier de classe A. Q235ou de l'acier au carbone de haute qualité n° 20. La pression de service maximale de la bouteille de gaz est de 1,6 MPa, et la pression d'essai hydrostatique est de 3 MPa. La bouteille de gaz de pétrole liquéfié est recouverte d'un revêtement gris argenté à l'extérieur et porte la mention "gaz de pétrole liquéfié".
Les spécifications des bouteilles de gaz de pétrole liquéfié couramment utilisées sont indiquées dans le tableau 23. Une fois la bouteille de gaz testée et vérifiée, la plaque métallique fixée sur le corps de la bouteille doit indiquer le fabricant, le numéro, la qualité, la capacité, la date de fabrication, la date d'inspection, la pression de service, la pression d'essai, et porter également le cachet d'acier du service d'inspection du fabricant.
Tableau 23 : Spécifications des bouteilles de gaz de pétrole liquéfié couramment utilisées
| Catégorie | Volume /L | Diamètre extérieur /mm | Épaisseur de la paroi /mm | Hauteur totale /mm | Poids propre /kg | Texture du matériau | Essai de pression de l'eau /MPa |
| 12~12,5kg 15 kg 20 kg | 29 34 47 | 325 335 380 | 2.5 2.5 3 | – 645 650 | 11.5 12.8 20 | 16Mn 16Mn Q235 | 3 3 3 |
② Vaporisateur
Également connu sous le nom d'échangeur de chaleur à tubes en serpentin, sa structure est illustrée à la figure 5. Le gaz de pétrole liquéfié circule dans le tube intérieur tandis que le tube extérieur est rempli d'eau chaude à une température de 40-50°C, qui fournit la chaleur nécessaire à l'évaporation du gaz de pétrole liquéfié.
L'eau chaude qui circule dans le tube extérieur peut être fournie par une source externe ou chauffée par la combustion du gaz de pétrole liquéfié lui-même. Le combustible consommé pour chauffer l'eau ne représente qu'environ 2,5% de la quantité totale de gazéification du gaz de pétrole. L'utilisation des vaporisateurs n'est généralement envisagée que lorsqu'il y a une grande quantité d'utilisateurs, une forte teneur en butane dans le gaz de pétrole liquéfié, une faible pression de vapeur saturée et un fonctionnement à l'extérieur en hiver.
③ Régulateur
Sa structure est illustrée à la figure 6. Le détendeur a deux fonctions : réduire la pression dans la bouteille de gaz jusqu'à la pression de travail requise, et stabiliser la pression de sortie en veillant à ce que l'alimentation en gaz soit régulière.
Le plus grand avantage du détendeur est que la pression du gaz de sortie peut être réglée dans une certaine plage. En général, les détendeurs domestiques sont utilisés pour couper des plaques d'acier d'épaisseur générale, et la pression de sortie est de 2 à 3 MPa. En remplaçant le ressort, la pression de sortie du détendeur domestique peut être portée à environ 25 MPa.
Cependant, lors de la modification, il est nécessaire de s'assurer que le ressort de la soupape de sécurité ne fuit pas. La méthode spécifique consiste à serrer le ressort de la soupape de sécurité. Si la quantité de gaz de pétrole liquéfié utilisée est trop importante, il convient d'utiliser un détendeur de grande taille. Si le gaz de pétrole liquéfié est stocké dans une bouteille d'acétylène, un détendeur d'acétylène peut être utilisé.
Pour la découpe de plaques d'acier d'épaisseur générale, la pression de sortie du détendeur est d'environ 2,5 MPa pour la découpe manuelle et de 10 à 30 MPa pour la découpe automatique. Il doit être allumé avec une flamme ouverte et, après l'allumage, le débit d'oxygène et de gaz propane doit être augmenté jusqu'à ce que la flamme soit la plus courte possible, de couleur bleue et accompagnée d'un sifflement. Lorsque la température de la flamme est la plus élevée, le préchauffage et la découpe peuvent être effectués.
(3) Gaz naturel
Le gaz naturel est issu des gisements de pétrole et de gaz, et sa composition varie en fonction de son lieu d'origine. Son principal composant est le méthane (CH4), qui fait également partie des hydrocarbures. Le méthane est un gaz incolore avec une légère odeur à température ambiante. Sa température de liquéfaction est de -162℃. Il peut également exploser lorsqu'il est mélangé à l'air ou à l'oxygène.
La plage d'explosivité du mélange méthane-oxygène est comprise entre 5,4% et 59,2% (fraction volumique). La vitesse de combustion du méthane dans l'oxygène est de 5,5 m/s. Lorsque le méthane brûle complètement dans l'oxygène pur, l'équation chimique est la suivante :
CH4+2O2→CO2+2H2O (4)
L'équation ci-dessus montre que le rapport théorique de consommation d'oxygène est de 1:2. Le rapport réel de consommation d'oxygène pour la formation de flammes neutres lors de la combustion dans l'air est de 1:1,5, et la température de la flamme est d'environ 2540℃, bien inférieure à celle de l'acétylène.
Par conséquent, un temps de préchauffage plus long est nécessaire pour le découpage. Généralement utilisé comme combustible de coupe dans les régions où le gaz naturel est abondant.
(4) Hydrogène (H2)
L'hydrogène est un gaz incolore, inodore et combustible. L'hydrogène a la plus petite masse atomique relative et est soluble dans l'eau. L'hydrogène gazeux a le taux de diffusion le plus élevé et une conductivité thermique élevée. Sa conductivité thermique est 7 fois supérieure à celle de l'air.
Il est extrêmement sujet aux fuites, a une faible énergie d'inflammation et est l'un des gaz inflammables et explosifs les plus dangereux. Son point de combustion spontanée dans l'air est de 560℃, et dans l'oxygène, il est de 450℃. La température de la flamme hydrogène-oxygène peut atteindre 2660℃ (flamme neutre). L'hydrogène gazeux possède de fortes propriétés réductrices. À haute température, il peut réduire les métaux à partir des oxydes métalliques.
Les méthodes courantes de préparation de l'hydrogène gazeux comprennent le craquage de l'essence brute, le craquage de l'eau ammoniacale et l'électrolyse de l'eau. L'hydrogène gazeux peut être pressurisé dans une bouteille en acier. La pression de charge à 21℃ est de 14MPa (pression manométrique).
L'hydrogène gazeux est couramment utilisé pour le découpage et le soudage à l'arc plasma ; il est parfois utilisé pour le soudage au plomb ; l'ajout d'une quantité appropriée de H2 à Ar pendant le soudage par protection gazeuse à l'électrode de fusion peut augmenter la chaleur d'entrée du matériau de base, améliorer la vitesse et l'efficacité du soudage. Les exigences techniques relatives à l'utilisation de l'hydrogène gazeux pendant le soudage ou le coupage au gaz sont énumérées dans le tableau 24.
Tableau 24 : Exigences techniques pour l'utilisation de l'hydrogène gazeux lors du soudage ou du coupage au gaz
| Nom de l'indicateur (fraction de volume) | Hydrogène ultra-pur | Ammoniac de haute pureté | Ammoniac pur | Nom de l'indicateur (fraction de volume) | Hydrogène ultra-pur | Hydrogène de haute pureté | Hydrogène pur |
| Teneur en hydrogène (≥)/% teneur en oxygène (≤)/10-6 teneur en azote (≤)/10-6 Teneur en CO (≤)/10-6 | 99.9999 0.2 0.4 0.1 | 99.999 1 5 1 | 99.99 5 60 5 | Teneur en CO (≤)/10-6 teneur en méthane (≤)/10-6 teneur en eau (fraction de masse ≤)/10-6 | 0.1 0.2 1.0 | 1 1 3 | 5 10 30 |
Note : La teneur en oxygène de l'hydrogène ultra-pur et de l'hydrogène de haute pureté fait référence à la quantité totale d'oxygène et d'argon ; l'hydrogène ultra-pur fait référence à l'hydrogène du pipeline, à l'exclusion de l'hydrogène en bouteille.
L'azote représente environ 78% du volume de l'air à température ambiante. Son point d'ébullition est de -196℃. L'azote a un faible potentiel d'ionisation et une masse atomique relative inférieure à celle de l'argon. L'azote absorbe une grande quantité de chaleur lorsqu'il se décompose.
L'azote peut être utilisé comme gaz de protection pour le soudage. En raison de sa bonne conductivité thermique et de sa capacité à transporter la chaleur, l'azote est également couramment utilisé comme gaz de travail pour le découpage à l'arc plasma. Il possède une longue colonne d'arc et une énergie thermique moléculaire composite, ce qui lui permet de découper des plaques de métal plus épaisses.
Cependant, comme la masse atomique relative de l'azote est inférieure à celle de l'argon, son utilisation dans le découpage à l'arc plasma nécessite une tension à vide élevée de l'alimentation électrique.
L'azote peut réagir avec les métaux à des températures élevées et a un fort effet érosif sur l'électrode pendant le découpage à l'arc plasma, en particulier lorsque la pression du gaz est élevée.
Il faut donc ajouter de l'argon ou de l'hydrogène. En outre, lorsque l'azote est utilisé comme gaz de travail, la surface de coupe est nitrurée et davantage d'oxydes d'azote sont produits pendant la coupe.
La pureté de l'azote utilisé pour le soudage ou le découpage à l'arc plasma doit répondre aux exigences techniques de la classe I ou de la classe II du grade 1 spécifié dans le document GB 3864-83, comme indiqué dans le tableau 25.
Tableau 25 : Exigences techniques pour l'azote industriel
| Nom de l'indicateur (fraction de volume) | Classe I | Classe II | ||
| classe a | deuxième niveau | |||
| Teneur en azote (≥) /% | 99.5 | 99.5 | 98.5 | |
| Teneur en oxygène (≤) /% | 0.5 | 0.5 | 1.5 | |
| Teneur en eau | Eau libre (≤) M1 | – | 100 | 100 |
| Point de rosée (≤)/℃ | -43 | – | – | |
Différents gaz sont utilisés pour le CO2 soudage sous protection gazeuse, soudage sous protection gazeuse inerte, soudage sous protection gazeuse mixte, soudage à l'arc plasma, brasage en atmosphère protectrice, ainsi que le soudage et le coupage à l'oxygène et à l'acétylène.
Le choix des gaz de soudage dépend principalement des méthodes de soudage et de coupage, ainsi que de facteurs tels que les propriétés du métal de base, les exigences de qualité de l'équipement de soudage et de coupage. joint soudéL'épaisseur et la position de la pièce, ainsi que le procédé de soudage.
Le gaz utilisé pour le soudage, le coupage ou le soudage sous protection gazeuse diffère selon la méthode de soudage utilisée dans le processus de soudage. La méthode de soudage et la sélection des gaz de soudage sont indiquées dans le tableau 26.
La sélection des gaz couramment utilisés pour le brasage sous atmosphère protectrice est présentée dans le tableau 27. L'applicabilité de divers gaz pour le découpage à l'arc plasma est présentée dans le tableau 28.
Tableau 26 : Sélection des gaz de soudage en fonction de méthodes de soudage
| Méthode de soudage | Gaz de soudage | |||||
| Soudage au gaz | CH+O2 | H2 | ||||
| Coupe au gaz | CH+O2 | Gaz de pétrole liquéfié+O2 | Gaz+O2 | Gaz naturel+O2 | ||
| Découpe à l'arc plasma | l'air | N2 | Ar+N2 | Ar+H2 | N2+H2 | |
| Soudage au gaz inerte de tungstène (TIG) | Ar | Il | Ar+He | |||
| Fil massif | Soudage au gaz inerte métallique (MIG) | Ar | Il | Ar+He | ||
| Arc métallique Soudage (MAG) | Ar+O2 | Ar+CO2 | Ar+CO+O2 | |||
| LE CO2 soudage sous protection gazeuse | LE CO2 | LE CO2+O2 | ||||
| Fil fourré | LE CO2 | Ar+O2 | Ar+CO2 | |||
Tableau 27 Sélection de gaz courants utilisés pour le brasage sous atmosphère protectrice
| Gaz | nature | Composition chimique et exigences de pureté | objectif |
| Gaz Argon Hydrogène gazeux Décomposition Ammoniac Sous-compression Décomposition Ammoniac Azote gazeux | Inerte Réducteur Réducteur Réducteur Inerte par rapport au cuivre | Argon > 99.99% Hydrogène 100% Hydrogène 75%, Azote 25% Hydrogène 7%~20%, équilibre Azote Azote 100% | Acier alliéAlliage résistant à la chaleur, cuivre et alliage de cuivre Acier allié, alliage résistant à la chaleur et cuivre sans oxygène Acier au carbone, acier faiblement allié et cuivre désoxydé Acier à faible teneur en carbone Cuivre et alliage de cuivre |
Tableau 28 Adéquation de divers gaz pour le découpage à l'arc plasma
| Gaz | Objectif principal | Remarques |
| Ar，Ar+H2， Ar+N2， Ar+H2+N2 | Découpe de l'acier inoxydablemétaux ou alliages non ferreux | Ar n'est utilisé que pour couper des métaux plus fins |
| N2， N2+H2 | En tant que gaz de travail pour l'arc plasma à recompression d'eau, il peut également être utilisé pour couper l'acier au carbone. | |
| O2, l'air | Coupe de l'acier au carbone et de l'acier faiblement allié, également utilisée pour la coupe de l'acier inoxydable et de l'aluminium | Les composants structurels importants en alliage d'aluminium ne sont généralement pas utilisés. |
Dans le soudage sous protection gazeuse, qu'il s'agisse d'un fil plein ou d'un fil fourré, la question de la bonne combinaison avec le gaz de protection (médium) se pose toujours. L'impact de cette combinaison est relativement clair et n'est pas aussi complexe que celui de la combinaison fil-flux, puisque le gaz de protection se divise en deux catégories : le gaz inerte et le gaz actif.
Dans le cas du soudage avec protection par gaz inerte (Ar), la composition du fil d'apport est similaire à celle du métal déposé, et les éléments d'alliage ne sont pas perdus de manière significative. En revanche, lors du soudage avec protection par gaz actif, en raison du fort effet oxydant du CO2 le coefficient de transition de l'alliage du fil d'apport diminue, ce qui conduit à des différences significatives entre l'alliage déposé et l'alliage du fil d'apport. composition métallique et la composition du fil d'apport.
Plus la proportion de CO2 dans l'atmosphère protectrice, plus l'oxydation est forte et plus le coefficient de transition de l'alliage est faible.
Par conséquent, lors de l'utilisation du CO2 comme gaz de protection, le fil d'apport doit contenir une quantité suffisante de gaz désoxydant. éléments d'alliage pour répondre aux exigences de la désoxydation combinée du Mn et du Si, en protégeant la teneur en oxygène appropriée dans le métal soudé et en améliorant la structure et les propriétés de la soudure.
Le gaz de protection doit être choisi en fonction de facteurs tels que les propriétés du matériau soudé, les exigences de qualité du joint et les méthodes de soudage. Pour l'acier à faible teneur en carbone, l'acier faiblement allié acier à haute résistanceLes gaz actifs (tels que le CO2Ar+CO2ou Ar+O2) sont recommandés pour la protection afin d'affiner les gouttelettes de transition, de surmonter la dérive du point de cathode de l'arc et les défauts de morsure des bords. Dans certains cas, des gaz inertes peuvent également être utilisés.
Cependant, pour les gaz protecteurs ayant de fortes propriétés oxydantes, il convient d'utiliser des fils de soudure à haute teneur en manganèse et en silicium, tandis que pour les gaz mixtes riches en Ar, il convient d'utiliser des fils de soudure à faible teneur en silicium.
Le gaz de protection doit correspondre au fil de remplissage. Lorsque le CO2 Le fil de soudure contenant une teneur plus élevée en Mn et Si est utilisé dans des conditions d'argon riche, la teneur en alliage dans le métal déposé est élevée et la résistance augmente.
Inversement, lorsque le fil utilisé dans des conditions d'argon riche est protégé par du CO2 En raison de l'oxydation et de la combustion des éléments d'alliage, le coefficient de transition de l'alliage est faible et les performances de la soudure diminuent.
Pour les métaux facilement oxydables ou ayant de mauvaises propriétés de fusion, tels que l'aluminium et ses alliages, le titane et ses alliages, le cuivre et ses alliages, le nickel et ses alliages, et les alliages à haute température, il convient d'utiliser des gaz inertes (tels que Ar ou un gaz mixte Ar+He) comme gaz de protection afin d'obtenir un métal soudé de haute qualité.
Le potentiel d'ionisation du gaz de protection a un léger effet sur l'intensité du champ électrique de la colonne d'arc et sur l'apport de chaleur du métal de base. Les propriétés de protection comprennent la conductivité thermique, la capacité thermique spécifique et la décomposition thermique.
Lors de l'utilisation de la fonte soudage par polaritéPlus l'effet de refroidissement du gaz de protection sur l'arc est important, plus l'apport de chaleur du métal de base est élevé. La gamme de gaz de protection applicable aux différents matériaux pendant le soudage est indiquée dans le tableau 29.
Les gaz de protection applicables aux différents matériaux soudés lors du soudage de protection par gaz inerte à polarité fondante sont indiqués dans le tableau 30. Le choix du gaz protecteur pour les soudures à fort courant soudage à l'arc plasma est présentée dans le tableau 31, tandis que la sélection pour le soudage à l'arc plasma à faible courant est présentée dans le tableau 32.
Tableau 29 Plage d'application du gaz de protection pour différents matériaux pendant le soudage
| Matériau soudé | Gaz protecteur | Propriétés chimiques | Méthode de soudage | Principales caractéristiques |
| Aluminium et alliages d'aluminium | Ar | inertie | TIG MIG | Soudage TIG adopte le courant alternatif. Le soudage MIG adopte une connexion inversée en courant continu, qui a un effet d'écrasement de la cathode et de la surface de la pièce. cordon de soudure est lisse et propre |
| Titane, zirconium et leurs alliages | Ar | inertie | TIG MIG | Combustion stable de l'arc avec un bon effet de protection |
| Cuivre et alliages de cuivre | Ar | inertie | TIG MIG | Génère un arc de jet stable, mais lorsque l'épaisseur de la plaque est supérieure à 5-6 mm, un préchauffage est nécessaire. |
| N2 | Électrode de fusion Soudage sous protection gazeuse | L'apport de chaleur est important, ce qui peut être réduit ou annulé. Il y a des éclaboussures et de la fumée, et le soudage à l'arc à l'azote n'est généralement utilisé que pour les pièces désoxygénées. soudage du cuivre. La source d'azote est pratique et le prix est bon marché. | ||
| Acier inoxydable et acier à haute résistance | Ar | inertie | TIG | Convient pour les soudage de plaques |
| Acier au carbone et acier faiblement allié | LE CO2 | Propriétés oxydatives | MAG | Convient pour les arcs en court-circuit, avec quelques éclaboussures |
| Alliage à base de nickel | Ar | inertie | TIG MIG | Adapté au soudage à l'arc à jet, à impulsion et en court-circuit, c'est le principal gaz pour le soudage des alliages à base de nickel. |
Tableau 30 Gaz de protection applicable pour différents matériaux soudés pendant le soudage de protection par gaz inerte à polarité de fusion
| Gaz de protection | Matériau soudé | Gaz de protection | Matériau soudé |
| Ar Ar+He Il Ar+O20,5%～1% Ar+O21% Ar+O21%～3% Ar+O21%～5% Ar+CO225% | Tous les métaux à l'exception de l'acier Tous les métaux, particulièrement adaptés au soudage Cuivre et aluminium Alliages Tous les métaux à l'exception de l'acier Aluminium Acier fortement allié Acier allié Acier non allié et faiblement allié Acier non allié | Ar+CO2 1%～3% Ar+N20.2% Ar+H26% Ar+N215%～20% N2 LE CO2 LE CO2+O215%～20% Vapeur d'eau Ar+O23%～7%+CO213%～17% | Alliage d'aluminium Alliage d'aluminium Nickel et alliage de nickel Cuivre Cuivre Acier non allié Acier non allié Acier non allié Acier non allié et faiblement allié |
Tableau 31 Sélection du gaz de protection pour le soudage à l'arc plasma à grand courant
| Matériau soudé | Épaisseur de la plaque /mm | Gaz de protection | |
| acier au carbone | <3.2 | Méthode des micropores | Méthode de pénétration par fusion |
| >3.2 | Ar | Ar | |
| acier faiblement allié | <3.2 | Ar | Ar |
| >3.2 | Ar | Ar | |
| acier inoxydable | <3.2 | Ar | He75%+Ar25% |
| >3.2 | Ar ou Ar92.5%+He7.5% | Ar | |
| cuivre | <2.4 | Ar ou Ar95%+He5% | He75%+Ar25% |
| >2.4 | Ar | He ou He75%+Ar25% | |
| Alliage de nickel | <3.2 | - | Il |
| >3.2 | Ar ou Ar92.5%+He7.5% | Ar | |
| Métal actif | <6.4 | Ar ou Ar95%+He5% | He75%+Ar25% |
| >6.4 | Ar | Ar | |
Tableau 32 Sélection du gaz de protection pour le soudage à l'arc plasma à faible courant
| Matériau soudé | Épaisseur/mm | Gaz de protection | |
| Méthode des micropores | Méthode de pénétration par fusion | ||
| Aluminium | ＜1.6 | - | Ar,He |
| ＞1.6 | Il | Il | |
| Acier au carbone | ＜1.6 | - | Ar,He25%+Ar75% |
| ＞1.6 | Ar,He75%+Ae25% | Ar,He75%+Ar25% | |
| Acier faiblement allié | ＜1.6 | - | Ar,He,Ar+H2(1～5)% |
| ＞1.6 | He75%+Ae25%, Ar+H2(1～5)% | Ar,He,Ar+H2(1～5)% | |
| Acier inoxydable | Toutes les épaisseurs | Ar, He75%+Ae25%, Ar+H2(1～5)% | Ar,He,Ar+H2(1～5)% |
| Cuivre | ＜1.6 | - | He25%+Ae75% |
| ＞1.6 | He75%+Ae25%,He | Ar,He75%+Ar25% | |
| Alliage de nickel | Toutes les épaisseurs | Ar, He75%+Ae25%,Ar+H2(1～5)% | Ar,He,Ar+H2(1～5)% |
| Métal actif | ＜1.6 | Ar, He75%+Ae25%,HeAr | Ar |
| ＞1.6 | He75%+Ae25%,He | Ar,He75%+Ar25% | |
En ajoutant une certaine proportion de certains gaz au gaz de base, on obtient des gaz mélangés qui présentent plusieurs avantages dans les processus de soudage et de coupage, tels que la modification de la forme de l'arc, l'augmentation de l'énergie de l'arc, l'amélioration de la formation de la soudure et des propriétés mécaniques, et l'amélioration de la productivité du soudage.
(1) Propriétés des gaz mixtes
En cas d'utilisation de CO2 comme gaz de protection pour le soudage, la stabilité de l'arc est médiocre, les gouttelettes ne sont pas à transition axiale, les éclaboussures sont importantes et la formation de la soudure est médiocre. Lors du soudage d'acier faiblement allié avec de l'Ar pur, il y a une grande dérive des points cathodiques, ce qui peut également provoquer une instabilité de l'arc.
L'ajout d'une petite quantité de gaz oxydants tels que l'O2 et de CO2 à Ar peut améliorer considérablement la stabilité de l'arc, affiner les gouttelettes, augmenter l'efficacité de la transition et contribuer à améliorer la formation de la soudure et la résistance à la porosité.
Les composants et les caractéristiques des mélanges gazeux couramment utilisés pour le soudage sous protection gazeuse sont indiqués dans le tableau 33. Certaines propriétés physiques et chimiques des mélanges inflammables sont présentées dans le tableau 34.
Tableau 33 Composants et caractéristiques des gaz mélangés couramment utilisés pour le soudage sous protection gazeuse
| Combinaison de gaz | Composition du gaz | Gradient de potentiel de la colonne d'arc | Stabilité de l'arc | Caractéristiques de transition des métaux | Propriétés chimiques | Forme de la pénétration de la soudure | Caractéristiques de chauffage |
| Ar+He | Il ≤75% | moyen | bon | bon | – | Forme plate avec grande profondeur de pénétration | – |
| Ar+H2 | H2 5%~15% | moyen | bon | Réductivité, H>5% produisant des pores | Pénétration profonde | L'apport de chaleur des pièces soudées est plus élevé que celui de l'arsenic pur. | |
| Ar+CO2 | LE CO2 5% | Faible à moyen | bon | bon | Faible pouvoir oxydant | Forme plate avec une grande pénétration (améliorant la formation de la soudure) | – |
| LE CO2 20% | Oxydation modérée | ||||||
| Ar+O2 | O2 1%~5% | faible | bon | bon | Faible pouvoir oxydant | En forme de champignon, avec une plus grande pénétration (améliorant la formation de la soudure) | – |
| Ar+CO2 +O2 | LE CO2 20%，0.5% | secondaire | bon | bon | Oxydation modérée | Forme plate avec une grande pénétration (améliorant la formation de la soudure) | – |
| LE CO2+O2 | O2 ≤20% | élevé | Légèrement moins bien | satisfaits | Faible pouvoir oxydant | Forme plate avec une grande profondeur de fusion | – |
Tableau 34 Quelques propriétés physiques et chimiques des mélanges inflammables
| Gaz principal | Composition (fraction de volume) /% | Au sein des molécules | Densité (à l'état standard) /kg-m-3 | Pouvoir calorifique supérieur /MJ-㎏-1 | Température de la flamme /℃ | Taux de combustion maximal /m-s-1 | Point d'inflammation (dans l'air) /℃ | Plage d'explosivité (fraction volumique du gaz combustible dans l'air/%) |
| acétylène | Acétylène 70+Propylène 30 | 31 | 1.3 | 47.9 | 3200 | 491 | 2.5~19 | |
| Acétylène 85+Propylène et éthylène 15 | -27.6 | – | – | – | – | – | – | |
| éthylène | Éthylène 80+acétylène 20 | – | 1.242 | 50.3 | 3150 | – | 453 | 2.7~35 |
| propylène | Propylène 45-50+butadiène 20+acétylène 30-35 | 2 | – | 48.5 | 3300 | – | – | 2.5~10.5 |
| hydrogène | hydrogène | – | 0.08 | – | 2600 | 11.2 | 580~590 | 4.0~74.2 |
| Hydrogène 45-50+propane 20-30+propylène 20-30 | – | – | 60.0 | – | – | – | 2.8~15.6 | |
| Hydrogène 45-50+acétylène 10-16+butadiène 10-14+propylène 20-30 | – | – | 57.6 | – | – | – | 2.6~17.1 | |
| Hydrogène 50+gaz de pétrole 50 | – | 1.07~1.12 | 3100 | 7.5~11 | 459~494 | 2.6~17.1 | ||
| gaz naturel | Méthane 88+(propylène+propane+butane) 12 | – | – | 50.0 | 1900 | – | – | 5.3~14 |
| Propargyle | Propylène 35+acétylène 1+butadiène 1+propylène 31+butène 2+propylène 12+propane 18 | – | 1.812 | 49 | 2930 | – | – | 3.4~10.8 |
(2) Sélection de gaz mixtes
La sélection des gaz mélangés est généralement basée sur la méthode de soudage, le matériau soudé et l'influence du rapport de mélange sur le processus de soudage.
Par exemple, lors du soudage d'acier à haute résistance faiblement allié, l'Ar pur est préféré comme gaz de protection pour réduire les inclusions d'oxyde et la teneur en oxygène dans la soudure. Cependant, du point de vue de la stabilité de l'arc et de la formation de la soudure, des gaz oxydants sont ajoutés à l'Ar.
Par conséquent, un gaz faiblement oxydant convient. Pour la transition du jet de soudage à l'arc sous gaz inerte Argon, un mélange de Ar+(1%-2%)O2 est recommandé, tandis qu'un mélange de 20%CO2+80%Ar est la meilleure solution pour le soudage avec protection active des gaz et transition en court-circuit.
Du point de vue de l'efficacité de la production, l'ajout de He, N2, H2, CO2ou O2 à Ar peut augmenter l'apport de chaleur du métal de base et améliorer la vitesse de soudage pendant le soudage au gaz inerte de tungstène (TIG).
Par exemple, lors du soudage de matériaux épais plaques d'aluminiumPour le soudage d'acier à faible teneur en carbone ou d'acier faiblement allié, il est recommandé d'ajouter une certaine quantité d'O2 au CO2 ou en ajoutant une certaine quantité de CO2 ou O2 au gaz Ar peut produire des effets significatifs.
En outre, l'utilisation de gaz mixtes pour la protection peut également augmenter la profondeur de pénétration, éliminer les défauts tels que le manque de fusion, les fissures et la porosité. Le tableau 35 indique la gamme de gaz mixtes applicable à différents matériaux pendant le soudage.
Tableau 35 Plage d'application des gaz mixtes pour le soudage de différents matériaux
| Matériau soudé | Gaz protecteur | Rapport de mélange /% | Propriétés chimiques | Méthode de soudage | Principales caractéristiques |
| Aluminium et alliages d'aluminium | Ar +He | He10 (MIG) He10~90 (soudage TIG) | inertie | TIG MIG | Le coefficient de transfert thermique de He est élevé. Pour une même longueur d'arc, la tension d'arc est plus élevée que celle de Ar. La température de l'arc est élevée, l'apport de chaleur au métal de base est important et la vitesse de fusion est relativement rapide. Il convient au soudage de plaques d'aluminium épaisses, ce qui permet d'augmenter la profondeur de fusion, de réduire la porosité et d'améliorer l'efficacité de la production. Toutefois, si la proportion d'He ajoutée est trop importante, les projections seront plus nombreuses. |
| Titane, zirconium et leurs alliages | Ar+He | 75/25 | inertie | TIG MIG | Il peut augmenter l'apport de chaleur. Il convient au soudage à l'arc à jet, à l'arc pulsé et à l'arc en court-circuit, ce qui permet d'améliorer la profondeur de fusion et le mouillage du métal soudé. |
| Cuivre et alliages de cuivre | Ar+He | 50/50 ou 30/70 | inertie | TIG MIG | Il permet d'améliorer le mouillage du métal soudé et d'augmenter la résistance à la corrosion. qualité du soudage. L'apport de chaleur est supérieur à celui de l'Ar pur. |
| Ar+N2 | 80/20 | Électrode de fusion Soudage sous protection gazeuse | La chaleur d'entrée est plus élevée que celle de l'Ar pur, mais il y a des éclaboussures et de la fumée, et le formage n'est pas aussi bon. | ||
| Acier inoxydable et acier à haute résistance | Ar+O2 | O21~2 | Propriétés oxydatives | Électrode de fusion Soudage sous protection gazeuse (MAG) | Il peut affiner la gouttelette et réduire le courant critique de la transition du jet, réduire la viscosité et la tension superficielle du métal liquide, évitant ainsi les défauts tels que la porosité et les contre-dépouilles. Lorsque soudage de l'acier inoxydablela fraction volumique de O2 ne doit pas dépasser 2%, sinon la surface de la soudure s'oxydera fortement, ce qui réduira la qualité du joint soudé. Il est utilisé pour le soudage à l'arc à jet et à l'arc pulsé. |
| Ar+N2 | N21～4 | inertie | TIG | Il peut augmenter la rigidité de l'arc et améliorer la formation de la soudure. | |
| Ar+O2+CO2 | O22 LE CO25 | Propriétés oxydatives | MAG | Il est utilisé pour le soudage à l'arc à jet, à l'arc pulsé et à l'arc en court-circuit. | |
| Ar+CO2 | LE CO22.5 | Propriétés oxydatives | MAG | Il est utilisé pour le soudage à l'arc en court-circuit. Lorsque soudage de l'acier inoxydablela fraction volumique maximale de CO2 doit être inférieure à 5%, sinon la pénétration du carbone sera importante. | |
| Ar+O2 | O21～5 ou 20 | Propriétés oxydatives | MAG | Il a un taux de production plus élevé et une meilleure résistance à la porosité. Il est utilisé pour l'arc à jet et les applications de soudage qui nécessitent des soudures de haute qualité. | |
| Acier au carbone et acier faiblement allié | Ar+CO2 | 70（80）/30（20） | Propriétés oxydatives | MAG | Il a une bonne pénétration et peut être utilisé pour les arcs de court-circuit et de transition de jet. |
| Ar+O2+CO2 | 80/15/5 | Propriétés oxydatives | MAG | Il a une bonne pénétration et peut être utilisé pour le soudage au jet, à l'impulsion et à l'arc en court-circuit. | |
| Alliage à base de nickel | Ar+He | Il 20~25 | inertie | TIG MIG | L'apport de chaleur est plus élevé que pour l'Ar pur. |
| Ar+H2 | H2 <6 | Réductibilité | Électrode non fondante | Il peut supprimer et éliminer la porosité CO dans la soudure, augmenter la température de l'arc et l'apport de chaleur. |
Ces dernières années, un gaz mixte Ar grossier a également été promu et appliqué. Sa composition est la suivante : Ar = 96%, O2 ≤ 4%, H2O ≤ 0,0057%, N2 ≤ 0,1%. Le gaz mixte Ar grossier peut non seulement améliorer la formation de la soudure, réduire les projections et améliorer l'efficacité du soudage, mais aussi, lorsqu'il est utilisé pour souder de l'acier à haute résistance faiblement allié d'une résistance à la traction de 500-800 MPa, les propriétés mécaniques du métal soudé sont équivalentes à celles obtenues avec de l'Ar de haute pureté. Le gaz mixte Ar grossier est peu coûteux et présente de bons avantages économiques.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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