Gaz de soudage : Tout ce qu'il faut savoir

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.

1. Classification des gaz de soudage

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.

1.1 Gaz protecteur

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

Tableau 2 : Classification des gaz de protection pour le soudage des métaux noirs

1.2 Gaz pour le soudage et le coupage au gaz

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.

2. Caractéristiques des gaz pour le soudage

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.

Tableau 5 Caractéristiques des différents gaz dans le processus de soudage.

2.1 Dioxyde de carbone gazeux (CO₂)

(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

(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

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

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.

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).

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.

2.2 Argon (Ar)

(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.

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

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.

2.3 Hélium (He)

(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

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

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.

2.4 Propriétés de l'oxygène gazeux

(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

Tableau 16 Principaux paramètres techniques du détendeur de pression pour bouteilles de gaz

Tableau 17 Défauts courants des régulateurs de pression et mesures préventives.

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.

Tableau 19 : Spécifications et principaux paramètres techniques des conteneurs fixes d'oxygène liquide.

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.

2.5 Gaz inflammables

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.

Tableau 22 : Qualités et performances du carbure pour le soudage et le coupage à l'acétylène.

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

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

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.

2,6 Azote (N₂)

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

3. Sélection des gaz de soudage

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.

3.1 Sélection des gaz en fonction des méthodes 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

Tableau 27 Sélection de gaz courants utilisés pour le brasage sous atmosphère protectrice

Tableau 28 Adéquation de divers gaz pour le découpage à l'arc plasma

3.2 Sélection du gaz en fonction du matériau de soudage

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

Tableau 30 Gaz de protection applicable pour différents matériaux soudés pendant le soudage de protection par gaz inerte à polarité de fusion

Tableau 31 Sélection du gaz de protection pour le soudage à l'arc plasma à grand courant

Tableau 32 Sélection du gaz de protection pour le soudage à l'arc plasma à faible courant

3.3 Propriétés et sélection des gaz mixtes

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

Tableau 34 Quelques propriétés physiques et chimiques des mélanges inflammables

(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

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.