Gas per saldatura: Tutto quello che c'è da sapere

Per gas di saldatura si intende principalmente il gas di protezione utilizzato nella saldatura a gas (saldatura a gas con anidride carbonica, saldatura a gas inerte), nonché il gas utilizzato nella saldatura e nel taglio a gas, tra cui l'anidride carbonica (CO₂), gas argon (Ar), gas elio (He), gas ossigeno (O₂), gas combustibili, gas misti, ecc.

Durante la saldatura, il gas di protezione non è solo un mezzo di protezione per l'area di saldatura, ma anche un mezzo gassoso per generare un arco.

La saldatura e il taglio a gas si basano principalmente sulla fiamma ad alta temperatura prodotta dalla combustione del gas per concentrare il calore e completare il processo.

Pertanto, le proprietà del gas (come le proprietà fisiche e chimiche, ecc.) non solo influiscono sull'effetto protettivo, ma anche sull'accensione dell'arco e sulla stabilità del processo di saldatura e taglio.

1. Classificazione del gas di saldatura

In base al ruolo dei vari gas nel processo di lavorazione, gas di saldatura si divide principalmente in gas di protezione e gas utilizzati per la saldatura e il taglio a gas.

1.1 Gas di protezione

Il gas protettivo comprende principalmente anidride carbonica (CO₂), gas argon (Ar), gas elio (He), gas ossigeno (O₂) e idrogeno gassoso (H2).

L'Istituto Internazionale della Saldatura ha sottolineato che i gas protettivi sono classificati in base al loro potenziale di ossidazione e la semplice formula di calcolo per determinare l'indice di classificazione è Indice di classificazione = O₂% + 1/2 CO₂%.

Sulla base di questa formula, i gas protettivi possono essere classificati in cinque categorie in base al loro potenziale di ossidazione. La classe I è un gas inerte o riducente, la M1 è un gas debolmente ossidante, la M2 è un gas moderatamente ossidante e le classi M3 e C sono gas fortemente ossidanti. Gli indici di potenziale di ossidazione di ciascun tipo di gas protettivo sono riportati nella Tabella 1.

La classificazione dei gas protettivi per la saldatura dei metalli neri è riportata nella Tabella 2.

Tabella 1: Indici di potenziale di ossidazione di vari tipi di gas protettivi

Tabella 2: Classificazione dei gas di protezione per la saldatura dei metalli neri

1.2 Gas per saldatura e taglio a gas

In base alle proprietà dei gas, i gas utilizzati per saldatura a gas e il taglio possono essere suddivisi in due categorie: gas ossidanti (O₂) e gas combustibili.

Quando i gas combustibili vengono miscelati con l'ossigeno e bruciati, viene rilasciata una grande quantità di calore, formando una fiamma ad alta temperatura con calore concentrato (la temperatura più alta nella fiamma può generalmente raggiungere 2000~3000℃), che può riscaldare e fondere i metalli.

L'acetilene è comunemente utilizzato come gas combustibile per la saldatura e il taglio a gas. Altri gas combustibili attualmente promossi per l'uso sono il propano, il propilene, il gas di petrolio liquefatto (principalmente propano), il gas naturale (principalmente metano), ecc.

Le proprietà fisiche e chimiche di alcuni gas combustibili comunemente utilizzati sono riportate nella Tabella 3.

Tabella 3 Proprietà fisiche e chimiche di diversi gas combustibili comunemente utilizzati.

2. Caratteristiche dei gas per la saldatura

Il ruolo dei gas nei diversi processi di saldatura o taglio varia e la scelta dei gas è anche legata ai materiali da saldare.

Pertanto, è necessario selezionare gas con proprietà fisiche o chimiche specifiche, anche una miscela di più gas in situazioni diverse.

Le principali proprietà e gli impieghi dei gas comunemente utilizzati nella saldatura e nel taglio sono riportati nella Tabella 4, mentre le caratteristiche dei diversi gas nella processo di saldatura sono riportati nella Tabella 5.

Tabella 4 Caratteristiche principali e usi dei gas comunemente utilizzati nella saldatura.

Tabella 5 Caratteristiche dei diversi gas nel processo di saldatura.

2.1 Gas anidride carbonica (CO₂)

(1) Proprietà della CO₂ gas

CO₂ è un gas ossidante protettivo ed esiste in tre stati: solido, liquido e gassoso. Il CO puro₂ è incolore e inodore. A 0°C e 1 atm (101325 Pa), la densità della CO₂ è di 1,9768 g/L, ovvero 1,5 volte quello dell'aria. LA CO₂ è facilmente solubile in acqua e ha un sapore leggermente acido dopo essere stato sciolto.

Quando la CO₂ riscaldato ad alta temperatura, il gas si decompone in CO e O, rilasciando -283,24 kJ di energia. Poiché l'ossigeno atomico viene rilasciato durante il processo di decomposizione, l'atmosfera dell'arco ha forti proprietà gassose.

Nella zona dell'arco ad alta temperatura, tre gas (CO₂, CO e O2) spesso coesistono a causa della decomposizione della CO₂ gas. Il grado di CO₂ La decomposizione del gas è legata alla temperatura dell'arco durante il processo di saldatura.

Con l'aumentare della temperatura, il grado di reazione di decomposizione diventa più intenso. Quando la temperatura supera i 5000K, quasi tutta la CO₂ si decompone. La relazione tra il grado di decomposizione della CO₂ La figura 1 mostra la decomposizione del gas e la temperatura.

CO liquida₂ è un liquido incolore la cui densità cambia con la temperatura. Quando la temperatura è inferiore a -11℃, la sua densità è maggiore di quella dell'acqua, mentre al di sopra di -11℃ è inferiore a quella dell'acqua. Le proprietà della CO₂ gas sono riportati nella Tabella 6.

Il punto di ebollizione della CO₂ passa da liquido a gas a una temperatura molto bassa (-78℃), quindi la CO₂ viene generalmente utilizzato allo stato liquido, che può essere vaporizzato a temperatura ambiente. A 0°C e a 1 atm, 1 kg di CO₂ può essere vaporizzato in 509L di CO₂ gas.

Tabella 6 Proprietà della CO₂ Pressione del gas

(2) Stoccaggio di CO₂ gas

CO₂ Il gas per la saldatura si presenta spesso sotto forma di CO₂ in bombole d'acciaio, che sono economiche e comode. CO₂ Le bombole sono dipinte di nero ed etichettate con lettere gialle che recitano "Anidride Carbonica Liquefatta". I codici colore per le bombole contenenti i gas di saldatura comunemente utilizzati sono riportati nella Tabella 7.

Tabella 7 Codici colore per le bombole contenenti i gas di saldatura comunemente utilizzati

① Se la pressione di esercizio è di 19,6 MPa, deve essere aggiunta una banda colorata; se la pressione di esercizio è di 29,4 MPa, devono essere aggiunte due bande colorate.

La bombola standard in acciaio per la CO₂ ha solitamente una capacità di 40 kg e può essere riempito con 25 kg di CO₂.

I 25 kg di CO₂ rappresenta circa 80% del volume della bombola, mentre il restante spazio di 20% è riempito con CO gassosa.₂.

Il valore di pressione indicato sul manometro della bombola è la pressione di saturazione di questa parte del gas. Questa pressione dipende dalla temperatura ambiente. Quando la temperatura aumenta, la pressione di saturazione aumenta, mentre quando la temperatura diminuisce, la pressione di saturazione diminuisce.

Solo quando tutta la CO₂ nella bombola d'acciaio è evaporato in gas, la pressione del gas nella bombola diminuirà gradualmente con il consumo di CO₂ gas.

La CO₂ contenuto in una bombola d'acciaio standard può vaporizzare in 12.725 L di CO₂ gas. In base alla selezione di CO₂ portata di gas durante la saldatura (vedi Tabella 8), se il consumo medio di CO₂ gas durante la saldatura è di 10 L/min, uno liquido di CO₂ La bombola può essere utilizzata ininterrottamente per circa 24 ore.

Tabella 8: Selezione delle emissioni di CO₂ portata del gas durante la saldatura

La pressione di un campione di CO₂ La pressione all'interno della bombola di acciaio quando è piena è di 5,0-7,0 MPa. Quando la pressione all'interno della bombola diminuisce durante l'uso, la quantità di acqua vaporizzata dall'umidità disciolta nel liquido CO₂ aumenta anch'esso.

La relazione tra il contenuto di acqua nella CO₂ e la pressione all'interno della bombola è illustrata nella Figura 6.2.

I dati empirici mostrano che quando la pressione del gas all'interno della bombola è inferiore a 0,98 MPa (a 20℃), la CO₂ nella bombola d'acciaio non dovrebbe più essere utilizzato perché la CO₂ è praticamente evaporato.

Se continua ad essere utilizzato, difetti di saldatura Come ad esempio i pori che si formano nel metallo saldato, e il gas CO2 deve essere ricaricato.

(3) La purezza della CO₂ gas per saldatura

La frazione di massa dell'acqua che può essere disciolta nella CO liquida è di circa 1,5 milioni di euro.₂ è 0,05% e l'acqua in eccesso si deposita sul fondo del cilindro allo stato libero.

Queste molecole d'acqua evaporano con la CO₂ durante il processo di saldatura e si mescolano alla CO₂ gas, entrando direttamente nell'area di saldatura.

Pertanto, l'umidità è la principale impurità nociva della CO₂ gas. Il contenuto di idrogeno nel metallo saldato varia a seconda dell'umidità del gas CO₂ gas, come mostrato nella Tabella 9.

La relazione tra le emissioni di CO₂ Il punto di rugiada e il contenuto di idrogeno del metallo saldato sono illustrati nella Figura 3.

Tabella 9: Contenuto di idrogeno del metallo saldato a diversi livelli di umidità di CO₂ gas.

Poiché il contenuto di acqua nella CO₂ (cioè con l'aumento della temperatura del punto di rugiada), il contenuto di idrogeno nel metallo saldato aumenta gradualmente, la plasticità diminuisce e possono verificarsi anche difetti come i pori.

Pertanto, la CO₂ Il gas utilizzato per la saldatura deve avere un'elevata purezza. I requisiti tecnici per la CO₂ utilizzati per la saldatura sono riportati nella Tabella 10.

In Cina, il requisito generale è che le emissioni di CO₂ > 99%, O₂ < 0,1%, H₂O < 0,05%; mentre in alcuni paesi stranieri la CO₂ > 99,8%, H₂O < 0,0066%, punto di rugiada inferiore a -40℃ (equivalente alla Classe I della GB).

Tabella 10: Requisiti tecnici per la CO₂ utilizzati per la saldatura (GB 6052-85).

Se la CO₂ Il gas utilizzato nel sito di produzione ha un elevato contenuto di acqua e una bassa purezza, quindi deve essere purificato. I metodi di purificazione comunemente utilizzati sono i seguenti:

a. Invertire la nuova scatola di CO₂ e lasciarlo riposare per 1-2 ore in modo che l'acqua si depositi sul fondo. Aprire quindi la valvola della bombola capovolta e scaricare l'acqua per 2-3 volte, con un intervallo di circa 30 minuti tra uno scarico e l'altro. Dopo lo scarico, riportare la bombola in acciaio in posizione verticale.

b. Prima di utilizzare la bombola d'acciaio dopo il trattamento di drenaggio dell'acqua, rilasciare il gas in modo continuo per 2-3 minuti, poiché il gas nella parte superiore contiene solitamente più aria e acqua, che sono stati mescolati nella bombola durante il riempimento.

c. Collegare un essiccatore ad alta pressione e un essiccatore a bassa pressione in serie nel serbatoio di CO₂ tubazione di alimentazione. L'essiccante può essere gel di silice, ossido di calcio anidro o solfato di rame disidratato per ridurre ulteriormente il contenuto di acqua nella CO₂ gas. L'essiccante usato può essere essiccato e riutilizzato.

d. Non utilizzare il sistema di controllo della CO₂ quando la pressione del gas all'interno del cilindro scende a 0,98 MPa.

Quando la CO₂ viene utilizzato come gas di schermatura per la saldatura in spazi poco ventilati o stretti, è necessario rafforzare le misure di ventilazione per evitare la concentrazione di CO₂ di superare la concentrazione consentita (30 kg/m2 ) prevista dalle normative nazionali, con conseguenze sulla salute dei saldatori.

2,2 Argon (Ar)

(1) Proprietà dell'argon

L'argon è il gas raro più abbondante nell'aria dopo l'azoto e l'ossigeno, con una frazione di volume di circa 0,935%.

L'argon è incolore e inodore. A 0℃ e 1 atm (101325 Pa), la sua densità è di 1,78 g/L, circa 1,25 volte quella dell'aria. Il punto di ebollizione dell'argon è -186℃, tra i punti di ebollizione dell'ossigeno (-183℃) e dell'azoto (-196℃). L'argon può essere ottenuto contemporaneamente alla produzione di ossigeno mediante distillazione frazionata dell'aria liquida.

L'argon è un gas inerte che non reagisce chimicamente con i metalli durante la saldatura e non si scioglie nel metallo liquido.

Pertanto, può evitare la perdita di elementi metallici nella saldatura e altri difetti di saldatura, rendendo la reazione metallurgica di saldatura semplice e facile da controllare, fornendo condizioni favorevoli per ottenere saldature di alta qualità.

La relazione tra conduttività termica e temperatura di Ar, He, H₂, e N₂ è mostrato nella Figura 4. Si può notare che l'argon ha la conducibilità termica più bassa e appartiene a un gas monoatomico, che non assorbe calore a causa della decomposizione ad alte temperature.

Pertanto, la perdita di calore dell'arco generato nel gas argon è relativamente ridotta. L'argon ha un'elevata densità e non si perde facilmente durante la protezione, con conseguente buon effetto protettivo. Il filo metallico può facilmente passare in un flusso di getto assiale stabile, con spruzzi minimi.

(2) Stoccaggio di argon

L'argon può essere immagazzinato e trasportato in forma liquida al di sotto dei -184℃, ma le bombole di acciaio riempite di gas argon sono comunemente utilizzate per la saldatura. La bombola di gas argon è dipinta di grigio argento e contrassegnata dal colore verde (Ar).

Attualmente, i volumi delle bombole di gas argon comunemente utilizzate in Cina sono 33L, 40L e 44L. Quando la bombola è piena e viene posizionata a 20℃, la pressione all'interno della bombola deve essere di 15 MPa.

È severamente vietato urtare o collidere con la bombola di gas argon durante l'uso; non utilizzare il fuoco per scongelare la valvola quando si congela; non utilizzare macchine elettromagnetiche per il sollevamento di pesi per trasportare le bombole di gas argon; evitare l'esposizione alla luce solare in estate; il gas all'interno della bombola non deve essere completamente esaurito; le bombole di gas argon devono essere generalmente tenute in posizione verticale.

Nota: il contenuto di gas è espresso in frazione di volume; il contenuto di umidità è espresso in frazione di massa.

Tabella 12 Purezza dell'argon utilizzato per la saldatura di diversi materiali

Se il contenuto di impurità del gas argon supera lo standard specificato durante la saldatura, non solo influisce sulla protezione del metallo fuso, ma causa anche facilmente difetti come porosità e inclusione di scorie nella saldatura, che influiscono sulla qualità del giunto di saldatura e aumentano la perdita di bruciatura dell'elettrodo di tungsteno.

2.3 Elio (He)

(1) Proprietà del gas elio

Anche l'elio è un gas inerte incolore e inodore che non forma composti con altri elementi come il gas argon. È un gas monoatomico ed è difficile da sciogliere in altri metalli. Il suo punto di ebollizione è -269℃.

Il gas elio ha un alto potenziale di ionizzazione, che rende difficile la saldatura ad arco. Rispetto al gas argon, il gas elio ha una conducibilità termica più elevata, con conseguente aumento della tensione e della temperatura dell'arco a parità di corrente di saldatura e intensità dell'arco.

Di conseguenza, l'apporto di calore del metallo di base è più elevato, la velocità di saldatura è più veloce, la colonna d'arco è più sottile e concentrata e la penetrazione della saldatura è maggiore. Questo è il principale vantaggio dell'utilizzo del gas elio per la saldatura ad arco, ma la stabilità dell'arco è leggermente inferiore a quella della saldatura ad arco con argon.

A causa del suo leggero peso atomico e della sua piccola densità, per proteggere efficacemente l'area di saldatura è necessaria una portata di gas elio molto maggiore.

A causa del suo prezzo elevato, viene utilizzato solo in alcune applicazioni speciali, come la saldatura di componenti chiave come le barre di raffreddamento dei reattori nucleari e le barre di spessore elevato. leghe di alluminio. Le caratteristiche del gas argon e del gas elio durante la saldatura sono confrontate nella Tabella 13.

Tabella 13 Confronto delle caratteristiche dei gas Argon ed Elio durante la saldatura

Poiché l'arco di gas elio è instabile e l'effetto di pulizia del catodo non è evidente, la saldatura ad arco di tungsteno-elio utilizza generalmente un collegamento positivo in corrente continua. Anche per la saldatura dell'alluminio magnesio e le loro leghe, non è possibile utilizzare una fonte di alimentazione CA. L'arco di elio ha una generazione di calore ampia e concentrata, una forte penetrazione dell'arco e, quando l'arco è breve, anche la connessione positiva in corrente continua ha un certo effetto sulla rimozione del film di ossido.

Nella saldatura ad arco di elio in corrente continua a collegamento positivo di leghe di alluminio, il passaggio singolo spessore di saldatura può raggiungere i 12 mm e la saldatura anteriore e posteriore può raggiungere i 20 mm. Rispetto alla saldatura ad arco di argon in c.a., ha una maggiore profondità di fusione, più stretta e più resistente. cordone di saldaturaLa saldatura ad arco con argon è più semplice, con una deformazione minore, una zona di rammollimento più piccola e una minore sovracombustione del metallo. Per le leghe di alluminio di rinforzo trattate termicamente, le proprietà meccaniche a temperatura ambiente e a bassa temperatura dei giunti sono migliori di quelle della saldatura ad arco di argon in corrente alternata.

(2) Purezza del gas elio utilizzato per la saldatura

Come gas protettivo utilizzato per la saldatura, la purezza del gas elio deve essere generalmente compresa tra 99,9% e 99,999%. Inoltre, dipende anche dal tipo, dalla composizione e dalle prestazioni del metallo di base da saldare e dai requisiti di qualità del prodotto. giunto di saldatura.

In generale, per evitare che i metalli si ossidino o si nitrurazione Durante la saldatura di metalli attivi e per migliorare la qualità del giunto di saldatura, è necessario scegliere un gas elio di elevata purezza. I requisiti tecnici per l'utilizzo del gas elio per la saldatura sono illustrati nella Tabella 14.

Tabella 14 Requisiti tecnici dell'utilizzo del gas elio per la saldatura

Nota: il contenuto di gas nella tabella è espresso in frazione di volume, mentre il contenuto di acqua è espresso in frazione di massa.

2.4 Proprietà del gas ossigeno

(1) Proprietà del gas ossigeno:

L'ossigeno gassoso è un gas incolore, inodore, insapore e non tossico a temperatura e pressione ambiente. A 0℃ e 1 atm (101325Pa), la densità dell'ossigeno gassoso è di 1,43 kg/m3, superiore a quella dell'aria. La temperatura di liquefazione dell'ossigeno è di -182,96℃ e l'ossigeno liquido è di colore azzurro. A temperatura ambiente, l'ossigeno esiste in grandi quantità sotto forma di composti e di stati liberi nell'aria e nell'acqua.

L'ossigeno gassoso di per sé non può bruciare, ma è un gas altamente attivo che favorisce la combustione e può reagire con molti elementi per produrre ossidi. In generale, le reazioni di ossidazione intensa sono definite combustione. La saldatura e il taglio a gas utilizzano come fonti di calore i gas combustibili e il calore rilasciato dalla combustione dell'ossigeno.

(2) Produzione di gas ossigeno:

Esistono molti metodi per produrre ossigeno gassoso, come i metodi chimici, l'elettrolisi dell'acqua e la liquefazione dell'aria.

Tuttavia, nella produzione industriale è ampiamente utilizzato il metodo della liquefazione dell'aria. L'aria viene compressa e raffreddata al di sotto di -196℃ per trasformarla in un liquido. Poi, con l'aumento della temperatura, l'azoto contenuto nell'aria liquida evapora in un gas quando la temperatura sale a -196℃.

Quando la temperatura continua a salire fino a -183℃, l'ossigeno inizia a vaporizzare. L'ossigeno gassoso viene quindi compresso a 120-150 atm da un compressore e conservato in speciali bombole di ossigeno per l'uso e lo stoccaggio.

(3) Stoccaggio di gas ossigeno:

L'ossigeno gassoso viene generalmente stoccato e trasportato in speciali bombole di ossigeno, la cui parte esterna deve essere dipinta di azzurro e contrassegnata con la scritta "ossigeno" in vernice nera.

Le bombole di ossigeno devono essere ispezionate ogni 3-5 anni presso la fabbrica di gonfiaggio durante l'uso, controllando il volume e la qualità della bombola, oltre a verificare la presenza di corrosione e crepe. Le dimensioni e la capacità di riempimento delle bombole di ossigeno comunemente utilizzate sono riportate nella Tabella 15.

L'erogazione del gas di ossigeno durante il funzionamento è regolata principalmente dal riduttore di pressione della bombola. I principali parametri tecnici del riduttore di pressione per le bombole di ossigeno sono riportati nella Tabella 16, mentre i guasti più comuni e le misure di prevenzione del riduttore di pressione sono riportate nella Tabella 17.

Tabella 15 Dimensioni e capacità di riempimento delle bombole di ossigeno comunemente utilizzate

Tabella 16 Parametri tecnici principali del regolatore di pressione per bombole di gas

Tabella 17 Guasti comuni dei regolatori di pressione e misure preventive.

Rispetto all'ossigeno gassoso, l'ossigeno liquido presenta i vantaggi del basso consumo energetico, dell'elevata purezza dell'ossigeno fornito (fino a 99,9% o più) e dell'elevata efficienza di trasporto. Pertanto, l'ossigeno industriale viene talvolta fornito in forma liquida. Le modalità di fornitura di ossigeno liquido agli utenti o in loco sono le seguenti:

a. Predisporre un serbatoio di stoccaggio dell'ossigeno gassoso nel reparto utente e riempire il serbatoio con ossigeno gassoso proveniente dal serbatoio di trasporto dei liquidi dotato di apparecchiature di vaporizzazione e compressione.

b. Predisporre un serbatoio di stoccaggio liquidi e un'apparecchiatura di vaporizzazione nel reparto utente e riempire il serbatoio con ossigeno liquido proveniente dal serbatoio di trasporto dell'ossigeno liquido.

c. Installare piccoli contenitori di ossigeno liquido e i corrispondenti vaporizzatori su carrelli, configurarli in loco e spostarli in qualsiasi momento in base alle esigenze di utilizzo. Questo metodo è adatto solo a fabbriche e siti con un consumo di ossigeno ridotto.

Esistono due tipi di serbatoi di ossigeno liquido: mobili e fissi. Le specifiche e i principali parametri tecnici dei serbatoi mobili di ossigeno liquido sono riportati nella Tabella 18, mentre quelli dei serbatoi fissi di ossigeno liquido sono riportati nella Tabella 19.

Tabella 18: Specifiche e principali parametri tecnici dei contenitori mobili per ossigeno liquido.

Tabella 19: Specifiche e principali parametri tecnici dei contenitori fissi di ossigeno liquido.

Poiché l'ossigeno è un gas di supporto alla combustione con proprietà estremamente attive, quando la bombola è piena la pressione può raggiungere le 150 atmosfere. Se non viene maneggiato con cura durante l'uso e il trasporto dell'ossigeno, sussiste il rischio di esplosione.

Pertanto, è necessario prestare particolare attenzione ai seguenti punti:

a) A prova di olio. È vietato toccare la bombola di ossigeno e le sue attrezzature accessorie con guanti sporchi di olio; durante il trasporto, non deve mai essere collocata insieme a sostanze infiammabili e oli.

b) A prova di urto. Le bombole di ossigeno devono essere posizionate in modo sicuro per evitare vibrazioni che possono causare esplosioni di ossigeno. Quando sono in piedi, si devono usare cerchi di ferro o catene per fissarle; quando sono sdraiate, si devono usare cuscinetti di legno per evitare il rotolamento e si devono installare due ammortizzatori di gomma sul corpo della bombola. Per il trasporto è necessario utilizzare un veicolo dedicato.

c) Resistente al calore. Le bombole di ossigeno, sia in fase di stoccaggio che di trasporto, devono essere tenute ad almeno 10 m di distanza dalle fonti di calore. In estate, quando si lavora all'aperto alla luce del sole, devono essere coperte con un telo per evitare esplosioni.

d) Antigelo. Quando si utilizza una bombola di ossigeno in inverno, se la valvola della bombola si congela, coprirla con un panno imbevuto di acqua calda per scongelarla. In nessun caso si deve usare il fuoco per riscaldarla e sbrinarla, per evitare di provocare incidenti da esplosione.

e) Prima di aprire la valvola della bombola di ossigeno, verificare che il dado di pressione sia serrato. La rotazione del volantino deve essere fluida, senza eccessiva forza, e le persone devono stare a lato dell'uscita dell'ossigeno. Quando si utilizza l'ossigeno, non consumare tutto l'ossigeno presente nella bombola, lasciando almeno 1-3 atmosfere di ossigeno.

f) Quando la bombola di ossigeno non è in uso, il coperchio di protezione deve essere posizionato sulla valvola per evitare danni.

g) Durante la riparazione della valvola della bombola di ossigeno, occorre prestare particolare attenzione alla sicurezza per evitare che la bombola esploda.

(4) Purezza dell'ossigeno di saldatura

Poiché l'ossigeno industriale viene solitamente prodotto per liquefazione e separazione dell'aria, spesso contiene azoto. La presenza di azoto durante la saldatura e il taglio non solo abbassa la temperatura della fiamma, incidendo sull'efficienza produttiva, ma reagisce anche con il ferro fuso formando nitruro di ferro, riducendo la resistenza della saldatura.

Pertanto, la purezza dell'ossigeno ha un grande impatto sull'efficienza e sulla qualità della saldatura e del taglio a gas. Maggiore è la purezza dell'ossigeno utilizzato per la saldatura e il taglio a gas, soprattutto per il taglio, meglio è.

L'ossigeno è anche comunemente usato come gas aggiuntivo per la saldatura a gas inerte schermato per affinare le gocce, superare la deriva del punto catodico dell'arco, aumentare l'apporto di calore al metallo base e migliorare la velocità di saldatura.

Tabella 20: Requisiti tecnici dell'ossigeno per saldatura allo stato gassoso. Per la saldatura e il taglio a gas di alta qualità si deve utilizzare ossigeno di prima qualità di classe I o II ad alta purezza per ottenere la conduttività termica richiesta.

2.5 Gas infiammabili

Esistono molti tipi di gas infiammabili utilizzati per la saldatura, ma attualmente i più utilizzati nella saldatura e nel taglio a gas sono il gas acetilene (C₂H₂), seguito dal gas propano.

Anche l'idrogeno gassoso, il gas naturale o il gas di carbone possono essere utilizzati come gas infiammabili, a seconda delle condizioni locali o del materiale da saldare o tagliare. Quando si sceglie un gas infiammabile, si devono considerare i seguenti fattori:

a) Il calore generato deve essere elevato, il che significa che la quantità di calore rilasciata dalla combustione completa del gas infiammabile per unità di volume deve essere elevata.

b) La temperatura della fiamma deve essere elevata, generalmente riferita alla temperatura più alta della fiamma che brucia in ossigeno.

c) La quantità di ossigeno necessaria per la combustione di un gas infiammabile deve essere ridotta, per migliorarne l'economia.

d) L'intervallo limite di esplosività deve essere ridotto.

e) Il trasporto deve essere relativamente comodo.

(1) Acetilene (C₂H₂)

1) Proprietà dell'acetilene

L'acetilene è un idrocarburo insaturo (C₂H₂), un gas incolore a temperatura ambiente e a una pressione di 1 atmosfera (101325Pa). In genere, quando si salda con l'acetilene, si avverte un odore particolare dovuto a impurità come H₂S e PH₃.

La temperatura della fiamma dell'acetilene che brucia in ossigeno puro può raggiungere circa 3150℃ e il calore è relativamente concentrato. Attualmente è il gas infiammabile più utilizzato nella saldatura e nel taglio a gas.

La densità dell'acetilene è di 1,17 kg/m3. Il punto di ebollizione dell'acetilene è -82,4℃ e diventa liquido a -83,6℃. A temperature inferiori a -85℃, diventa solido. L'acetilene gassoso può essere disciolto in acqua, acetone e altri liquidi. A 15℃ e a una pressione di 1 atmosfera, 1 litro di acetone può sciogliere 23 litri di acetilene. Quando la pressione viene aumentata a 1,42MPa, 1L di acetone può sciogliere circa 400L di acetilene.

L'acetilene è un gas esplosivo e le sue caratteristiche di esplosione sono le seguenti:

a) Quando la pressione dell'acetilene puro raggiunge 0,15 MPa e la temperatura raggiunge 580-600℃, esplode se esposto al fuoco. La pressione dell'acetilene nel generatore e nella tubazione non deve superare 0,13MPa.

b) Quando l'acetilene viene miscelato con aria o ossigeno, l'esplosività aumenta notevolmente. Quando l'acetilene viene miscelato con aria, calcolata in volume, quando l'acetilene rappresenta 2,2%-81%; quando l'acetilene viene miscelato con ossigeno, calcolata in volume, quando l'acetilene rappresenta 2,8%-93%, il gas miscelato si incendia spontaneamente (temperatura di accensione spontanea).8%-93%, il gas miscelato si incendia spontaneamente (la temperatura di accensione spontanea della miscela acetilene-aria è di 305℃ e la temperatura di accensione spontanea della miscela acetilene-ossigeno è di 300℃), oppure esplode se esposto a scintille, anche a pressione normale.

L'acetilene miscelato con cloro gassoso, ipoclorito e altre sostanze esplode se esposto alla luce solare o al calore. L'acetilene miscelato con azoto, monossido di carbonio e vapore acqueo riduce il rischio di esplosione.

c) L'acetilene può anche formare sostanze esplosive come l'acetilene rame e l'acetilene argento quando viene a contatto per lungo tempo con rame, argento, ecc.

d) Sciogliere l'acetilene in un liquido può ridurne notevolmente l'esplosività.

e. L'esplosività dell'acetilene è legata alla forma e alle dimensioni del contenitore utilizzato per lo stoccaggio. I contenitori con diametri più piccoli hanno minori probabilità di esplodere. L'acetilene può essere immagazzinato in contenitori con materiali a forma di capillare e, anche se la pressione aumenta a 2,65 MPa, non si verificano esplosioni.

2) L'acetilene industriale è prodotto principalmente dalla decomposizione del carburo attraverso generatori di acetilene.

Esistono diversi tipi di generatori di acetilene comunemente utilizzati per la produzione di acetilene, che possono essere classificati in base alla pressione prodotta: generatori di acetilene a media pressione (che producono gas acetilene a una pressione relativa di 0,0069-0,127 MPa) e generatori di acetilene a bassa pressione (che producono gas acetilene a una pressione relativa inferiore a 0,0069 MPa).

Possono essere classificati anche in base alle diverse modalità di contatto tra il carburo e l'acqua, come il drenaggio, il carburo in acqua e i metodi di drenaggio combinati. In base alla loro forma posizionale, possono essere ulteriormente classificati in tipi mobili o fissi. I tipi e le specifiche tecniche dei generatori di acetilene a media pressione sono riportati nella Tabella 21.

Per la saldatura a gas di alta qualità, si deve utilizzare acetilene purificato ed essiccato. Il carburo industriale viene prodotto fondendo calce viva e coke in un forno elettrico. Il livello di qualità e le prestazioni del carburo utilizzato per la saldatura e il taglio con gas acetilene devono soddisfare i requisiti specificati nella Tabella 22.

Tabella 21. Tipi e specifiche tecniche dei generatori di acetilene a media pressione.

Tabella 22: Gradi di qualità e prestazioni del carburo per la saldatura e il taglio con gas acetilene.

3) Stoccaggio del gas acetilene

A causa del rischio di esplosione in presenza di pressione, l'imbottigliamento diretto in pressione non può essere utilizzato per lo stoccaggio dell'acetilene. Nell'industria si sfrutta la sua elevata solubilità nell'acetone e l'acetilene viene riempito in contenitori che contengono acetone o una sostanza porosa, comunemente noti come acetilene disciolto o acetilene imbottigliato.

La bombola di acetilene è solitamente dipinta di bianco con la scritta "acetilene" in rosso. La bombola è riempita di materiale poroso imbevuto di acetone, che consente di immagazzinare in modo sicuro l'acetilene a una pressione di 1,5 MPa all'interno della bombola.

Prima dell'uso, è necessario utilizzare un regolatore di acetilene per ridurre la pressione al di sotto di 0,103 MPa. Il materiale poroso è in genere una miscela di carbone attivo leggero e poroso, segatura, pomice e diatomee.

Per la saldatura è generalmente richiesta una purezza dell'acetilene superiore a 98%. Le condizioni di riempimento sono regolamentate: una pressione di riempimento non superiore a 1,55 MPa a 15°C. L'acetilene in bottiglia è attualmente un metodo ampiamente promosso e applicato grazie alla sua sicurezza, convenienza ed economia.

(2) Gas di petrolio

Il gas di petrolio è un prodotto o sottoprodotto della lavorazione del petrolio. I gas utilizzati nel taglio includono gas elementari come il propano e l'etilene, nonché sottoprodotti come i gas misti multicomponenti provenienti dalla raffinazione, solitamente composti da propano, butano, pentano e butene.

1) Propano (C3H8)

Il propano è un gas combustibile comunemente utilizzato nel taglio, con una massa molecolare relativa di 44,094. Il suo potere calorifico totale è superiore a quello dell'acetilene, ma il calore di combustione di una molecola di massa unitaria è inferiore a quello dell'acetilene. Di conseguenza, la temperatura della fiamma è più bassa e il calore della fiamma è più disperso. La formula della reazione chimica per la combustione completa del propano in ossigeno puro è: C3H8 + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O (1)

Dall'equazione sopra riportata, si evince che il consumo teorico di ossigeno di 1 volume di propano completamente bruciato è di 5 volumi. Quando il propano viene bruciato in aria, il consumo effettivo di ossigeno è di 3,5 volumi, formando una fiamma neutra con una temperatura di 2520 °C. La temperatura massima della fiamma ossidante è di circa 2700°C. La velocità di combustione della fiamma neutra ossigeno-propano è di 3,9 m/s, il pericolo di tempra è ridotto e l'intervallo di esplosione è ristretto, compreso tra 23% e 95% in ossigeno. Tuttavia, il suo consumo di ossigeno è superiore a quello dell'acetilene, ha un punto di accensione elevato e non è facile da accendere.

2）Propilene (C3H6)

Il propilene ha una massa molecolare relativa di 42,078, con un potere calorifico totale inferiore a quello del propano ma una temperatura di fiamma più elevata. La formula della reazione chimica per la combustione completa del propilene in ossigeno puro è:

C3H6 + 4,5O₂ → 3CO₂ + 3H₂O (2)

Il consumo teorico di ossigeno di 1 volume di propilene completamente bruciato è di 4,5 volumi. Quando viene bruciato in aria, il consumo effettivo di ossigeno è di 2,6 volumi, con formazione di una fiamma neutra con una temperatura di 2870°C. Quando il rapporto propilene/ossigeno è 1:3,6, si può formare una fiamma ossidante, con una temperatura di fiamma più elevata.

Grazie al suo minore consumo di ossigeno rispetto al propano e alla maggiore temperatura di fiamma, il propilene è stato utilizzato come gas da taglio in alcuni paesi.

3）Butano (C4H10)

Il butano ha una massa molecolare relativa di 58,12, con un potere calorifico totale superiore a quello del propano. La formula della reazione chimica per la combustione completa del butano in ossigeno puro è:

C₄H₁₀ + 6.5O₂ → 4CO₂ + 5H₂O

Il consumo teorico di ossigeno di 1 volume di butano completamente bruciato è di 6,5 volumi. Se bruciato in aria, il consumo effettivo di ossigeno è di 4,5 volumi, superiore a quello del propano. Il butano miscelato con ossigeno o aria ha un intervallo di esplosività ristretto (frazione di volume compresa tra 1,5% e 8,5%) e non è soggetto a ritorni di fiamma. Tuttavia, a causa della sua bassa temperatura di fiamma, non può essere utilizzato da solo come combustibile da taglio.

4）Gas di petrolio liquefatto

Il gas di petrolio liquefatto è un sottoprodotto della lavorazione del petrolio, composto principalmente da idrocarburi come propano (C3H8), butano (C4H10), propilene (C3H6), butene (C4H8) e piccole quantità di acetilene (C₂H₂), etilene (C₂H₂), pentano (C₅H₁₂), ecc. Questi idrocarburi esistono in fase gassosa a temperature ordinarie e a pressione atmosferica, ma possono essere liquefatti a una pressione di circa 0,8-1,5 MPa per lo stoccaggio e il trasporto.

Nell'industria viene generalmente utilizzato il gas di petrolio gassoso. Il gas di petrolio è un gas incolore leggermente odoroso, con una densità maggiore di quella dell'aria a condizioni standard, circa 1,8-2,5 kg/m³. I componenti principali del gas di petrolio liquefatto possono formare miscele esplosive con l'aria o l'ossigeno, ma la gamma esplosiva è relativamente ridotta rispetto all'acetilene. Il gas di petrolio liquefatto è più economico e sicuro dell'acetilene, con un rischio minore di ritorno di fiamma.

Tuttavia, richiede più ossigeno per una combustione sicura, ha una temperatura di fiamma più bassa e brucia più lentamente. Pertanto, sono necessarie modifiche per le torce da taglio che utilizzano gas di petrolio liquefatto, che richiedono aree di uscita del gas più grandi per ridurre la portata e garantire una buona combustione.

Quando si utilizza il gas di petrolio liquefatto per il taglio, è necessario prestare attenzione alla regolazione della pressione di alimentazione del gas, che viene generalmente ottenuta attraverso l'apparecchiatura di alimentazione del gas di petrolio liquefatto. L'attrezzatura di alimentazione del gas di petrolio liquefatto comprende principalmente bombole di gas, vaporizzatori e regolatori.

① Bombole di gas

La capacità delle bombole di gas varia a seconda della quantità e dell'utilizzo da parte dell'utente. Nell'industria si utilizzano comunemente bombole di gas con capacità di 30 kg; se l'unità utilizza una grande quantità di gas di petrolio liquefatto, si possono produrre anche serbatoi di stoccaggio di grandi dimensioni, da 1,5 e 3,5 tonnellate.

I materiali di produzione delle bombole di gas possono adottare acciaio 16Mn, acciaio di Classe A Q235o acciaio al carbonio No.20 di alta qualità. La pressione massima di esercizio della bombola di gas è di 1,6MPa e la pressione di prova idrostatica è di 3MPa. La bombola di gas di petrolio liquefatto è rivestita esternamente di colore grigio-argento e reca la dicitura "gas di petrolio liquefatto".

Le specifiche delle bombole per gas di petrolio liquefatto comunemente utilizzate sono riportate nella Tabella 23. Dopo il collaudo e la verifica della bombola, la targhetta metallica fissata sul corpo della bombola deve indicare il fabbricante, il numero, la qualità, la capacità, la data di fabbricazione, la data di ispezione, la pressione di esercizio, la pressione di prova, nonché il timbro in acciaio del reparto di ispezione del fabbricante.

Tabella 23: Specifiche delle bombole di gas di petrolio liquefatto comunemente utilizzate

② Vaporizzatore

Conosciuto anche come scambiatore di calore a serpentina, la sua struttura è illustrata nella Figura 5. Il gas di petrolio liquefatto scorre attraverso il tubo interno, mentre il tubo esterno è riempito di acqua calda alla temperatura di 40-50°C, che fornisce il calore necessario per l'evaporazione del gas di petrolio liquefatto.

L'acqua calda che scorre attraverso il tubo esterno può essere fornita da una fonte esterna o riscaldata bruciando il gas di petrolio liquefatto stesso. Il combustibile consumato per riscaldare l'acqua rappresenta solo circa 2,5% dell'intera quantità di gassificazione del gas di petrolio. I vaporizzatori vengono solitamente presi in considerazione per l'uso solo in presenza di una grande quantità di utenti, di un elevato contenuto di butano nel gas di petrolio liquefatto, di una bassa pressione del vapore saturo e di un funzionamento all'aperto in inverno.

Regolatore

La sua struttura è illustrata nella Figura 6. Il regolatore ha due funzioni: ridurre la pressione nella bombola del gas alla pressione di esercizio richiesta e stabilizzare la pressione di uscita e garantire un'alimentazione uniforme del gas.

Il vantaggio principale del regolatore è che la pressione del gas in uscita può essere regolata entro un certo intervallo. In genere, i regolatori domestici vengono utilizzati per tagliare piastre di acciaio di spessore generale e la pressione di uscita è di 2-3 MPa. Sostituendo la molla, la pressione di uscita del regolatore domestico può essere aumentata a circa 25 MPa.

Tuttavia, durante la modifica, è necessario assicurarsi che la molla della valvola di sicurezza non perda aria. Il metodo specifico consiste nel serrare la molla della valvola di sicurezza. Se l'utilizzo di gas di petrolio liquefatto è eccessivo, è necessario utilizzare un regolatore di grandi dimensioni. Se il gas di petrolio liquefatto viene immagazzinato in una bombola di acetilene, è possibile utilizzare un regolatore per acetilene.

Per il taglio di piastre di acciaio di spessore generale, la pressione di uscita del regolatore è di circa 2,5 MPa per il taglio manuale e di 10-30 MPa per il taglio automatico. Il regolatore deve essere acceso con una fiamma libera e, dopo l'accensione, la portata di ossigeno e gas propano deve essere aumentata fino a quando la fiamma non raggiunge la lunghezza minima, è di colore blu ed è accompagnata da un sibilo. Quando la temperatura della fiamma è massima, si può procedere al preriscaldamento e al taglio.

(3) Gas naturale

Il gas naturale è un prodotto dei giacimenti di petrolio e gas e la sua composizione varia a seconda del luogo di origine. Il suo componente principale è il metano (CH4), che appartiene anch'esso agli idrocarburi. Il metano è un gas incolore con un leggero odore a temperatura ambiente. La sua temperatura di liquefazione è di -162℃. Può anche esplodere se mescolato con aria o ossigeno.

L'intervallo di esplosività della miscela metano-ossigeno va da 5,4% a 59,2% (frazione di volume). La velocità di combustione del metano in ossigeno è di 5,5 m/s. Quando il metano brucia completamente in ossigeno puro, l'equazione chimica è:

CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O (4)

Dall'equazione sopra riportata, si evince che il rapporto teorico di consumo di ossigeno è di 1:2. Il rapporto effettivo di consumo di ossigeno per la formazione di fiamme neutre quando si brucia in aria è di 1:1,5 e la temperatura della fiamma è di circa 2540℃, molto inferiore a quella dell'acetilene.

Pertanto, per il taglio è necessario un tempo di preriscaldamento più lungo. Solitamente viene utilizzato come combustibile da taglio in aree con abbondanza di gas naturale.

(4) Idrogeno (H₂)

L'idrogeno è un gas incolore, inodore e combustibile. L'idrogeno ha la massa atomica relativa più piccola ed è solubile in acqua. L'idrogeno gassoso ha la più alta velocità di diffusione e un'elevata conducibilità termica. La sua conducibilità termica è 7 volte quella dell'aria.

È estremamente incline alle perdite, ha una bassa energia di accensione ed è uno dei gas infiammabili ed esplosivi più pericolosi. Il suo punto di combustione spontanea in aria è di 560℃, mentre in ossigeno è di 450℃. La temperatura della fiamma idrogeno-ossigeno può raggiungere i 2660℃ (fiamma neutra). L'idrogeno gassoso ha forti proprietà riducenti. Ad alte temperature, può ridurre i metalli dagli ossidi metallici.

I metodi comuni per la preparazione dell'idrogeno gassoso includono il cracking della benzina grezza, il cracking dell'acqua ammoniacale e l'elettrolisi dell'acqua. L'idrogeno gassoso può essere pressurizzato in una bombola d'acciaio. La pressione di carica a 21℃ è di 14MPa (pressione relativa).

L'idrogeno gassoso è comunemente usato nel taglio e nella saldatura al plasma; talvolta è usato nella saldatura al piombo; l'aggiunta di una quantità adeguata di H₂ ad Ar durante la saldatura con elettrodo di fusione a gas schermante può aumentare il calore in ingresso del materiale di base, migliorare la velocità e l'efficienza della saldatura. I requisiti tecnici per l'utilizzo di idrogeno gassoso durante la saldatura o il taglio a gas sono elencati nella Tabella 24.

Tabella 24: Requisiti tecnici per l'utilizzo dell'idrogeno gassoso durante la saldatura o il taglio a gas

Nota: il contenuto di ossigeno nell'idrogeno ultrapuro e nell'idrogeno ad alta purezza si riferisce alla quantità totale di ossigeno e argon; l'idrogeno ultrapuro si riferisce all'idrogeno da condotta, escluso l'idrogeno in bottiglia.

2,6 Azoto (N₂)

L'azoto rappresenta circa 78% del volume dell'aria a temperatura ambiente. Il suo punto di ebollizione è -196℃. L'azoto ha un basso potenziale di ionizzazione e una massa atomica relativa inferiore a quella dell'argon. L'azoto assorbe una grande quantità di calore quando si decompone.

L'azoto può essere utilizzato come gas di protezione per la saldatura. Grazie alla sua buona conducibilità termica e alla capacità di trasporto del calore, l'azoto è anche comunemente usato come gas di lavoro nel taglio ad arco al plasma. Ha una lunga colonna d'arco e un'energia termica molecolare composita, quindi può tagliare lastre di metallo più spesse.

Tuttavia, poiché la massa atomica relativa dell'azoto è inferiore a quella dell'argon, quando viene utilizzato nel taglio ad arco plasma è necessaria un'elevata tensione a vuoto dell'alimentazione.

L'azoto può reagire con i metalli ad alte temperature e ha un forte effetto erosivo sull'elettrodo durante il taglio al plasma, soprattutto quando la pressione del gas è elevata.

Pertanto, è necessario aggiungere argon o idrogeno. Inoltre, se si utilizza l'azoto come gas di lavoro, la superficie di taglio sarà nitrurata e si produrranno più ossidi di azoto durante il taglio.

La purezza dell'azoto utilizzato per la saldatura o il taglio al plasma ad arco deve soddisfare i requisiti tecnici della Classe I o della Classe II del Grado 1 specificati in GB 3864-83, come indicato nella Tabella 25.

Tabella 25: Requisiti tecnici dell'azoto industriale

3. Selezione dei gas di saldatura

Per la produzione di CO₂ saldatura a gas, saldatura a gas inerte, saldatura a gas misto, saldatura al plasma, brasatura in atmosfera protettiva e saldatura e taglio a gas ossigeno-acetilene.

La scelta dei gas di saldatura dipende principalmente dai metodi di saldatura e di taglio, oltre che da fattori quali le proprietà del metallo di base, i requisiti di qualità del processo di saldatura e di taglio. giunto saldato, lo spessore e la posizione del pezzo e il processo di saldatura.

3.1 Selezione dei gas in base ai metodi di saldatura

Il gas utilizzato per la saldatura, il taglio o la saldatura schermata con gas è diverso a seconda del metodo di saldatura utilizzato nel processo di saldatura. Il metodo di saldatura e la selezione dei gas di saldatura sono illustrati nella Tabella 26.

Nella Tabella 27 è riportata la selezione dei gas comunemente utilizzati per la brasatura in atmosfera protettiva. La tabella 28 illustra l'applicabilità di vari gas nel taglio al plasma.

Tabella 26: Selezione dei gas di saldatura in base a metodi di saldatura

Tabella 27 Selezione dei gas comuni utilizzati per la brasatura in atmosfera protettiva

Tabella 28 Idoneità di vari gas nel taglio al plasma ad arco

3.2 Selezione del gas in base al materiale di saldatura

Nella saldatura a gas, indipendentemente dal filo pieno o dal filo animato, si pone sempre il problema della corretta combinazione con il gas di protezione (mezzo). L'impatto di questa combinazione è relativamente chiaro e non è così complesso come quello della combinazione filo-flusso, poiché il gas di protezione rientra in due sole categorie: gas inerte e gas attivo.

Nel caso della saldatura a protezione con gas inerte (Ar), la composizione del filo d'apporto è simile a quella del metallo depositato e gli elementi di lega non vengono persi in modo significativo. Mentre durante la saldatura con protezione in gas attivo, a causa del forte effetto ossidante del CO₂ il coefficiente di transizione della lega del filo d'apporto diminuisce, portando a differenze significative tra i depositi composizione del metallo e la composizione del filo di apporto.

Maggiore è la percentuale di CO₂ nell'atmosfera protettiva, più forte è l'ossidazione e più basso è il coefficiente di transizione della lega.

Pertanto, quando si utilizza la CO₂ come gas di schermatura, il filo di riempimento deve contenere una quantità sufficiente di de-ossidante elementi in lega per soddisfare i requisiti di disossidazione combinata di Mn e Si, proteggendo l'appropriato contenuto di ossigeno nel metallo saldato e migliorando la struttura e le proprietà della saldatura.

Il gas di protezione deve essere scelto in base a fattori quali le proprietà del materiale saldato, i requisiti di qualità del giunto e i metodi del processo di saldatura. Per gli acciai a basso tenore di carbonio, a bassa lega acciaio ad alta resistenza, acciaio inox e acciaio resistente al calore, gas attivi (come la CO₂, Ar+CO₂, o Ar+O₂) sono raccomandati per la protezione per affinare le gocce di transizione, superare la deriva del punto catodico dell'arco e i difetti di mordenza dei bordi. In alcuni casi si possono utilizzare anche gas inerti.

Tuttavia, per i gas protettivi con forti proprietà ossidanti, è opportuno abbinare fili di saldatura ad alto tenore di manganese e silicio, mentre per i gas misti ricchi di Ar è opportuno abbinare fili di saldatura a basso tenore di silicio.

Il gas di schermatura deve corrispondere al filo di riempimento. Quando il CO₂ Se si utilizza un filo di saldatura con un contenuto più elevato di Mn e Si in condizioni di argon ricco, il contenuto di lega nel metallo depositato è elevato e la resistenza aumenta.

Al contrario, quando il filo utilizzato in condizioni di argon ricco è protetto da CO₂ a causa dell'ossidazione e della combustione degli elementi della lega, il coefficiente di transizione della lega è basso e le prestazioni della saldatura diminuiscono.

Per i metalli facilmente ossidabili o con scarse proprietà di fusione, come l'alluminio e le sue leghe, il titanio e le sue leghe, il rame e le sue leghe, il nichel e le sue leghe e le leghe ad alta temperatura, è necessario utilizzare gas inerti (come il gas misto Ar o Ar+He) come gas di protezione per ottenere un metallo saldato di alta qualità.

Il potenziale di ionizzazione del gas di protezione ha un leggero effetto sull'intensità del campo elettrico della colonna d'arco e sull'apporto di calore del metallo di base. Le proprietà di protezione includono la conducibilità termica, la capacità termica specifica e la decomposizione termica.

Quando si usa la fusione saldatura a polaritàQuanto maggiore è l'effetto di raffreddamento del gas di protezione sull'arco, tanto maggiore è l'apporto di calore del metallo base. L'intervallo di gas di protezione applicabile per i diversi materiali durante la saldatura è riportato nella Tabella 29.

I gas di protezione applicabili per i diversi materiali saldati durante la saldatura di protezione con gas inerte a polarità di fusione sono riportati nella Tabella 30. La selezione del gas di protezione per grandi correnti saldatura al plasma ad arco è riportata nella Tabella 31, mentre la selezione per la saldatura ad arco plasma a piccola corrente è riportata nella Tabella 32.

Tabella 29 Intervallo di applicazione del gas di protezione per diversi materiali durante la saldatura

Tabella 30 Gas di protezione applicabile per diversi materiali saldati durante la saldatura di protezione con gas inerte a polarità di fusione

Tabella 31 Selezione del gas di protezione per la saldatura al plasma ad arco a grande corrente

Tabella 32 Selezione del gas di protezione per la saldatura ad arco al plasma a piccola corrente

3.3 Proprietà e selezione dei gas miscelati

Aggiungendo una certa percentuale di alcuni gas al gas di base, si formano gas miscelati che presentano diversi vantaggi nei processi di saldatura e taglio, come la modifica della forma dell'arco, l'aumento dell'energia dell'arco, il miglioramento della formazione della saldatura e delle proprietà meccaniche e l'aumento della produttività della saldatura.

(1) Proprietà dei gas misti

Quando si utilizza CO₂ come gas di protezione per la saldatura, la stabilità dell'arco è scarsa, le goccioline sono di transizione non assiale, gli spruzzi sono grandi e la formazione della saldatura è scarsa. Quando si saldano acciai basso-legati con Ar puro, si verifica un'ampia deriva di punti catodici, che può anche causare l'instabilità dell'arco.

L'aggiunta di una piccola quantità di gas ossidanti, come O₂ e CO₂ ad Ar può migliorare significativamente la stabilità dell'arco, affinare le gocce, aumentare l'efficienza della transizione e contribuire a migliorare la formazione della saldatura e la resistenza alla porosità.

I componenti e le caratteristiche dei gas miscelati comunemente utilizzati per la saldatura a gas schermato sono riportati nella Tabella 33. Nella Tabella 34 sono riportate alcune proprietà fisiche e chimiche delle miscele infiammabili.

Tabella 33 Componenti e caratteristiche dei gas miscelati comunemente utilizzati per la saldatura a gas schermata

Tabella 34 Alcune proprietà fisiche e chimiche delle miscele infiammabili

(2) Selezione dei gas miscelati

La scelta dei gas miscelati si basa generalmente sul metodo di saldatura, sul materiale saldato e sull'influenza del rapporto di miscelazione sul processo di saldatura.

Ad esempio, per la saldatura di acciai basso-legati ad alta resistenza, si preferisce utilizzare Ar puro come gas di protezione per ridurre le inclusioni di ossido e il contenuto di ossigeno nella saldatura. Tuttavia, dal punto di vista della stabilità dell'arco e della formazione della saldatura, all'Ar vengono aggiunti gas ossidanti.

Pertanto, è adatto un gas debolmente ossidante. Per la transizione del getto di saldatura ad arco con gas inerte Argon, una miscela di Ar+(1%-2%)O₂ mentre si raccomanda una miscela di 20%CO₂+80%Ar è la soluzione migliore per la saldatura a protezione di gas attivo con transizione di cortocircuito.

Dal punto di vista dell'efficienza produttiva, l'aggiunta di He, N₂, H₂, CO₂, o O₂ ad Ar può aumentare l'apporto di calore del metallo base e migliorare la velocità di saldatura durante la saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG).

Ad esempio, durante la saldatura di spessori elevati piastre in alluminioSi consiglia di utilizzare una miscela di gas Ar+He; per la saldatura di acciai a basso tenore di carbonio o a bassa lega, si consiglia di aggiungere una certa quantità di O₂ a CO₂ o aggiungendo una certa quantità di CO₂ o O₂ al gas Ar può produrre effetti significativi.

Inoltre, l'uso di gas miscelati per la protezione può anche aumentare la profondità di penetrazione, eliminare difetti come mancanza di fusione, cricche e porosità. La tabella 35 mostra l'intervallo applicabile dei gas miscelati per diversi materiali durante la saldatura.

Tabella 35 Intervallo di applicazione dei gas miscelati per la saldatura di diversi materiali

Negli ultimi anni è stato promosso e applicato anche un gas misto Ar grossolano. La sua composizione è Ar = 96%, O₂ ≤ 4%, H₂O ≤ 0,0057%, N2 ≤ 0,1%. Il gas misto Ar grossolano non solo può migliorare la formazione della saldatura, ridurre gli spruzzi e migliorare l'efficienza della saldatura, ma anche quando viene utilizzato per la saldatura di acciai basso-legati ad alta resistenza con una resistenza alla trazione di 500-800 MPa, le proprietà meccaniche del metallo saldato sono equivalenti a quelle che si ottengono utilizzando Ar ad alta purezza. Il gas misto Ar grossolano è poco costoso e presenta buoni vantaggi economici.