용접 가스에 대한 궁극의 가이드: 알아야 할 모든 것
용접 가스가 왜 그렇게 필수적이면서도 복잡한지 궁금한 적이 있으신가요? 이 기사에서는 용접 가스의 다양한 유형, 용접 보호 및 안정화에서의 역할, 그리고 용접 가스의...
가스가 없는 용접은 혼란스럽고 약하다고 상상해 보세요. 용접 가스는 용접부를 오염 물질로부터 보호하고 아크를 안정화하며 강력한 접합을 보장하는 데 필수적인 조용한 챔피언입니다. 이 문서에서는 용접 가스의 종류와 구체적인 역할, 용접 공정에 미치는 영향에 대해 살펴봅니다. 독자들은 다양한 용도에 적합한 가스를 선택하여 최적의 용접 성능과 안전을 보장하는 데 필요한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
용접 가스는 주로 가스 차폐 용접(이산화탄소 가스 차폐 용접, 불활성 가스 차폐 용접)에 사용되는 보호 가스를 말하며, 이산화탄소(CO2), 아르곤 가스(Ar), 헬륨 가스(He), 산소 가스(O2), 가연성 가스, 혼합 가스 등입니다.
용접 시 보호 가스는 용접 부위를 보호하는 매체일 뿐만 아니라 아크를 발생시키는 가스 매체이기도 합니다.
가스 용접 및 절단은 주로 가스 연소에 의해 생성된 고온의 불꽃을 사용하여 열을 집중시켜 공정을 완료합니다.
따라서 가스의 특성(물리적 및 화학적 특성 등)은 보호 효과뿐만 아니라 아크의 점화와 용접 및 절단 공정의 안정성에도 영향을 미칩니다.
작업 공정에서 다양한 가스의 역할에 따라, 용접 가스 는 주로 보호 가스와 가스 용접 및 절단에 사용되는 가스로 나뉩니다.
보호 가스에는 주로 이산화탄소(CO2), 아르곤 가스(Ar), 헬륨 가스(He), 산소 가스(O2), 수소 가스(H2).
국제 용접 학회는 보호 가스는 산화 전위에 따라 분류되며 분류 지수를 결정하는 간단한 계산 공식은 분류 지수 = O라고 지적했습니다.2% + 1/2 CO2%.
이 공식에 따라 보호 가스는 산화 가능성에 따라 5가지로 분류할 수 있습니다. 클래스 I은 불활성 또는 환원성 가스, M1은 약하게 산화되는 가스, M2는 중간 정도의 산화성 가스, M3 및 C 클래스는 강하게 산화되는 가스입니다. 각 보호 가스 유형의 산화 전위 지수는 표 1에 나와 있습니다.
검은색 금속 용접용 보호 가스의 분류는 표 2에 나와 있습니다.
표 1: 표 1: 다양한 유형의 보호 가스 산화 전위 지수
| 유형 | Ⅰ | M1 | M2 | M3 | C |
| 산화 전위 지수 | ＜1 | 1～5 | 5～9 | 9～16 | ＞16 |
표 2: 검은색 금속 용접용 보호 가스 분류
| 카테고리 | 가스. 수량 | 혼합 비율 (볼륨 백분율로 표시) % | 유형 | 용접 금속의 산소 함량 / %. | ||||
| 산화 경향 | 불활성 | 환원성 | ||||||
| CO2 | O2 | Ar | He | H2 | ||||
| Ⅰ | 112 | - - - | - - - | 100 - 27～75 | - 100 Rem. | - - - | 불활성 | ＜0.02 |
| 21 | - - | - - | 85～95 - | -- | Rem. 100 | 환원성 | ||
| M1 | 22 | 2～4 - | - 1～3 | Rem. Rem. | -- | - - | 약하게 산화 | 0.02～0.04 |
| M2 | 232 | 15～30 5～15 - | - 1～4 4～8 | Rem. Rem. Rem. | - - - | - - - | 적당히 산화 | 0.04～0.07 |
| M3 | 223 | 30～40 - 5～20 | - 9～12 4～6 | Rem. Rem. Rem. | - - - | - - - | 강력 산화 | ＞0.07 |
| C | 12 | 100 Rem. | - ＜20 | - - | - - | - - | ||
가스의 특성에 따라 다음 용도로 사용되는 가스는 다음과 같습니다. 가스 용접 및 절단은 산화 가스 (O2) 및 가연성 가스.
가연성 가스가 산소와 혼합되어 연소되면 많은 양의 열이 방출되어 열이 집중된 고온 불꽃(불꽃의 최고 온도는 일반적으로 2000~3000℃에 달할 수 있음)을 형성하여 금속을 가열하고 녹일 수 있습니다.
아세틸렌은 일반적으로 가스 용접 및 절단용 가연성 가스로 사용됩니다. 현재 사용이 권장되는 다른 가연성 가스에는 프로판, 프로필렌, 액화 석유 가스(주로 프로판), 천연 가스(주로 메탄) 등이 있습니다.
일반적으로 사용되는 몇 가지 가연성 가스의 물리적 및 화학적 특성은 표 3에 나와 있습니다.
표 3 일반적으로 사용되는 몇 가지 가연성 가스의 물리적 및 화학적 특성.
| 가스 | （C2H2） | （C3H8） | （C3H6） | （C4H10） | （CH4） | （H2） | |
| 분자 상대성 이론 | 26 | 44 | 42 | 58 | 16 | 2 | |
| 밀도(표준 상태)/kg - m-3 | 1.17 | 1.85 | 1.82 | 2.46 | 0.71 | 0.08 | |
| 15.6℃(공기=1)에서 공기 질량 대비 상대적 비율 | 0.906 | 1.52 | 1.48 | 2.0 | 0.55 | 0.07 | |
| 발화점/℃ | 335 | 510 | 455 | 502 | 645 | 510 | |
| 총 발열량 | kJ/m | 52963 | 85746 | 81182 | 121482 | 37681 | 10048 |
| kg/m | 50208 | 51212 | 49204 | 49380 | 56233 | - | |
| 이론적 산소 요구량(산소 기체 부피 비율) | 2.5 | 5 | 4.5 | 6.5 | 2.0 | 0.5 | |
| 실제 산소 소비량(산소 기체 부피 비율) | 1.1 | 3.5 | 2.6 | - | 1.5 | 0.25 | |
| 중성 화염 온도 ℃ | 산소 연소 | 3100 | 2520 | 2870 | - | 2540 | 2600 |
| 공기 중 연소 | 2630 | 2116 | 2104 | 2132 | 2066 | 2210 | |
| 화염 연소 속도/ms | 산소 연소 | 8 | 4 | - | - | 5.5 | 11.2 |
| 공기 중 연소 | 5.8 | 3.9 | - | - | 5.5 | 11.0 | |
| 폭발 범위(가연성 가스의 부피 분율/%) | 산소 | 2.8～93 | 2.3～55 | 2.1～53 | - | 5.5～62 | 4.0～96 |
| 공중에서 | 2.5～80 | 2.5～10 | 2.4～10 | 1.9～8.4 | 5.3～14 | 4.1～74 | |
용접 또는 절단 공정에서 가스의 역할은 다양하며, 가스의 선택은 용접되는 재료와도 관련이 있습니다.
따라서 특정 물리적 또는 화학적 특성을 가진 가스를 선택해야 하며, 상황에 따라 여러 가스가 혼합되어 있는 경우에도 마찬가지입니다.
용접 및 절단에 일반적으로 사용되는 가스의 주요 특성과 용도는 표 4에 나와 있으며, 다양한 가스의 특성은 다음과 같습니다. 용접 프로세스 은 표 5에 나와 있습니다.
표 4 용접에 일반적으로 사용되는 가스의 주요 특성 및 용도.
| 가스 | 기호 | 주요 속성 | 용접 분야 적용 |
| 이산화탄소 | CO2 | 안정적인 화학적 특성, 비연소, 비연소 지원, 고온에서 CO와 O로 분해 될 수 있으며 금속에 어느 정도 산화 될 수 있습니다. 액체 CO가 증발할 때 액화되어 많은 양의 열을 흡수하고 일반적으로 드라이아이스라고 알려진 고체 이산화탄소로 응고될 수 있습니다. | 용접 와이어는 용접 중에 CO와 같은 차폐 가스로 사용할 수 있습니다.2 가스 차폐 용접 및 혼합 가스 차폐 용접 CO2+O2, CO2+Ar 등 |
| 아르곤 | Ar | 화학적으로 불활성인 불활성 가스는 상온 및 고온에서 다른 원소와 반응하지 않습니다. | 다음 중 기계적 보호를 위한 보호 가스로 사용됩니다. 아르곤 아크 용접플라즈마 용접 및 절단 |
| 산소 | O2 | 연소를 돕고 고온에서 매우 활동적이며 다양한 원소와 직접 결합하는 무색 기체입니다. 용접 중에 용융 풀에 산소가 들어가면 산화됩니다. 금속 요소 부작용을 일으킬 수 있습니다. | 연소를 위해 가연성 가스와 혼합하면 산소 아세틸렌 화염 및 아르곤 산소 화염과 같은 용접 및 절단에 매우 높은 온도를 얻을 수 있습니다. 혼합 가스 차폐 용접을 위해 아르곤, 이산화탄소 등과 비율에 맞게 혼합합니다. |
| 아세틸렌 | C2H2 | 일반적으로 탄화칼슘 가스로 알려진 이 가스는 물에 덜 녹고 알코올에 더 잘 녹으며 아세톤에 더 잘 녹습니다. 공기 및 산소와 혼합되어 폭발성 가스 혼합물을 형성하며, 산소에서 연소하여 3500℃의 고온과 강한 빛을 방출합니다. | 산소 아세틸렌에 사용 화염 용접 및 절단 |
| 수소 | H2 | 연소가 가능하고 실온에서 비활성이며 고온에서 매우 활성화되며 금속 광석 및 금속 산화물의 환원제로 사용할 수 있습니다. 용접 중에 액체 금속으로 깊숙이 녹아 냉각 중에 침전되어 쉽게 기공을 형성할 수 있습니다. | 용접 시 환원 보호 가스로 사용됩니다. 산소와의 혼합 연소는 가스 용접의 열원 역할을 할 수 있습니다. |
| 질소 | N2 | 화학적 성질이 활성화되어 있지 않아 고온에서 수소 및 산소와 직접 결합할 수 있습니다. 용접 중에 용융 풀에 들어가는 것은 악영향을 미칩니다. 기본적으로 구리와 반응하지 않으며 보호 가스로 사용할 수 있습니다. | 질소 아크 용접 시 질소는 다음을 위해 보호 가스로 사용됩니다. 구리 용접 및 스테인리스 스틸. 질소는 플라즈마에도 일반적으로 사용됩니다. 아크 커팅 외부 보호 가스로서 |
표 5 용접 공정에서 다양한 가스의 특성.
| 가스 | 구성 요소 | 아크 열 전위 그라데이션 | 아크 안정성 | 금속 전이 특성 | 화학적 특성 | 용접 관통력 모양 | 난방 특성 |
| CO2 | 순도 99.9% | 높은 | 만족 | 만족스럽지만 약간의 튀김 | 강력한 산화 특성 | 침투 깊이가 큰 평평한 모양 | – |
| Ar | 순도 99.995% | 낮은 | 좋은 | 만족 | – | 버섯 모양 | – |
| He | 순도 99.99% | 높은 | 만족 | 만족 | – | 플랫 페어 | 용접 부품의 열 입력은 순수 Ar보다 높습니다. |
| N2 | 순도 99.9% | 높은 | 차이 | 차이 | 강철의 기공 및 질화물 생성 | 평평한 모양 | – |
(1) CO의 특성2 가스
CO2 가스는 산화성 보호 가스이며 고체, 액체, 기체의 세 가지 상태로 존재합니다. 순수 CO2 가스는 무색 무취입니다. 0°C 및 1기압(101325Pa)에서 CO2 는 1.9768g/L로 공기의 1.5배에 달합니다. CO2 는 물에 쉽게 용해되며 녹은 후 약산성 맛이 납니다.
CO2 가스가 고온으로 가열되면 CO와 O로 분해되어 -283.24kJ의 에너지를 방출합니다. 분해 과정에서 원자 산소가 방출되기 때문에 아크 대기는 강한 가스 특성을 갖습니다.
고온 아크 구역에서는 세 가지 가스(CO2, CO 및 O2)가 분해되어 종종 공존합니다.2 가스. CO2 가스 분해는 용접 공정 중 아크 온도와 관련이 있습니다.
온도가 높아질수록 분해 반응의 정도는 더욱 강렬해집니다. 온도가 5000K를 초과하면 거의 모든 CO2 가스가 분해됩니다. CO2 가스 분해 및 온도는 그림 1에 나와 있습니다.
액체 CO2 는 온도에 따라 밀도가 변하는 무색 액체입니다. 온도가 -11℃ 이하일 때는 물보다 밀도가 높고, -11℃ 이상일 때는 물보다 밀도가 낮습니다. 포화 이산화탄소의 특성2 가스는 표 6에 나와 있습니다.
CO의 끓는점2 는 매우 낮은 온도(-78℃)에서 액체에서 기체로 변하기 때문에 산업용 CO2 는 일반적으로 실온에서 기화할 수 있는 액체 상태로 사용됩니다. 0°C 및 1기압에서 1kg의 액체 CO2 를 509L의 CO로 기화시킬 수 있습니다.2 가스.
표 6 포화 CO의 특성2 가스 압력
| 온도 /℃ | 압력 /MPa | 밀도 /kg-L-1 | 정압에서의 비열 용량 /105J-kg-1-K-1 | 온도 /℃ | 압력 /MPa | 밀도 /kg-L-1 | 정압에서의 비열 용량 /105J-kg-1-K-1 | ||||
| 액체 | 가스 | 액체 | 가스 | 액체 | 가스 | 액체 | 가스 | ||||
| -50 -40 -30 -20 -10 | 0.67 1.0 1.42 1.96 2.58 | 0.867 0.897 0.931 0.971 1.02 | 55.4 38.2 27.0 19.5 14.2 | 3.14 3.33 3.52 3.72 3.94 | 6.5 6.54 6.55 6.56 6.56 | 0 +10 +20 +30 +31 | 3.48 4.40 5.72 7.18 7.32 | 1.08 1.17 1.30 1.63 2.16 | 10.4 7.52 5.29 3.00 2.16 | 4.19 4.46 4.77 5.27 5.59 | 6.54 6.47 6.3 5.9 5.59 |
(2) CO 저장2 가스
CO2 용접용 가스는 종종 액체 CO의 형태입니다.2 강철 실린더에 보관되어 경제적이고 편리합니다. CO2 실린더는 검은색으로 칠해져 있고 노란색 글자로 "액화 이산화탄소"라고 표시되어 있습니다. 일반적으로 사용되는 용접 가스가 들어 있는 실린더의 색상 코드는 표 7에 나와 있습니다.
표 7 일반적으로 사용되는 용접 가스가 포함된 실린더의 색상 코드
| 가스 | 기호 | 실린더 색상 | 문구 | 문자 색상 | 컬러 밴드 | 가스 | 기호 | 실린더 색상 | 문구 | 문자 색상 | 컬러 밴드 |
| 수소 산소 Air 질소 아세틸렌 이산화탄소 | H2 O2 - N2 C2H2 CO2 | 연한 녹색 하늘색 블랙 블랙 흰색 블랙 | 수소 산소 Air 질소 아세틸렌, 불에서 멀리 떨어진 곳에 보관 액체 이산화탄소 | 크림슨 블랙 흰색 밝은 노란색 크림슨 노란색 | 밝은 노란색 흰색 흰색 흰색 - 블랙 | 메탄 프로판 프로필렌 아르곤 헬륨 액화 석유 가스 | CH4 C3H8 C3H6 Ar He - | 브라운 브라운 브라운 실버 그레이 실버 그레이 실버 그레이 | 메탄 액화 프로판 액화 프로필렌 아르곤 헬륨 액화 석유 가스 | 흰색 흰색 밝은 노란색 짙은 녹색 짙은 녹색 크림슨 | 밝은 노란색 - - 화이트화이트 - |
사용 압력이 19.6MPa인 경우 하나의 색상 밴드가 추가되고, 사용 압력이 29.4MPa인 경우 두 개의 색상 밴드가 추가됩니다.
CO용 표준 스틸 실린더2 가스의 용량은 보통 40kg이며 25kg의 액체 이산화탄소로 채울 수 있습니다.2.
25kg의 액체 CO2 가 실린더 부피의 약 80%를 차지하고 나머지 20% 공간은 기체 상태의 CO로 채워져 있습니다.2.
실린더 압력 게이지에 표시된 압력 값은 가스 이 부분의 포화 압력입니다. 이 압력은 주변 온도에 따라 달라집니다. 온도가 높아지면 포화 압력이 증가하고, 온도가 낮아지면 포화 압력이 감소합니다.
모든 액체 CO2 가 기체로 증발한 경우, 실린더 내 기체의 압력은 CO의 소비에 따라 점차 감소할까요?2 가스.
액체 CO2 표준 강철 실린더에 함유된 이산화탄소는 12,725L의 이산화탄소로 증발할 수 있습니다.2 가스. 선택에 따라 CO2 가스 유량(표 8 참조), 용접 중 평균 CO2 용접 중 기체는 10L/min, 액체 CO2 실린더는 약 24시간 동안 연속으로 사용할 수 있습니다.
표 8: CO2 용접 중 가스 유량
| 용접 방법 | CO2 가스 흐름 /L - 분-1 |
| 미세 와이어 CO2 용접 | 5~15 |
| 굵은 와이어 CO2 용접 | 15~25 |
| 굵은 와이어 고전류 CO2 용접 | 25~50 |
표준 CO2 강철 실린더가 가득 찼을 때의 압력은 5.0-7.0 MPa입니다. 사용 중 실린더 내부의 압력이 감소함에 따라 액체 CO에 용해된 수분에서 기화되는 물의 양이 감소합니다.2 도 증가합니다.
CO의 수분 함량과의 관계2 기체와 실린더 내부의 압력은 그림 6.2에 나와 있습니다.
경험적 데이터에 따르면 실린더 내부의 가스 압력이 0.98MPa(20℃ 기준)보다 낮을 때 CO2 액체 CO2 는 기본적으로 증발했습니다.
계속 사용하는 경우, 용접 결함 용접 금속에 기공이 발생하여 CO2 가스를 다시 채워야 합니다.
(3) CO의 순도2 용접용 가스
액체 이산화탄소에 용해될 수 있는 물의 질량 분율입니다.2 는 0.05%이며, 여분의 물은 자유 상태로 실린더 바닥에 가라앉습니다.
이러한 물 분자는 이산화탄소와 함께 증발합니다.2 를 용접 공정 중에 혼합하여 CO2 가스를 용접 영역에 직접 주입합니다.
따라서 수분은 CO의 주요 유해 불순물입니다.2 가스. 용접 금속의 수소 함량은 CO2 가스입니다(표 9 참조).
CO2 이슬점과 용접 금속의 수소 함량은 그림 3에 나와 있습니다.
표 9: 다양한 습도 수준의 CO에서 용접 금속의 수소 함량2 가스.
| CO의 습도2 | /g - m3 | 0.85 | 1.35 |
| 용접 금속 1kg당 수소 함량 | /mg | 29 | 45 |
| CO의 습도2 | /g - m3 | 1.92 | 15 |
| 용접 금속 1kg당 수소 함량 | /mg | 47 | 55 |
CO의 수분 함량이 증가함에 따라2 가스가 증가하면(즉, 이슬점 온도가 상승하면) 용접 금속의 수소 함량이 점차 증가하고 가소성이 감소하며 기공과 같은 결함도 발생할 수 있습니다.
따라서 CO2 용접에 사용되는 가스는 순도가 높아야 합니다. 액체 CO에 대한 기술적 요구 사항2 는 표 10에 나와 있습니다.
중국에서는 일반적으로 CO2 > 99%, O2 < 0.1%, H2O < 0.05%; 일부 외국의 경우 CO2 > 99.8%, H2O < 0.0066%, -40℃ 이하의 이슬점(GB의 Class I에 해당)도 필요합니다.
표 10: 액체 CO에 대한 기술 요구 사항2 용접에 사용됩니다(GB 6052-85).
| 지표 이름 | 클래스 I % | 클래스 II % | ||
| 클래스 A | 두 번째 레벨 | 레벨 3 | ||
| CO2 콘텐츠 수분 함량 | ≥99.8 ≤0.005 | ≥99.5 ≤0.05 | ≥99.0 ≤0.10 | ≥99.0 – |
상업적으로 이용 가능한 CO2 생산 현장에서 사용되는 가스는 수분 함량이 높고 순도가 낮으므로 정제해야 합니다. 일반적으로 사용되는 정제 방법은 다음과 같습니다:
a. 새 CO를 뒤집습니다.2 가스 스틸 실린더를 뒤집어 물이 바닥에 가라앉을 수 있도록 1~2시간 동안 그대로 둡니다. 그런 다음 뒤집힌 실린더의 밸브를 열고 각 배수 사이에 약 30분 간격으로 2~3회 물을 배출합니다. 배수 후 강철 실린더를 똑바로 세운 상태로 돌려놓으세요.
b. 물 배수 처리 후 강철 실린더를 사용하기 전에 상부의 가스에는 일반적으로 충전 중에 실린더에 혼합 된 공기와 물이 더 많이 포함되어 있으므로 2-3 분 동안 가스를 계속 방출하십시오.
c. 고압 드라이어와 저압 드라이어를 직렬로 연결합니다.2 공급 파이프 라인. 건조제는 실리카겔, 무수 산화칼슘 또는 탈수 황산구리일 수 있으며, 이를 통해 이산화탄소의 수분 함량을 더욱 줄일 수 있습니다.2 가스. 사용한 건조제는 건조하여 재사용할 수 있습니다.
d. CO2 실린더 내부의 가스 압력이 0.98MPa로 떨어질 때.
CO2 는 차폐 가스 환기가 잘 되지 않거나 좁은 공간에서 용접을 할 경우, 환기 조치를 강화하여 CO2 는 용접공의 건강에 영향을 미칠 수 있는 국가 규정에서 지정한 허용 농도(30kg/㎡)를 초과하지 않습니다.
(1) 아르곤의 특성
아르곤은 질소와 산소 다음으로 공기 중에 가장 풍부한 희귀 기체로, 부피 분율은 약 0.935%입니다.
아르곤은 무색 무취입니다. 0℃, 1기압(101325 Pa)에서 밀도는 1.78g/L로 공기의 약 1.25배입니다. 아르곤의 끓는점은 -186℃로 산소(-183℃)와 질소(-196℃)의 끓는점 사이에 있습니다. 아르곤은 액체 공기를 분별 증류하여 산소를 생산하면서 동시에 얻을 수 있습니다.
아르곤은 용접 시 금속과 화학적으로 반응하지 않고 액체 금속에 녹지 않는 불활성 기체입니다.
따라서 용접에서 금속 요소의 연소 손실 및 기타 용접 결함을 방지하여 용접 야금 반응을 간단하고 쉽게 제어 할 수있어 고품질 용접을 얻는 데 유리한 조건을 제공합니다.
열전도율과 Ar, He, H의 온도 사이의 관계2및 N2 은 그림 4에 나와 있습니다. 아르곤은 열전도율이 가장 낮고 고온에서 분해되어 열을 흡수하지 않는 단원자 기체에 속한다는 것을 알 수 있습니다.
따라서 아르곤 가스에서 발생하는 아크의 열 손실이 상대적으로 적습니다. 아르곤은 밀도가 높고 보호 중에 쉽게 손실되지 않아 보호 효과가 우수합니다. 와이어 금속은 스패터를 최소화하면서 안정적인 축 방향 제트 흐름으로 쉽게 전환할 수 있습니다.
(2) 아르곤 저장
아르곤은 -184℃ 이하의 액체 형태로 저장 및 운반할 수 있지만, 용접에는 일반적으로 아르곤 가스로 채워진 강철 실린더가 사용됩니다. 아르곤 가스 실린더는 은회색으로 칠해져 있고 녹색(Ar)으로 표시되어 있습니다.
현재 중국에서 일반적으로 사용되는 아르곤 가스 실린더 용량은 33L, 40L, 44L입니다. 실린더가 가득 차서 20℃ 이하에 놓일 때 실린더 내부의 압력은 15MPa가 되어야 합니다.
사용 중 아르곤 가스 실린더를 두드리거나 충돌하는 행위, 밸브가 얼었을 때 불을 사용하여 해동하는 행위, 전자기 역기를 사용하여 아르곤 가스 실린더를 운반하는 행위, 여름철 햇빛 노출 방지, 실린더 내부 가스가 완전히 배출되지 않아야 하며 아르곤 가스 실린더는 일반적으로 똑바로 세워서 보관하는 행위는 엄격히 금지되어 있습니다.
| 지표 이름 | 아르곤 가스(GB 4842-84) | 고순도 아르곤 가스(GB 10624-89) | ||
| 산업용 아르곤 | 우수한 품질 | 최고 수준의 품질 | 적격 제품 | |
| 아르곤 함량(≥)/% 질소 함량(≤)/% 산소 함량(≤)/% 수소 함량(≥)/% 탄소 함량 (≤) /% 수분 함량(≤)/% | 99.99 0.007 0.001 0.0005 0.001 0.002 | 99.9996 0.0002 0.0001 0.00005 0.00005 0.00001 | 99.9993 0.0004 0.0001 0.0001 0.0001 0.00026 | 99.999 0.0005 0.0002 0.0001 0.0002 0.0004 |
참고: 기체의 함량은 부피 백분율로 표시하고 수분의 함량은 질량 백분율로 표시합니다.
표 12 다양한 재료 용접에 사용되는 아르곤 순도
| 베이스 메탈 | 가스 함량 / % | |||
| Ar | N2 | O2 | H2O | |
| 티타늄, 지르코늄, 몰리브덴, 니오븀 및 그 합금 알루미늄, 마그네슘 및 그 합금, 크롬-니켈 내열 합금 구리 및 구리 합금, 크롬-니켈 스테인리스 스틸 | ≥99.98 ≥99.9 ≥99.7 | ≤0.01 ≤0.04 ≤0.08 | ≤0.005 ≤0.05 ≤0.015 | ≤0.07 ≤0.07 ≤0.07 |
용접 시 아르곤 가스의 불순물 함량이 지정된 기준을 초과하면 용융 금속 보호에 영향을 미칠 뿐만 아니라 용접부에 다공성 및 슬래그 포함과 같은 결함이 쉽게 발생하여 용접 조인트의 품질에 영향을 미치고 텅스텐 전극의 연소 손실을 증가시킵니다.
(1) 헬륨 가스의 특성
헬륨 가스는 무색, 무취의 불활성 기체로 아르곤 가스처럼 다른 원소와 화합물을 형성하지 않습니다. 단원자 기체이며 다른 금속에 용해되기 어렵습니다. 끓는점은 -269℃입니다.
헬륨 가스는 이온화 전위가 높기 때문에 아크 용접이 어렵습니다. 아르곤 가스에 비해 헬륨 가스는 열전도율이 높기 때문에 동일한 용접 전류와 아크 강도에서도 전압과 아크 온도가 더 높습니다.
결과적으로 비금속의 열 입력이 더 높으면 용접 속도 가 더 빠르고 아크 컬럼이 더 얇고 농축되며 용접 침투력이 더 큽니다. 이것은 아크 용접에 헬륨 가스를 사용하는 주요 장점이지만 아크 안정성은 아르곤 아크 용접에 비해 약간 떨어집니다.
헬륨은 원자량이 가볍고 밀도가 작기 때문에 용접 부위를 효과적으로 보호하려면 훨씬 더 많은 유량의 헬륨 가스가 필요합니다.
가격이 비싸기 때문에 원자로용 냉각봉과 같은 주요 부품의 용접과 같은 특정 특수 용도에만 사용되며 두꺼운 알루미늄 합금. 용접 시 아르곤 가스와 헬륨 가스의 특성은 표 13에 비교되어 있습니다.
표 13 용접 시 아르곤과 헬륨 가스의 특성 비교
| 가스 | 기호 | 특성 |
| 아르곤 | Ar | (1) 낮은 아크 전압: 열 발생이 적고 얇은 금속의 텅스텐 아르곤 아크 용접에 적합합니다. (2) 좋은 청소 효과 : 다음에 적합합니다. 용접 금속 알루미늄, 알루미늄 합금 및 알루미늄 함량이 높은 철 기반 합금과 같이 녹기 어려운 산화물 껍질을 형성하는 물질입니다. (3) 아크 점화의 용이성: 특히 다음과 같은 경우에 중요합니다. 얇은 금속 용접 조각. (4) 낮은 가스 유량: 아르곤 가스는 공기보다 밀도가 높기 때문에 헬륨 가스보다 더 나은 보호 기능을 제공하고 공기 흐름의 영향을 덜 받습니다. (5) 평면 및 수평 용접에 적합합니다: 아르곤 가스는 평면 및 수평 용접 중에 용융 풀을 더 잘 제어 할 수 있지만 보호 효과는 헬륨 가스보다 열등합니다. (6) 이종 금속 용접일반적으로 아르곤 가스가 헬륨 가스보다 낫습니다. |
| 암모니아 | He | (1) 높은 아크 전압: 더 많은 열을 발생시키고 열전도율이 높은 두꺼운 금속 및 금속 용접에 적합합니다. (2) 열 영향 영역이 작아 용접 시 변형이 적고 기계적 특성이 높아집니다. (3) 더 높은 가스 유량: 헬륨 가스는 공기보다 밀도가 작고 가스 유량은 아르곤 가스보다 0.2~2배 더 큽니다. 헬륨 가스는 아르곤 가스보다 공기 흐름에 더 민감하지만 평면 및 수평 용접에 더 나은 보호 기능을 제공합니다. (4) 높은 자동 용접 속도: 용접 속도가 66mm/s보다 크면 다공성 및 언더컷이 적은 작은 용접을 얻을 수 있습니다. |
헬륨 가스의 아크가 불안정하고 음극 세정 효과가 분명하지 않기 때문에 텅스텐 헬륨 아크 용접은 일반적으로 DC 양극 연결을 사용합니다. 알루미늄 용접에도 , 마그네슘 및 그 합금의 경우 AC 전원을 사용하지 않습니다. 헬륨 아크는 크고 집중된 열 발생, 강한 아크 침투력을 가지고 있으며 아크가 짧을 때 DC 양극 연결도 산화막 제거에 어느 정도 영향을 미칩니다.
알루미늄 합금의 DC 포지티브 연결 헬륨 아크 용접에서 단일 패스 용접 두께 는 12mm, 전면 및 후면 용접은 20mm에 달할 수 있습니다. AC 아르곤 아크 용접과 비교하여 융합 깊이가 더 깊고 좁습니다. 용접 비드더 작은 변형, 더 작은 연화 영역 및 더 적은 금속 과연소. 열처리 강화 알루미늄 합금의 경우, 접합부의 상온 및 저온 기계적 특성이 AC 아르곤 아크 용접보다 우수합니다.
(2) 용접에 사용되는 헬륨 가스의 순도
용접에 사용되는 보호 가스로서 헬륨 가스의 순도는 일반적으로 99.9% ~ 99.999%가 필요합니다. 또한 용접되는 모재의 유형, 구성, 성능 및 품질 요구 사항에 따라 달라집니다. 용접 조인트.
일반적으로 금속이 산화되는 것을 방지하거나 질화 활성 금속 용접 시 용접 조인트의 품질을 향상시키려면 고순도 헬륨 가스를 선택해야 합니다. 용접에 헬륨 가스를 사용하기 위한 기술적 요건은 표 14에 나와 있습니다.
표 14 용접에 헬륨 가스를 사용하기 위한 기술 요구 사항
| 지표 이름 | 고순도 암모니아 | 순수 암모니아 | 산업용 암모니아 | ||
| 1단계 제품 | 보조 제품 | 1단계 제품 | 보조 제품 | ||
| 암모니아 함량(≥)/-6 | 99.999 | 99.99 | 99.99 | 99.9 | 98 |
| (≤)/10을 포함하는 네온-6 | 4.0 | 15 | 25 | （Ne+H）≤800 | （Ne+H2 +O2+Ar)≤2.0% |
| 수소 함량(≤)/10-6 | 1.0 | 3.0 | 5.0 | ||
| 총 산소 함량(≤)/10-6 | 1.0 | 3.0 | 5.0 | 29 | |
| 질소 함량(≤)/10-6 | 2.0 | 10 | 20 | 50 | |
| CO 함량(≤)/10-6 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | 지정되지 않음 | 지정되지 않음 |
| CO2 콘텐츠 (≤)/10-6 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | ||
| 메탄 함량(≤)/10-6 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | ||
| 수분 함량(≤)/10-6 | 3.0 | 10 | 15 | 30 | |
참고: 표의 가스 함량은 부피 백분율로, 수분 함량은 질량 백분율로 표시되어 있습니다.
(1) 산소 기체의 특성:
산소 가스는 상온과 상압에서 무색, 무취, 무미, 무독성의 기체입니다. 0℃, 1기압(101325Pa)에서 산소 가스의 밀도는 1.43kg/m3로 공기보다 높습니다. 산소의 액화 온도는 -182.96℃이며, 액체 산소는 하늘색입니다. 상온에서 산소는 공기와 물에서 화합물과 자유 상태의 형태로 대량으로 존재합니다.
산소 기체 자체는 연소할 수 없지만, 많은 원소와 반응하여 산화물을 생성할 수 있는 매우 활동적인 연소 지원 기체입니다. 일반적으로 강렬한 산화 반응을 연소라고 합니다. 가스 용접과 절단은 가연성 가스와 산소 연소 시 방출되는 열을 열원으로 사용합니다.
(2) 산소 가스 생산:
화학적 방법, 물의 전기분해, 공기 액화 등 산소 가스를 생산하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.
그러나 산업 생산에서는 공기 액화 방식이 널리 사용됩니다. 공기를 압축하고 -196℃ 이하로 냉각하여 액체로 만듭니다. 그런 다음 온도가 상승하면서 액체 상태의 공기 중 질소가 -196℃까지 올라가면 기체로 증발합니다.
온도가 -183℃까지 계속 상승하면 산소가 기화하기 시작합니다. 기체 상태의 산소는 압축기를 통해 120~150기압으로 압축되어 사용 및 보관을 위해 특수 산소 실린더에 저장됩니다.
(3) 산소 가스 저장:
산소 가스는 일반적으로 특수 산소 실린더에 저장 및 운송되며, 산소 실린더 외부는 하늘색으로 칠하고 검은색 페인트로 "산소"라는 글자를 표시해야 합니다.
산소 실린더는 사용 중 3~5년마다 공기 주입 공장에서 실린더의 부피와 품질을 점검하고 부식과 균열이 있는지 검사해야 합니다. 일반적으로 사용되는 산소통의 크기와 충전 용량은 표 15에 나와 있습니다.
작동 중 산소 가스 공급은 주로 실린더의 감압기에 의해 조절됩니다. 산소 실린더용 감압기의 주요 기술 파라미터는 표 16에 나와 있으며, 감압기의 일반적인 결함 및 예방 조치는 표 17에 나와 있습니다.
표 15 일반적으로 사용되는 산소통의 치수 및 충전 용량
| 외부 치수 /mm | 내부 볼륨 /L | 병 무게 /kg | 병 밸브 모델 | 가스 용량/m3 (20℃, 14.7MPa 기준) | |
| 외경 | 높이 | ||||
| 219 | 1150±20 | 33 | 47 | QF-2 구리 밸브 | 5 |
| 1250±20 | 36 | 53 | 5.5 | ||
| 1370±20 | 40 | 57 | 6 | ||
| 1480±20 | 44 | 60 | 6.5 | ||
| 1570±20 | 47 | 63 | 7 | ||
표 16 가스 실린더용 압력 조절기의 주요 기술 파라미터
| 감압기 모델 | QD1 | QD-2A | QD-2A | DJ-6 | SJ7-10 | QD-20 | QW2-16/0.6 | |
| 이름 | 단일 단계 산소 압력 조절기 | 2단계 산소 압력 조절기 | 단일 단계 아세틸렌 압력 레귤레이터 | 단일 단계 프로판 압력 조절기 | ||||
| 압력 게이지 사양 /MPa | 고전압 미터 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 |
| 저전압 미터 | 0～3.92 | 0～1.568 | 0～0.392 | 0～3.92 | 0～3.92 | 0～0.245 | 0～0.157 | |
| 최대 작동 압력 /MPa | 흡입구 측면 | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 1.96 | 1.96 |
| 실무 측면 | 2.45 | 0.98 | 0.196 | 1.96 | 1.96 | 0.147 | 0.059 | |
| 작동 압력 조정 범위 / MPa | 0.1～2.45 | 0.1～0.98 | 0.01～0.2 | 0.1～2.0 | 0.1～1.96 | 0.01～0.05 | 0.02～0.05 | |
| 최대 가스 공급 용량 / m3-h-1 | 80 | 40 | 12 | 180 | - | 9 | - | |
| 배출구 오리피스 직경 / mm | 6 | 5 | 3 | - | 5 | 4 | - | |
| 안전 밸브 릴리프 압력 / MPa | 2.8～3.8 | 1.1～1.6 | - | 2.16 | 2.16 | 0.2～0.3 | 0.07～0.1 | |
| 무게 / kg | 4 | 2 | 2 | 2 | 3 | 2 | 2 | |
| 전체 치수 / mm | 200×200×210 | 165×170×160 | 165×170×160 | 170×200×142 | 200×170×220 | 170×185×315 | 165×190×160 | |
표 17 압력 조절기의 일반적인 결함 및 예방 조치.
| 일반적인 결함 | 장애 위치 및 원인 | 예방 조치 및 수리 |
| 압력 조절기 누출 | 압력 조절기 조인트의 누출, 나사산 연결부 풀림 또는 개스킷 손상. | 나사를 조이고 개스킷을 교체하거나 석면 로프를 추가합니다. |
| 안전 밸브의 누출, 개스킷의 손상 또는 스프링의 변형. | 스프링을 조정하고 새 밸브 개스킷(파란색 강철 종이와 석면 로프)을 교체합니다. | |
| 압력 조절기 커버의 멤브레인이 손상되었거나 조일 수 없어 누출이 발생하는 경우. | 고무 다이어프램을 교체하거나 나사를 조입니다. | |
| 조정 나사를 풀면 압력 게이지가 위로 기어 올라가고(자가 흐름) 가스가 흘러 나옴(저압 게이지가 계속 올라감). | 밸브 또는 밸브 시트에 오염 물질이 있고 밀봉 개스킷 또는 밸브 시트가 수평이 아니며 터닝 스프링이 손상되었습니다. 클램핑 힘이 충분하지 않습니다. | 밸브의 오염물을 청소하고 고운 거즈를 사용하여 고르지 않은 밸브 시트의 수평을 맞춥니다. 균열이 있으면 새 것으로 교체하고 스프링 길이를 조정하세요. |
| 산소통 밸브가 열리면 고압 게이지에 산소가 있음을 표시하지만 저압 게이지가 반응하지 않거나 충분히 민감하지 않습니다. | 조절 나사를 끝까지 조였지만 작동 압력이 상승하지 않거나 거의 상승하지 않습니다. 그 이유는 메인 스프링이 손상되었거나 전송 막대가 구부러졌기 때문입니다. | 압력 조절기 커버를 제거하고 메인 스프링과 트랜스미션 로드를 교체합니다. |
| 작동 중에 산소 압력이 떨어지거나 게이지 바늘이 심하게 점프합니다. 그 이유는 압력 레귤레이터의 내부 동결 때문입니다. | 뜨거운 물로 해동한 후 수분을 불어 말리세요. | |
| 저압 게이지에 작동 압력이 표시되어 있지만 사용 중에 갑자기 압력이 떨어집니다. 그 이유는 산소통 밸브가 완전히 열리지 않았기 때문입니다. | 산소 밸브를 더 열어주세요. |
액체 산소는 기체 산소에 비해 에너지 소비가 적고, 공급되는 산소의 순도가 높으며(최대 99.9% 이상) 운송 효율이 높다는 장점이 있습니다. 따라서 산업용 산소는 액체 형태로 공급되기도 합니다. 사용자 또는 현장에 액체 산소를 공급하는 방법은 다음과 같습니다:
a. 사용자 부서에 기체 산소 저장 탱크를 설치하고 기화 및 압축 장비가 장착된 액체 이송 탱크에서 기체 산소를 탱크에 채웁니다.
b. 사용자 부서에 액체 저장 탱크와 기화 장비를 설치하고 액체 산소 이송 탱크에서 액체 산소를 탱크에 채웁니다.
c. 소형 액체 산소 용기와 해당 기화기를 카트에 설치하여 현장에서 구성한 후 사용 필요에 따라 언제든지 이동합니다. 이 방법은 산소 소비량이 적은 공장 및 현장에만 적합합니다.
액체산소 저장 탱크에는 이동식과 고정식의 두 가지 유형이 있습니다. 이동식 액체산소 용기의 사양과 주요 기술 파라미터는 표 18에, 고정식 액체산소 용기의 사양과 주요 기술 파라미터는 표 19에 나와 있습니다.
표 18: 이동식 액체 산소 용기의 사양 및 주요 기술 파라미터.
| 모델 번호 | CD4-50 | CD4-100 | CD4-175 | 모델 번호 | CD4-50 | CD4-100 | CD4-175 | ||
| 기술 매개 변수 | 컨테이너 용량(리터) | 50 | 100 | 175 | 기술 매개 변수 | 높이/mm | 1160 | 1150 | 1535 |
| 작동 압력(MPa) | 1.372 | 1.372 | 1.372 | 외경/mm | 322 | 505 | 505 | ||
| 일일 증발률(백분율) | 2.5 | 2.3 | 1.2～1.6 | 카트 무게/㎏ | 45 | 81 | 117 | ||
| 빈 용기 무게(킬로그램) | 60 | 90 | 115 | ||||||
표 19: 고정식 액체 산소 용기의 사양 및 주요 기술 파라미터.
| 모델 번호 | CF-2000 | CF-3500 | CF-5000 | CF-10000 | |||||||||
| 기술 매개 변수 | 지오메트리 볼륨 /m3 | 2.10 | 3.68 | 5.25 | 10.5 | ||||||||
| 유효 볼륨 /m3 | 2 | 3.5 | 5 | 10 | |||||||||
| 내부 실린더의 내경 /mm | 1200 | 1400 | 1400 | 2000 | |||||||||
| 외부 실린더의 내경 /mm | 1700 | 2000 | 2000 | 2600 | |||||||||
| 일일 증발률 /% | 0.9 | 0.55 | 0.45 | 0.4 | |||||||||
| 가스 공급 용량 /m3-h-1 | 사용자 요구 사항에 따라 선택 사항 | ||||||||||||
| (외경 x 길이) /mm | 1712×3245 | 2016×3800 | 2024×5000 | 2620×4318 | |||||||||
| 공칭 압력 /MPa | 0.196 | 0.784 | 1.568 | 0.196 | 0.784 | 1.568 | 0.196 | 0.784 | 1.568 | 0.196 | 0.784 | 1.568 | |
| 빈 용기 무게 /kg | 1.9 | 2.0 | 2.3 | 4.4 | 4.6 | 5.0 | 5.3 | 5.6 | 6.0 | 7.8 | 7.8 | 9.0 | |
산소는 매우 활동적인 특성을 가진 연소 지원 가스로서 가스통이 가득 차면 압력이 최대 150기압에 달할 수 있습니다. 산소를 사용하거나 운송할 때 조심스럽게 취급하지 않으면 폭발 위험이 있습니다.
따라서 다음 사항에 특별한 주의를 기울여야 합니다:
a) 방유. 기름이 묻은 장갑으로 산소통 및 보조 장비를 만지는 것은 금지되어 있으며, 운송 중에는 인화성 물질 및 기름과 함께 두어서는 안 됩니다.
b) 충격 방지. 산소통은 산소 폭발을 일으킬 수 있는 진동을 방지하기 위해 단단히 고정해야 합니다. 똑바로 세울 때는 철제 고리 또는 체인을 사용하여 고정하고, 눕혀 놓을 때는 나무 패드를 사용하여 구르는 것을 방지하고 실린더 본체에 고무 충격 흡수 장치 2개를 설치해야 합니다. 운송 시에는 전용 차량을 이용하여 운반해야 합니다.
c) 내열성. 산소통은 보관 중이든 운송 중이든 열원으로부터 최소 10m 이상 떨어진 곳에 보관해야 합니다. 여름철 햇빛이 내리쬐는 야외에서 작업할 때는 폭발을 방지하기 위해 캔버스로 덮어야 합니다.
d) 부동액. 겨울철 산소통을 사용할 때 산소통 밸브가 얼면 뜨거운 물에 적신 천으로 덮어 해동하세요. 폭발 사고를 방지하기 위해 어떠한 경우에도 불을 사용하여 가열 및 해동해서는 안 됩니다.
e) 산소통 밸브를 열기 전에 압력 너트가 조여져 있는지 확인하세요. 핸드휠을 돌릴 때는 과도한 힘 없이 부드럽게 돌려야 하며, 사람은 산소 배출구 옆에 서 있어야 합니다. 산소를 사용할 때는 실린더의 산소를 모두 사용하지 말고 최소 1~3기압의 산소를 남겨두세요.
f) 산소통을 사용하지 않을 때는 손상을 방지하기 위해 밸브에 보호 커버를 씌워야 합니다.
g) 산소통 밸브를 수리하는 동안 산소통이 폭발하지 않도록 안전에 특별한 주의를 기울여야 합니다.
(4) 용접 산소의 순도
산업용 산소는 일반적으로 액화 및 공기 분리를 통해 생산되기 때문에 질소가 포함되어 있는 경우가 많습니다. 용접 및 절단 시 질소가 존재하면 화염 온도가 낮아져 생산 효율에 영향을 미칠 뿐만 아니라 용융 철과 반응하여 질화물 철을 형성하여 용접 강도를 떨어뜨립니다.
따라서 산소의 순도는 가스 용접 및 절단의 효율성과 품질에 큰 영향을 미칩니다. 특히 절단 시 가스 용접 및 절단에 사용되는 산소의 순도가 높을수록 좋습니다.
산소는 또한 일반적으로 불활성 가스 차폐 용접의 추가 가스로 사용되어 방울을 정제하고, 아크 음극 스팟 드리프트를 극복하고, 모재의 열 입력을 높이고, 용접 속도를 향상시킵니다.
표 20: 기체 상태의 산소 용접에 대한 기술 요건. 필요한 열전도율을 얻으려면 고품질 가스 용접 및 절단에는 고순도 클래스 I 또는 II 1등급 산소를 사용해야 합니다.
| 표시기 이름 | 클래스 I | 클래스 Ⅱ | ||
| 산소 함량(부피 분율 ≥) / %. | 99.5 | 99.5 | 99.2 | |
| 수분 | 유리 물 (≤) / mL. | - | 100 | 100 |
| 이슬점(≤) / ℃ | -43 | - | - | |
용접에 사용되는 가연성 가스에는 여러 종류가 있지만 현재 가스 용접 및 절단에 가장 널리 사용되는 가스는 아세틸렌 가스 (C2H2), 프로판 가스가 그 뒤를 이었습니다.
수소 가스, 천연 가스 또는 석탄 가스도 현지 조건이나 용접 또는 절단되는 재료에 따라 가연성 가스로 사용할 수 있습니다. 가연성 가스를 선택할 때는 다음 요소를 고려해야 합니다:
a) 발생되는 열이 높아야 하는데, 이는 단위 부피당 가연성 가스의 완전 연소로 인해 방출되는 열의 양이 높아야 함을 의미합니다.
b) 화염 온도는 일반적으로 산소 상태에서 연소하는 화염의 최고 온도를 기준으로 높아야 합니다.
c) 가연성 가스의 연소에 필요한 산소의 양은 경제성을 높이기 위해 적어야 합니다.
d) 폭발 한계 범위는 작아야 합니다.
e) 교통편이 비교적 편리해야 합니다.
(1) 아세틸렌(C2H2)
1) 아세틸렌의 특성
아세틸렌은 불포화 탄화수소(C2H2), 상온과 1기압(101325Pa)에서 무색 기체입니다. 일반적으로 아세틸렌으로 용접할 때는 H와 같은 불순물로 인해 특별한 냄새가 납니다.2S 및 PH3.
순수 산소 상태에서 연소하는 아세틸렌의 화염 온도는 약 3150℃에 달하며 열이 상대적으로 집중됩니다. 현재 가스 용접 및 절단에 가장 널리 사용되는 가연성 가스입니다.
아세틸렌의 밀도는 1.17kg/m3입니다. 아세틸렌의 끓는점은 -82.4℃이고 -83.6℃에서는 액체가 됩니다. 85℃ 이하의 온도에서는 고체가 됩니다. 기체 아세틸렌은 물, 아세톤 및 기타 액체에 용해될 수 있습니다. 15℃, 1기압에서 1L의 아세톤은 23L의 아세틸렌을 녹일 수 있습니다. 압력을 1.42MPa로 높이면 1L의 아세톤은 약 400L의 아세틸렌을 용해할 수 있습니다.
아세틸렌은 폭발성 가스이며, 아세틸렌의 폭발 특성은 다음과 같습니다:
a) 순수 아세틸렌의 압력이 0.15MPa에 도달하고 온도가 580-600℃에 도달하면 화재에 노출되면 폭발합니다. 발전기와 파이프 라인의 아세틸렌 압력은 0.13MPa를 초과하지 않아야 합니다.
b) 아세틸렌이 공기 또는 산소와 혼합되면 폭발성이 크게 증가합니다. 아세틸렌이 공기와 혼합된 경우 부피로 계산하면 아세틸렌이 2.2%-81%, 아세틸렌이 산소와 혼합된 경우 부피로 계산하면 아세틸렌이 2.8%-93%를 차지하면 혼합 가스는 자연 발화(아세틸렌-공기 혼합물의 자연 발화 온도는 305℃, 아세틸렌-산소 혼합물의 자연 발화 온도는 300℃)하거나 정상 압력에서도 스파크에 노출되면 폭발합니다.
염소 가스, 차아염소산염 및 기타 물질과 혼합된 아세틸렌은 햇빛이나 열에 노출되면 폭발할 수 있습니다. 질소, 일산화탄소 및 수증기와 혼합된 아세틸렌은 폭발 위험을 줄입니다.
c) 아세틸렌은 구리, 은 등과 장시간 접촉할 경우 아세틸렌 구리 및 아세틸렌 은과 같은 폭발성 물질을 형성할 수도 있습니다.
d) 아세틸렌을 액체에 용해하면 폭발성을 크게 줄일 수 있습니다.
e. 아세틸렌의 폭발성은 보관에 사용되는 용기의 모양과 크기와 관련이 있습니다. 직경이 작은 용기는 폭발할 가능성이 적습니다. 아세틸렌은 모세관 모양의 용기에 보관할 수 있으며, 압력이 2.65MPa까지 증가하더라도 폭발은 발생하지 않습니다.
2) 산업용 아세틸렌은 주로 아세틸렌 발생기를 통해 탄화물을 분해하여 생산됩니다.
아세틸렌 생산에 일반적으로 사용되는 아세틸렌 발생기는 생산되는 압력에 따라 중압 아세틸렌 발생기(0.0069~0.127MPa의 게이지 압력에서 아세틸렌 가스를 생산하는)와 저압 아세틸렌 발생기(0.0069MPa보다 낮은 게이지 압력에서 아세틸렌 가스를 생산하는)로 분류할 수 있습니다.
또한 배수 방식, 카바이드 인 워터 방식, 복합 배수 방식 등 카바이드와 물이 접촉하는 방식에 따라 분류할 수도 있습니다. 위치 형태에 따라 이동식 또는 고정식으로 더 분류할 수 있습니다. 중압 아세틸렌 발생기의 종류와 기술 사양은 표 21에 나와 있습니다.
고품질 가스 용접을 위해서는 정제되고 건조된 아세틸렌을 사용해야 합니다. 산업용 카바이드는 전기로에서 생석회와 코크스를 녹여 만듭니다. 아세틸렌 가스 용접 및 절단에 사용되는 카바이드의 품질 수준과 성능은 표 22에 명시된 요구 사항을 충족해야 합니다.
표 21. 중압 아세틸렌 발생기의 유형 및 기술 사양.
| 모델 | Q3-0.5 | Q3-1 | Q3-3 | Q4-5 | Q4-10 | |
| 정상 생산 속도 /m3 - h-1 | 0.5 | 1 | 3 | 5 | 10 | |
| 아세틸렌 작동 압력 /MPa | 0.045～0.1 | 0.045～0.1 | 0.045～0.1 | 0.1～0.12 | 0.045～0.1 | |
| 안전 밸브 누출 압력 /MPa | 0.115 | 0.115 | 0.115 | 0.15 | 0.15 | |
| 방폭 필름의 파열 압력 /MPa | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | |
| 가스 챔버 내 아세틸렌의 최대 온도 /℃ | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 | |
| 탄화칼슘을 하나의 용기에 적재할 수 있습니다. /kg | 2.4 | 5.0 | 13.0 | 12.5 | 25.5 | |
| 탄화칼슘의 허용 입자 크기 /mm | 25×5050×80 | 25×5050×80 | 25×5050×80 | 15～25 | 15×2525×5050×80 | |
| 발전기 용수 용량 /L | 30 | 65 | 330 | 338 | 818 | |
| 구조적 스타일 | 배수 유형 | 배수 유형 | 배수 유형 | 관절 | 관절 | |
| 설치 양식 | 모바일 | 모바일 | 수정됨 | 수정됨 | 수정됨 | |
| 외부 치수 /mm | 길이 | 515 | 1210 | 1050 | 1450 | 1700 |
| 너비 | 505 | 675 | 770 | 1370 | 1800 | |
| 높이 | 930 | 1150 | 1755 | 2180 | 2690 | |
| 순중량(물 및 카바이드 제외) / kg | 45 | 115 | 260 | 750 | 980 | |
표 22: 아세틸렌 가스 용접 및 절단용 카바이드의 품질 등급 및 성능.
| 지표 이름 | 색인 | |||||
| 1단계 제품 | 보조 제품 | 등급 III 제품 | 4등급 제품 | |||
| 탄화칼슘 입자 크기 /mm | 80~200 | Faqi Li /Lkg-1 | 305 | 285 | 265 | 235 |
| 50~80 | 305 | 285 | 255 | 235 | ||
| 50~80 | 300 | 280 | 250 | 230 | ||
| 아세틸렌의 PH 함량 (부피 비율) /% | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | ||
| 아세틸렌의 HS 함량 (부피 비율) /% | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | ||
3) 아세틸렌 가스 저장
아세틸렌은 가압 시 폭발 위험이 있기 때문에 직접 가압 병입은 아세틸렌 보관에 사용할 수 없습니다. 산업에서는 아세톤에 대한 높은 용해도를 활용하여 아세틸렌을 아세톤 또는 일반적으로 용해 아세틸렌 또는 병 아세틸렌으로 알려진 다공성 물질이 들어 있는 용기에 충전합니다.
아세틸렌 실린더는 일반적으로 빨간색 페인트로 "아세틸렌"이라는 글자가 흰색으로 칠해져 있습니다. 실린더는 아세톤에 적신 다공성 물질로 채워져 있어 아세틸렌을 실린더 내부에 1.5MPa의 압력으로 안전하게 보관할 수 있습니다.
사용 시 아세틸렌 레귤레이터를 사용하여 사용 전에 압력을 0.103MPa 이하로 낮춰야 합니다. 다공성 물질은 일반적으로 가볍고 다공성인 활성탄, 톱밥, 부석, 규조토의 혼합물입니다.
용접의 경우 일반적으로 98% 이상의 아세틸렌 순도가 필요합니다. 충전 조건은 15°C에서 1.55MPa 이하의 충전 압력으로 규정되어 있습니다. 병에 담긴 아세틸렌은 안전성, 편리성, 경제성으로 인해 현재 널리 보급되고 적용되는 방법입니다.
(2) 석유 가스
석유 가스는 석유 가공의 제품 또는 부산물입니다. 절단에 사용되는 가스에는 프로판 및 에틸렌과 같은 원소 가스와 일반적으로 프로판, 부탄, 펜탄, 부텐으로 구성된 정제 과정에서 발생하는 혼합 다성분 가스와 같은 부산물이 포함됩니다.
1) 프로판(C3H8)
프로판은 상대 분자량이 44.094인 절단에 일반적으로 사용되는 연료 가스입니다. 총 발열량은 아세틸렌보다 높지만 단위 질량 분자의 연소 열량은 아세틸렌보다 낮습니다. 그 결과 화염 온도가 낮아지고 화염 열이 더 분산됩니다. 순수한 산소 상태에서 프로판이 완전 연소하는 화학 반응식은 다음과 같습니다: C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O (1)
위의 방정식을 통해 프로판 1 부피가 완전히 연소될 때의 이론적 산소 소비량은 5 부피라는 것을 알 수 있습니다. 프로판이 공기 중에서 연소될 때 실제 산소 소비량은 3.5 부피이며, 온도가 2520°C인 중성 불꽃을 형성합니다. 산화 불꽃의 최고 온도는 약 2700°C입니다. 산소-프로판 중성 불꽃의 연소 속도는 3.9m/s이며, 템퍼링의 위험이 적고 폭발 범위는 산소 23%에서 95% 사이로 좁습니다. 그러나 산소 소비량이 아세틸렌보다 높고 발화점이 높으며 발화하기 쉽지 않습니다.
2）프로필렌(C3H6)
프로필렌의 상대 분자량은 42.078이며, 총 발열량은 프로판보다 낮지만 화염 온도는 더 높습니다. 순수한 산소 상태에서 프로필렌이 완전 연소하는 화학 반응식은 다음과 같습니다:
C3H6 + 4.5O2 → 3CO2 + 3H2O (2)
완전히 연소된 프로필렌 1 부피의 이론적 산소 소비량은 4.5 부피입니다. 공기 중에서 연소할 때 실제 산소 소비량은 2.6 부피로 2870°C의 중성 불꽃을 형성합니다. 프로필렌과 산소의 비율이 1:3.6이면 화염 온도가 더 높은 산화 화염이 형성될 수 있습니다.
프로필렌은 프로판보다 산소 소비량이 적고 화염 온도가 높기 때문에 일부 국가에서는 절단 가스로 사용되었습니다.
3）부탄(C4H10)
부탄의 상대 분자량은 58.12로 프로판보다 총 발열량이 높습니다. 순수한 산소 상태에서 부탄이 완전 연소하는 화학 반응식은 다음과 같습니다:
C4H10 + 6.5O2 → 4CO2 + 5H2O
부탄 1 부피가 완전히 연소될 때의 이론적 산소 소비량은 6.5 부피입니다. 공기 중에서 연소할 경우 실제 산소 소비량은 4.5부피로 프로판보다 높습니다. 산소 또는 공기와 혼합된 부탄은 폭발 범위가 좁고(부피 분율 1.5% ~ 8.5%) 역효과가 발생하지 않습니다. 하지만 화염 온도가 낮기 때문에 절단 연료로 단독으로 사용할 수 없습니다.
4） 액화 석유 가스
액화 석유 가스는 석유 가공의 부산물로, 주로 프로판(C3H8), 부탄(C4H10), 프로필렌(C3H6), 부텐(C4H8), 소량의 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C2H2), 펜탄(C5H12) 등이 있습니다. 이러한 탄화수소는 상온과 대기압에서 기체 상태로 존재하지만, 저장 및 운송을 위해 약 0.8-1.5 MPa의 압력으로 액화할 수 있습니다.
산업에서는 일반적으로 기체 상태의 석유 가스가 사용됩니다. 석유 가스는 약간 냄새가 나는 무색의 기체로, 표준 조건에서 공기보다 밀도가 약 1.8~2.5kg/m로 더 큽니다.3. 액화 석유 가스의 주성분은 공기 또는 산소와 폭발성 혼합물을 형성할 수 있지만 아세틸렌에 비해 폭발 범위가 상대적으로 작습니다. 액화 석유 가스는 아세틸렌보다 저렴하고 안전하며 역효과가 발생할 위험이 적습니다.
하지만 안전한 연소를 위해 더 많은 산소가 필요하고 화염 온도가 낮으며 연소 속도가 느립니다. 따라서 액화 석유 가스를 사용하는 절단 토치에는 유량을 줄이고 연소가 잘되도록 가스 배출구를 더 넓게 만드는 수정이 필요합니다.
절단에 액화 석유 가스를 사용할 때는 일반적으로 액화 석유 가스의 가스 공급 장비를 통해 달성되는 가스 공급 압력 조정에주의를 기울여야합니다. 액화 석유 가스용 가스 공급 장비에는 주로 가스 실린더, 기화기 및 레귤레이터가 포함됩니다.
가스통
가스통의 용량은 사용자의 사용량과 용도에 따라 다릅니다. 업계에서는 일반적으로 30kg 용량의 가스통을 사용하며, 액화석유가스를 대량으로 사용하는 경우 1.5t 및 3.5t의 대형 저장 탱크도 제작할 수 있습니다.
가스 실린더의 제조 재료는 16Mn 강철, 클래스 A 강철을 채택 할 수 있습니다. Q235또는 고품질 탄소강 20호로 제작됩니다. 가스 실린더의 최대 작동 압력은 1.6MPa이고 정수압 테스트 압력은 3MPa입니다. 액화 석유 가스 실린더는 외부에 은회색으로 코팅되어 있으며 "액화 석유 가스"라는 문구가 표시되어 있습니다.
일반적으로 사용되는 액화석유가스 실린더의 사양은 표 23에 나와 있습니다. 가스 실린더를 테스트하고 확인한 후 실린더 본체에 고정 된 금속판에는 제조업체, 번호, 품질, 용량, 제조 날짜, 검사 날짜, 작동 압력, 테스트 압력이 표시되어야하며 제조업체 검사 부서의 강철 스탬프도 찍혀 있어야합니다.
표 23: 일반적으로 사용되는 액화석유가스 실린더의 사양
| 카테고리 | 볼륨 /L | 외경 /mm | 벽 두께 /mm | 전체 높이 /mm | 자체 체중 /kg | 소재 텍스처 | 수압 테스트 수압 /MPa |
| 12~12.5kg 15kg 20kg | 29 34 47 | 325 335 380 | 2.5 2.5 3 | – 645 650 | 11.5 12.8 20 | 16Mn 16Mn Q235 | 3 3 3 |
기화기
뱀 튜브 열교환기라고도 하며 그 구조는 그림 5에 나와 있습니다. 액화 석유 가스는 내부 튜브를 통해 흐르고 외부 튜브는 40~50°C의 온수로 채워져 액화 석유 가스의 증발에 필요한 열을 공급합니다.
외부 튜브를 통해 흐르는 온수는 외부에서 공급하거나 액화 석유 가스 자체를 연소시켜 가열할 수 있습니다. 물을 가열하는 데 소비되는 연료는 전체 석유 가스 기화량 중 약 2.5%에 불과합니다. 기화기는 일반적으로 사용자가 많거나 액화 석유 가스의 부탄 함량이 높거나 포화 증기압이 낮고 겨울철 실외에서 작동하는 경우에만 사용을 고려합니다.
규제 기관 ③ 규제 기관
그 구조는 그림 6에 나와 있습니다. 레귤레이터는 가스 실린더의 압력을 필요한 작동 압력으로 낮추고 출력 압력을 안정화하여 가스 공급이 균일하도록 하는 두 가지 기능이 있습니다.
레귤레이터의 가장 큰 장점은 출력 가스의 압력을 일정 범위 내에서 조절할 수 있다는 것입니다. 일반적으로 가정용 레귤레이터는 일반적인 두께의 강판을 절단하는 데 사용되며 출력 압력은 2~3MPa입니다. 스프링을 교체하면 가정용 레귤레이터의 출력 압력을 약 25MPa까지 높일 수 있습니다.
그러나 수정하는 동안 안전 밸브 스프링에서 공기가 누출되지 않도록 해야 합니다. 구체적인 방법은 안전 밸브 스프링을 조이는 것입니다. 액화 석유 가스의 사용량이 너무 많으면 대형 레귤레이터를 사용해야 합니다. 액화 석유 가스를 아세틸렌 실린더에 저장하는 경우 아세틸렌 레귤레이터를 사용할 수 있습니다.
일반 두께 강판 절단 시 레귤레이터의 출력 압력은 수동 절단 시 약 2.5MPa, 자동 절단 시 10-30MPa입니다. 화염으로 점화해야하며 점화 후 화염이 가장 짧은 길이가되고 파란색이되고 쉿하는 소리가 날 때까지 산소 및 프로판 가스 유량을 늘려야합니다. 화염 온도가 가장 높을 때 예열 및 절단 작업을 수행할 수 있습니다.
(3) 천연 가스
천연가스는 유전과 가스전의 산물이며 그 구성은 원산지에 따라 다릅니다. 주성분은 탄화수소에 속하는 메탄(CH4)입니다. 메탄은 상온에서 약간의 냄새가 나는 무색 가스입니다. 액화 온도는 -162℃입니다. 공기나 산소와 섞이면 폭발할 수도 있습니다.
메탄-산소 혼합물의 폭발 범위는 5.4% ~ 59.2%(부피 분율)입니다. 산소 내 메탄의 연소 속도는 5.5m/s입니다. 메탄이 순수한 산소 상태에서 완전히 연소할 때의 화학 방정식은 다음과 같습니다:
CH4+2O2→CO2+2H2O (4)
위의 방정식에서 이론적 산소 소비 비율은 1:2임을 알 수 있습니다. 공기 중에서 연소할 때 중성 화염을 형성하는 실제 산소 소비 비율은 1:1.5이며 화염 온도는 약 2540℃로 아세틸렌보다 훨씬 낮습니다.
따라서 절단에 더 긴 예열 시간이 필요합니다. 일반적으로 천연가스가 풍부한 지역에서 절단 연료로 사용됩니다.
(4) 수소(H2)
수소는 무색, 무취의 가연성 기체입니다. 수소는 상대 원자 질량이 가장 작고 물에 용해됩니다. 수소 기체는 확산 속도가 가장 빠르고 열전도율이 높습니다. 열전도율은 공기의 7배에 달합니다.
누출 가능성이 매우 높고 점화 에너지가 낮으며 가장 위험한 인화성 및 폭발성 가스 중 하나입니다. 공기 중 자연 발화점은 560℃이고 산소에서는 450℃입니다. 수소-산소 화염 온도는 2660℃(중성 화염)에 달할 수 있습니다. 수소 가스는 강한 환원성을 가지고 있습니다. 고온에서는 금속 산화물에서 금속을 환원시킬 수 있습니다.
수소 가스를 제조하는 일반적인 방법으로는 원유 가솔린 분해, 암모니아 물 분해, 물 전기분해가 있습니다. 수소 가스는 강철 실린더에 가압할 수 있습니다. 21℃에서 충전 압력은 14MPa(게이지 압력)입니다.
수소 가스는 일반적으로 플라즈마 아크 절단 및 용접에 사용되며 때로는 납 용접에 사용되며 적절한 양의 H를 추가합니다.2 를 용융 전극 가스 차폐 용접 시 Ar로 전환하면 모재의 입력 열을 높이고 용접 속도와 효율을 향상시킬 수 있습니다. 가스 용접 또는 절단 시 수소 가스 사용에 대한 기술적 요구 사항은 표 24에 나와 있습니다.
표 24: 가스 용접 또는 절단 시 수소 가스 사용을 위한 기술 요구 사항
| 표시기 이름(볼륨 분수) | 초순수 수소 | 고순도 암모니아 | 순수 암모니아 | 표시기 이름(볼륨 분수) | 초순수 수소 | 고순도 수소 | 순수 수소 |
| 수소 함량(≥)/% 산소 함량(≤)/10-6 질소 함량(≤)/10-6 CO 함량(≤)/10-6 | 99.9999 0.2 0.4 0.1 | 99.999 1 5 1 | 99.99 5 60 5 | CO 함량(≤)/10-6 메탄 함량(≤)/10-6 수분 함량(질량 분율 ≤)/10-6 | 0.1 0.2 1.0 | 1 1 3 | 5 10 30 |
참고: 초순수 수소 및 고순도 수소의 산소 함량은 산소와 아르곤의 총량을 의미하며, 초순수 수소는 병에 담긴 수소를 제외한 파이프라인 수소를 의미합니다.
질소는 상온에서 공기 부피의 약 78%를 차지합니다. 끓는점은 -196℃입니다. 질소는 이온화 전위가 낮고 아르곤보다 상대 원자 질량이 작습니다. 질소는 분해될 때 많은 양의 열을 흡수합니다.
질소는 용접용 차폐 가스로 사용할 수 있습니다. 열전도율과 열 전달 능력이 우수하기 때문에 질소는 플라즈마 아크 절단에서 작업 가스로도 일반적으로 사용됩니다. 긴 아크 기둥과 분자 복합 열 에너지를 가지고 있어 두꺼운 금속판을 절단할 수 있습니다.
그러나 질소의 상대 원자 질량은 아르곤보다 작기 때문에 플라즈마 아크 절단에 사용할 경우 전원 공급 장치의 높은 무부하 전압이 필요합니다.
질소는 고온에서 금속과 반응할 수 있으며, 특히 가스 압력이 높을 때 플라즈마 아크 절단 시 전극에 강한 침식 작용을 일으킵니다.
따라서 아르곤 또는 수소를 추가해야 합니다. 또한 질소를 작업 가스로 사용하면 절단 표면이 질화되고 절단 중에 더 많은 질소 산화물이 생성됩니다.
용접 또는 플라즈마 아크 절단에 사용되는 질소의 순도는 표 25와 같이 GB 3864-83에 명시된 1등급의 클래스 I 또는 클래스 II의 기술 요구 사항을 충족해야 합니다.
표 25: 산업용 질소에 대한 기술 요구 사항
| 표시기 이름(볼륨 분수) | 클래스 I | 클래스 II | ||
| 클래스 A | 두 번째 레벨 | |||
| 질소 함량(≥) /% | 99.5 | 99.5 | 98.5 | |
| 산소 함량(≤) /% | 0.5 | 0.5 | 1.5 | |
| 수분 함량 | 자유수(≤) M1 | – | 100 | 100 |
| 이슬점(≤)/℃ | -43 | – | – | |
CO에는 다른 가스가 사용됩니다.2 가스 차폐 용접, 불활성 가스 차폐 용접, 혼합 가스 차폐 용접, 플라즈마 아크 용접, 브레이징 보호 분위기에서 산소-아세틸렌 가스 용접 및 절단.
용접 가스의 선택은 주로 용접 및 절단 방법뿐만 아니라 모재의 특성, 품질 요구 사항과 같은 요인에 따라 달라집니다. 용접 조인트, 공작물의 두께와 위치, 용접 공정에 따라 달라집니다.
용접, 절단 또는 가스 차폐 용접에 사용되는 가스는 용접 공정에 사용되는 용접 방법에 따라 다릅니다. 용접 방법과 용접 가스 선택은 표 26에 나와 있습니다.
보호 분위기에서 브레이징에 일반적으로 사용되는 가스의 선택은 표 27에 나와 있습니다. 플라즈마 아크 절단에서 다양한 가스의 적용 가능성은 표 28에 나와 있습니다.
표 26: 다음에 따른 용접 가스 선택 용접 방법
| 용접 방법 | 용접 가스 | |||||
| 가스 용접 | CH+O2 | H2 | ||||
| 가스 절단 | CH+O2 | 액화 석유 가스+O2 | 가스+O2 | 천연 가스+O2 | ||
| 플라즈마 아크 절단 | air | N2 | Ar+N2 | Ar+H2 | N2+H2 | |
| 텅스텐 불활성 가스 용접(TIG) | Ar | He | Ar+He | |||
| 단선 | 금속 불활성 가스 용접(MIG) | Ar | He | Ar+He | ||
| 메탈 아크 용접(MAG) | Ar+O2 | Ar+CO2 | Ar+CO+O2 | |||
| CO2 가스 차폐 용접 | CO2 | CO2+O2 | ||||
| 플럭스 코어 와이어 | CO2 | Ar+O2 | Ar+CO2 | |||
표 27 보호 분위기에서 브레이징에 사용되는 일반적인 가스 선택
| 가스 | 자연 | 화학 성분 및 순도 요구 사항 | 목적 |
| 아르곤 가스 수소 가스 분해 암모니아 저압축 분해 암모니아 질소 가스 | 불활성 환원적 환원적 환원적 구리에 비해 불활성 | 아르곤 > 99.99% 수소 100% 수소 75%, 질소 25% 수소 7%~20%, 균형 질소 질소 100% | 합금강, 내열 합금, 구리 및 구리 합금 합금강, 내열 합금 및 무산소 구리 탄소강, 저합금강 및 탈산 구리 저탄소 강철 구리 및 구리 합금 |
표 28 플라즈마 아크 절단에서 다양한 가스의 적합성
| 가스 | 주요 목적 | 비고 |
| Ar, Ar+H2， Ar+N2， Ar+H2+N2 | 스테인리스 스틸 절단비철 금속 또는 합금 | Ar은 더 얇은 금속을 절단하는 데만 사용됩니다. |
| N2， N2+H2 | 물 재압축 플라즈마 아크의 작동 가스로서 탄소강 절단에도 사용할 수 있습니다. | |
| O2, 공기 | 스테인리스 스틸 및 알루미늄 절단에도 사용되는 탄소강 및 저합금강 절단 | 중요한 알루미늄 합금 구조 부품은 일반적으로 사용되지 않습니다. |
가스 차폐 용접에서는 솔리드 와이어 또는 플럭스 코어 와이어에 관계없이 항상 차폐 가스(매체)와의 적절한 조합에 대한 문제가 있습니다. 차폐 가스는 불활성 가스와 활성 가스의 두 가지 범주에만 속하기 때문에 이 조합의 영향은 비교적 명확하고 와이어-플럭스 조합만큼 복잡하지 않습니다.
불활성 가스(Ar) 보호 용접의 경우, 필러 와이어의 구성은 증착된 금속의 구성과 유사하며 합금 원소는 크게 손실되지 않습니다. 활성 가스 보호 용접 시에는 CO의 강력한 산화 효과로 인해 합금 원소가 손실됩니다.2 가스를 사용하면 필러 와이어 합금의 전이 계수가 감소하여 증착 된 와이어 합금 사이에 상당한 차이가 발생합니다. 금속 성분 및 필러 와이어 구성.
CO의 비율이 높을수록2 가스가 많을수록 산화가 더 강해지고 합금 전이 계수가 낮아집니다.
따라서 CO2 차폐 가스로서 필러 와이어는 충분한 양의 탈산제를 포함해야 합니다. 합금 원소 를 사용하여 Mn 및 Si 결합 탈산 요구 사항을 충족하고 용접 금속의 적절한 산소 함량을 보호하며 용접의 구조와 특성을 개선합니다.
보호 가스는 용접 재료의 특성, 접합 품질 요구 사항, 용접 공정 방법 등의 요소를 고려하여 선택해야 합니다. 저탄소강, 저합금의 경우 고강도 강철, 스테인리스 스틸 및 내열강, 활성 가스(예: CO2, Ar+CO2또는 Ar+O2)는 전이 방울을 개선하고 아크 음극점 드리프트 및 가장자리 물림 결함을 극복하기 위해 보호용으로 권장됩니다. 경우에 따라 불활성 가스를 사용할 수도 있습니다.
그러나 산화성이 강한 보호 가스의 경우 고망간 및 실리콘 용접 와이어를 매칭해야 하며, 아르곤이 풍부한 혼합 가스의 경우 저실리콘 용접 와이어를 매칭해야 합니다.
차폐 가스는 필러 와이어와 일치해야 합니다. CO2 풍부한 아르곤 조건에서 Mn 및 Si 함량이 높은 용접 와이어를 사용하면 증착된 금속의 합금 함량이 높고 강도가 증가합니다.
반대로, 풍부한 아르곤 조건에서 사용되는 전선이 CO2 가스를 사용하면 합금 원소의 산화 및 연소로 인해 합금 전이 계수가 낮아지고 용접 성능이 저하됩니다.
알루미늄 및 그 합금, 티타늄 및 그 합금, 구리 및 그 합금, 니켈 및 그 합금, 고온 합금과 같이 쉽게 산화되거나 용융 특성이 좋지 않은 금속의 경우 고품질 용접 금속을 얻기 위해 불활성 가스(Ar 또는 Ar+He 혼합 가스 등)를 차폐 가스로 사용해야 합니다.
차폐 가스의 이온화 전위(즉, 이온화 전위)는 아크 컬럼의 전기장 강도 및 모재의 열 입력에 약간의 영향을 미칩니다. 보호 특성에는 열 전도성, 비열 용량 및 열 분해가 포함됩니다.
멜팅 사용 시 극성 용접에서 알 수 있듯이 아크에 대한 차폐 가스의 냉각 효과가 클수록 모재의 열 입력이 커집니다. 용접 시 다양한 재료에 적용할 수 있는 보호 가스의 범위는 표 29에 나와 있습니다.
용융 극성 불활성 가스 보호 용접 시 다양한 용접 재료에 적용할 수 있는 보호 가스는 표 30에 나와 있습니다. 대전류를 위한 보호 가스 선택 플라즈마 아크 용접 은 표 31에 나와 있으며, 소전류 플라즈마 아크 용접을 위한 선택 사항은 표 32에 나와 있습니다.
표 29 용접 시 다양한 재료에 적용 가능한 차폐 가스 범위
| 납땜 재료 | 보호 가스 | 화학적 특성 | 용접 방법 | 주요 기능 |
| 알루미늄 및 알루미늄 합금 | Ar | 관성 | TIG MIG | TIG 용접 AC를 채택합니다. MIG 용접은 음극 분쇄 효과가있는 직류 역 연결을 채택하고 표면의 용접 솔기 부드럽고 깨끗합니다. |
| 티타늄, 지르코늄 및 그 합금 | Ar | 관성 | TIG MIG | 보호 효과가 우수한 안정적인 아크 연소 |
| 구리 및 구리 합금 | Ar | 관성 | TIG MIG | 안정적인 제트 아크를 생성하지만 판재 두께가 5-6mm보다 큰 경우 예열이 필요합니다. |
| N2 | 용융 전극 가스 차폐 용접 | 입력 열이 크므로 감소하거나 취소할 수 있습니다. 스플래시와 연기가 발생하며 질소 아크 용접은 일반적으로 탈산소 상태에서만 사용됩니다. 구리 용접. 질소 공급원이 편리하고 가격이 저렴합니다. | ||
| 스테인리스 스틸 및 고강도 스틸 | Ar | 관성 | TIG | 얇은 두께에 적합 플레이트 용접 |
| 탄소강 및 저합금강 | CO2 | 산화 특성 | MAG | 약간의 튀김이 있는 단락 회로 아크에 적합 |
| 니켈 기반 합금 | Ar | 관성 | TIG MIG | 제트, 펄스 및 단락 아크 용접에 적합하며 니켈 기반 합금 용접의 주요 가스입니다. |
표 30 용융 극성 불활성 가스 보호 용접 시 다양한 용접 재료에 적용 가능한 차폐 가스
| 차폐 가스 | 용접 재료 | 차폐 가스 | 용접 재료 |
| Ar Ar+He He Ar+O20.5%~1% Ar+O21% Ar+O21%~3% Ar+O21%~5% Ar+CO225% | 강철을 제외한 모든 금속 특히 용접에 적합한 모든 금속 구리 및 알루미늄 합금 강철을 제외한 모든 금속 알루미늄 고합금강 합금강 비합금 및 저합금 강철 비합금 강철 | Ar+CO2 1%~3% Ar+N20.2% Ar+H26% Ar+N215%~20% N2 CO2 CO2+O215%~20% 수증기 Ar+O23%~7%+CO213%~17% | 알루미늄 합금 알루미늄 합금 니켈 및 니켈 합금 구리 구리 비합금 강철 비합금 강철 비합금 강철 비합금 및 저합금 강철 |
표 31 대전류 플라즈마 아크 용접을 위한 차폐 가스 선택
| 납땜 재료 | 플레이트 두께 /mm | 차폐 가스 | |
| 탄소강 | <3.2 | 마이크로 포어 방법 | 용융 침투 방법 |
| >3.2 | Ar | Ar | |
| 저합금강 | <3.2 | Ar | Ar |
| >3.2 | Ar | Ar | |
| 스테인리스 스틸 | <3.2 | Ar | He75%+Ar25% |
| >3.2 | Ar 또는 Ar92.5%+He7.5% | Ar | |
| 구리 | <2.4 | Ar 또는 Ar95%+He5% | He75%+Ar25% |
| >2.4 | Ar | He 또는 He75%+Ar25% | |
| 니켈 합금 | <3.2 | - | He |
| >3.2 | Ar 또는 Ar92.5%+He7.5% | Ar | |
| 액티브 메탈 | <6.4 | Ar 또는 Ar95%+He5% | He75%+Ar25% |
| >6.4 | Ar | Ar | |
표 32 소전류 플라즈마 아크 용접을 위한 차폐 가스 선택
| 납땜 재료 | 두께/mm | 차폐 가스 | |
| 마이크로 포어 방법 | 용융 침투 방법 | ||
| 알루미늄 | ＜1.6 | - | Ar,He |
| ＞1.6 | He | He | |
| 탄소강 | ＜1.6 | - | Ar,He25%+Ar75% |
| ＞1.6 | Ar,He75%+Ae25% | Ar,He75%+Ar25% | |
| 저합금강 | ＜1.6 | - | Ar,He,Ar+H2(1～5)% |
| ＞1.6 | He75%+Ae25%, Ar+H2(1～5)% | Ar,He,Ar+H2(1～5)% | |
| 스테인리스 스틸 | 모든 두께 | Ar, He75%+Ae25%, Ar+H2(1～5)% | Ar,He,Ar+H2(1～5)% |
| 구리 | ＜1.6 | - | He25%+Ae75% |
| ＞1.6 | He75%+Ae25%,He | Ar,He75%+Ar25% | |
| 니켈 합금 | 모든 두께 | Ar, He75%+Ae25%,Ar+H2(1～5)% | Ar,He,Ar+H2(1～5)% |
| 액티브 메탈 | ＜1.6 | Ar, He75%+Ae25%,HeAr | Ar |
| ＞1.6 | He75%+Ae25%,He | Ar,He75%+Ar25% | |
기본 가스에 일정 비율의 일부 가스를 첨가하여 혼합 가스를 형성하면 아크 형태 변경, 아크 에너지 증가, 용접 형성 및 기계적 특성 향상, 용접 생산성 향상 등 용접 및 절단 공정에서 여러 가지 장점이 있는 혼합 가스가 형성됩니다.
(1) 혼합 가스의 특성
순수 CO 사용 시2 용접용 차폐 가스로서 아크 안정성이 떨어지고 방울이 비축 전이되며 스패 터가 크고 용접 형성이 좋지 않습니다. 저합금 강철을 순수 Ar로 용접할 때 음극점의 드리프트가 커서 아크 불안정성을 유발할 수 있습니다.
O와 같은 소량의 산화 가스를 추가합니다.2 및 CO2 를 Ar로 전환하면 아크 안정성을 크게 개선하고, 액적을 정제하며, 전이 효율을 높이고, 용접 형성 및 다공성에 대한 저항성을 개선하는 데 도움이 됩니다.
가스 차폐 용접에 일반적으로 사용되는 혼합 가스의 성분과 특성은 표 33에 나와 있습니다. 가연성 혼합물의 일부 물리적 및 화학적 특성은 표 34에 나와 있습니다.
표 33 가스 차폐 용접에 일반적으로 사용되는 혼합 가스의 성분 및 특성
| 가스 조합 | 가스 구성 | 아크 열 전위 그라데이션 | 아크 안정성 | 금속 전이 특성 | 화학적 특성 | 용접 관통 모양 | 난방 특성 |
| Ar+He | He ≤75% | medium | 좋은 | 좋은 | – | 침투 깊이가 큰 평평한 모양 | – |
| Ar+H2 | H2 5%~15% | medium | 좋은 | 환원성, H>5%는 모공을 생성합니다. | 깊은 침투 | 용접 부품의 열 입력은 순수 Ar보다 높습니다. | |
| Ar+CO2 | CO2 5% | 낮음에서 중간 | 좋은 | 좋은 | 약한 산화 특성 | 침투력이 큰 평평한 모양(용접 형성 개선) | – |
| CO2 20% | 중간 정도의 산화 | ||||||
| Ar+O2 | O2 1%~5% | 낮은 | 좋은 | 좋은 | 약한 산화 특성 | 버섯 모양, 더 큰 침투력(용접 형성 개선) | – |
| Ar+CO2 +O2 | CO2 20%, 0.5% | 보조 | 좋은 | 좋은 | 중간 정도의 산화 | 침투력이 큰 평평한 모양(용접 형성 개선) | – |
| CO2+O2 | O2 ≤20% | 높은 | 약간 더 나쁨 | 만족 | 약한 산화 특성 | 녹는 깊이가 큰 평평한 모양 | – |
표 34 인화성 혼합물의 몇 가지 물리적 및 화학적 특성
| 주요 가스 | 구성 (부피 비율) /% | 분자 내 | 밀도(표준 상태) /kg-m-3 | 총 발열량 /MJ-㎏-1 | 화염 온도 /℃ | 최대 연소 속도 /m-s-1 | 발화 지점(공기 중) /℃ | 폭발 범위 (공기 중 가연성 가스의 부피 비율/%) |
| 아세틸렌 | 아세틸렌 70+프로필렌 30 | 31 | 1.3 | 47.9 | 3200 | 491 | 2.5~19 | |
| 아세틸렌 85+프로필렌 및 에틸렌 15 | -27.6 | – | – | – | – | – | – | |
| 에틸렌 | 에틸렌 80+아세틸렌 20 | – | 1.242 | 50.3 | 3150 | – | 453 | 2.7~35 |
| 프로필렌 | 프로필렌 45-50+부타디엔 20+아세틸렌 30-35 | 2 | – | 48.5 | 3300 | – | – | 2.5~10.5 |
| 수소 | 수소 | – | 0.08 | – | 2600 | 11.2 | 580~590 | 4.0~74.2 |
| 수소 45-50+프로판 20-30+프로필렌 20-30 | – | – | 60.0 | – | – | – | 2.8~15.6 | |
| 수소 45-50+아세틸렌 10-16+부타디엔 10-14+프로필렌 20-30 | – | – | 57.6 | – | – | – | 2.6~17.1 | |
| 수소 50+석유 가스 50 | – | 1.07~1.12 | 3100 | 7.5~11 | 459~494 | 2.6~17.1 | ||
| 천연 가스 | 메탄 88+(프로필렌+프로판+부탄) 12 | – | – | 50.0 | 1900 | – | – | 5.3~14 |
| 프로파르길 | 프로필렌 35+아세틸렌 1+부타디엔 1+프로필렌 31+부텐 2+프로필렌 12+프로판 18 | – | 1.812 | 49 | 2930 | – | – | 3.4~10.8 |
(2) 혼합 가스 선택
혼합 가스의 선택은 일반적으로 용접 방법, 용접 재료, 혼합 비율이 용접 공정에 미치는 영향에 따라 결정됩니다.
예를 들어, 저합금 고강도 강철을 용접할 때는 용접부의 산화물 개재물과 산소 함량을 줄이기 위해 순수 Ar을 차폐 가스로 사용하는 것이 바람직합니다. 그러나 안정적인 아크 및 용접 형성의 관점에서 Ar에 산화 가스를 첨가합니다.
따라서 약하게 산화되는 가스가 적합합니다. 불활성 가스 아르곤 아크 용접 제트 전환의 경우, Ar+(1%-2%)O의 혼합물이 사용됩니다.2 를 권장하며, 20%CO2+80%Ar는 단락 전환이 있는 능동 가스 보호 용접에 가장 적합합니다.
생산 효율성의 관점에서 보면, He, N2, H2, CO2또는 O2 를 Ar로 전환하면 모재의 열 입력을 높이고 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접 시 용접 속도를 향상시킬 수 있습니다.
예를 들어 두꺼운 용접을 할 때 알루미늄 플레이트저탄소강 또는 저합금강 용접 시 일정량의 O+He 혼합 가스를 추가하는 것이 좋습니다.2 CO2 가스 또는 일정량의 CO2 또는 O2 를 Ar 가스로 전환하면 상당한 효과를 얻을 수 있습니다.
또한 보호용 혼합 가스를 사용하면 침투 깊이를 높이고 융착 부족, 균열, 다공성 등의 결함을 제거할 수 있습니다. 표 35는 용접 시 다양한 재료에 적용할 수 있는 혼합 가스의 범위를 보여줍니다.
표 35 다양한 재료 용접에 적용 가능한 혼합 가스 범위
| 납땜 재료 | 보호 가스 | 혼합 비율 /% | 화학적 특성 | 용접 방법 | 주요 특징 |
| 알루미늄 및 알루미늄 합금 | Ar + He | He10(MIG) He10~90 (TIG 용접) | 관성 | TIG MIG | He의 열전달 계수가 높습니다. 동일한 아크 길이에서 아크 전압은 Ar보다 높습니다. 아크 온도가 높고 모재에 투입되는 열이 크며 용융 속도가 상대적으로 빠릅니다. 두꺼운 알루미늄 판을 용접하는 데 적합하여 융합 깊이를 높이고 다공성을 줄이며 생산 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 첨가되는 He의 비율이 너무 크면 스패 터가 더 많이 발생합니다. |
| 티타늄, 지르코늄 및 그 합금 | Ar+He | 75/25 | 관성 | TIG MIG | 열 입력을 증가시킬 수 있습니다. 제트 아크, 펄스 아크 및 단락 아크 용접에 적합하여 용융 깊이와 용접 금속의 습윤성을 향상시킬 수 있습니다. |
| 구리 및 구리 합금 | Ar+He | 50/50 또는 30/70 | 관성 | TIG MIG | 용접 금속의 습윤성을 개선하고 다음을 증가시킬 수 있습니다. 용접 품질. 입력 열은 순수 Ar보다 높습니다. |
| Ar+N2 | 80/20 | 용융 전극 가스 차폐 용접 | 입력 열은 순수 아르곤보다 높지만 약간의 스패터와 연기가 발생하고 성형이 좋지 않습니다. | ||
| 스테인리스 스틸 및 고강도 스틸 | Ar+O2 | O21~2 | 산화 특성 | 용융 전극 가스 차폐 용접.(MAG) | 액적을 정제하고 제트 전이의 임계 전류를 줄이고 액체 금속의 점도와 표면 장력을 감소시켜 다공성 및 언더컷과 같은 결함을 방지할 수 있습니다. 언제 스테인리스 스틸 용접의 부피 분율인 O2 첨가량은 2%를 초과하지 않아야 하며, 그렇지 않으면 용접 표면이 심하게 산화되어 용접 조인트의 품질이 저하됩니다. 제트 아크 및 펄스 아크 용접에 사용됩니다. |
| Ar+N2 | N21～4 | 관성 | TIG | 아크 강성을 높이고 용접 형성을 개선할 수 있습니다. | |
| Ar+O2+CO2 | O22 CO25 | 산화 특성 | MAG | 제트 아크, 펄스 아크 및 단락 아크 용접에 사용됩니다. | |
| Ar+CO2 | CO22.5 | 산화 특성 | MAG | 단락 아크 용접에 사용됩니다. 언제 스테인리스 스틸 용접의 최대 부피 비율인 CO2 첨가량은 5% 미만이어야 하며, 그렇지 않으면 탄소 침투가 심해집니다. | |
| Ar+O2 | O21～5 또는 20 | 산화 특성 | MAG | 생산 속도가 더 빠르고 다공성에 대한 저항성이 우수합니다. 제트 아크에 사용되며 용접 애플리케이션 고품질 용접이 필요한 경우. | |
| 탄소강 및 저합금강 | Ar+CO2 | 70（80）/30（20） | 산화 특성 | MAG | 침투력이 뛰어나 단락 및 제트 전환 아크에 사용할 수 있습니다. |
| Ar+O2+CO2 | 80/15/5 | 산화 특성 | MAG | 침투력이 뛰어나며 제트, 펄스 및 단락 아크 용접에 사용할 수 있습니다. | |
| 니켈 기반 합금 | Ar+He | 그는 20~25 | 관성 | TIG MIG | 열 입력은 순수 Ar보다 높습니다. |
| Ar+H2 | H2 <6 | 축소 가능성 | 비용융 전극 | 용접부의 CO 다공성을 억제 및 제거하고, 아크 온도를 높이며, 열 입력을 증가시킬 수 있습니다. |
최근에는 거친 아르곤 혼합 가스도 홍보 및 적용되고 있습니다. 그 구성은 Ar = 96%, O2 ≤ 4%, H2O ≤ 0.0057%, N2 ≤ 0.1%. 굵은 아르곤 혼합 가스는 용접 형성을 개선하고 스패터를 줄이며 용접 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 인장 강도가 500-800MPa인 저합금 고강도 강철 용접에 사용할 경우 용접 금속의 기계적 특성이 고순도 아르곤을 사용하는 것과 동등합니다. 거친 아르곤 혼합 가스는 저렴하고 경제적 이점이 있습니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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