Imagine a soldadura sem gás - caótica e fraca. O gás de soldadura é o campeão silencioso, essencial para proteger as soldaduras de contaminantes, estabilizar o arco e garantir juntas fortes. Este artigo explora os tipos de gases de soldadura, as suas funções específicas e o impacto que têm no processo de soldadura. Os leitores ficarão a saber como selecionar o gás certo para várias aplicações, garantindo um desempenho e segurança de soldadura ideais.
O gás de soldadura refere-se principalmente ao gás de proteção utilizado na soldadura com proteção gasosa (soldadura com proteção gasosa de dióxido de carbono, soldadura com proteção gasosa inerte), bem como ao gás utilizado na soldadura e corte a gás, incluindo o dióxido de carbono (CO2), árgon gasoso (Ar), hélio gasoso (He), oxigénio gasoso (O2), gases combustíveis, gases mistos, etc.
Durante a soldadura, o gás de proteção não é apenas um meio de proteção para a área de soldadura, mas também um meio de gás para gerar um arco.
A soldadura e o corte a gás baseiam-se principalmente na chama de alta temperatura produzida pela combustão do gás para concentrar o calor e concluir o processo.
Por conseguinte, as propriedades do gás (tais como as propriedades físicas e químicas, etc.) não só afectam o efeito de proteção, como também afectam a ignição do arco e a estabilidade do processo de soldadura e corte.
De acordo com o papel dos vários gases no processo de trabalho, gás de soldadura divide-se principalmente em gás de proteção e gás utilizado na soldadura e corte a gás.
O gás de proteção inclui principalmente o dióxido de carbono (CO2), árgon gasoso (Ar), hélio gasoso (He), oxigénio gasoso (O2) e hidrogénio gasoso (H2).
O Instituto Internacional de Soldadura salientou que os gases de proteção são classificados de acordo com o seu potencial de oxidação, e a fórmula de cálculo simples para determinar o índice de classificação é Índice de classificação = O2% + 1/2 CO2%.
Com base nesta fórmula, os gases de proteção podem ser classificados em cinco categorias, de acordo com o seu potencial de oxidação. A classe I é um gás inerte ou redutor, a M1 é um gás fracamente oxidante, a M2 é um gás moderadamente oxidante e as classes M3 e C são gases fortemente oxidantes. Os índices de potencial de oxidação de cada tipo de gás de proteção são apresentados no Quadro 1.
A classificação dos gases de proteção para a soldadura de metais negros é apresentada no Quadro 2.
Tabela 1: Índices de potencial de oxidação de vários tipos de gases de proteção
| Tipo | Ⅰ | M1 | M2 | M3 | C |
| Índice de potencial de oxidação | ＜1 | 1～5 | 5～9 | 9～16 | ＞16 |
Quadro 2: Classificação dos gases de proteção para a soldadura de metais negros
| Categoria | Gás. Quantidade | Rácio da mistura (expresso em percentagem de volume) % | Tipo | Teor de oxigénio no metal de solda / %. | ||||
| Tendência à oxidação | Inerte | Reductividade | ||||||
| CO2 | O2 | Ar | Ele | H2 | ||||
| Ⅰ | 112 | - - - | - - - | 100 - 27～75 | - 100 Rem. | - - - | Inerte | ＜0.02 |
| 21 | - - | - - | 85～95 - | -- | Rem. 100 | Reductividade | ||
| M1 | 22 | 2～4 - | - 1～3 | Rem. Rem. | -- | - - | Fracamente oxidante | 0.02～0.04 |
| M2 | 232 | 15～30 5～15 - | - 1～4 4～8 | Rem. Rem. Rem. | - - - | - - - | Moderadamente oxidante | 0.04～0.07 |
| M3 | 223 | 30～40 - 5～20 | - 9～12 4～6 | Rem. Rem. Rem. | - - - | - - - | Fortemente oxidante | ＞0.07 |
| C | 12 | 100 Rem. | - ＜20 | - - | - - | - - | ||
De acordo com as propriedades dos gases, os gases utilizados para soldadura a gás e de corte podem ser divididos em duas categorias: gases oxidantes (O2) e gases combustíveis.
Quando os gases combustíveis são misturados com oxigênio e queimados, uma grande quantidade de calor é liberada, formando uma chama de alta temperatura com calor concentrado (a temperatura mais alta na chama geralmente pode chegar a 2000 ~ 3000 ℃), que pode aquecer e derreter metais.
O acetileno é normalmente utilizado como gás combustível para a soldadura e o corte a gás. Outros gases combustíveis atualmente promovidos para utilização incluem o propano, o propileno, o gás de petróleo liquefeito (principalmente propano), o gás natural (principalmente metano), etc.
As propriedades físicas e químicas de vários gases combustíveis de uso corrente são apresentadas no Quadro 3.
Quadro 3 Propriedades físicas e químicas de vários gases combustíveis comummente utilizados.
| Gás | （C2H2） | （C3H8） | （C3H6） | （C4H10） | （CH4） | （H2） | |
| Relatividade molecular | 26 | 44 | 42 | 58 | 16 | 2 | |
| Densidade (em estado padrão)/kg - m-3 | 1.17 | 1.85 | 1.82 | 2.46 | 0.71 | 0.08 | |
| Relativo ao rácio de massa de ar a 15,6 ℃ (ar=1) | 0.906 | 1.52 | 1.48 | 2.0 | 0.55 | 0.07 | |
| Ponto de ignição/℃ | 335 | 510 | 455 | 502 | 645 | 510 | |
| Valor calorífico bruto | kJ/m | 52963 | 85746 | 81182 | 121482 | 37681 | 10048 |
| kg/m | 50208 | 51212 | 49204 | 49380 | 56233 | - | |
| Carência teórica de oxigénio (relação de volume de oxigénio-gás) | 2.5 | 5 | 4.5 | 6.5 | 2.0 | 0.5 | |
| Consumo real de oxigénio (rácio do volume de oxigénio gasoso) | 1.1 | 3.5 | 2.6 | - | 1.5 | 0.25 | |
| Temperatura neutra da chama ℃ | Combustão em oxigénio | 3100 | 2520 | 2870 | - | 2540 | 2600 |
| Combustão no ar | 2630 | 2116 | 2104 | 2132 | 2066 | 2210 | |
| Velocidade de combustão da chama/ms | Combustão em oxigénio | 8 | 4 | - | - | 5.5 | 11.2 |
| Combustão no ar | 5.8 | 3.9 | - | - | 5.5 | 11.0 | |
| Intervalo de explosão (fração volumétrica de gás combustível/%) | Em oxigénio | 2.8～93 | 2.3～55 | 2.1～53 | - | 5.5～62 | 4.0～96 |
| No ar | 2.5～80 | 2.5～10 | 2.4～10 | 1.9～8.4 | 5.3～14 | 4.1～74 | |
O papel dos gases nos diferentes processos de soldadura ou corte varia e a seleção dos gases está também relacionada com os materiais a soldar.
Por conseguinte, é necessário selecionar gases com propriedades físicas ou químicas específicas, ou mesmo uma mistura de vários gases em diferentes situações.
As principais propriedades e utilizações dos gases habitualmente utilizados na soldadura e no corte são apresentadas no Quadro 4, e as características dos diferentes gases na processo de soldadura são apresentados no Quadro 5.
Tabela 4 Principais características e utilizações dos gases normalmente utilizados na soldadura.
| Gás | Símbolo | Propriedades principais | Aplicação na soldadura |
| dióxido de carbono | CO2 | Propriedades químicas estáveis, não combustão, suporte de não combustão, pode decompor-se em CO e O a altas temperaturas e tem um certo grau de oxidação em metais. Pode liquefazer-se, absorver uma grande quantidade de calor quando o CO líquido se evapora e solidificar-se em dióxido de carbono sólido, vulgarmente conhecido como gelo seco | O fio de soldadura pode ser utilizado como um gás de proteção durante a soldadura, como o CO2 soldadura com proteção gasosa e mista soldadura com proteção gasosa como o CO2+O2, CO2+Ar, etc |
| árgon | Ar | Gás inerte, quimicamente inerte, não reage com outros elementos a temperaturas ambiente e elevadas | Utilizado como gás de proteção para proteção mecânica durante soldadura por arco de árgonsoldadura e corte por plasma |
| oxigénio | O2 | Um gás incolor que suporta a combustão e é muito ativo a altas temperaturas, combinando-se diretamente com vários elementos. Quando o oxigénio entra na poça de fusão durante a soldadura, oxida elementos metálicos e têm um efeito negativo | Quando misturado com gases combustíveis para combustão, podem ser obtidas temperaturas extremamente elevadas para soldadura e corte, tais como chamas de oxigénio-acetileno e chamas de árgon-oxigénio. Misturar em proporção com árgon, dióxido de carbono, etc. para soldadura mista com proteção gasosa |
| acetileno | C2H2 | Vulgarmente conhecido como gás de carboneto de cálcio, é menos solúvel em água, mais solúvel em álcool e mais solúvel em acetona. Mistura-se com ar e oxigénio para formar uma mistura gasosa explosiva, que arde em oxigénio e emite uma temperatura elevada de 3500 ℃ e luz forte | Utilizado para oxigénio-acetileno soldadura por chama e corte |
| hidrogénio | H2 | Capaz de queimar, inativo à temperatura ambiente, muito ativo a altas temperaturas e pode ser utilizado como agente redutor para minérios metálicos e óxidos metálicos. Durante a soldadura, pode fundir-se profundamente em metal líquido e precipitar durante o arrefecimento, o que pode facilmente formar poros | Utilizado como gás de proteção redutor durante a soldadura. A combustão mista com oxigénio pode servir como fonte de calor para a soldadura a gás |
| azoto | N2 | As propriedades químicas não são activas e podem combinar-se diretamente com o hidrogénio e o oxigénio a altas temperaturas. Tem um efeito adverso se entrar na poça de fusão durante a soldadura. Basicamente, não reage com o cobre e pode ser utilizado como gás de proteção | Na soldadura por arco com azoto, o azoto é utilizado como gás de proteção para soldar cobre e aço inoxidável. O nitrogénio é também habitualmente utilizado no plasma corte em arco como um gás protetor exterior |
Tabela 5 Características dos diferentes gases no processo de soldadura.
| Gás | Componente | Gradiente de potencial da coluna de arcos | Estabilidade do arco | Características da transição metálica | Propriedades químicas | Penetração da soldadura forma | Características de aquecimento |
| CO2 | Pureza 99,9% | elevado | satisfeito | Satisfeito, mas com alguns salpicos | Fortes propriedades oxidantes | Forma plana com grande profundidade de penetração | – |
| Ar | Pureza 99,995% | baixo | bom | satisfeito | – | Em forma de cogumelo | – |
| Ele | Pureza 99,99% | elevado | satisfeito | satisfeito | – | Par plano | A entrada de calor das peças soldadas é mais elevada do que a do Ar puro |
| N2 | Pureza 99,9% | elevado | diferença | diferença | Geração de poros e nitretos no aço | Forma plana | – |
(1) Propriedades do CO2 gás
CO2 é um gás protetor oxidante e existe em três estados: sólido, líquido e gasoso. O CO2 é incolor e inodoro. A 0°C e 1 atm (101325 Pa), a densidade do CO2 é de 1,9768 g/L, o que é 1,5 vezes superior ao do ar. O CO2 é facilmente solúvel em água e tem um sabor ligeiramente ácido após a sua dissolução.
Quando o CO2 é aquecido a alta temperatura, decompõe-se em CO e O, libertando -283,24 kJ de energia. Uma vez que o oxigénio atómico é libertado durante o processo de decomposição, a atmosfera do arco tem fortes propriedades gasosas.
Na zona do arco de alta temperatura, três gases (CO2CO, e O2) coexistem frequentemente devido à decomposição do CO2 gás. O grau de absorção de CO2 A decomposição do gás está relacionada com a temperatura do arco durante o processo de soldadura.
À medida que a temperatura aumenta, o grau de reação de decomposição torna-se mais intenso. Quando a temperatura ultrapassa os 5000K, quase todo o CO2 decompõe-se. A relação entre o grau de decomposição do CO2 A decomposição do gás e a temperatura são apresentadas na Figura 1.
CO líquido2 é um líquido incolor cuja densidade muda com a temperatura. Quando a temperatura está abaixo de -11 ℃, sua densidade é maior que a da água, enquanto acima de -11 ℃, é menor que a da água. As propriedades do CO saturado2 são apresentados no Quadro 6.
O ponto de ebulição do CO2 passa de líquido a gás a uma temperatura muito baixa (-78℃), pelo que o CO2 é geralmente utilizado no seu estado líquido, que pode ser vaporizado à temperatura ambiente. A 0°C e 1 atm, 1 kg de CO2 pode ser vaporizado em 509L de CO2 gás.
Quadro 6 Propriedades do CO2 Pressão do gás
| Temperatura /℃ | Pressão /MPa | Densidade /kg-L-1 | Capacidade térmica específica a pressão constante /105J-kg-1-K-1 | Temperatura /℃ | Pressão /MPa | Densidade /kg-L-1 | Capacidade térmica específica a pressão constante /105J-kg-1-K-1 | ||||
| Líquido | Gás | Líquido | Gás | Líquido | Gás | Líquido | Gás | ||||
| -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) Armazenamento de CO2 gás
CO2 O gás para soldadura apresenta-se frequentemente sob a forma de CO2 armazenado em cilindros de aço, o que é económico e conveniente. O CO2 As garrafas são pintadas de preto e rotuladas com letras amarelas onde se lê "Dióxido de Carbono Liquefeito". Os códigos de cores para as garrafas que contêm os gases de soldadura normalmente utilizados são apresentados na Tabela 7.
Tabela 7 Códigos de cores para garrafas que contêm gases de soldadura comummente utilizados
| Gás | Símbolo | Cor do cilindro | Redação | Cor da letra | Faixa de cores | Gás | Símbolo | Cor do cilindro | Redação | Cor da letra | Faixa de cores |
| Hidrogénio Oxigénio Ar Nitrogénio Acetileno Dióxido de carbono | H2 O2 - N2 C2H2 CO2 | Verde claro Azul claro Preto Preto Branco Preto | Hidrogénio Oxigénio Ar Nitrogénio Acetileno, manter afastado do fogo Dióxido de carbono líquido | Carmesim Preto Branco Amarelo claro Carmesim Amarelo | Amarelo claro Branco Branco Branco - Preto | Metano Propano Propileno Árgon Hélio Gás de petróleo liquefeito | CH4 C3H8 C3H6 Ar Ele - | Castanho Castanho Castanho Cinzento prateado Cinzento prateado Cinzento prateado | Metano Propano liquefeito Propileno liquefeito Árgon Hélio Gás de petróleo liquefeito | Branco Branco Amarelo claro Verde escuro Verde escuro Carmesim | Amarelo claro - - BrancoBranco - |
① Se a pressão de trabalho for de 19,6 MPa, deve ser adicionada uma banda de cor; se a pressão de trabalho for de 29,4 MPa, devem ser adicionadas duas bandas de cor.
O cilindro de aço normalizado para o CO2 tem normalmente uma capacidade de 40 kg e pode ser enchido com 25 kg de CO2.
Os 25 kg de CO2 representa cerca de 80% do volume do cilindro, e o espaço restante de 20% é preenchido com CO2.
O valor de pressão indicado no manómetro da garrafa é a pressão de saturação desta parte do gás. Esta pressão depende da temperatura ambiente. À medida que a temperatura aumenta, a pressão de saturação aumenta, e à medida que a temperatura diminui, a pressão de saturação diminui.
Só quando todo o CO2 no cilindro de aço se tenha evaporado em gás, a pressão do gás no cilindro diminuirá gradualmente com o consumo de CO2 gás.
O CO líquido2 contido num cilindro de aço normalizado pode vaporizar-se em 12,725 L de CO2 gás. De acordo com a seleção do CO2 durante a soldadura (ver quadro 8), se o consumo médio de CO2 durante a soldadura é de 10 L/min, um gás líquido de CO2 O cilindro pode ser utilizado continuamente durante cerca de 24 horas.
Quadro 8: Seleção de CO2 caudal de gás durante a soldadura
| Método de soldadura | Fluxo de gás CO2 /L - min-1 |
| Soldadura por CO2 com fio fino | 5~15 |
| Soldadura CO2 com fio grosso | 15~25 |
| Soldadura CO2 de alta corrente com fio grosso | 25~50 |
A pressão de um tubo padrão de CO2 quando o cilindro está cheio é de 5,0-7,0 MPa. À medida que a pressão no interior do cilindro diminui durante a utilização, a quantidade de água vaporizada a partir da humidade dissolvida no CO2 também aumenta.
A relação entre o teor de água no CO2 O gás e a pressão no interior da garrafa são apresentados na Figura 6.2.
Os dados empíricos mostram que, quando a pressão do gás no interior da garrafa é inferior a 0,98 MPa (a 20℃), o CO2 no cilindro de aço já não deve ser utilizado porque o CO2 praticamente se evaporou.
Se continuar a ser utilizado, defeitos de soldadura como poros no metal de solda, e o gás CO2 deve ser reabastecido.
(3) A pureza do CO2 gás para soldadura
A fração mássica de água que pode ser dissolvida em CO2 é 0,05%, e o excesso de água deposita-se no fundo do cilindro em estado livre.
Estas moléculas de água evaporam-se com o CO2 durante o processo de soldadura e misturam-se com o CO2 gás, entrando diretamente na zona de soldadura.
Por conseguinte, a humidade é a principal impureza nociva no CO2 gás. O teor de hidrogénio do metal de solda varia em função da humidade do gás CO2 gás, como indicado no Quadro 9.
A relação entre as emissões de CO2 O ponto de orvalho e o teor de hidrogénio do metal de solda são apresentados na Figura 3.
Quadro 9: Teor de hidrogénio do metal de solda sob diferentes níveis de humidade do CO2 gás.
| Humidade do CO2 | /g - m3 | 0.85 | 1.35 |
| Teor de hidrogénio por 1 kg de metal de solda | /mg | 29 | 45 |
| Humidade do CO2 | /g - m3 | 1.92 | 15 |
| Teor de hidrogénio por 1 kg de metal de solda | /mg | 47 | 55 |
Como o teor de água no CO2 (ou seja, à medida que a temperatura do ponto de orvalho aumenta), o teor de hidrogénio no metal de solda aumenta gradualmente, a plasticidade diminui e até podem ocorrer defeitos como poros.
Por conseguinte, o CO2 utilizado para a soldadura deve ter um elevado grau de pureza. Os requisitos técnicos para o CO2 utilizados para a soldadura são apresentados no Quadro 10.
Na China, o requisito geral é que as emissões de CO2 > 99%, O2 < 0,1%, H2O < 0,05%; enquanto em alguns países estrangeiros, o CO2 > 99,8%, H2O < 0,0066%, ponto de orvalho abaixo de -40 ℃ (equivalente à Classe I da GB) também é necessário.
Quadro 10: Requisitos técnicos para o CO2 utilizado para soldadura (GB 6052-85).
| Nome do indicador | Classe I % | Classe II % | ||
| classe a | segundo nível | Nível 3 | ||
| CO2 conteúdo teor de humidade | ≥99.8 ≤0.005 | ≥99.5 ≤0.05 | ≥99.0 ≤0.10 | ≥99.0 – |
Se o sistema de controlo de CO2 O gás utilizado no local de produção tem um elevado teor de água e um baixo grau de pureza, pelo que deve ser purificado. Os métodos de purificação normalmente utilizados são os seguintes:
a. Inverter o novo tubo de CO2 A água deve ser drenada para um cilindro de aço a gás e deixada em repouso durante 1-2 horas para que a água possa assentar no fundo. Em seguida, abrir a válvula da garrafa invertida e drenar a água 2 a 3 vezes, com um intervalo de cerca de 30 minutos entre cada drenagem. Após o escoamento, voltar a colocar a garrafa de aço na posição vertical.
b. Antes de utilizar a garrafa de aço após o tratamento de drenagem da água, libertar o gás continuamente durante 2-3 minutos, porque o gás na parte superior contém normalmente mais ar e água, que foram misturados na garrafa durante o enchimento.
c. Ligar um secador de alta pressão e um secador de baixa pressão em série na instalação de CO2 tubagem de abastecimento. O dessecante pode ser gel de sílica, óxido de cálcio anidro ou sulfato de cobre desidratado para reduzir ainda mais o teor de água no CO2 gás. O dessecante usado pode ser seco e reutilizado.
d. Não utilizar o dispositivo de CO2 quando a pressão do gás no interior da garrafa desce para 0,98 MPa.
Quando o CO2 é utilizado como um gás de proteção para a soldadura em espaços pouco ventilados ou estreitos, devem ser reforçadas as medidas de ventilação para evitar a concentração de CO2 de exceder a concentração permitida (30 kg/m2) especificada pela regulamentação nacional, o que afectaria a saúde dos soldadores.
(1) Propriedades do árgon
O árgon é o gás raro mais abundante no ar depois do azoto e do oxigénio, com uma fração volumétrica de cerca de 0,935%.
O árgon é incolor e inodoro. A 0 ℃ e 1 atm (101325 Pa), sua densidade é de 1,78 g / L, cerca de 1,25 vezes a do ar. O ponto de ebulição do argônio é -186 ℃, entre os pontos de ebulição do oxigênio (-183 ℃) e do nitrogênio (-196 ℃). O argônio pode ser obtido simultaneamente à produção de oxigênio por destilação fracionada do ar líquido.
O árgon é um gás inerte que não reage quimicamente com os metais durante a soldadura e não se dissolve no metal líquido.
Por conseguinte, pode evitar a perda de elementos metálicos na soldadura e outros defeitos de soldadura, tornando a reação metalúrgica de soldadura simples e fácil de controlar, proporcionando condições favoráveis para a obtenção de soldaduras de alta qualidade.
A relação entre a condutividade térmica e a temperatura de Ar, He, H2e N2 é apresentado na Figura 4. Pode ver-se que o árgon tem a condutividade térmica mais baixa e pertence a um gás monoatómico, que não absorve calor devido à decomposição a altas temperaturas.
Por conseguinte, a perda de calor do arco gerado no gás árgon é relativamente pequena. O árgon tem uma densidade elevada e não se perde facilmente durante a proteção, o que resulta num bom efeito de proteção. O fio metálico pode facilmente passar para um fluxo de jato axial estável, com o mínimo de salpicos.
(2) Armazenamento de árgon
O argônio pode ser armazenado e transportado na forma líquida abaixo de -184 ℃, mas os cilindros de aço cheios de gás argônio são comumente usados para soldagem. O cilindro de gás argônio é pintado de cinza prateado e marcado com verde (Ar).
Atualmente, os volumes de cilindros de gás argônio comumente usados na China são 33L, 40L e 44L. Quando o cilindro está cheio e colocado abaixo de 20 ℃, a pressão dentro do cilindro deve ser de 15 MPa.
É estritamente proibido bater ou colidir com a garrafa de gás árgon durante a utilização; não utilizar o fogo para descongelar a válvula quando esta congela; não utilizar máquinas electromagnéticas de elevação de pesos para transportar garrafas de gás árgon; evitar a exposição à luz solar no verão; o gás no interior da garrafa não deve ser completamente esgotado; e as garrafas de gás árgon devem, em geral, ser mantidas na vertical.
| Nome do indicador | Gás árgon (GB 4842-84) | Gás árgon de elevada pureza (GB 10624-89) | ||
| Árgon industrial | Qualidade superior | Qualidade de primeira classe | Produto qualificado | |
| Teor de árgon (≥) /% Teor de azoto (≤) /% Teor de oxigénio (≤) /% Teor de hidrogénio (≥) /% Teor de carbono (≤) /% Teor de humidade (≤) /% | 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 |
Nota: O teor de gases é expresso em fração de volume; o teor de humidade é expresso em fração de massa.
Quadro 12 Pureza do árgon utilizado na soldadura de diferentes materiais
| Metal de base | Conteúdo de gás / % | |||
| Ar | N2 | O2 | H2O | |
| TitânioZircónio, molibdénio, nióbio e respectivas ligas Alumínio, magnésio e respectivas ligas, ligas de crómio-níquel resistentes ao calor Cobre e ligas de cobre, aço inoxidável crómio-níquel | ≥99.98 ≥99.9 ≥99.7 | ≤0.01 ≤0.04 ≤0.08 | ≤0.005 ≤0.05 ≤0.015 | ≤0.07 ≤0.07 ≤0.07 |
Se o teor de impurezas do gás árgon exceder a norma especificada durante a soldadura, não só afecta a proteção do metal fundido, como também provoca facilmente defeitos como a porosidade e a inclusão de escória na soldadura, o que afecta a qualidade da junta de soldadura e aumenta a perda de combustão do elétrodo de tungsténio.
(1) Propriedades do gás hélio
O gás hélio é também um gás inerte, incolor e inodoro, que não forma compostos com outros elementos como o gás árgon. É um gás monoatómico e é difícil de dissolver em outros metais. O seu ponto de ebulição é de -269℃.
O gás hélio tem um elevado potencial de ionização, tornando difícil a soldadura por arco. Comparado com o gás árgon, o gás hélio tem uma condutividade térmica mais elevada, resultando numa tensão e temperatura de arco mais elevadas com a mesma corrente de soldadura e intensidade de arco.
Como resultado, a entrada de calor do metal de base é maior, o velocidade de soldadura é mais rápida, a coluna de arco é mais fina e mais concentrada, e a penetração da soldadura é maior. Esta é a principal vantagem da utilização do gás hélio para a soldadura por arco, mas a sua estabilidade do arco é ligeiramente inferior à da soldadura por arco com árgon.
Devido ao seu peso atómico leve e à sua pequena densidade, é necessário um caudal muito maior de gás hélio para proteger eficazmente a área de soldadura.
Devido ao seu preço elevado, só é utilizado em certas aplicações especiais, como a soldadura de componentes-chave, tais como barras de arrefecimento para reactores nucleares e componentes espessos. ligas de alumínio. As características do gás árgon e do gás hélio durante a soldadura são comparadas na Tabela 13.
Tabela 13 Comparação das características dos gases árgon e hélio durante a soldadura
| Gás | Símbolo | caraterística |
| árgon | Ar | (1) Baixa tensão do arco: produz menos calor e é adequado para a soldadura por arco de tungsténio e árgon de metais finos. (2) Bom efeito de limpeza: adequado para metais de soldadura que formam películas de óxido difíceis de fundir, tais como alumínio, ligas de alumínio e ligas à base de ferro com elevado teor de alumínio. (3) Fácil de acender o arco: particularmente importante quando soldadura de metais finos peças. (4) Menor caudal de gás: O gás árgon tem uma densidade mais elevada do que o ar, o que significa que proporciona uma melhor proteção e é menos afetado pelo fluxo de ar do que o gás hélio. (5) Adequado para soldadura plana e horizontal: O gás árgon pode controlar melhor a poça de fusão durante a soldadura plana e horizontal, mas o seu efeito protetor é inferior ao do gás hélio. (6) Soldadura de metais dissimilares: geralmente, o gás árgon é melhor do que o gás hélio. |
| amoníaco | Ele | (1) Tensão de arco elevada: produz mais calor e é adequada para soldar metais espessos e metais com elevada condutividade térmica. (2) Pequena zona afetada pelo calor: resulta numa menor deformação durante a soldadura e em propriedades mecânicas mais elevadas. (3) Maior caudal de gás: O gás hélio tem uma densidade inferior à do ar e o seu caudal de gás é 0,2 a 2 vezes superior ao do gás árgon. O gás hélio é mais sensível ao fluxo de ar do que o gás árgon, mas proporciona uma melhor proteção para a soldadura plana e horizontal. (4) Velocidade de soldadura automática elevada: quando a velocidade de soldadura é superior a 66 mm/s, podem ser obtidas soldaduras mais pequenas com menos porosidades e subcortes. |
Como o arco de gás hélio é instável e o efeito de limpeza do cátodo não é óbvio, a soldadura por arco de tungsténio e hélio utiliza geralmente uma ligação positiva DC. Mesmo para a soldadura de alumínio Quando o arco de hélio é utilizado para a remoção de película de óxido, magnésio e suas ligas, não é utilizada uma fonte de energia CA. O arco de hélio tem uma produção de calor grande e concentrada, uma forte penetração do arco e, quando o arco é curto, a ligação positiva DC também tem algum efeito na remoção da película de óxido.
Na soldadura por arco de hélio com ligação positiva DC de liga de alumínio, a soldadura de passagem única espessura de soldadura pode atingir 12mm, e a soldadura frontal e traseira pode atingir 20mm. Em comparação com a soldadura por arco de árgon AC, tem uma maior profundidade de fusão, mais estreita cordão de soldaduraA soldadura por arco de árgon AC é mais fácil de realizar, tem uma deformação mais pequena, uma zona de amolecimento mais pequena e menos sobreaquecimento do metal. Para ligas de alumínio de reforço tratadas termicamente, as propriedades mecânicas das juntas à temperatura ambiente e a baixa temperatura são melhores do que as da soldadura por arco de árgon AC.
(2) Pureza do gás hélio utilizado na soldadura
Como gás de proteção utilizado na soldadura, a pureza do gás hélio é geralmente exigida entre 99,9% e 99,999%. Além disso, também depende do tipo, composição e desempenho do metal de base que está a ser soldado e dos requisitos de qualidade do junta de soldadura.
Em geral, para evitar que os metais se oxidem ou nitretação durante a soldadura de metais activos e para melhorar a qualidade da junta de soldadura, deve ser selecionado gás hélio de alta pureza. Os requisitos técnicos para a utilização de gás hélio na soldadura são apresentados no Quadro 14.
Quadro 14 Requisitos técnicos da utilização de gás hélio para soldadura
| Nome do indicador | Amoníaco de elevada pureza | Amoníaco puro | Amoníaco industrial | ||
| Produto de primeiro nível | Produto secundário | Produto de primeiro nível | Produto secundário | ||
| Teor de amoníaco (≥)/-6 | 99.999 | 99.99 | 99.99 | 99.9 | 98 |
| Néon contendo (≤)/10-6 | 4.0 | 15 | 25 | （Ne+H）≤800 | （Ne+H2 +O2+Ar）≤2.0% |
| Teor de hidrogénio (≤)/10-6 | 1.0 | 3.0 | 5.0 | ||
| Teor total de oxigénio (≤)/10-6 | 1.0 | 3.0 | 5.0 | 29 | |
| Teor de azoto (≤)/10-6 | 2.0 | 10 | 20 | 50 | |
| Teor de CO (≤)/10-6 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | Não especificado | Não especificado |
| CO2 conteúdo (≤)/10-6 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | ||
| Teor de metano (≤)/10-6 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | ||
| Teor de humidade (≤)/10-6 | 3.0 | 10 | 15 | 30 | |
Nota: O teor de gás no quadro é expresso em fração volumétrica e o teor de água é expresso em fração mássica.
(1) Propriedades do gás oxigénio:
O gás oxigénio é um gás incolor, inodoro, insípido e não tóxico à temperatura e pressão ambiente. A 0 ℃ e 1 atm (101325Pa), a densidade do gás oxigênio é 1,43kg / m3, que é maior do que a do ar. A temperatura de liquefação do oxigênio é -182,96 ℃, e o oxigênio líquido é azul claro. À temperatura ambiente, o oxigénio existe em grandes quantidades sob a forma de compostos e estados livres no ar e na água.
O oxigénio gasoso, por si só, não pode arder, mas é um gás de apoio à combustão altamente ativo que pode reagir com muitos elementos para produzir óxidos. Em geral, as reacções de oxidação intensas são designadas por combustão. A soldadura e o corte a gás utilizam gases combustíveis e o calor libertado pela combustão do oxigénio como fontes de calor.
(2) Produção de gás oxigénio:
Existem muitos métodos para produzir oxigénio gasoso, tais como métodos químicos, eletrólise da água e liquefação do ar.
No entanto, na produção industrial, o método de liquefação do ar é amplamente utilizado. O ar é comprimido e resfriado abaixo de -196 ℃ para transformá-lo em um líquido. Então, à medida que a temperatura sobe, o nitrogênio no ar líquido evapora em um gás quando a temperatura sobe para -196 ℃.
À medida que a temperatura continua a subir até -183℃, o oxigénio começa a vaporizar. O oxigénio gasoso é então comprimido a 120-150 atm por um compressor e armazenado em garrafas especiais de oxigénio para utilização e armazenamento.
(3) Armazenamento de gás oxigénio:
O gás oxigénio é geralmente armazenado e transportado em garrafas de oxigénio especiais, cujo exterior deve ser pintado de azul celeste e marcado com as palavras "oxigénio" em tinta preta.
As garrafas de oxigénio devem ser inspeccionadas a cada 3-5 anos na fábrica de enchimento durante a utilização, verificando o volume e a qualidade da garrafa, bem como a corrosão e as fissuras. As dimensões e a capacidade de enchimento das garrafas de oxigénio normalmente utilizadas são indicadas no quadro 15.
O fornecimento de oxigénio gasoso durante o funcionamento é regulado principalmente pelo redutor de pressão da garrafa. Os principais parâmetros técnicos do redutor de pressão das garrafas de oxigénio são apresentados no quadro 16, e as falhas comuns e as medidas de prevenção do redutor de pressão são apresentadas no quadro 17.
Quadro 15 Dimensões e capacidade de enchimento das garrafas de oxigénio habitualmente utilizadas
| Dimensões exteriores /mm | Volume interno /L | Peso da garrafa /kg | Modelo de válvula de garrafa | Capacidade de gás/m3 (a 20 ℃, 14,7MPa) | |
| diâmetro externo | altura | ||||
| 219 | 1150±20 | 33 | 47 | Válvula de cobre QF-2 | 5 |
| 1250±20 | 36 | 53 | 5.5 | ||
| 1370±20 | 40 | 57 | 6 | ||
| 1480±20 | 44 | 60 | 6.5 | ||
| 1570±20 | 47 | 63 | 7 | ||
Quadro 16 Principais parâmetros técnicos do regulador de pressão para garrafa de gás
| Modelo de redutor de pressão | QD1 | QD-2A | QD-2A | DJ-6 | SJ7-10 | QD-20 | QW2-16/0.6 | |
| nome | Regulador de pressão de oxigénio de fase única | Regulador de pressão de oxigénio de duas fases | Regulador de pressão de acetileno de fase única | Regulador de pressão de propano de fase única | ||||
| Especificação do manómetro /MPa | Medidor de alta tensão | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 | 0～24.5 |
| Medidor de baixa tensão | 0～3.92 | 0～1.568 | 0～0.392 | 0～3.92 | 0～3.92 | 0～0.245 | 0～0.157 | |
| Pressão máxima de trabalho /MPa | Lado da admissão | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 1.96 | 1.96 |
| Lado do trabalho | 2.45 | 0.98 | 0.196 | 1.96 | 1.96 | 0.147 | 0.059 | |
| Gama de regulação da pressão de funcionamento / 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 | |
| Capacidade máxima de fornecimento de gás / m3-h-1 | 80 | 40 | 12 | 180 | - | 9 | - | |
| Diâmetro do orifício de saída / mm | 6 | 5 | 3 | - | 5 | 4 | - | |
| Pressão de alívio da válvula de segurança / MPa | 2.8～3.8 | 1.1～1.6 | - | 2.16 | 2.16 | 0.2～0.3 | 0.07～0.1 | |
| Peso / kg | 4 | 2 | 2 | 2 | 3 | 2 | 2 | |
| Dimensões gerais / mm | 200×200×210 | 165×170×160 | 165×170×160 | 170×200×142 | 200×170×220 | 170×185×315 | 165×190×160 | |
Quadro 17 Defeitos comuns dos reguladores de pressão e medidas preventivas.
| Falhas comuns | Localização e causa da falha | Medidas preventivas e reparação |
| Fuga do regulador de pressão | Fuga na junta do regulador de pressão, afrouxamento da ligação roscada ou danos na junta. | Apertar o parafuso; substituir a junta ou adicionar corda de amianto. |
| Fuga da válvula de segurança; danos na junta ou deformação da mola. | Ajustar a mola; substituir a nova junta da válvula (papel de aço azul e corda de amianto). | |
| Danos ou incapacidade de apertar a membrana da tampa do regulador de pressão, resultando em fugas. | Substituir o diafragma de borracha ou apertar o parafuso. | |
| O manómetro sobe (fluxo próprio) e o gás sai depois de desapertar o parafuso de ajuste (o manómetro de baixa pressão continua a subir). | Existem contaminantes na válvula ou na sede da válvula, e a junta de vedação ou a sede da válvula não está nivelada; a mola rotativa está danificada, e a fixação a força é insuficiente. | Limpe os contaminantes na válvula, utilize uma gaze fina para nivelar a sede irregular da válvula. Se existirem fissuras, substitua por novas e ajuste o comprimento da mola. |
| Quando a válvula da garrafa de oxigénio é aberta, o manómetro de alta pressão indica a presença de oxigénio, mas o manómetro de baixa pressão não responde ou não é suficientemente sensível. | O parafuso de ajuste foi apertado até ao fim, mas a pressão de trabalho não aumenta ou aumenta muito pouco. A razão para isto é que a mola principal está danificada ou a haste de transmissão está dobrada. | Retirar a tampa do regulador de pressão e substituir a mola principal e a haste de transmissão. |
| Durante o funcionamento, a pressão do oxigénio cai ou a agulha do manómetro salta violentamente. A razão para tal é o congelamento interno do regulador de pressão. | Depois de descongelar com água quente, secar a humidade com o secador. | |
| O manómetro de baixa pressão indicou a pressão de trabalho, mas esta desce subitamente durante a utilização. A razão para isso é que a válvula da garrafa de oxigénio não está totalmente aberta. | Abrir mais a válvula de oxigénio. |
Em comparação com o oxigénio gasoso, o oxigénio líquido tem as vantagens do baixo consumo de energia, da elevada pureza do oxigénio fornecido (até 99,9% ou mais) e da elevada eficiência de transporte. Por conseguinte, o oxigénio industrial é por vezes fornecido na forma líquida. As formas de fornecer oxigénio líquido aos utilizadores ou no local são as seguintes
a. Instalar um tanque de armazenamento de oxigénio gasoso no departamento do utilizador e encher o tanque com oxigénio gasoso a partir do tanque de transporte de líquidos equipado com equipamento de vaporização e compressão.
b. Instalar um tanque de armazenamento de líquido e equipamento de vaporização no departamento do utilizador e encher o tanque com oxigénio líquido a partir do tanque de transporte de oxigénio líquido.
c. Instalar pequenos recipientes de oxigénio líquido e vaporizadores correspondentes em carrinhos, configurá-los no local e deslocá-los a qualquer momento de acordo com as necessidades de utilização. Este método só é adequado para fábricas e locais com um consumo reduzido de oxigénio.
Existem dois tipos de reservatórios de armazenamento de oxigénio líquido: móveis e fixos. As especificações e os principais parâmetros técnicos dos reservatórios móveis de oxigénio líquido são apresentados no quadro 18, e os dos reservatórios fixos de oxigénio líquido são apresentados no quadro 19.
Quadro 18: Especificações e principais parâmetros técnicos dos reservatórios móveis de oxigénio líquido.
| Número do modelo | CD4-50 | CD4-100 | CD4-175 | Número do modelo | CD4-50 | CD4-100 | CD4-175 | ||
| Parâmetros técnicos | Capacidade do contentor em litros | 50 | 100 | 175 | Parâmetros técnicos | Altura/mm | 1160 | 1150 | 1535 |
| Pressão de funcionamento em MPa | 1.372 | 1.372 | 1.372 | Diâmetro exterior/mm | 322 | 505 | 505 | ||
| Taxa de evaporação diária em percentagem | 2.5 | 2.3 | 1.2～1.6 | Peso do carrinho/㎏ | 45 | 81 | 117 | ||
| Peso do contentor vazio em quilogramas | 60 | 90 | 115 | ||||||
Quadro 19: Especificações e principais parâmetros técnicos dos recipientes fixos de oxigénio líquido.
| Número do modelo | CF-2000 | CF-3500 | CF-5000 | CF-10000 | |||||||||
| Parâmetros técnicos | Volume geométrico /m3 | 2.10 | 3.68 | 5.25 | 10.5 | ||||||||
| Volume efetivo /m3 | 2 | 3.5 | 5 | 10 | |||||||||
| Diâmetro interno do cilindro interior /mm | 1200 | 1400 | 1400 | 2000 | |||||||||
| Diâmetro interior do cilindro exterior /mm | 1700 | 2000 | 2000 | 2600 | |||||||||
| Taxa de evaporação diária /% | 0.9 | 0.55 | 0.45 | 0.4 | |||||||||
| Capacidade de fornecimento de gás /m3-h-1 | Opcional de acordo com os requisitos do utilizador | ||||||||||||
| (Diâmetro exterior x comprimento) /mm | 1712×3245 | 2016×3800 | 2024×5000 | 2620×4318 | |||||||||
| Pressão nominal /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 | |
| Peso do contentor vazio /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 | |
Como o oxigénio é um gás de apoio à combustão com propriedades extremamente activas, quando a garrafa de gás está cheia, a pressão pode atingir 150 atmosferas. Existe um risco de explosão se não for manuseado com cuidado durante a utilização e o transporte do oxigénio.
Por conseguinte, deve ser dada especial atenção aos seguintes pontos:
a) À prova de óleo. É proibido tocar na garrafa de oxigénio e no seu equipamento auxiliar com luvas manchadas de óleo; durante o transporte, nunca deve ser colocada juntamente com substâncias inflamáveis e óleos.
b) À prova de choque. As garrafas de oxigénio devem ser colocadas de forma segura para evitar vibrações que podem causar explosões de oxigénio. Na posição vertical, devem ser utilizados aros de ferro ou correntes para fixação; na posição deitada, devem ser utilizadas almofadas de madeira para evitar o rolamento e devem ser instalados dois amortecedores de borracha no corpo da garrafa. Durante o transporte, deve ser utilizado um veículo específico para o efeito.
c) Resistentes ao calor. As garrafas de oxigénio, quer estejam armazenadas ou em transporte, devem ser mantidas a pelo menos 10 m de distância da fonte de calor. No verão, quando se trabalha ao ar livre sob a luz do sol, deve ser coberta com uma lona para evitar explosões.
d) Anti-congelante. Quando utilizar uma garrafa de oxigénio no inverno, se a válvula da garrafa de oxigénio congelar, cubra-a com um pano embebido em água quente para a descongelar. Em caso algum se deve utilizar o fogo para a aquecer e descongelar, para evitar acidentes com explosões.
e) Antes de abrir a válvula da garrafa de oxigénio, verificar se a porca de pressão está apertada. Ao rodar o volante, este deve ser suave, sem força excessiva, e as pessoas devem colocar-se do lado da saída de oxigénio. Ao utilizar o oxigénio, não utilizar todo o oxigénio da garrafa, deixando pelo menos 1-3 atmosferas de oxigénio.
f) Quando a garrafa de oxigénio não estiver a ser utilizada, a tampa de proteção deve ser colocada na válvula para evitar danos.
g) Durante a reparação da válvula da garrafa de oxigénio, deve ser dada especial atenção à segurança para evitar a explosão da garrafa de oxigénio.
(4) Pureza do oxigénio de soldadura
Como o oxigénio industrial é normalmente produzido por liquefação e separação do ar, contém frequentemente azoto. A presença de azoto durante a soldadura e o corte não só baixa a temperatura da chama, afectando a eficiência da produção, como também reage com o ferro fundido para formar ferro nitretado, reduzindo a resistência da soldadura.
Por conseguinte, a pureza do oxigénio tem um grande impacto na eficiência e na qualidade da soldadura e do corte a gás. Quanto maior for a pureza do oxigénio utilizado na soldadura e no corte a gás, especialmente no corte, melhor.
O oxigénio também é normalmente utilizado como um gás adicional para a soldadura com proteção de gás inerte para refinar as gotículas, superar o desvio do ponto catódico do arco, aumentar a entrada de calor do metal de base e melhorar a velocidade de soldadura.
Tabela 20: Requisitos técnicos para o oxigénio de soldadura no estado gasoso. Deve ser utilizado oxigénio de primeira qualidade da classe I ou II de alta pureza para soldadura e corte a gás de alta qualidade, para obter a condutividade térmica necessária.
| Nome do indicador | Classe I | Classe Ⅱ | ||
| Teor de oxigénio (fração volumétrica ≥) / %. | 99.5 | 99.5 | 99.2 | |
| Humidade | Água livre (≤) / mL. | - | 100 | 100 |
| Ponto de orvalho (≤) / ℃ | -43 | - | - | |
Existem muitos tipos de gases inflamáveis utilizados na soldadura, mas atualmente os mais utilizados na soldadura e corte a gás são o gás acetileno (C2H2), seguido do gás propano.
O gás hidrogénio, o gás natural ou o gás de carvão também podem ser utilizados como gases inflamáveis, dependendo das condições locais ou do material a soldar ou cortar. Ao escolher um gás inflamável, devem ser considerados os seguintes factores:
a) O calor gerado deve ser elevado, o que significa que a quantidade de calor libertada pela combustão completa do gás inflamável por unidade de volume deve ser elevada.
b) A temperatura da chama deve ser elevada, referindo-se geralmente à temperatura mais elevada da chama que arde em oxigénio.
c) A quantidade de oxigénio necessária para a combustão de um gás inflamável deve ser pequena, para aumentar a sua economia.
d) A gama de limites explosivos deve ser pequena.
e) Os transportes devem ser relativamente cómodos.
(1) Acetileno (C2H2)
1) Propriedades do acetileno
O acetileno é um hidrocarboneto insaturado (C2H2), que é um gás incolor à temperatura ambiente e à pressão de 1 atmosfera (101325Pa). Geralmente, ao soldar com acetileno, há um odor especial devido a impurezas como o H2S e PH3.
A temperatura da chama do acetileno queimando em oxigênio puro pode atingir cerca de 3150 ℃, e o calor é relativamente concentrado. É atualmente o gás inflamável mais utilizado na soldadura e corte a gás.
A densidade do acetileno é de 1,17kg/m3. O ponto de ebulição do acetileno é -82,4 ℃ e torna-se líquido a -83,6 ℃. Em temperaturas abaixo de -85 ℃, ele se torna sólido. O acetileno gasoso pode ser dissolvido em água, acetona e outros líquidos. A 15 ℃ e 1 atmosfera de pressão, 1L de acetona pode dissolver 23L de acetileno. Quando a pressão é aumentada para 1,42MPa, 1L de acetona pode dissolver cerca de 400L de acetileno.
O acetileno é um gás explosivo e as suas características de explosão são as seguintes
a) Quando a pressão do acetileno puro atinge 0,15MPa e a temperatura atinge 580-600 ℃, ele explodirá quando exposto ao fogo. A pressão do acetileno no gerador e na tubagem não deve exceder 0,13MPa.
b) Quando o acetileno é misturado com ar ou oxigénio, a explosividade aumenta consideravelmente. Quando o acetileno se mistura com o ar, calculado em volume, quando o acetileno representa 2,2%-81%; quando o acetileno se mistura com o oxigénio, calculado em volume, quando o acetileno representa 2.8%-93%, o gás misturado irá inflamar espontaneamente (a temperatura de ignição espontânea da mistura acetileno-ar é 305 ℃ e a temperatura de ignição espontânea da mistura acetileno-oxigénio é 300 ℃), ou explodirá quando exposto a faíscas, mesmo à pressão normal.
O acetileno misturado com cloro gasoso, hipoclorito e outras substâncias explodirá quando exposto à luz solar ou ao calor. O acetileno misturado com azoto, monóxido de carbono e vapor de água reduzirá o risco de explosão.
c) O acetileno pode também formar substâncias explosivas, como o acetileno de cobre e o acetileno de prata, quando em contacto prolongado com cobre, prata, etc.
d) A dissolução do acetileno em líquido pode reduzir muito o seu poder explosivo.
e. A explosividade do acetileno está relacionada com a forma e o tamanho do contentor utilizado para o armazenamento. Os recipientes com diâmetros mais pequenos são menos susceptíveis de explodir. O acetileno pode ser armazenado em contentores com materiais em forma de capilares e, mesmo que a pressão aumente para 2,65 MPa, não ocorrerão explosões.
2) O acetileno industrial é produzido principalmente pela decomposição do carboneto através de geradores de acetileno.
Existem vários tipos de geradores de acetileno habitualmente utilizados para a produção de acetileno, que podem ser classificados de acordo com a pressão produzida: geradores de acetileno de média pressão (que produzem acetileno gasoso a uma pressão manométrica de 0,0069-0,127 MPa) e geradores de acetileno de baixa pressão (que produzem acetileno gasoso a uma pressão manométrica inferior a 0,0069 MPa).
Podem também ser classificados de acordo com as diferentes formas de contacto entre o carboneto e a água, tais como drenagem, carboneto na água e métodos combinados de drenagem. De acordo com a sua forma de posicionamento, podem ainda ser classificados em tipos móveis ou fixos. Os tipos e as características técnicas dos geradores de acetileno de média pressão figuram no quadro 21.
Para uma soldadura a gás de alta qualidade, deve ser utilizado acetileno purificado e seco. O carboneto industrial é fabricado através da fusão de cal viva e coque num forno elétrico. O nível de qualidade e o desempenho do carboneto utilizado para a soldadura e corte com gás acetileno deve cumprir os requisitos especificados na Tabela 22.
Quadro 21. Tipos e especificações técnicas dos geradores de acetileno de média pressão.
| Modelo | Q3-0.5 | Q3-1 | Q3-3 | Q4-5 | Q4-10 | |
| Taxa de produção normal /m3 - h-1 | 0.5 | 1 | 3 | 5 | 10 | |
| Pressão de funcionamento do acetileno /MPa | 0.045～0.1 | 0.045～0.1 | 0.045～0.1 | 0.1～0.12 | 0.045～0.1 | |
| Pressão de fuga da válvula de segurança /MPa | 0.115 | 0.115 | 0.115 | 0.15 | 0.15 | |
| Pressão de rebentamento da película antideflagrante /MPa | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | 0.18～0.28 | |
| Temperatura máxima do acetileno na câmara de gás /℃ | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 | |
| O carboneto de cálcio pode ser carregado num contentor /kg | 2.4 | 5.0 | 13.0 | 12.5 | 25.5 | |
| Tamanho admissível das partículas de carboneto de cálcio /mm | 25×5050×80 | 25×5050×80 | 25×5050×80 | 15～25 | 15×2525×5050×80 | |
| Capacidade de água do gerador /L | 30 | 65 | 330 | 338 | 818 | |
| estilo estrutural | Tipo de drenagem | Tipo de drenagem | Tipo de drenagem | conjunta | conjunta | |
| Formulário de instalação | Móvel | Móvel | Fixo | Fixo | Fixo | |
| Dimensões exteriores /mm | Comprimento | 515 | 1210 | 1050 | 1450 | 1700 |
| Largura | 505 | 675 | 770 | 1370 | 1800 | |
| Altura | 930 | 1150 | 1755 | 2180 | 2690 | |
| Peso líquido (excluindo água e carboneto) / kg | 45 | 115 | 260 | 750 | 980 | |
Tabela 22: Classes de qualidade e desempenho do carboneto para soldadura e corte com gás acetileno.
| Nome do indicador | índice | |||||
| Produto de primeiro nível | Produto secundário | Produto de grau III | Produto de grau 4 | |||
| Tamanho das partículas de carboneto de cálcio /mm | 80~200 | Faqi Li /Lkg-1 | 305 | 285 | 265 | 235 |
| 50~80 | 305 | 285 | 255 | 235 | ||
| 50~80 | 300 | 280 | 250 | 230 | ||
| Teor de PH no acetileno (fração de volume) /% | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | ||
| Teor de SH no acetileno (fração de volume) /% | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | ||
3) Armazenamento de gás acetileno
Devido ao risco de explosão quando pressurizado, o engarrafamento sob pressão direta não pode ser utilizado para armazenar o acetileno. Na indústria, é utilizada a sua elevada solubilidade em acetona e o acetileno é enchido em recipientes que contêm acetona ou uma substância porosa, normalmente conhecidos como acetileno dissolvido ou acetileno engarrafado.
O cilindro de acetileno é normalmente pintado de branco com as palavras "acetileno" em tinta vermelha. O cilindro é preenchido com material poroso embebido em acetona, o que permite que o acetileno seja armazenado em segurança a uma pressão de 1,5 MPa no interior do cilindro.
Quando em uso, deve ser utilizado um regulador de acetileno para reduzir a pressão para menos de 0,103 MPa antes da utilização. O material poroso é tipicamente uma mistura de carvão ativado leve e poroso, serradura, pedra-pomes e terra de diatomáceas.
Para a soldadura, é geralmente exigido um grau de pureza do acetileno superior a 98%. As condições de enchimento são regulamentadas: uma pressão de enchimento não superior a 1,55 MPa a 15°C. O acetileno engarrafado é atualmente um método amplamente promovido e aplicado devido à sua segurança, comodidade e economia.
(2) Gás de petróleo
O gás de petróleo é um produto ou subproduto do processamento do petróleo. Os gases utilizados no corte incluem gases elementares como o propano e o etileno, bem como subprodutos como os gases mistos multicomponentes da refinação, normalmente compostos por propano, butano, pentano e buteno.
1) Propano (C3H8)
O propano é um gás combustível comummente utilizado no corte, com uma massa molecular relativa de 44,094. O seu poder calorífico total é superior ao do acetileno, mas o calor de combustão de uma molécula de massa unitária é inferior ao do acetileno. Consequentemente, a temperatura da chama é mais baixa e o calor da chama é mais disperso. A fórmula da reação química para a combustão completa do propano em oxigénio puro é: C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O (1)
A partir da equação acima, pode ver-se que o consumo teórico de oxigénio de 1 volume de propano completamente queimado é de 5 volumes. Quando o propano é queimado no ar, o consumo real de oxigénio é de 3,5 volumes, formando uma chama neutra com uma temperatura de 2520°C. A temperatura mais elevada da chama oxidante é de cerca de 2700°C. A velocidade de combustão da chama neutra de oxigénio-propano é de 3,9 m/s, e o perigo de têmpera é pequeno, e a sua gama de explosão é estreita, entre 23% e 95% em oxigénio. No entanto, o seu consumo de oxigénio é superior ao do acetileno, tem um ponto de ignição elevado e não é fácil de inflamar.
2）Propileno (C3H6)
O propileno tem uma massa molecular relativa de 42,078, com um poder calorífico total inferior ao do propano, mas uma temperatura de chama mais elevada. A fórmula da reação química para a combustão completa do propileno em oxigénio puro é
C3H6 + 4,5O2 → 3CO2 + 3H2O (2)
O consumo teórico de oxigénio de 1 volume de propileno completamente queimado é de 4,5 volumes. Quando queimado no ar, o consumo real de oxigénio é de 2,6 volumes, formando uma chama neutra com uma temperatura de 2870°C. Quando a proporção de propileno para oxigénio é de 1:3,6, pode formar-se uma chama oxidante, que tem uma temperatura de chama mais elevada.
Devido ao seu menor consumo de oxigénio do que o propano e à sua temperatura de chama mais elevada, o propileno foi utilizado como gás de corte em alguns países.
3）Butano (C4H10)
O butano tem uma massa molecular relativa de 58,12, com um poder calorífico total superior ao do propano. A fórmula da reação química para a combustão completa do butano em oxigénio puro é
C4H10 + 6.5O2 → 4CO2 + 5H2O
O consumo teórico de oxigénio de 1 volume de butano completamente queimado é de 6,5 volumes. Quando queimado no ar, o consumo real de oxigénio é de 4,5 volumes, superior ao do propano. O butano misturado com oxigénio ou ar tem um intervalo explosivo estreito (fração volumétrica de 1,5% a 8,5%) e não é propenso a retrocesso. No entanto, devido à sua baixa temperatura de chama, não pode ser utilizado sozinho como combustível de corte.
4）Gás de petróleo liquefeito
O gás de petróleo liquefeito é um subproduto do processamento do petróleo, composto principalmente por hidrocarbonetos como o propano (C3H8), o butano (C4H10), o propileno (C3H6), o buteno (C4H8) e pequenas quantidades de acetileno (C2H2), etileno (C2H2), pentano (C5H12), etc. Estes hidrocarbonetos existem na fase gasosa a temperaturas normais e à pressão atmosférica, mas podem ser liquefeitos a uma pressão de cerca de 0,8-1,5 MPa para armazenamento e transporte.
Na indústria, o gás de petróleo gasoso é geralmente utilizado. O gás de petróleo é um gás incolor ligeiramente odorífero, com uma densidade superior à do ar em condições normais, cerca de 1,8-2,5 kg/m3. Os principais componentes do gás de petróleo liquefeito podem formar misturas explosivas com o ar ou o oxigénio, mas a gama de explosões é relativamente pequena em comparação com o acetileno. O gás de petróleo liquefeito é mais barato e mais seguro do que o acetileno, com um menor risco de retrocesso.
No entanto, necessita de mais oxigénio para uma combustão segura, tem uma temperatura de chama mais baixa e queima mais lentamente. Por conseguinte, são necessárias modificações nas tochas de corte que utilizam gás de petróleo liquefeito, exigindo áreas de saída de gás maiores para reduzir o caudal e garantir uma boa combustão.
Quando se utiliza gás de petróleo liquefeito para o corte, deve prestar-se atenção ao ajuste da pressão de fornecimento de gás, o que é geralmente conseguido através do equipamento de fornecimento de gás de petróleo liquefeito. O equipamento de fornecimento de gás para gás de petróleo liquefeito inclui principalmente cilindros de gás, vaporizadores e reguladores.
① Garrafas de gás
A capacidade das garrafas de gás varia em função da quantidade e da utilização do utilizador. Na indústria, as garrafas de gás com capacidade de 30 kg são normalmente utilizadas e, se a unidade utilizar uma grande quantidade de gás de petróleo liquefeito, podem também ser fabricadas grandes cisternas de armazenamento de 1,5 t e 3,5 t.
Os materiais de fabrico das garrafas de gás podem adotar aço 16Mn, aço de classe A Q235ou aço-carbono de alta qualidade n.º 20. A pressão máxima de funcionamento da garrafa de gás é de 1,6 MPa e a pressão de teste hidrostático é de 3 MPa. A garrafa de gás de petróleo liquefeito é revestida com cor cinzenta prateada no exterior e marcada com as palavras "gás de petróleo liquefeito".
As especificações das garrafas de gás de petróleo liquefeito normalmente utilizadas são apresentadas no quadro 23. Depois de a garrafa de gás ser ensaiada e verificada, a chapa metálica fixada no corpo da garrafa deve indicar o fabricante, o número, a qualidade, a capacidade, a data de fabrico, a data de inspeção, a pressão de funcionamento, a pressão de ensaio e ainda o carimbo em aço do serviço de inspeção do fabricante.
Quadro 23: Especificações das garrafas de gás de petróleo liquefeito comummente utilizadas
| Categoria | Volume /L | Diâmetro exterior /mm | Espessura da parede /mm | Altura total /mm | Peso próprio /kg | Textura do material | Teste de pressão da água /MPa |
| 12~12,5kg 15 kg 20 kg | 29 34 47 | 325 335 380 | 2.5 2.5 3 | – 645 650 | 11.5 12.8 20 | 16Mn 16Mn Q235 | 3 3 3 |
② Vaporizador
Também conhecido como um permutador de calor serpentubular, a sua estrutura é mostrada na Figura 5. O gás de petróleo liquefeito flui através do tubo interno enquanto o tubo externo é preenchido com água quente a uma temperatura de 40-50°C, que fornece o calor necessário para a evaporação do gás de petróleo liquefeito.
A água quente que circula pelo tubo exterior pode ser fornecida por uma fonte externa ou aquecida pela queima do próprio gás de petróleo liquefeito. O combustível consumido para aquecer a água representa apenas cerca de 2,5% da quantidade total de gaseificação do gás de petróleo. Normalmente, os vaporizadores só são considerados para utilização quando existe uma grande quantidade de utilizadores, um elevado teor de butano no gás de petróleo liquefeito, uma baixa pressão de vapor saturado e um funcionamento ao ar livre no inverno.
③ Regulador
A sua estrutura é apresentada na Figura 6. O regulador tem duas funções: reduzir a pressão na botija de gás para a pressão de trabalho necessária e estabilizar a pressão de saída e assegurar que o fornecimento de gás é uniforme.
A maior vantagem do regulador é o facto de a pressão do gás de saída poder ser ajustada dentro de um determinado intervalo. Geralmente, os reguladores domésticos são utilizados para cortar chapas de aço de espessura geral, e a pressão de saída é de 2-3 MPa. Ao substituir a mola, a pressão de saída do regulador doméstico pode ser aumentada para cerca de 25 MPa.
No entanto, durante a modificação, é necessário assegurar que a mola da válvula de segurança não tem fugas de ar. O método específico é apertar a mola da válvula de segurança. Se a utilização de gás de petróleo liquefeito for demasiado grande, deve ser utilizado um regulador grande. Se o gás de petróleo liquefeito for armazenado numa botija de acetileno, pode ser utilizado um regulador de acetileno.
Para cortar chapas de aço de espessura geral, a pressão de saída do regulador é de cerca de 2,5 MPa para o corte manual e de 10-30 MPa para o corte automático. Deve ser aceso com uma chama aberta e, após a ignição, o caudal de oxigénio e de gás propano deve ser aumentado até a chama atingir o seu comprimento mais curto, de cor azul e acompanhada de um som sibilante. Quando a temperatura da chama é a mais elevada, o pré-aquecimento e o corte podem ser efectuados.
(3) Gás natural
O gás natural é um produto das jazidas de petróleo e de gás e a sua composição varia consoante o local de origem. O seu principal componente é o metano (CH4), que também pertence aos hidrocarbonetos. O metano é um gás incolor com um ligeiro odor à temperatura ambiente. A sua temperatura de liquefação é de -162℃. Também pode explodir quando misturado com ar ou oxigénio.
A gama explosiva da mistura metano-oxigénio é de 5,4% a 59,2% (fração volumétrica). A taxa de combustão do metano em oxigénio é de 5,5 m/s. Quando o metano arde completamente em oxigénio puro, a equação química é
CH4+2O2→CO2+2H2O (4)
A partir da equação acima, pode-se ver que a relação teórica de consumo de oxigénio é de 1:2. A taxa real de consumo de oxigênio para formar chamas neutras ao queimar no ar é 1: 1,5, e a temperatura da chama é de cerca de 2540 ℃, muito mais baixa que o acetileno.
Por conseguinte, é necessário um tempo de pré-aquecimento mais longo para o corte. Normalmente utilizado como combustível de corte em zonas com abundância de gás natural.
(4) Hidrogénio (H2)
O hidrogénio é um gás incolor, inodoro e combustível. O hidrogénio tem a menor massa atómica relativa e é solúvel em água. O gás hidrogénio tem a maior taxa de difusão e uma elevada condutividade térmica. A sua condutividade térmica é 7 vezes superior à do ar.
É extremamente propenso a vazamentos, tem baixa energia de ignição e é um dos gases inflamáveis e explosivos mais perigosos. Seu ponto de combustão espontânea no ar é 560 ℃, e no oxigênio, é 450 ℃. A temperatura da chama de hidrogênio-oxigênio pode chegar a 2660 ℃ (chama neutra). O gás hidrogênio tem fortes propriedades redutoras. Em altas temperaturas, pode reduzir metais de óxidos metálicos.
Os métodos comuns de preparação do gás hidrogénio incluem o craqueamento da gasolina bruta, o craqueamento da água com amoníaco e a eletrólise da água. O gás hidrogênio pode ser pressurizado em um cilindro de aço. A pressão de carga a 21 ℃ é de 14MPa (pressão manométrica).
O hidrogénio gasoso é normalmente utilizado no corte e na soldadura por arco de plasma; por vezes, é utilizado na soldadura com chumbo; a adição de uma quantidade adequada de H2 a Ar durante a soldadura com proteção gasosa do elétrodo de fusão pode aumentar o calor de entrada do material de base, melhorar a velocidade e a eficiência da soldadura. Os requisitos técnicos para a utilização de hidrogénio gasoso durante a soldadura ou o corte a gás são enumerados no Quadro 24.
Quadro 24: Requisitos técnicos para a utilização de hidrogénio gasoso durante a soldadura ou o corte a gás
| Designação do indicador (fração de volume) | Hidrogénio ultrapuro | Amoníaco de elevada pureza | Amoníaco puro | Designação do indicador (fração de volume) | Hidrogénio ultrapuro | Hidrogénio de elevada pureza | Hidrogénio puro |
| Teor de hidrogénio (≥)/% teor de oxigénio (≤)/10-6 teor de azoto (≤)/10-6 Teor de CO (≤)/10-6 | 99.9999 0.2 0.4 0.1 | 99.999 1 5 1 | 99.99 5 60 5 | Teor de CO (≤)/10-6 teor de metano (≤)/10-6 teor de água (fração mássica ≤)/10-6 | 0.1 0.2 1.0 | 1 1 3 | 5 10 30 |
Nota: O teor de oxigénio no hidrogénio ultrapuro e no hidrogénio de alta pureza refere-se à quantidade total de oxigénio e árgon; o hidrogénio ultrapuro refere-se ao hidrogénio canalizado, excluindo o hidrogénio engarrafado.
O nitrogénio representa cerca de 78% do volume de ar à temperatura ambiente. O seu ponto de ebulição é -196℃. O nitrogênio tem um baixo potencial de ionização e uma massa atômica relativa menor do que o argônio. O nitrogênio absorve uma grande quantidade de calor quando se decompõe.
O nitrogénio pode ser utilizado como gás de proteção para soldadura. Devido à sua boa condutividade térmica e capacidade de transporte de calor, o azoto é também normalmente utilizado como gás de trabalho no corte por arco plasma. Tem uma coluna de arco longa e energia térmica composta molecular, pelo que pode cortar placas de metal mais espessas.
No entanto, como a massa atómica relativa do azoto é menor do que a do árgon, quando este é utilizado no corte por arco plasma, é necessária uma tensão elevada em vazio da fonte de alimentação.
O azoto pode reagir com os metais a altas temperaturas e tem um forte efeito erosivo no elétrodo durante o corte por arco plasma, especialmente quando a pressão do gás é elevada.
Por conseguinte, deve ser adicionado árgon ou hidrogénio. Além disso, quando o azoto é utilizado como gás de trabalho, a superfície de corte será nitretada e serão produzidos mais óxidos de azoto durante o corte.
A pureza do azoto utilizado na soldadura ou no corte por arco plasma deve satisfazer os requisitos técnicos da classe I ou da classe II do grau 1 especificados na norma GB 3864-83, como indicado no quadro 25.
Quadro 25: Requisitos técnicos para o azoto industrial
| Designação do indicador (fração de volume) | Classe I | Classe II | ||
| classe a | segundo nível | |||
| Teor de azoto (≥) /% | 99.5 | 99.5 | 98.5 | |
| Teor de oxigénio (≤) /% | 0.5 | 0.5 | 1.5 | |
| Teor de água | Água livre (≤) M1 | – | 100 | 100 |
| Ponto de orvalho (≤)/℃ | -43 | – | – | |
São utilizados diferentes gases para a captura de CO2 soldadura com proteção gasosa, soldadura com proteção gasosa inerte, soldadura com proteção gasosa mista, soldadura por arco de plasma, brasagem em atmosfera protetora, e soldadura e corte com gás oxigénio-acetileno.
A seleção dos gases de soldadura depende principalmente dos métodos de soldadura e de corte, bem como de factores como as propriedades do metal de base, os requisitos de qualidade do junta soldadaA espessura e a posição da peça de trabalho, bem como o processo de soldadura.
O gás utilizado para soldar, cortar ou soldar com proteção gasosa é diferente, dependendo do método de soldadura utilizado no processo de soldadura. O método de soldadura e a seleção dos gases de soldadura são apresentados na Tabela 26.
A seleção dos gases normalmente utilizados para a brasagem numa atmosfera protetora é apresentada no Quadro 27. A aplicabilidade de vários gases no corte por arco plasma é apresentada no Quadro 28.
Tabela 26: Seleção de gases de soldadura de acordo com métodos de soldadura
| Método de soldadura | Gás de soldadura | |||||
| Soldadura a gás | CH+O2 | H2 | ||||
| Corte a gás | CH+O2 | Gás de petróleo liquefeito+O2 | Gás+O2 | Gás natural+O2 | ||
| Corte por arco plasma | ar | N2 | Ar+N2 | Ar+H2 | N2+H2 | |
| Soldadura com gás inerte de tungsténio (TIG) | Ar | Ele | Ar+He | |||
| Fio sólido | Soldadura com gás inerte metálico (MIG) | Ar | Ele | Ar+He | ||
| Arco metálico Soldadura (MAG) | Ar+O2 | Ar+CO2 | Ar+CO+O2 | |||
| CO2 soldadura com proteção gasosa | CO2 | CO2+O2 | ||||
| Fio fluxado | CO2 | Ar+O2 | Ar+CO2 | |||
Quadro 27 Seleção de gases comuns utilizados na brasagem sob atmosfera protetora
| Gás | natureza | Composição química e requisitos de pureza | objetivo |
| Gás árgon Gás hidrogénio Decomposição Amoníaco Subcomprimido Decomposição Amoníaco Gás nitrogénio | Inerte Redutora Redutora Redutora Inerte em relação ao cobre | Árgon > 99.99% Hidrogénio 100% Hidrogénio 75%, Azoto 25% Hidrogénio 7%~20%, equilíbrio Nitrogénio Azoto 100% | Aço de liga leveLiga resistente ao calor, cobre e liga de cobre Liga de aço, liga resistente ao calor e cobre isento de oxigénio Aço-carbono, aço de baixa liga e cobre desoxidado Aço de baixo carbono Cobre e liga de cobre |
Quadro 28 Adequação de vários gases no corte por arco plasma
| Gás | Objetivo principal | observações |
| Ar，Ar+H2， Ar+N2， Ar+H2+N2 | Corte de aço inoxidávelmetais não ferrosos ou ligas | Ar é utilizado apenas para cortar metais mais finos |
| N2， N2+H2 | Como gás de trabalho para o arco de plasma de recompressão de água, pode também ser utilizado para cortar aço-carbono | |
| O2, ar | Corte de aço-carbono e aço de baixa liga, também utilizado para cortar aço inoxidável e alumínio | Não são geralmente utilizados componentes estruturais importantes em liga de alumínio |
Na soldadura com proteção gasosa, independentemente do fio sólido ou do fio fluxado, há sempre uma questão de combinação adequada com o gás de proteção (meio). O impacto desta combinação é relativamente claro e não tão complexo como o da combinação fio-fluxo, uma vez que o gás de proteção se divide em apenas duas categorias: gás inerte e gás ativo.
No caso da soldadura com proteção de gás inerte (Ar), a composição do fio de enchimento é semelhante à do metal depositado, e os elementos de liga não são significativamente perdidos. Enquanto que durante a soldadura com proteção de gás ativo, devido ao forte efeito oxidante do CO2 o coeficiente de transição da liga do fio de enchimento diminui, conduzindo a diferenças significativas entre os valores depositados e os valores de composição metálica e a composição do fio de enchimento.
Quanto maior for a proporção de CO2 na atmosfera protetora, mais forte é a oxidação e mais baixo é o coeficiente de transição da liga.
Por conseguinte, quando se utiliza o CO2 como gás de proteção, o fio de enchimento deve conter uma quantidade suficiente de gás desoxidante elementos de liga para satisfazer os requisitos de desoxidação combinada de Mn e Si, protegendo o teor adequado de oxigénio no metal de solda e melhorando a estrutura e as propriedades da solda.
O gás de proteção deve ser selecionado com base em factores como as propriedades do material soldado, os requisitos de qualidade da junta e os métodos do processo de soldadura. Para aço de baixo carbono, aço de baixa liga aço de alta resistênciaaço inoxidável e aço resistente ao calor, gases activos (como o CO2, Ar+CO2ou Ar+O2) são recomendados para proteção, a fim de refinar as gotículas de transição, superar o desvio do ponto catódico do arco e os defeitos de mordedura dos bordos. Nalguns casos, podem também ser utilizados gases inertes.
No entanto, para gases de proteção com fortes propriedades oxidantes, devem ser combinados fios de soldadura com elevado teor de manganês e silício, enquanto que para gases mistos ricos em Ar, devem ser combinados fios de soldadura com baixo teor de silício.
O gás de proteção deve corresponder ao fio de enchimento. Quando o CO2 O fio de soldadura com um teor mais elevado de Mn e Si é utilizado sob a condição de árgon rico, o teor de liga no metal depositado é elevado e a resistência aumenta.
Pelo contrário, quando o fio utilizado na condição de árgon rico é protegido por CO2 devido à oxidação e queima dos elementos de liga, o coeficiente de transição da liga é baixo e o desempenho da soldadura diminui.
Para os metais que são facilmente oxidados ou com fracas propriedades de fusão, como o alumínio e as suas ligas, o titânio e as suas ligas, o cobre e as suas ligas, o níquel e as suas ligas e as ligas de alta temperatura, devem ser utilizados gases inertes (como o Ar ou o gás misto Ar+He) como gases de proteção para obter um metal de solda de alta qualidade.
O potencial de ionização (ou seja, o potencial de ionização) do gás de proteção tem um ligeiro efeito na força do campo elétrico da coluna do arco e na entrada de calor do metal de base. As propriedades de proteção incluem a condutividade térmica, a capacidade térmica específica e a decomposição térmica.
Quando se utiliza a fusão soldadura por polaridadeQuanto maior for o efeito de arrefecimento do gás de proteção no arco, maior será a entrada de calor do metal de base. A gama aplicável de gases de proteção para diferentes materiais durante a soldadura é apresentada na Tabela 29.
Os gases de proteção aplicáveis a diferentes materiais soldados durante a soldadura com proteção de gás inerte de polaridade de fusão são apresentados na Tabela 30. A seleção do gás de proteção para grandes correntes soldadura por arco de plasma é apresentado no Quadro 31, enquanto a seleção para a soldadura por arco com plasma de corrente fraca é apresentada no Quadro 32.
Tabela 29 A gama aplicável de gás de proteção para diferentes materiais durante a soldadura
| Material soldado | Gás de proteção | Propriedade química | Método de soldadura | A principal caraterística |
| Alumínio e ligas de alumínio | Ar | inércia | TIG MIG | Soldadura TIG adopta corrente alternada. A soldadura MIG adopta a ligação inversa de corrente contínua, que tem um efeito de esmagamento do cátodo e a superfície da cordão de soldadura é suave e limpo |
| Titânio, zircónio e respectivas ligas | Ar | inércia | TIG MIG | Combustão de arco estável com bom efeito de proteção |
| Cobre e ligas de cobre | Ar | inércia | TIG MIG | Gera um arco de jato estável, mas quando a espessura da placa é superior a 5-6 mm, é necessário um pré-aquecimento |
| N2 | Elétrodo de fusão Soldadura com proteção gasosa | O calor de entrada é elevado, o que pode ser reduzido ou anulado. Há salpicos e fumo, e a soldadura por arco de azoto é geralmente utilizada apenas para soldaduras desoxigenadas soldadura de cobre. A fonte de azoto é conveniente e o preço é barato | ||
| Aço inoxidável e aço de alta resistência | Ar | inércia | TIG | Adequado para finos soldadura de placas |
| Aço-carbono e aço de baixa liga | CO2 | Propriedades oxidativas | GAM | Adequado para arco de curto-circuito, com alguns salpicos |
| Liga à base de níquel | Ar | inércia | TIG MIG | Adequado para a soldadura por jato, por impulsos e por arco de curto-circuito, é o principal gás para a soldadura de ligas à base de níquel |
Tabela 30 Gás de proteção aplicável a diferentes materiais soldados durante a soldadura de proteção com gás inerte de polaridade de fusão
| Gás de proteção | Material soldado | Gás de proteção | Material soldado |
| Ar Ar+He Ele Ar+O20.5%～1% Ar+O21% Ar+O21%～3% Ar+O21%～5% Ar+CO225% | Todos os metais, exceto o aço Todos os metais, especialmente adequados para soldadura Cobre e alumínio Ligas Todos os metais, exceto o aço Alumínio Aço de alta liga Aço de liga leve Aço não ligado e aço de baixa liga Aço não ligado | Ar+CO2 1%～3% Ar+N20.2% Ar+H26% Ar+N215%～20% N2 CO2 CO2+O215%～20% Vapor de água Ar+O23%～7%+CO213%～17% | Liga de alumínio Liga de alumínio Níquel e ligas de níquel Cobre Cobre Aço não ligado Aço não ligado Aço não ligado Aço não ligado e aço de baixa liga |
Tabela 31 Seleção do gás de proteção para a soldadura por arco com plasma de corrente larga
| Material soldado | Espessura da placa /mm | Gás de proteção | |
| aço-carbono | <3.2 | Método dos microporos | Método de penetração por fusão |
| >3.2 | Ar | Ar | |
| aço de baixa liga | <3.2 | Ar | Ar |
| >3.2 | Ar | Ar | |
| aço inoxidável | <3.2 | Ar | He75%+Ar25% |
| >3.2 | Ar ou Ar92.5%+He7.5% | Ar | |
| cobre | <2.4 | Ar ou Ar95%+He5% | He75%+Ar25% |
| >2.4 | Ar | He ou He75%+Ar25% | |
| Liga de níquel | <3.2 | - | Ele |
| >3.2 | Ar ou Ar92.5%+He7.5% | Ar | |
| Metal ativo | <6.4 | Ar ou Ar95%+He5% | He75%+Ar25% |
| >6.4 | Ar | Ar | |
Tabela 32 Seleção do gás de proteção para a soldadura por arco com plasma de corrente fraca
| Material soldado | Espessura/mm | Gás de proteção | |
| Método dos microporos | Método de penetração por fusão | ||
| Alumínio | ＜1.6 | - | Ar,He |
| ＞1.6 | Ele | Ele | |
| Aço carbono | ＜1.6 | - | Ar,He25%+Ar75% |
| ＞1.6 | Ar,He75%+Ae25% | Ar,He75%+Ar25% | |
| Aço de baixa liga | ＜1.6 | - | Ar,He,Ar+H2(1～5)% |
| ＞1.6 | He75%+Ae25%, Ar+H2(1～5)% | Ar,He,Ar+H2(1～5)% | |
| Aço inoxidável | Todas as espessuras | Ar, He75%+Ae25%, Ar+H2(1～5)% | Ar,He,Ar+H2(1～5)% |
| Cobre | ＜1.6 | - | He25%+Ae75% |
| ＞1.6 | He75%+Ae25%,He | Ar,He75%+Ar25% | |
| Liga de níquel | Todas as espessuras | Ar, He75%+Ae25%,Ar+H2(1～5)% | Ar,He,Ar+H2(1～5)% |
| Metal ativo | ＜1.6 | Ar, He75%+Ae25%,HeAr | Ar |
| ＞1.6 | He75%+Ae25%,He | Ar,He75%+Ar25% | |
Ao adicionar uma certa proporção de alguns gases ao gás de base, formam-se gases mistos que têm várias vantagens nos processos de soldadura e corte, tais como a alteração da forma do arco, o aumento da energia do arco, a melhoria da formação da soldadura e das propriedades mecânicas e o aumento da produtividade da soldadura.
(1) Propriedades dos Gases Mistos
Quando se utiliza CO2 como gás de proteção para a soldadura, a estabilidade do arco é fraca, as gotículas não são de transição axial, os salpicos são grandes e a formação da soldadura é fraca. Ao soldar aço de baixa liga com Ar puro, há uma grande deriva de pontos catódicos, o que também pode causar instabilidade do arco.
A adição de uma pequena quantidade de gases oxidantes, como o O2 e CO2 a Ar pode melhorar significativamente a estabilidade do arco, refinar as gotículas, aumentar a eficiência da transição e ajudar a melhorar a formação da soldadura e a resistência à porosidade.
Os componentes e as características das misturas de gases normalmente utilizados na soldadura com proteção gasosa são apresentados na Tabela 33. Algumas propriedades físicas e químicas das misturas inflamáveis são apresentadas na Tabela 34.
Tabela 33 Componentes e características dos gases mistos comummente utilizados na soldadura com proteção gasosa
| Combinação de gás | Composição do gás | Gradiente de potencial da coluna de arcos | Estabilidade do arco | Características da transição metálica | Propriedades químicas | Forma da penetração da soldadura | Características de aquecimento |
| Ar+He | Ele ≤75% | médio | bom | bom | – | Forma plana com grande profundidade de penetração | – |
| Ar+H2 | H2 5%~15% | médio | bom | Reductividade, H>5% produzirá poros | Penetração profunda | A entrada de calor das peças soldadas é mais elevada do que a do Ar puro | |
| Ar+CO2 | CO2 5% | Baixa a média | bom | bom | Propriedade oxidante fraca | Forma plana com grande penetração (melhorando a formação da soldadura) | – |
| CO2 20% | Oxidação moderada | ||||||
| Ar+O2 | O2 1%~5% | baixo | bom | bom | Propriedade oxidante fraca | Em forma de cogumelo, com maior penetração (melhorando a formação da soldadura) | – |
| Ar+CO2 +O2 | CO2 20%，0.5% | secundário | bom | bom | Oxidação moderada | Forma plana com grande penetração (melhorando a formação da soldadura) | – |
| CO2+O2 | O2 ≤20% | elevado | Um pouco pior | satisfeito | Propriedade oxidante fraca | Forma plana com grande profundidade de fusão | – |
Tabela 34 Algumas propriedades físicas e químicas de misturas inflamáveis
| Gás principal | Composição (fração de volume) /% | No interior das moléculas | Densidade (em estado normal) /kg-m-3 | Poder calorífico total /MJ-㎏-1 | Temperatura da chama /℃ | Velocidade máxima de combustão /m-s-1 | Ponto de ignição (no ar) /℃ | Gama de explosões (fração volumétrica de gás combustível no ar/%) |
| acetileno | Acetileno 70+Propileno 30 | 31 | 1.3 | 47.9 | 3200 | 491 | 2.5~19 | |
| Acetileno 85+Propileno e Etileno 15 | -27.6 | – | – | – | – | – | – | |
| etileno | Etileno 80+acetileno 20 | – | 1.242 | 50.3 | 3150 | – | 453 | 2.7~35 |
| propileno | Propileno 45-50+butadieno 20+acetileno 30-35 | 2 | – | 48.5 | 3300 | – | – | 2.5~10.5 |
| hidrogénio | hidrogénio | – | 0.08 | – | 2600 | 11.2 | 580~590 | 4.0~74.2 |
| Hidrogénio 45-50+propano 20-30+propileno 20-30 | – | – | 60.0 | – | – | – | 2.8~15.6 | |
| Hidrogénio 45-50+acetileno 10-16+butadieno 10-14+propileno 20-30 | – | – | 57.6 | – | – | – | 2.6~17.1 | |
| Hidrogénio 50+gás de petróleo 50 | – | 1.07~1.12 | 3100 | 7.5~11 | 459~494 | 2.6~17.1 | ||
| gás natural | Metano 88+(propileno+propano+butano) 12 | – | – | 50.0 | 1900 | – | – | 5.3~14 |
| Propargil | Propileno 35+acetileno 1+butadieno 1+propileno 31+buteno 2+propileno 12+propano 18 | – | 1.812 | 49 | 2930 | – | – | 3.4~10.8 |
(2) Seleção de gases mistos
A seleção de gases mistos baseia-se geralmente no método de soldadura, no material soldado e na influência do rácio de mistura no processo de soldadura.
Por exemplo, ao soldar aço de alta resistência de baixa liga, o Ar puro é preferido como gás de proteção para reduzir as inclusões de óxido e o teor de oxigénio na soldadura. No entanto, do ponto de vista da estabilidade do arco e da formação da soldadura, são adicionados gases oxidantes ao Ar.
Por conseguinte, é adequado um gás fracamente oxidante. Para a transição do jato de soldadura por arco de árgon com gás inerte, uma mistura de Ar+(1%-2%)O2 é recomendada, enquanto que uma mistura de 20%CO2O +80%Ar é o melhor para a soldadura de proteção de gás ativo com transição de curto-circuito.
Do ponto de vista da eficiência da produção, a adição de He, N2, H2, CO2, ou O2 a Ar pode aumentar a entrada de calor do metal de base e melhorar a velocidade de soldadura durante a soldadura com gás inerte de tungsténio (TIG).
Por exemplo, ao soldar placas de alumínioRecomenda-se a utilização de um gás de mistura Ar+He; ao soldar aço de baixo carbono ou aço de baixa liga, adicionar uma certa quantidade de O2 para CO2 ou adicionando uma certa quantidade de CO2 ou O2 para o gás Ar pode produzir efeitos significativos.
Além disso, a utilização de gases mistos para proteção pode também aumentar a profundidade de penetração, eliminar defeitos como a falta de fusão, fissuras e porosidade. A Tabela 35 mostra a gama aplicável de gases mistos para diferentes materiais durante a soldadura.
Tabela 35 Gama aplicável de gases mistos para soldadura de diferentes materiais
| Material soldado | Gás de proteção | Rácio de mistura /% | Propriedade química | Método de soldadura | Características principais |
| Alumínio e ligas de alumínio | Ar +He | He10 (MIG) He10~90 (soldadura TIG) | inércia | TIG MIG | O coeficiente de transferência de calor do He é elevado. Com o mesmo comprimento de arco, a tensão do arco é superior à do Ar. A temperatura do arco é elevada, a entrada de calor no metal de base é grande e a velocidade de fusão é relativamente rápida. É adequado para soldar placas de alumínio espessas, o que pode aumentar a profundidade da fusão, reduzir a porosidade e melhorar a eficiência da produção. No entanto, se a proporção de He adicionado for demasiado grande, haverá mais salpicos. |
| Titânio, zircónio e respectivas ligas | Ar+He | 75/25 | inércia | TIG MIG | Pode aumentar a entrada de calor. É adequado para soldadura por arco a jato, arco pulsado e arco de curto-circuito, o que pode melhorar a profundidade de fusão e a humidade do metal de solda. |
| Cobre e ligas de cobre | Ar+He | 50/50 ou 30/70 | inércia | TIG MIG | Pode melhorar a molhagem do metal de solda e aumentar qualidade da soldadura. O calor de entrada é superior ao do Ar puro. |
| Ar+N2 | 80/20 | Elétrodo de fusão Soldadura com proteção gasosa | O calor de entrada é superior ao do Ar puro, mas há alguns salpicos e fumo, e a conformação não é tão boa. | ||
| Aço inoxidável e aço de alta resistência | Ar+O2 | O21~2 | Propriedades oxidativas | Elétrodo de fusão Soldadura com proteção gasosa (MAG) | Pode refinar a gota e reduzir a corrente crítica da transição do jato, reduzir a viscosidade e a tensão superficial do metal líquido, prevenindo assim defeitos como a porosidade e o corte inferior. Quando soldadura de aço inoxidávela fração volumétrica de O2 adicionado não deve exceder 2%, caso contrário a superfície da soldadura oxidará severamente, o que reduzirá a qualidade da junta soldada. É utilizado para a soldadura por arco a jato e por impulso. |
| Ar+N2 | N21～4 | inércia | TIG | Pode aumentar a rigidez do arco e melhorar a formação da soldadura. | |
| Ar+O2+CO2 | O22 CO25 | Propriedades oxidativas | GAM | É utilizado para soldadura por arco a jato, arco pulsado e arco de curto-circuito. | |
| Ar+CO2 | CO22.5 | Propriedades oxidativas | GAM | É utilizado para a soldadura por arco de curto-circuito. Quando soldadura de aço inoxidávela fração volumétrica máxima de CO2 adicionado deve ser inferior a 5%, caso contrário a penetração de carbono será grave. | |
| Ar+O2 | O21～5 ou 20 | Propriedades oxidativas | GAM | Tem uma taxa de produção mais elevada e uma melhor resistência à porosidade. É utilizado para arco a jato e aplicações de soldadura que requerem soldaduras de alta qualidade. | |
| Aço-carbono e aço de baixa liga | Ar+CO2 | 70（80）/30（20） | Propriedades oxidativas | GAM | Tem uma boa penetração e pode ser utilizado para arcos de curto-circuito e de transição de jato. |
| Ar+O2+CO2 | 80/15/5 | Propriedades oxidativas | GAM | Tem uma boa penetração e pode ser utilizado para soldadura a jato, por impulsos e por arco de curto-circuito. | |
| Liga à base de níquel | Ar+He | Ele 20~25 | inércia | TIG MIG | A entrada de calor é superior à do Ar puro. |
| Ar+H2 | H2 <6 | Redutibilidade | Elétrodo de não fusão | Pode suprimir e eliminar a porosidade de CO na soldadura, aumentar a temperatura do arco e aumentar a entrada de calor. |
Nos últimos anos, foi também promovida e aplicada uma mistura grosseira de gás Ar. A sua composição é Ar = 96%, O2 ≤ 4%, H2O ≤ 0,0057%, N2 ≤ 0,1%. O gás misto de Ar grosso pode não só melhorar a formação da solda, reduzir os respingos e melhorar a eficiência da soldagem, mas também quando usado para soldar aço de alta resistência de baixa liga com uma resistência à tração de 500-800 MPa, as propriedades mecânicas do metal de solda são equivalentes àquelas usando Ar de alta pureza. O gás de mistura de Ar grosso é barato e tem bons benefícios económicos.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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