Какую двуокись углерода не следует применять для сварки в углекислом газе

Обновлено: 17.05.2024

Углекислый газ содержится в воздухе в небольшом количестве, но он воздействует на человека на глубинном уровне. В статье вы найдете подробное описание химических, физических и биологических свойств газа, узнаете, где применяется в промышленности и медицине.

Что такое углекислый газ

Углекислый газ («диоксид углерода», «двуокись углерода», «угольный ангидрид», carbon dioxide) – газ, являющийся частью атмосферного воздуха. Форма обозначения вещества: СО2.

Его невозможно увидеть в привычных условиях, он прозрачен и пропускает ультрафиолет и видимый спектр световых волн. При значительном давлении он переходит в жидкую форму, это возможно на глубине свыше 590 метров.

Углекислый газ является частью всех мировых процессов газообмена в атмосфере, грунте и водных бассейнах. Он входит в состав всех живых организмов, а для большинства живых организмов и растений является одним из основных функциональных компонентов дыхания как жизненно важного процесса.

Человек применяет двуокись углерода в разнообразных целях, в частности – в виде защитной среды при сварке.

Углекислый газ в атмосфере

Углекислый газ в атмосфере находится в количестве до 0,045% — или порядка 800 миллиардов тонн только в виде газа. В воде и почве его ещё больше.

Сегодня это составляет порядка 400 ppm (400 миллионных частей). Для сравнения: 300-350 лет назад, до начала Великой индустриальной революции, когда в 17 веке был начато кардинальное преобразование мировой экономики в сторону индустриализации, этот параметр составлял около 250 ppm.

Интересно, что в черте города показатель доходит до 450-470 ppm, а в публичных заведениях по типу школы – 1000-1200 и более. Это говорит о негативном влиянии транспорта и скопления людей.

Несмотря на своё крошечное количество СО2 играет значительную роль для биосферы и экологии. Основная форма влияния – воздействие в качестве парникового газа:

газ препятствует выходу инфракрасного излучения с планеты в окружающее пространство;
температура атмосферы год за годом увеличивается;
происходят изменения природных явлений и климата;
текущий формат этих преобразований – ускоренное таяние ледниковых «шапок», повышение уровня Мирового океана и изменения в составе биосферы.

Учёные рассчитали, что без присутствия этого эффекта среднегодовая температура на поверхности планеты находилась бы ниже на 25-30°С.

Углекислый газ в помещении

В помещении основным источником образования СО2 являются люди. Ежечасно взрослый человек выдыхает до 20 литров (0,5 кубометров) газа в спокойном состоянии и до 35-40 литров при значительной физической активности.

В зависимости от характера комнаты диоксид углерода может дополнительно образовываться от действия газового котла и плиты.

Средняя допустимая плотность углекислого газа для помещения – от 600 ppm, в связи с чем необходимо регулярно проветривать все жилые и технические помещения, включать соответствующие системы вентиляции или просто ненадолго открывать окна.

Углекислый газ тяжелее чистого воздуха примерно в полтора раза, поэтому он скапливается в помещениях подвального и цокольного расположения.

Свойства углекислого газа

Свойства углекислого газа таковы, что в нормальных условиях его невозможно прочувствовать. Ощущения запаха и вкуса появляются только при увеличении концентрации – проявится кисловатость во рту, вызванная образованием малого количества угольной кислоты на основе влаги слизистых оболочек.

Растворимость углекислого газа в воде и сиропах широко применяется в пищевой отрасли – для создания различных напитков.

В горении газ не участвует, что закономерно привело к его применению в современных устройствах для тушения огня (к примеру, углекислотные огнетушители). Токсичность отсутствует, остальные свойства с точки зрения безопасности человека следует оценивать аккуратно.

Физические свойства

Основные свойства у углекислого газа следующие:

превалирующее природное агрегатное состояние: газообразное;
возможное изменение: переход в твёрдое кристаллообразное состояние (так называемый «сухой лёд») при охлаждении до минус 78°С или жидкое состояние при давлении около 60 атмосфер;
особые признаки по вкусу и запаху в нормальном состоянии: отсутствуют;
восприимчивость к электричеству: проводником не является, при образовании тлеющего разряда излучает светло-зелёное свечение;
плотность: около 1,97 грамм на литр;
растворимость в органических веществах: частичная;
способность к горению: отсутствует, в его окружении горят редкоземельные и щелочные металлы.

Теплопроводностью почти не обладает.

Химические свойства

Основные химические свойства у соединения такие:

тип вещества: оксид кислотного класса (способен образовать угольную кислоту при наличии воды);
термическое разложение: да, на кислород (О) и угарный газ (СО);
химическая активность: взаимодействие с основаниями и оксидами активных металлов, с простыми веществами – при наличии катализатора;
обнаружение: при прохождении СО2 через воду с лакмусом изменяет цвет в сторону красных оттенков, а известковая вода (растворенный гидроксид кальция) помутнеет;
отношение к горению: вытеснение кислорода и остановка тления.

Данный оксид углерода имеет валентность IV: в молекуле присутствуют 2 атома кислорода, каждый из которых «оттягивает» на себя по 2 свободных электрона, в результате чего углерод оказывается «связан» кислородом.

Получение углекислого газа

Одной из основных проблем современной экологии является повсеместное образование углекислого газа в техногенной сфере: дымовые и топочные газы, продукты разнообразных химических реакций, функционирование транспорта и промышленности, строительная (производство цемента) и пищевая (брожение алкоголя) отрасли отличаются больше других.

Мировая общественность регулярно пишет о снижении выбросов carbon dioxide, но для науки и техники газ имеет значительное практичное значение.

Природные источники углекислого газа

В естественных условиях источниками углекислоты являются:

дыхательные газообменные процессы у растений и животных: если с бактериями и млекопитающими всё понятно, то даже зелёные организмы выделяют этот газ;
распад органических веществ на более простые продукты: в ходе химического (так называемое «естественное разложение») и термического (сгорание) преобразования образуется много СО2, и особенно много – при пожарах в лесах;
выбросы вулканов, подземных и подводных источников: углекислый газ является компонентом выброса таких газов в большой концентрации.

Сюда также можно отнести содержание газа в различных углеродных ископаемых – от известняка до нефти. Помимо этого, его значительное количество оказалось растворённым в водах океанов и морей.

Лабораторные способы получения

Наиболее устойчивый и эффективный (по сочетанию трудозатрат и количества продукта на выходе) способ искусственного получения – работа с аппаратом Киппа.

Устройство рассчитано на создание контролируемого воздействия жидкой среды на твёрдое. В данном случае – обработка концентрированной соляной кислотой дроблёных кусков и мелкой фракции мрамора. Также будут полезны сода и обычный мел.

Для исследовательских целей быстрее всего взять готовый газ в баллонах – он чище и будет подаваться под необходимым давлением.

Промышленные способы получения

«Сырьё» для генерирования и сбора углекислого газа дают промышленные процессы и различные химические реакции при обработке ископаемых. Углекислоту возможно получать целым спектром способов:

термическая обработка известняка: при обжиге сырьё распадается на углекислый газ и оксид кальция;
физическое воздействие на дымовые газы: улавливаемые смеси пропускают через карбонатный раствор калия или моноэтаноламина, в результате чего образуется гидрокарбонат – при его нагреве или понижении давления воздуха вокруг него высвобождается СО2;
пиролиз атмосферного воздуха: разделение с помощью нагрева и электрического тока на углекислоту, чистые кислород, азот, аргон и другие компоненты;
пиролиз газовых продуктов брожения спиртов;

Об этих и некоторых других процессах снято множество видео.

Применение углекислого газа

Что такое углекислота с практической точки зрения? Это – газовая защита от окружающего воздуха и вызываемых им процессов:

перевозка и хранение различных пищевых продуктов (полуфабрикаты, мясо, рыба), при этом наблюдается отсутствие появления плесени и гнили органики;
внесение в напитки для придания им полезных свойств – отмечается благоприятное действие на организм газированной минеральной или сладкой воды;
создание пищевых добавок для повышения сроков и условий хранения пищевых продуктов (к примеру, разрыхлитель Е290);
изготовление кофе без кофеина (участвует в технологическом процессе удаления растворенного вещества);
организация целебных ванн с углекислотой для поддержания и восстановления здоровья сердечно-сосудистой системы;
целый спектр специализированных задач в медицине – к примеру, работа с образованиями в тканях, стимуляция дыхания;
проверка морозоустойчивости резинотехнических изделий (в частности – автомобильные покрышки, которые испытываются с сухим льдом);
испытания различного оборудования, механизмов и инструментов на предмет пониженных температур;
изготовление и перезаправка углекислотных огнетушителей (наиболее эффективное средство тушения огня на электрооборудовании и горючих жидкостях);
рабочая среда в пневматическом оружии;
применение в качестве реагента для химических реакций с целью синтеза и производства солей, полимеров и различных волокон;
очистка сточных вод от загрязнений;
защита расплавленного металла сварочной ванны.

Также интересно использование для авиационного и судостроительного моделирования как вид источника энергии для двигателей с различным объёмом (до десятков см3).

Влияние углекислого газа на организм человека

Углекислый газ наравне с кислородом обеспечивает жизнь организма. Суть его работы сводится к высвобождению связанного гемоглобином кислорода – для питания тканей и отдельных органов. Для углекислоты важен в первую очередь баланс – количественное соотношение молекул СО2 и О2.

Он является для организма вазодилататором – веществом, которое влияет на состояния кровеносных сосудов, расширяя и расслабляя их. Это напрямую связано со снабжением кислородом при физической активности:

в спокойном состоянии номинальное поперечное сечение артерии или капилляра находится в оптимальном размере;
при необходимости приложения физической силы (спасение жизни, полезная работа) содержание углекислоты в крови несколько повышается – это регулируется вне зависимости от желания человека;
стенки сосудов расслабляются и смягчаются из-за специфичного действия газа;
происходит увеличение поперечного сечения сосуда, из-за чего мощность кровотока возрастает;
как следствие повышается количество доставляемого к тканям ценного кислорода, питающего мускулатуру, что приводит к повышению физического ресурса.

Наблюдается также явление нецелевого повышения содержания углекислоты – при воспалительных процессов, при повреждении организма, проблемах с кровеносной системой вплоть до ишемии. Это чревато атипичным составом газового обмена и нуждается в регуляции силами медицины.

Несмотря на это газ всё же является компонентом «нормального» дыхания. Он переносится кровеносной системой и присутствует в плазме крови, гемоглобине и тканях. Интересно, что находится в организме он при парциальном давлении – во всём доступном пространстве, без скопления в отдельных областях.

Синдром больного здания

Этот феномен касается тех, кто продолжительное время находится в помещении. Проявляется он в неприятном самочувствии, вялости, тяжести в голове и даже заложенности носа. Интересно, что всё это очень быстро пропадает после выхода на улицу.

Суть проблемы – в повышенном содержании углекислого газа. Незаметная сложность любого здания в отношении здоровья – концентрация СО2, резко отличающаяся от нормы. Допустимые 600-800 ppm превращаются здесь в 1000-2000 ppm – это оказывает негативное и тормозящее воздействие на человека.

Решение – в вентиляции. При низком поступлении свежего воздуха содержание углекислого газа постоянно повышается – его необходимо «вымывать» проветриванием.

Респираторный ацидоз

При избытке СО2 в воздухе в организме также повышается его содержание. Это изменяет степень кислотности крови и вызывает комплекс симптомов респираторного (дыхательного) ацидоза. Это явление характеризуется повышенным сердцебиением, упадком сил, беспокойством и сниженным порогом концентрации умственных возможностей. Наиболее критична потеря сознания.

При кратковременном нахождении в «зараженной» углекислым газом атмосфере негативные симптомы проходят при обновлении воздуха или по выходу на улицу. Хуже, если пребывать в таких условиях постоянно: развивается ацидоз хронический. При нём снижается уровень иммунитета, развиваются заболевания дыхательной и сердечно-сосудистой систем, нарушается сон, ухудшается уровень физических возможностей человека.

Суть явления – в изменении кислотно-щелочного баланса крови, измеряющегося в pH.

Состояние организма человека в зависимости от уровня СО2

«Химия» организма интересна двойственным поведением ко всем веществам. Углекислота – не исключение: в привычных, естественных, дозах она является необходимой, а при превышении концентрации в окружающем воздухе оказывается токсичной и способна вызвать смерть живого организма.

Так называемая гиперкапния (состояние, вызываемое при перенасыщении организма углекислым газом) характеризуется наличием головной боли, затруднением дыхания и необходимостью его поддержания волевыми усилиями, тошнотой и потерей сознания.

Следующая стадия – гипоксия: заметное снижение количества кислорода, критически необходимого для дыхания. Оба газа транспортируются по организму одним способом, с помощью гемоглобина. Поэтому пониженное содержание кислорода мгновенно сказывается на функционировании почти каждой клетки, что приводит к существенному ухудшению самочувствия и физических возможностей.

Эти симптомы возникают при существенной концентрации углекислоты – на уровне тысяч ppm. Но уже при одной тысяче ppm возникают переутомление и даже головная боль, подкрепляемые ощущением духоты. При двух тысячах ppm работоспособность заметно падает.

Физиологи резюмируют: высокое содержание углекислого газа в воздухе напрямую влияет на разрушающие процессы окисления, происходящие в организме.

Сварка в среде углекислого газа, преимущества и недостатки сварки в углекислоте

При сварке металлоконструкций и прочих изделий из металла нередко используется метод сварки в среде защитных газов. Во многих случаях в роли газа используют углекислоту, которая эффективно вытесняет атмосферный воздух из зоны плавки металла.

Технология сварки в углекислом газе была разработана советскими ученными в 50-х годах XX века.

Для углекислотной сварки используются полуавтоматические сварочные аппараты либо же автоматические сварочные линии. В обзоре пойдет речь о том, как работать со сваркой в углекислоте.

Сварка в углекислом газе применима для следующих металлов:

Чугун
Низко- и среднеуглеродистая сталь
Коррозионно-стойкая низколегированная сталь

Следует сразу отметить, что углекислотная сварка не подходит для работы с легированной нержавеющей сталью, тугоплавкими высокопрочными сплавами, медью. Дело в том, что диоксид углерода входит в химическую реакцию со многими металлами и сплавами, делая сварочный шов некондиционным.

Что нужно знать про углекислотную сварку.

Что из себя представляет углекислый газ

Возможность использования углекислого газа в качестве защитной среды обусловлена повышенной плотностью диоксида углерода. Углекислота в 1,5 раза тяжелее атмосферного воздуха. Это свойство позволяет углекислому газу легко вытеснять из зоны плавки металла воздух, наличие которого приводит к появлению серьезных дефектов сварочного шва.

Углекислый газ имеет формулу СО2. Как понятно, в соединении присутствует кислород, что делает реакцию при плавке металла окислительной. Чтобы не допустить окисления расплавленного металла, в сварочную проволоку вводят марганец (Mn) и кремний (Si).

Вспомогательные присадки первыми вступают в реакцию с кислородом. До расплавленного металла кислород попросту не доходит.

Для сварки классической углеродистой стали используется проволока с увеличенной концентрацией присадок. Для получения качественного сварочного шва очень важно правильно подобрать проволоку.

Главным преимуществом углекислого газа является доступная цена. Углекислоту получают при взаимодействии карбоната кальция со многими кислотами. Углекислота появляется в виде летучего соединения, которое собирается и сжимается давлением. На выходе получается сжиженный углекислый газ.

Углекислота хранится в баллонах 40-50 (л) под давлением 60 (атм). Баллоны с СО2 окрашиваются в черный цвет. Для надписи «углекислота» используется желтый окрас.

Как работать со сваркой в углекислоте.

Технология углекислотной сварки

Углекислота является активным (окислительным) газом. По этой причине сварочный аппарат следует перевести в режим MAG. Для сварки в углекислом газе используется постоянный ток с обратной полярностью.

Если использовать для сварки углекислотой прямую полярность, то шовное соединение будет дефектным.

Использование углекислоты допускает применение постоянного тока с прямой полярность, но при условии, что будет осуществляться не сварка, а наплавление металла.

В некоторых случаях допускается использование при сварке углекислотой переменного тока. Но для реализации этой возможности в сварочном аппарате должен быть предусмотрен стабилизирующий осциллятор.

Что потребуется для углекислотной сварки.

Конструкция аппарата для сварки углекислотой

Для сварки вручную используется полуавтоматический сварочный аппарат для работы в среде защитных газов. В состав углекислотной сварочной установки входят:

Если сварочный пост стационарный, то комплект может не оснащаться тележкой.

Сварочный полуавтомат отличается от простых сварочных аппаратов наличием механизма подачи проволоки. Полуавтомат – это тот же компактный и легкий инвертор, только с наличием внутри катушки с проволокой.

Сварочная проволока выступает в роли непрерывного электрода. Проволока для сварки продается в виде смотанной катушки. Когда проволока закончится, то пустую катушку нужно просто заменить на новую смотку. При этом свободный конец проволоки следует завести в механизм протяжки.

Сварочная горелка обеспечивает подвод проволоки и защитного газа. Как понятно, горелка имеет 2 точки подключения. Одна соединяется с баллоном углекислоты, а вторая с полуавтоматом.

В первом шланге циркулирует углекислый газ, а второй рукав служит для передачи сварочной проволоки.

При нажатии на кнопку происходит синхронная подача проволоки и углекислого газа. При контакте проволоки с металлической поверхностью возникает дуга.

Углекислотный баллон служит для хранения запаса защитного газа.

Если сварочный пост является стационарным, то обычно используется полноразмерный баллон на 40-50 (л). Для мобильных же установок, для сварки по месту, применяют компактные баллоны СО2. Объем таких баллонов обычно составляет 20 (л).

Компактный баллон удобно транспортировать. Для этого в тележке предусматривается специальное место.

Соединительные шланги используются для подачи на горелку углекислоты и проволок.

Рукав для подвода сварочной проволоки составляет с горелкой единую конструкцию. Длина рукава для протяжки проволоки обычно не превышает 1,5-2 метров.

Для подключения горелки к баллону с диоксидом углерода используется отдельный шланг.

Стоит обратить внимание, что при переходе углекислого газа из жидкого состояния в газообразное происходит сильное охлаждение. Температура охлаждения может достигать –72 С. Если использовать простой шланг, то он просто-напросто задубеет.

Через несколько циклов заморозки и оттаивания бюджетный простенький шланг покроется трещинами, которые постепенно перерастут в сквозные прорывы. При работе с углекислотой следует использовать специальный шланг, не подверженный заморозке.

В основе шлангов для подключения баллонов с углекислотой находится термостойкий силикон. Таким шлангам не страшны ни нагрев, ни заморозка.

• Тележка для транспортировки дает возможность без особых усилий перевозить все необходимое для углекислотной сварки за один подход.

На такой тележке предусматривается место для сварочного аппарата и баллона. Дополнительно тележка позволяет надежно фиксировать горелку, перчатки и сварочную маску.

Какие преимущества обеспечивает сварка в среде углекислого газа

Высокое качество сварочного шва
Большая производительность сварочных работ
Доступность диоксида углерода
Простота хранения баллонов СО2 и безопасность работы с углекислым газом

Углекислотная сварка позволяет добиться получения сварочного шва высокого качества. Ведь в ходе плавки металла расплав не вступает в реакцию ни с атмосферным воздухом, ни с кислородом, который высвобождается при нагреве газа.

Сварочный шов получается чистым, без шлама и прочих загрязнений.

Углекислота из баллонов является безвредной для человеческого организма. По крайней мере до той поры, пока она не будет разогрета до высокой температуры, при плавке металла.

В обычных условиях СО2 может использоваться в качестве пищевой добавки. Углекислый газ подмешивают в питьевую воду. На выходе получается классическая газировка.

Это интересно! Углекислый газ используется для газирования питьевой воды и фруктового сока с XVIII столетия.

Какие недостатки есть у сварки углекислым газом

Возможность сварки ограниченного числа металлов и сплавов
При расплаве металла выделяется угарный газ
Необходимость регулярной перезаправки баллонов с СО2

Сварку в условиях углекислого газа обычно используют при работе с металлопрокатом начального или среднего типоразмера. Для сварки толстостенного металла нужны электроды увеличенного диаметра.

При сварке с углекислотой диоксид углерода нагревается до высокой температуры, что ведет к разложению газа на кислород и угарный чад. По этой причине процесс сварки с использованием CO2 должен осуществляться либо рядом с вытяжкой, либо на открытом хорошо проветриваемом пространстве.

Дополнительная информация

На многих предприятиях по сборке металлоконструкций используют не чистый углекислый газ, а смесь с использованием СО2.

Широкое распространение получили следующие смеси:

Углекислый газ (95%) + кислород (5%)
Углекислый газ (25%) + аргон (75%)

В первом случае, углекислота + кислород, газовая смесь обеспечивает более интенсивный расплав металла. Небольшая прибавка чистого технического кислорода заметно улучшает процесс горения.

Касательно смеси углекислоты с аргоном, сварку в среде подобного газа используют при работе с легированной сталью. Благодаря увеличенной концентрации аргона легирующие компоненты стали не вступают в реакцию ни с кислородом, ни углеродом.

Следует отметить, что в числе активных защитных газов находится не только углекислый газ. Дополнительно для сварочных работ могут использоваться: водород и гелий.

Особенности сварки в углекислом газе и материалы

Преимущества сварки в углекислом газе. Преимущество этого вида сварки перед сваркой под флюсом состоит в том, что сварщик может наблюдать за ходом процесса и горением дуги, которая не закрыта флюсом; не нужны приспособления для подачи и отсоса флюса, усложняющие сварочное оборудование; отпадает необходимость в последующей очистке швов от шлака и остатков флюса, что особенно важно при многослойной сварке.

Основными достоинствами способа сварки в углекислом газе являются:

1. Хорошее использование тепла сварочной дуги, вследствие чего обеспечивается высокая производительность сварки.

2. Высокое качество сварных швов.

3. Возможность сварки в различных пространственных положениях с применением аппаратуры для полуавтоматической и автоматической сварки.

4. Низкая стоимость защитного газа.

5. Возможность сварки металла малых толщин и сварки электрозаклепками.

6. Возможность сварки на весу без подкладки.

Коэффициент наплавки при сварке в углекислом газе выше, чем при сварке под флюсом. При сварке постоянным током прямой полярности этот коэффициент в 1,5-1,8 раза выше, чем при обратной полярности. Процесс сварки отличается высокой производительностью, достигающей 18 кг/ч наплавленного металла. Скорость сварки достигает 60 м/ч. Производительность сварки в углекислом газе в 1,5-4 раза выше, чем производительность ручной сварки покрытыми электродами, и в 1,5 раза выше, чем при сварке под флюсом.

Стоимость наплавки 1 кг металла при сварке в углекислом газе в 2-2,5 раза меньше, чем при ручной сварке, и на 10-20% меньше, чем при автоматической сварке под флюсом.

Наибольшее применение сварка в углекислом газе нашла в судостроении, в машиностроении, при сварке трубопроводов, в том числе магистральных, при выполнении монтажных работ, изготовлении котлов и аппаратуры из теплоустойчивых и легированных сталей, заварке дефектов стального литья, наплавке и др.

Металлургические процессы при сварке в углекислом газе. При высокой температуре дуги молекулы углекислого газа расщепляются (диссоциируют) на СО и О по реакции СО₂-СО+О. Образующаяся СО в свою очередь диссоциирует на С и О по реакции С0-С + 0. Атомарный кислород (О) обладает высокой химической активностью и способен окислять все элементы, входящие в состав проволоки и основного металла.

Исследования показали, что температура капель жидкого металла в зоне дуги составляет 2150-2350° С, а температура газа - 2900° С. Температуры же в сварочной ванне ниже и составляют: металла 1700° С и газа 2300° С. Как известно, чем выше температура, тем реакции окисления идут интенсивнее. Поэтому при сварке в углекислом газе в большей степени происходит выгорание (окисление) элементов, содержащихся в электродной проволоке, и в меньшей степени - элементов основного металла. При таком распределении температур большая часть углекислого газа (60%) расщепляется на окись углерода и кислород в зоне дуги и меньшая (15%) - в месте контакта с ванной.

При указанных условиях в зоне сварки протекают следующие реакции окисления элементов и восстановления их из окислов:

Выделение газообразной окиси углерода (СО) из жидкого металла вызывает «кипение» сварочной ванны и приводит к образованию пор. При сварке в углекислом газе пористость шва может возникнуть в результате: 1) недостатка элементов — раскислителей (кремния, марганца и др.) в проволоке; 2) присутствия ржавчины и окалины, попадающих с кромок металла и проволоки в ванну; 3) повышенного содержания влаги в углекислом газе; 4) попадания в зону сварки азота из воздуха при недостаточной защите дуги углекислым газом.

Для повышения количества марганца и кремния в металле шва, уменьшающихся в результате угара, и подавления реакции окисления углерода при сварке в углекислом газе применяют электродную проволоку с повышенным содержанием марганца и кремния. При сварке низко- и среднеуглеродистых сталей содержание в металле шва кремния более 0,2% и марганца более 0,4% предупреждает образование пор.

На степень окисления углерода, кремния и марганца при сварке в углекислом газе влияют: напряжение, величина и полярность сварочного тока, а также диаметр электродной проволоки. С повышением напряжения окисление увеличивается, а при возрастании сварочного тока и уменьшении диаметра проволоки (повышении плотности тока) — уменьшается. Сварка на постоянном токе обратной полярности дает меньшее окисление, чем на токе прямой полярности. При сварке проволокой диаметром 0,5—1,2 мм происходит значительно меньшее окисление элементов, чем при сварке проволокой диаметром 1,6—2 мм. Поэтому более тонкая проволока, имеющая низкое содержание кремния и марганца, обеспечивает получение плотных беспористых швов. Плотность тока при сварке в углекислом газе должна быть не ниже 80 а/мм 2 . При этом потери металла на разбрызгивание не превышают 10—15%.

Применяемые материалы

Сварочная проволока. В качестве электрода применяют проволоку марок Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС и др. по ГОСТ 2246—60 в соответствии с маркой основного металла, имеющую повышенное содержание марганца и кремния. Диаметр проволоки берут в пределах 0,5—2,5 мм в зависимости от толщины свариваемого металла и типа сварочного полуавтомата. Поверхность проволоки должна быть чистой, не загрязненной смазкой, органическими антикоррозионными веществами, ржавчиной, окалиной и др., повышающими разбрызгивание металла и вызывающими пористость шва. Иногда проволоку подвергают травлению в 20%-ном растворе серной кислоты с последующей прокалкой в печи при 250-280° С в течение 2-2,5 ч. Это обеспечивает получение плотного наплавленного металла с минимальным содержанием водорода. Хорошие результаты дает сварка омедненной проволокой.

На Харьковском тракторосборочном заводе успешно применяют способ подготовки проволоки, предложенный Ю. И. Нихинсоном и Л. Ф. Тесленко - травление 5-10 мин в 10—20%-ном водном растворе соляной кислоты, промывка в холодной воде и пассивирование в смеси водных растворов 5—15% нитрита натрия (NaN0₂) и 1% кальцинированной соды (Na₂C0₃) в течение 10-15 мин. После пассивирования проволока долго сохраняется. Кроме того, повышается стабильность горения дуги, уменьшается порообразование и расход углекислого газа.

Углекислый газ. Углекислый газ бесцветен, неядовит. При давлении 760 мм рт. ст. плотность углекислого газа 1,98 кг/м 3 . При температуре 31° С и давлении 75,3 кгс/см 2 углекислый газ сжижается. Давление сжижения уменьшается при понижении температуры. При минус 78,5° С углекислый газ переходит в жидкость при атмосферном давлении (760 мм рт. ст.). Испарение 1 кг жидкой углекислоты дает 505 дм 3 углекислого газа (при 0° и 760 мм рт. ст.). Хранят и транспортируют углекислый газ в стальных баллонах под давлением 60-70 кгс/см 2 . Баллоны окрашены в черный цвет и имеют надпись желтого цвета «Углекислота». В стандартный баллон емкостью 40 дм 3 вмещается 25 кг жидкой углекислоты, которые при испарении дают 12 625 дм 3 газа. Жидкая кислота занимает 60-80% объема баллона, остальной объем заполнен газом.

Углекислый газ, применяемый для сварки, должен быть сухим и иметь концентрацию не ниже 98% С0₂, а для сварки ответственных конструкций — не менее 99% СО₂. Пищевой углекислый газ, выпускаемый по ГОСТ 8050-64, содержит: не менее 98,5% С0₂ и не более 0,1% свободной влаги. В нем может содержаться также вода, растворенная в сжиженном С0₂, поэтому при сварке пищевой углекислый газ предварительно пропускают через патрон, заполненный обезвоженным медным купоросом или через силика-гелевый осушитель.

Если углекислый газ содержит влагу, то шов получается пористым, а наплавленный металл менее пластичным.

При использовании неосушенного углекислого газа баллон перед началом сварки нужно поставить на 15—20 мин в вертикальное положение, чтобы влага осела на дно. Первые порции углекислого газа, содержащие наибольшее количество примесей (преимущественно азота), выпускают наружу и затем начинают сварку. Отбор газа заканчивают при остаточном давлении его в баллоне около 4 кгс/см 2 , так как последние порции неосушенного газа будут содержать много влаги.

При расходе газа свыше 20 дм 3 /мин возможно вымерзание влаги в каналах редуктора вследствие охлаждения газа, происходящего при понижении его давления в момент прохождения через клапан редуктора, и закупорка последнего льдом. Для предупреждения этого явления газ отбирают из нескольких баллонов, включенных параллельно, или предварительно подогревают газ перед редуктором. Для подогрева газа используют электрические подогреватели, питаемые током напряжением 36 в. Для сварки выпускается сварочный углекислый газ по ГОСТ 8050-64, отвечающий следующим техническим требованиям:

Характеристики	I сорт	II сорт
Содержание двуокиси углерода, % по объему, не менее	99,5	99,0
Содержание водяных паров в углекислом газе: при нормальных условиях (давлении 760 мм рт. ст., температуре °C), г/м 3 , не более точка россы, °С, не выше	0,178 -34	0,515 -24

В отличие от пищевого и технического углекислого газа сварочный углекислый газ испытывается на содержание СО₂ и влаги путем отбора проб из вертикально стоящего баллона (из газовой фазы); при этом влажность определяется конденсационным гигрометром НИИГС.

Сварочным углекислым газом не разрешается наполнять баллоны из-под пищевого и технического газа. Баллоны должны иметь надпись «С0₂ сварочный».

При количестве сварочных постов более 20 целесообразно осуществлять централизованное питание их углекислым газом, подаваемым по трубопроводу от рампы баллонов или от газификационной установки. При полуавтоматической сварке проволокой диаметром 1 -1,4 мм и диаметре выходного отверстия сопла 15 мм для надежной защиты зоны горения дуги требуется 400-600 дм 3 /ч углекислого газа, если проволока диаметром 2 мм, а сопло диаметром 25 мм- 1200-1500 дм 3 /ч. Увеличение расхода газа выше этих пределов не улучшает защиту ванны и дуги, но приводит к перерасходу газа, ухудшению процесса сварки и формирования металла шва. Практически при сварке проволокой 1 -1,4 мм током 120-250 а расход газа можно принимать равным 1,2 кг/ч или 0,8 кг на 1 кг наплавленного металла. При сварке проволокой 2 мм расход газа составит 0,6 кг/ч наплавленного металла. Для снижения расхода углекислого газа необходимо давление в магистрали поддерживать минимальным, порядка 0,4-0,6 кгс/см 2 , соответственно количеству работающих постов, регулируя его так, чтобы расход газов на один пост не превышал указанных выше пределов. Сварочные посты следует оборудовать электромагнитными клапанами, позволяющими отключать подачу газа через 2-3 сек после гашения дуги и вновь включать ее за 0,5-1 сек перед возбуждением дуги. Такие же клапаны целесообразно ставить и при питании газом из баллонов. Применение расходомеров для газа обязательно. Все эти мероприятия обеспечивают экономию углекислого газа при сварке.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Все что нужно знать о газах применяемые для сварки от А до Я

Хотите узнать какой газ используется для сварки полуавтоматом mig или mag, а может вам необходимо разобраться с газовой сваркой и с тем какие газы применяются. В статье мы подробно расскажем о том, где и какие газы используют и как их выбрать.

Какой газ нужен для сварки полуавтоматом

Полуавтоматическая или механизированная сварка чаще всего выполняется сплошной проволокой, а сварочную дугу и расплавленный металл защищает газ. Газ подается в зону сварки через сопло горелки.

Подробно о процессе полуавтоматической сварки вы можете прочитать в нашей статье — Как работать сварочным полуавтоматом — Mig и Mag для начинающих.

Чаще всего для сварки черной стали используется СО2 (углекислый газ или как его называю углекислота). Реже используются газовые смеси в них входит СО2, Аргон, Гелий иногда Азот и кислород.

От использования газа определяется название сварки mig – сварка с применением инертного газа аргона или гелия. MAG (МАГ) – с использованием активного газа – углекислого. Остановимся поподробнее на каждом из газов.

Разработка сварочной документации, техкарт на сварку и контроль сварных соеднинений.

Аргон

Как мы уже говорили полуавтоматическая (механизированная сварка аргоном) называется — маг.
Этот защитный газ применяется для сварки полуавтоматом чаще всего для ответственных конструкций из стали или алюминия. Для сварки используется аргон первого сорта в котором примесей чуть больше чем в аргоне высшего сорта, а именно содержится до 0,005-0,009% азота и до 0,001-0,002 % кислорода.

Газ аргон очень хорошо защищает сварочную ванну, дугу и зону термического влияния (нагретый участок). Он не растворяется в металле шва и не насыщает нагретый участок в околошовной зоне. Газ тяжелее воздуха в 1.4-1.5 раза, не имеет ни запаха не вкуса. Ar не горючий и не ядовитый, хотя некоторые молодые сварщики боятся применять аргон говоря что но вреден для здоровья. Это не так, сам газ не вреден и не полезен.

Аргон высшего сорта используют для сварки цветных металлов и сплавов таких как сплавы алюминия, титана, хромоникелевые сплавы и т.д. Содержание примесей азота и кислорода в нем минимальны для N – в районе 0,0055 — 0,006%, для О2 – до 0,0006-0,0007 %. Газ высшего сорта стоит дороже и применять его нужно только в тех случаях, когда это обосновано.

Гелий

Этот газ для полуавтомата в чистом виде применяется достаточно редко, потому как стоимость на He неоправданно высокая. Так еще гелий легче воздуха и из-за этого его расход гораздо больше, чем того же аргона. Гелий как и аргон не имеет не цвета ни запаха и тоже бывает двух сортов только называются они по другому.

Первый это высокой чистоты с содержанием гелия до 99,984-99,985%, второй это гелий технический его чистота в районе 99,7-99,8 %. При использовании гелия увеличивается глубина проплавление металла, так как из-за высокой степени ионизации дуга горит с выделением большего количества энергии (эффективнее в 1,4-2 раза по сравнению со сваркой в аргоне).

Применяют гелий при сварке активных (таких как магний, например) или химически чистых металлов (к примеру сплавы на основе алюминия и меди). Применение гелия очень распространено в США и Германии, а вот в странах СНГ применяется редко. Чаше идет в смесях и с аргоном или углекислым газом.

Углекислый газ СО2

Этот газ фаворит для полуавтоматической сварки «черных» (низкоуглеродистых, низколегированных и т.д.) сталей. Это обусловлено тем, что СО2 дешевый и найти его можно даже в отдаленных населённых пунктах.

Углекислый газ имеет слабый, еле уловимый запах (конечно если это хорошо очищенный газ, без конденсата). У газа нет цвета и вкуса, он сильный окислитель. СО2 хорошо растворяется в воде (его также используют в пищевой промышленности для газирования напитков). Иногда и сварщики на производстве используя шланг и пластиковую бутылку делают газировку.

Газ тяжелее воздуха, что хорошо для сварки так как расход газа будет не большой в сравнении с гелием. Единственное нужно обеспечивать хорошее проветривание помещения при длительном проведении сварки, так как газ может скапливаться особенно в низменностях (разных приямках и т.д.). В идеале, конечно, чтобы была вытяжка, но такие системы как правило только на крупных производствах. Двуокись углерода (СО2) уже бывает трех сортов: первый, второй и высший.

Больше всего примесей во втором сорте до 1,2%. Первый сорт содержит примесей не больше 0,4-0,5%, а высший до 0,1-0,2% и применяется уже для ответственных конструкций из стали.

Диоксид углерода (углекислота) набирает в себя влагу, что негативно скажется при сварке. Рекомендуем перед сваркой за час полтора поставить баллон вентилем вниз. Перед сваркой не переворачивая баллон открыть вентиль и выпустить немного газа с влагой. Также можно использовать специальное оборудование для просушки газа – осушитель.

В углекислоте сваривают различные стали с низким и средним содержанием углерода, можно применять при сварке коррозионностойких сталей и чугунов.

Для сварочного полуавтомата Азот используется весьма ограничено, этот газ как правило применяют при сварки меди. Потому что именно по отношению к меди азота является инертным газом. Для большинства же других металлов азот активный газ который растворяется в расплавленном металле тем самым образуя многочисленные дефекты в виде газовых пор. Выпускается 4 сортов: высшего в котором примеси не более 0,1 %. Азот же 1 сорта может содержать примеси до 0,5%, 2 сорта 0,9— 1% принеси. Что касается азота 3-сорта он может содержать до 3% различных примесей. Азот не имеет цвета, ни запаха, ни вкуса он не ядовитый. Для сварки представляется в баллонах чаще всего имеющих объем 40 л. Эти баллоны имеют окрас чёрного цвета, как и баллон углекислоты, с надписью жёлтым «Азот».

Кислород

Кислород является очень активным газом. Сам он не горит, но очень активно поддерживает горение. Для сварки, кислород в чистом виде не применим. Как правило кислород используется лишь в смеси с инертными газами. Кислород не имеет ни запаха, ни вкуса, ни цвета. Выпускают кислород 3 сортов : 1-сорт с содержанием чистого кислорода 99,7-99,8%; 2 сорт — 99,4% — 99,5% и 3 сорт с содержанием примеси до 0,8%. Более подробное использование кислорода рассмотрим в разделе про смеси газов.

Сварочная смесь для полуавтомата

Для полуавтоматической сварки чаще всего используются такие смеси газов как: смесь аргона и гелия, смесь аргона и углекислого газа, смесь аргона и кислорода, а также смесь аргона углекислоты и кислорода в различных процентных соотношениях.

Смесь аргона и кислорода

При содержании кислорода от 1% до 4% в смеси процесс сварки становятся очень стабильным, увеличивается текучесть металла, расплавленного в сварочной ванне. Перенос металла становится мелкокапельным, брызг становится очень мало, а шов получается ровным и красивым. При мелкокапельном переносе металла значительно сокращается расход сварочный проволоки, которая сильно тратиться на разбрызгивание.

Смесь аргона и гелия

Эту смесь используют для сварки активных, цветных металлов и сплавов таких как алюминия, титана и прочих. Данная смесь обеспечивает очень высокий уровень защиты расплавленного металла в сварочной ванне. Оптимальный состав для этой смеси 50% + 50%. Также можно встретить соотношение 60-65% гелия и 35— 40% аргона.

Смесь углекислого газа и кислорода

Подобные смеси на практике не очень часто используются. Оптимальный для них состав это 65-75% углекислого газа и 25-35 % кислорода. При использовании таких смесей, шов формируется несколько лучше чем если использовать чистую углекислоту. Применяется как правило подобной смеси для сварки чёрных стали (углеродистых конструкционных, а также некоторых легированных).

Смесь аргона и углекислого газа

Такая смесь чаще всего используется для сварки углеродистых, низко- и среднелегированных, стали аустенитного класса (нержавейки). Соотношение этой смеси 74— 80% аргона и 20— 26% СО2. При использовании этой смеси обеспечивается очень хорошая защита сварочный дуги и металла.

Также идет очень незначительное разбрызгивание металла. Сварочный шов получается мелкочешуйчатый, а процесс формирования шва стабильный. Эта смесь очень хорошо повышает производительность сварки так как наличие аргона увеличивает мощность сворачивай другие. Благодаря этому свойству процесс идет быстрее.

Расход газа при сварке полуавтоматом

Расход газа при полуавтоматической сварке зависит от нескольких факторов:

наличие сквозняка;
свойств газа;
свойств свариваемого металл;
тип соединения;
толщины свариваемых деталей.

Наличие сквозняка— если в помещение есть сквозняк или работы ведутся на открытом воздухе, где есть ветер, газ будет сдувать. Чтобы предотвратить его сдувание нужно увеличивать расход газа. Именно поэтому при наличии сквозняков и работе на открытом воздухе расход газа значительно увеличивается.

Свойства газа— такие газы как гелий и его смеси который легче воздуха, улетучиваются и при их использовании расход достаточно высокий. Если необходимо сократить расход, то лучше выполнять сварку в среде гелия в закрытых камерах или с использованием козырьков.

Свойства свариваемого металла — для сварки цветных металлов, а также их сплавов для обеспечения качественной защиты, чтобы в сварочную ванну не попадали газы из атмосферы применяют параметры с высоким расходом газа.

Тип соединения— от типа сварного соединения напрямую зависит расход газа особенно это видно на соединениях, где необходимо подваливать корень шва или соединение с двусторонней разделкой кромок.

От толщины свариваемых деталей— чем больше толщина свариваемых деталей, тем больше сварочный ток и соответственно больше расход газа. Это необходимо чтобы защитить большую зону сварки, широкую ванну и сварочную дугу.

Область применения

Защитный газ используется как мы уже говорили в механизированной сварки для защиты сварочной дуги и расплава от попадания газов из воздуха. Он используется 80% случаев использования полуавтоматической сварки, 20% это сварка самозащитой порошковой проволокой.

Область применения весьма широка так как данный процесс несложен и очень производителен. Полуавтоматом варят как тонкий металл в автосервисах, потому что ручной сваркой тонкий металл варить очень проблематично. Его легко прожечь. Так и используют на производстве металлоконструкций и крупных изделий.

Там ситуация обратная, швы протяженные, а толщина металла большая. Она применяется там, потому что этот процесс очень производительный и варить длинные швы и толстый металл ручной сваркой получается дорого и долго.

По большей части отличие здесь будут лишь в использовании самих аппаратов. В автосервисе как правило используются дешевые модели, а на производстве применяются дорогостоящая профессиональное оборудование с синергетической системы управления обеспечивающие высокую производительность.

Какой газ используют для сварки полуавтоматом — критерии выбора

Поговорим о критериях выбора газа для полуавтоматической сварки более подробно. На выбор того или иного газа влияет несколько параметров таких как:

марка материала изделия;
ответственность соединения;
экономические показатели.

В большой части марка изделия и определяет использование тех или иных газов или их смесей.

Инертные газы подходит как правило для любых видов сталей, цветных металлов и их сплавов. Применение инертных газов для низкоуглеродистых и низколегированных сталей неоправданно, так эти газа стоят очень дорого.

Для углеродистых, низкоуглеродистой, конструкционных сталей используется углекислота (углекислый газ ), а также смеси СО2 с аргоном, СО2 + аргон +гелий.

При сварки нержавеющих сталей (сталей аустенитного класса), к примеру всем известная «медицинская» сталь – 12Х18Н10Т и близкие с ней свариваются в смеси углекислоты и аргона.

Для сварки цветных металлов таких как алюминий, титан, медь чаще всего используется аргон либо в чистом виде, либо смесь с Не. В чистом виде Не используется редко так как он очень дорогой.

Медь можно сваривать в среде азота. Для цветных металлов не используются смеси содержащей СО2 и кислород.

Ниже приведём таблицу, где наглядно покажем применение тех или иных газов и их смесей для различных видов металлов сплавов.

Газ	Стали конструкционные (низкоуглеродистые)	Легированные стали (низко-, средне-, высоко-)	Титан, алюминий и их сплавы
Со2 (углекислый газ)	Да	Да, с ограничениями	Нет
Ar (Аргон)	Да (нецелесообразно)	Да	Да
Не (Гелий)	Да (нецелесообразно)	Да	Да
Аr + Со2	Да	Да	Да
Аr+О2	Да	Да, с ограничениями	Нет
Со2+О2	Да	Да, с ограничениями	Нет
Аr+Со2+О2	Да	Да, с ограничениями	Нет
Ar+Не	Да (нецелесообразно)	Да	Да

Какой газ нужен газовой сварки

Зачастую газовую сварку и газы которые в ней применяются путают с полуавтоматической и газами которые применяются для нее. Вкратце расскажем разницу. Газовая сварка выполняется за счёт сгорания горючего газа, а при полуавтоматической же газ используется для защиты, он не горит.

Ацетилен

Чаще всего именно ацетилен используют как сварочный газ для газовой сварки. Этот газ легче воздуха он бесцветный имеет слабый запах. При горении температура пламени ацетилена бывает в районе 2950— 3120 Градусов Цельсия. Ацетилена очень легко воспламеняется даже от статического разряда, потому баллоны с этим газом заполнены пористым веществом который пропитывают ацетоном.

Также его применяют для газовой резки, но реже. Чаще для этой цели используют пиролизный или природные газы о них поговорим далее.

Природные

Природные газы для сварки применяются гораздо реже нежели ацетилен ввиду их низкой температурой горения, а вот для резки применяются очень часто потому что стоят они недорого по сравнению с тем же ацетиленом. Применение природных газов более безопасно в отличие от ацетилена потому как они менее огнеопасны. Температура их горения значительно ниже, где-то в районе 2100— 2300 Градусов Цельсия.

Водород

Водород является альтернативой ацетилена при газовой сварки . Этот газ не имеет ни цвета, ни вкуса, также не имеет запах, он легче воздуха. Также водород обладает высокой текучестью и взрывоопасность при смеси с воздухом. Для сварки водород используется не в баллонах, а получают в специальных аппаратах для водородной сварки из воды под действием электрического тока.

Применение водорода вместо ацетилена обеспечивает более качественные ровный сварочный шов. Но несмотря на это преимущество данный способ редко применяется на практике. Так как есть целый ряд сложностей, возникающих в процессе сварки. Одно из них это появление большого количества шлака в процессе сварки, что требует введение дополнительных компонентов в расплав металла.

Также для работы аппарат водородный сварки требуется электричество, лишая данный способ автономности присущий газовой сварке. Грубо говоря — Если есть электричество зачем получать газ, можно просто заварить ручной сваркой.

Пиролизный

Получают этот газ на крупных нефтеперерабатывающих предприятиях как побочный продукт процессе нефтепереработки. После его получения газ требует определенную очистку и обработку для снижения его химической активности. Его свойства очень близки свойствам природных газов.

Используется для резки металлов, для сварки же достаточно редко ввиду опять же низкой температурой горение.

Влияние на процесс

Защитный газ применяемые для сварки оказывают огромное влияние как на сам процесс, так и на результат — качество сварного соединения. Неправильный выбор газов приведёт либо к многочисленным дефектом, либо к ненужному удорожанию процесса.

Приведём несколько примеров:

Применение аргона или гелия для сварки металлоконструкций из Ст3пс. Сварное соединение получится качественным, но затраты необоснованно высокими. Или же другой пример: сварка титанового сплава ВТ9 в среде углекислого газа. В этом случае финансовые затраты будут минимальны, но соединение будет однозначно бракованным и скорее всего даст трещину еще до того, как сварщик завершит работу.

Преимущества и недостатки газовой среды

Преимуществами при использовании газовой защиты является удешевление процесса так как не требуется использование дополнительных флюсов с газообразующими компонентами. Также это защищает соединение попадание шлаковых включений.

Основными недостатками является наличие громоздкого и не дешевого газового оборудования:

газовый баллон;
шланги;
редукторы и ротаметры;
смесители;
газовый подогреватели и осушители

Применять его в условиях монтажа достаточно проблематично. Также условиях монтажа использование газовой защиты осложняется тем, что ее сдувает порывами ветра или сквозняком. А из-за этого образуются дефекты, и дуга горит нестабильно.

Читайте также: