Углекислота для сварки формула

Обновлено: 05.05.2024

Диокси́д углеро́да (двуо́кись углеро́да, углеки́слый газ, окси́д углеро́да (IV), диокси́д углеро́да, у́гольный ангидрид, углекислота́) — CO₂, бесцветный газ со слегка кисловатым запахом и вкусом.

Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляет 0,038 %.

Содержание

Свойства

Физические

Плотность при нормальных условиях 1,98 г/л. При атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Твёрдый диоксид углерода называют сухим льдом. При повышенном давлении и обычных температурах углекислый газ переходит в жидкость, что используется для его хранения.

Углекислый газ легко пропускает ультрафиолетовые лучи и лучи видимой части спектра, которые поступают на Землю от Солнца и обогревают её. В то же время он поглощает испускаемые Землёй инфракрасные лучи и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления. Постоянный рост уровня содержания этого газа в атмосфере наблюдается с начала индустриальной эпохи.

Химические

По химическим свойствам диоксид углерода относится к кислотным оксидам. При растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов. Вступает в реакции электрофильного замещения (например, с фенолом — реакция Кольбе) и нуклеофильного присоединения (например, с магнийорганическими соединениями).

Биологические

Диоксид углерода играет одну из главных ролей в живой природе, участвуя во многих процессах метаболизма живой клетки. Диоксид углерода получается в результате множества окислительных реакций у животных, и выделяется в атмосферу с дыханием. Углекислый газ атмосферы — основной источник углерода для растений. Однако, ошибкой будет утверждение, что животные только выделяют углекислый газ, а растения — только поглощают его. Растения поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза, а без освещения они тоже его выделяют.

Диоксид углерода не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье (см. Гиперкапния). Недостаток углекислого газа тоже опасен (см. Гипокапния)

Углекислый газ в организмах животных имеет и физиологическое значение, например, участвует в регуляции сосудистого тонуса (см. Артериолы).

Получение

В промышленности получают из печных газов, из продуктов разложения природных карбонатов (известняк, доломит). Смесь газов промывают раствором карбоната калия, который поглощает углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании разлагается, высвобождая углекислоту. При промышленном производстве закачивается в баллоны.

В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора с соляной кислотой.

Применение

В пищевой промышленности диоксид углерода используется как консервант и обозначается на упаковке под кодом Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.

Жидкая углекислота (жидкая пищевая углекислота) — сжиженный углекислый газ, хранящийся под высоким давлением (~ 65-70 Атм). Бесцветная жидкость. При выпуске жидкой углекислоты из баллона в атмосферу часть её испаряется, а другая часть образует хлопья сухого льда.

Баллоны с жидкой углекислотой широко применяются в качестве огнетушителей и для производства газированной воды и лимонада. Углекислый газ используется в качестве активной среды при сварке проволокой так как при температуре дуги углекислота разлагается на угарный газ СО и кислород который в свою очередь и входит в заимодействие с жидким металом окисляя его. Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

Твёрдая углекислота — сухой лёд — используется в качестве хладагента в ледниках и морозильных установках.

Методы регистрации

Измерение парциального давления углекислого газа требуется в технологических процессах, в медицинских применениях — анализ дыхательных смесей при искусственной вентиляции лёгких и в замкнутых системах жизнеобеспечения. Анализ концентрации CO₂ в атмосфере используется для экологических и научных исследований, для изучения парникового эффекта.

Углекислый газ регистрируют с помощью газоанализаторов основанных на принципе инфракрасной спектроскопии и других газоизмерительных систем. Медицинский газоанализатор для регистрации содержания углекислоты в выдыхаемом воздухе называется капнограф.

Процесс углекислотной сварки - где применяется, тактика выполнения, оборудование и расходные материалы

Один из новейших видов сварки, но хоть он известен недавно, этот метод стал очень популярным. Её часто используют при спайке в сейчас сварщики разных уровней подготовки.

При углекислотной сварке, соответственно, используется углекислый газ.

Именно об этом эта статья. Далее подробно изложена информация о углекислом газе и его роли при сварке полуавтоматов и в чём его преимущество перед другими материалами.

Основные понятия

Сначала выясним что же такое углекислота и как она используется при сварке. Формула углекислого газа CO2, у него нет цвета или запаха. Его используют в баллонах под давлением. Обычно, он поставляется в сжиженном виде.

Чаще всего используется баллон объёма 40 литров. Он абсолютно защищён от коррозии и герметичен. Но он уместен при крупных работах. Когда нужно сварить что-нибудь меньших объемов, лучше использовать баллоны поменьше.

Это важно, потому что такие баллоны не могут храниться очень долго, максимум – 2 года. Поэтому компактность очень важна.

Этот газ доступный из-за его низкой цены, в целом, нет более дешёвого и при этом эффективного газа для данных целей. Его можно легко купить в магазине.

Главной задачей этого газа является защита. К примеру он защищает металл от окисления, что немаловажно для производства качественных изделий. Чтобы качество шва было ещё выше можно использовать его с аргоном.

Суть процесса достаточно простая. С помощью электрической дуги плавится металл, а сварочную область попадает углекислый газ. Он там нужен, как мы уже выяснили, для защиты деталей. Он обволакивает зону сварки и защищает от негативных влияний кислорода.

Особенности

Одна из особенностей этого материала, это то, что он не нейтрален на 100%. Это значит, его необходимо использовать с проволокой, которая предотвращает попадание кислорода и, следственно, окисление металла.

Лучше всего для такой работы подходят проволоки, в составе которых есть кремний и марганец. Неплохим вариантом ещё будет медная проволока, так как у неё есть способность к антикоррозии.

У неё большой срок годности и она способствует стабильности в горении дуги. Также, качество соединения, сделанного с помощью медной проволоки, очень хорошее.

При выборе характеристик проволоки лучше всего опираться на то, какие материалы вы используете помимо неё. Если обсуждать, какой диаметр оптимальный, то это 0.8 миллиметров. Она не напрягает автомат и подходит под большинство металлов.

Вы могли слышать, что углекислоту или любой другой защитный газ, можно заменить порошков проволокой. Это не так.

Качество соединения, сделанного с помощью порошковой проволоки, сильно уступает тому, который сделал с углекислым газом. Поэтому такую замену лучше всего делать, если нет разницы будут ли небольшие дефекты или не получается газ.

Почему углекислота?

Углекислотный тип сварки стал популярным на заводах и разных предприятиях. Возможно, у вас возникает вопрос чем эта популярность вызвана? Сейчас и выясним.

На самом деле, большого секрета в этом нет. При использовании углекислоты очень низкая вероятность деформации деталей, а это экономия ресурсов. Ведь бракованные детали — это лишние траты, а с помощью защитного газа этого можно избежать.

Ещё этот газ не нуждается в тщательной подготовке металла, соединение всегда аккуратное. Всё что остаётся это убрать лишние шлаки.

Также этот тип сварки можно использовать при работе с тонкими металлами. Как показывает практика, она хорошо подходит для такого материала.

Правда есть один нюанс – использовать ручную дуговую или газовую сварки не рекомендуется. С их помощью получается некачественный шов, поэтому лучше использовать другой метод.

Ещё углекислотную сварку хорошо использовать при ремонте кузовов. В такой работе этот метод имеет немало плюсов. Сначала – не нужно следить за подачей проволоки.

Этот процесс происходит автоматически. Она лучше подходит для этого, чем другие виды сварок, так как результат в разы качественнее. Также у проволоки короткий период плавки, а за счёт этого – углекислотная сварка требует меньше времени для исполнения.

Углекислотная сварка может полностью заменить сварку другого типа – газовую ацетиленовую. Потому что материал, который нужен для плавки дешевле, хоть с его помощью результат получается не хуже.

Основные преимущества

Также при углекислотной сварке нет термического воздействия на металл из-за чего детали не нагреваются. А это хорошо влияет на шов, и он получается прочным и красивым.

У углекислотной сварки есть много преимуществ перед другими типами. Рассмотрим ручную дуговую. Этот тип не защищает зону от кислорода. Для этого необходим флюс, а это дополнительные траты.

По сравнению с этим типом при углекислотной можно работать при любом положении в пространстве, а также намного лучше виден процесс, что упрощает наблюдение за ним.

Ещё скорость процесса в разы выше, чем при других методах, так как проволока плавится очень быстро, поэтому производительность очень высокая.

В отличие от других методов, даже той же ручной дуговой, процесс автоматизирован, а значит сварщик прикладывает намного меньше усилий.

Этот метод подходит если сварщику не нужно передвигаться на большие расстояния и есть возможность наблюдать за сваркой от начала и до конца.

Ещё важная деталь, что из-за стабильной работы дуги, отпадает необходимость часто менять электроды. Ещё этот процесс очень аккуратен и оставляет минимум мусора.

При сварке металла, где необходимо много небольших швов очень хорошо подойдёт этот метод. Его часто используют в мелких домашних работах, к примеру при сварке ворот. Полуавтомат с углекислотой, поэтому часто можно встретить в ремонтных пунктах.

И цена такого ремонта будет стоить недорого. В некоторых предприятиях ручная дуговая сварка уже вытеснена углекислотной.

Углекислотная сварка отлично подходит чтобы заменить многие другие виды. Этот вариант очень экономный. При этом – качество конечного продукта остаётся на высоком уровне.

Процесс и технология сварки лёгкие и понятные, а следовательно, использовать такой метод может даже любитель. Поэтому он популярен в домашнем обиходе, вместе с полуавтоматом.

С ростом популярности возросло и разнообразие этих механизмов. Сейчас на рынке можно найти очень дешёвые модели, а так как углекислый газ тоже недорогой, то получается хорошая установка за небольшие деньги.

Работа полуавтоматической сваркой с углекислым газом (диоксид углерода или СО2)

В настоящее время полуавтоматическая сварка с помощью углекислого газа используется как специалистами, так и сварщиками - новичками.

В этой статье Вы почерпнете для себя много полезного о работе с углекислотой, о её достоинствах, таких как защита сварного шва от негативного воздействия частиц в воздухе, повышения качества выполненной работы, и не только.

Что такое сварка полуавтоматическим сварочным аппаратом в среде СО2?

Итак, давайте же узнаем, как же работает способ сваривания полуавтоматом с углекислотой. Воздействие высокой температуры в процессе сварки способствует частичному распаду углекислого газа на кислород и углерод.

Такой химический процесс благоприятно влияет на итоговый результат, защищая сварочное место (так называемая сварочная ванна) от различных вредных примесей в воздухе в вашей рабочей зоне.

Еще стоит отметить отличное взаимодействие этих трёх газов с железом, что еще больше увеличивает качество сварочного шва.

Основной недостаток углекислого газа – его свойство окислять свариваемый металл, тем самым ухудшая качество проделанной работы.

С этим недостатком достаточно просто и эффективно бороться добавляя в состав проволоки для сварки полуавтоматом большое количество кремния и марганца.

Здесь начинают действовать положительные химические свойства оксидов этих элементов, выделяющиеся в процессе сварки. Их взаимодействие с поверхностью металла способствует формированию надежного сварочного соединения, устойчивого к оксидированию.

Для сварки углекислотой используйте полуавтоматический сварочный аппарат, при этом выбирать его режим работы вы можете сами, опираясь на свой опыт, либо пользуясь рекомендуемыми параметрами из таблицы 1.

Из нее видно, что основной критерий выбора режима работы – толщина свариваемого металла.

Таблица 1 – Параметры настройки полуавтоматического сварочного аппарата с углекислотой:

Достоинства сварки на углекислом газе

Итак, мы уже узнали принцип сварки полуавтоматом с углекислотой, а также как справляются с его главным недостатком.

Теперь давайте посмотрим на основные достоинства этого метода по сравнению с его конкурентом – флюсовой сваркой:

качество сварного соединения выше, даже у начинающих осваивать эту деятельность;
скорость работы быстрее в 2-3 раза благодаря равномерному тепловому рассеиванию от сварочной дуги, а следовательно производительность труда намного выше;
возможность варить даже тонкий металл, не боясь ухудшить качество шва;
на месте сваривания полуавтоматом не остается остатков флюса и шлака, на случай многослойной сварки металла, это преимущество придется как нельзя кстати;
отсутствие флюса, а значит ничего не мешает визуальному контролю сварочной дуги;
качество наплавки с использованием углекислого газа выше, чем с флюсом;
вы можете проводить паяльные работы в любом пространственном положении, любой сложности (в том числе работы на весу и под углом) без использования планок, подставок, подкладок и пр.;
экономичность метода и огромная выгода с точки зрения капиталовложения;
не надо приобретать оснащение для удаления и подачи флюса во время сварочного процесса;
в два раза дешевле себестоимость металла, используемого под наплавку, в сравнении с другими методами;
сама по себе углекислота имеет относительно низкую цену, что также уменьшает общую стоимость работ.

Полуавтоматическая сварка на углекислотном газе нашла свое место в судовом строении, машиностроении, при сварке систем отопления и водопровода, в производстве изделий из легированной стали или термостойких металлов, в случаях труднодоступности места сваривания и когда необходимо провести быстрый ремонт и наплавку.

Проще говоря, этот метод применяется в серийной промышленности и производствах, а не только в условиях гаражной самодеятельности.

Сваривание полуавтоматом в углекислоте заслуженно получила такую популярность благодаря совокупности своих преимуществ, но теперь давайте разберем в каких материалах она нуждается.

Компоненты для углекислотного сваривания

Проволока для сварки полуавтоматом. Применяется как электрод. Для каждого случая, в зависимости от того какой металл мы будем паять, проволоку необходимо выбирать индивидуально.

Отталкиваясь от толщины свариваемого металла, мощности полуавтомата и его прочих особенностей, диаметр проволоки может изменяться в диапазоне от 0.5 до 3 мм. На практике лучший результат показывает медная проволока, её мы и рекомендуем использовать.

Пускать в дело необходимо исключительно чистый материал, без следов ржавчины, коррозии, загрязнений, которая хранилась в надлежащих условиях.

В противном случае эту проволоку использовать нельзя, если вы не хотите в результате получить плохое качество соединения. Рекомендуется вымачивать проволоку в серной кислоте, а после несколько часов удерживать при высокой температуре.

Углекислый газ СО2. Собственно, наш главный гвоздь программы и самый важный компонент. Углекислота для сварки полуавтоматом безвредна для человека и бесцветна.

Перемещается и хранится СО2, как правило, под давлением в специальных черных емкостях и с одноименной маркировкой. Вот несколько практических и просто полезных советов по эксплуатации:

для особо важных и сложных работ используйте емкость с 99%-ым содержанием диоксида углерода, в остальных случаях ёмкостей с 98%-ым содержанием будет предостаточно;
учтите, что излишняя влага отрицательно скажется на общем качестве сваривания. Чтобы от неё избавиться, поставьте ёмкость в вертикальное положение на один час, за это время влага осядет на дно;
перед началом сварки полуатоматом выпустите немного газа из ёмкости, чтобы избавится от, вредных для сварки, примесей азота, содержащиеся в ней.

Выводы

Итого, сварка полуавтоматическим сварочным аппаратом в среде СО2 – это набор сплошных преимуществ, например повышение производительности труда, расширение ваших профессиональных умений, а результатом работы вы будете всегда довольны.

У новичков на первых этапах освоения конечно могут наблюдаться проблемы с чрезмерным расходом газа, но и этот недостаток нивелируется его достаточно низкой ценой, а с приобретенным опытом, когда вы освоите принципы работы этого метода, такая проблема исчезнет вовсе.

Немного терпения, опыта в сварочном деле, наличие полуавтомата, углекислоты, всех необходимых материалов и Вы полностью готовы к покорению этого метода.

Профессиональный опыт приобретается на практике, поэтому экспериментируйте и тренируйтесь сами с разными режимами работы, набивая руку, а не уповайте на табличные данные, этот опыт очень важен, если вы хотите стать профессиональным сварщиком.

Спрашивайте советов у профессионалов - сварщиков и не забывайте соблюдать технику безопасности. Желаем успехов!

Углекислый газ

Углекислый газ, он же углекислота, он же двуокись углерода…

Углекислый газ бесцветный газ с едва ощутимым запахом не ядовит, тяжелее воздуха. Углекислый газ широко распространен в природе. Растворяется в воде, образуя угольную кислоту Н₂CO₃, придает ей кислый вкус. В воздухе содержится около 0,03% углекислого газа. Плотность в 1,524 раза больше плотности воздуха и равна 0,001976 г/см 3 (при нулевой температуре и давлении 101,3 кПа). Потенциал ионизации 14,3В. Химическая формула – CO₂.

Способы получения углекислого газа

Углекислый газ не является редким и получают его как побочный продукт, что положительно сказывается на его стоимости. Поэтому он является самым дешевым газом, применяемым для защиты, металла сварного шва в процессе сварки. Кратко о способах производства углекислоты говорилось в статье о свойствах углекислого газа и теперь настало время рассмотреть их более подробно.

Сварочные смеси бывают не только из аргона и углекислого газа

Сварочные смеси применяются в сварочном производстве относительно недавно и связано это в первую очередь с высокой стоимостью отдельных компонентов: аргона и гелия. До середины 90-х годов повсеместно в странах СНГ для сварки полуавтоматом углеродистых сталей применяли углекислый газ, поскольку он тяжелее воздуха и хорошо обеспечивает защиту сварочной ванны, а для сварки алюминия и нержавеющих сталей — аргон, так как он, являясь инертным газом препятствует окислению и выгоранию легирующих элементов. Но по ряду отрицательных характеристик, однокомпонентные газы заменяются двух-, трех- и даже четырехкомпонентными сварочными смесями, чтобы полностью использовать все положительные качества каждого отдельно взятого газа.

Баллоны для сжатых газов

Для хранения и транспортировки сжатых, сжиженных и растворенных газов, находящихся под давлением, применяют стальные баллоны. Баллоны имеют различную вместимость - от 0,4 до 55 дм 3 .

Объем, размеры и устройство газового баллона

Газовый баллон - стальная емкость, предназначенная для хранения и транспортировки сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением.

Газовые баллоны изготовляют из бесшовных труб углеродистой и легированной стали. Для сжиженных газов допускается применение сварных корпусов при рабочем давлении менее 3 МПа.

Некоторые стандарты допускают изготовление корпуса из алюминия или композитных материалов, например ISO 11439. В качестве композитного материала применяют полимер, армированный углеродным волокном, который имеет очень высокие прочностные показатели. Газовые баллоны из композитных материалов сложнее в изготовлении, но у них есть главное преимущество - малый вес.

Подогреватель, расходомер, осушитель газа для сварки

Подогреватель, расходомер и осушитель применяют при полуавтоматической сварке или как её еще называют MIG и MAG. Расходомер необходим для учета и установке оптимального расхода газа или сварочной смеси.

Поскольку углекислый газ в баллоне находится в жидком состоянии, при отборе из баллона происходит процесс испарения и превращение в газ, который уже поступает в сварочную горелку полуавтомата. В результате перехода из жидкого состояния в газообразное резко уменьшается температура газа и происходит процесс замерзания влаги в каналах редуктора и их заполнение льдом. Во избежание данного негативного эффекта применяют подогреватели газа, которые устанавливают между вентилем баллона и редуктором или расходомером. Но и этого иногда недостаточно так как из углекислоты необходимо удалить лишнюю влагу и для этого применяют осушители газа.

Содержание

Как получилось так, что у данного газа столько много терминов неизвестно, но в сварочном производстве, согласно ГОСТ 2601, используется термин «углекислый газ». В «Правилах устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» принят термин «углекислота», а в ГОСТ 8050 - «двуокись углерода». Поэтому далее мы будем оперировать всеми этими понятиями.

Плотность двуокиси углерода зависит от давления, температуры и агрегатного состояния, в котором она находится. При атмосферном давлении и температуре -78,5°С углекислый газ, минуя жидкое состояние, превращается в белую снегообразную массу «сухой лед».

Под давлением 528 кПа и при температуре -56,6°С углекислота может находиться во всех трех состояниях (так называемая тройная точка).

Двуокись углерода термически устойчива, диссоциирует на окись углерода и кислород только при температуре выше 2000°С.

Жидкая двуокись углерода

Жидкая двуокись углерода бесцветная жидкость без запаха, плотность которой сильно изменяется с изменением температуры. Она существует при комнатной температуре лишь при давлении более 5,85 МПа. Плотность жидкой углекислоты 0,771 г/см 3 (20°С). При температуре ниже +11°С она тяжелее воды, а выше +11°С - легче.

Жидкая двуокись углерода превращается в газ при подводе к ней теплоты.

При нормальных условиях (20°С и 101,3 кПа) при испарении 1 кг жидкой углекислоты образуется 509 л углекислого газа.

Впервые жидкую двуокись углерода получили в 1823 г. Гемфри Дэви (Humphry Davy) и Майкл Фарадей (Michael Faraday).

Сухой лед

Твердая двуокись углерода (сухой лед) по внешнему виду напоминает снег и лед. Содержание углекислого газа, получаемого из брикета сухого льда, высокое - 99,93-99,99%. Содержание влаги в пределах 0,06-0,13%. Сухой лед, находясь на открытом воздухе, интенсивно испаряется, поэтому для его хранения и транспортировки используют контейнеры. Получение углекислого газа из сухого льда производится в специальных испарителях. Твердая двуокись углерода (сухой лед), поставляемая по ГОСТ 12162.

При чрезмерно быстром отборе газа, понижении давления в баллоне и недостаточном подводе теплоты углекислота охлаждается, скорость ее испарения снижается и при достижении «тройной точки» она превращается в сухой лед, который забивает отверстие в понижающем редукторе, и дальнейший отбор газа прекращается. При нагреве сухой лед непосредственно превращается в углекислый газ, минуя жидкое состояние. Для испарения сухого льда необходимо подвести значительно больше теплоты, чем для испарения жидкой двуокиси углерода - поэтому если в баллоне образовался сухой лед, то испаряется он медленно.

История открытия углекислого газа

Углекислый газ – это первый газ, который был описан как дискретное вещество. В семнадцатом веке, фламандский химик Ян Баптист ван Гельмонт (Jan Baptist van Helmont) заметил, что после сжигания угля в закрытом сосуде масса пепла была намного меньше массы сжигаемого угля. Он объяснял это тем, что уголь трансформируется в невидимую массу, которую он назвал «газ».

Свойства углекислого газа были изучены намного позже в 1750г. шотландским физиком Джозефом Блэком (Joseph Black).

Он обнаружил, что известняк (карбонат кальция CaCO₃) при нагреве или взаимодействии с кислотами, выделяет газ, который он назвал «связанный воздух». Оказалось, что «связанный воздух» плотнее воздуха и не поддерживает горение.

Пропуская «связанный воздух» т.е. углекислый газ CO₂ через водный раствор извести Ca(OH)₂ на дно осаждается карбонат кальция CaCO₃.

Джозеф Блэк использовал этот опыт для доказательства того, что углекислый газ выделяется в результате дыхания животных.

В статье "Как получить углекислый газ" рассказано все в мельчайших подробностях, здесь лишь скажем, что основными способами получения являются:

из известняка;
из газов при брожении спирта;
из газов котельных;
из газов производств химической отрасли.

Применение углекислого газа

Двуокись углерода чаще всего применяют:

для создания защитной среды при сварке полуавтоматом;
в производстве газированных напитков;
охлаждение, замораживание и хранения пищевых продуктов;
для систем пожаротушения;
очистка сухим льдом от загрязнений поверхности изделий.

Применение углекислоты для сварки

Плотность углекислого газа достаточно высока, что позволяет обеспечивать защиту реакционного пространства дуги от соприкосновения с газами воздуха и предупреждает азотирование металла шва при относительно небольших расходах углекислоты в струе. Низкий потенциал ионизации и теплопроводность способствуют образованию горячей зоны в центре столба дуги и как следствие более глубокое проплавление и меньшую ширину шва. Углекислый газ является активным газом, т.е. в процессе сварки он взаимодействует с металлом шва и оказывает на металл сварочной ванны окисляющее, а также науглероживающее действие.

Молекула углекислого газа CO₂, попадая в зону сварочной дуги распадается на атомарный кислород О и угарный газ СО. В результате происходит выгорание легирующих элементов металла сварочной ванны и окисление основного металла (возникает окалина, шлак и дым). Реакция окисления расплавленного металла сварного шва имеет следующий вид:

Fe + CO₂ = FeO + CO

Ранее препятствием для применения углекислоты в качестве защитной среды являлось образование большого количества дефектов в сварных швах (преимущественно пор). Поры при сварке возникают в результате кипения затвердевающего металла сварочной ванны от выделения окиси углерода (СО) из-за недостаточной его раскисленности. При этом поверхность сварного шва сильно окислена и имеет большое количество шлака ввиду окисляющей атмосферы внутри сварочной дуги. Помимо неудовлетворительного эстетического вида, при необходимости дальнейшего нанесения защитного покрытия потребуется дополнительная операция зачистки поверхности.

При высоких температурах углекислый газ диссоциирует с образованием весьма активного свободного, одноатомного кислорода:

Окисление металла шва выделяющимся при сварке из углекислого газа свободным кислородом нейтрализуется содержанием дополнительного количества легирующих элементов с большим сродством к кислороду, чаще всего кремнием и марганцем (сверх того количества, которое требуется для легирования металла шва) или вводимыми в зону сварки флюсами (сварка порошковой проволокой).

Как двуокись, так и окись углерода практически не растворимы в твердом и расплавленном металле. Свободный активный кислород окисляет элементы, присутствующие в сварочной ванне, в зависимости от их сродства к кислороду и концентрации по уравнению:

Мэ + O = МэO, где Мэ - металл (марганец, алюминий или др.).

Кроме того, и сам углекислый газ реагирует с этими элементами. В результате этих реакций при сварке в углекислоте наблюдается значительное выгорание алюминия, титана и циркония, и менее интенсивное - кремния, марганца, хрома, ванадия и др.

Особенно энергично окисление примесей происходит при полуавтоматической сварке. Это связано с тем, что при сварке плавящимся электродом взаимодействие расплавленного металла с газом происходит при пребывании капли на конце электрода и в сварочной ванне, а при сварке вольфрамовым электродом - только в ванне. Как известно, взаимодействие газа с металлом в дуговом промежутке происходит значительно интенсивнее вследствие высокой температуры и большей поверхности контактирования металла с газом. Для компенсации выгорания легирующих элементов в сварном шве, необходимо применять сварочную проволоку с повышенным содержанием раскислителей (кремния и марганца).

Уже давно известна зависимость, чем больше сила сварочного тока, тем больше размер капель расплавленного металла. В свою очередь увеличение размера капель электродного металла увеличивает разбрызгивание.

В настоящее время ввиду большого разбрызгивания металла сварочной ванны при сварке в углекислоте все чаще применяют сварочные смеси с аргоном. Производители сварочного оборудования не остались в стороне от данной проблемы и предусматривают специальный режим на сварочных полуавтоматах, при котором уменьшается эффект разбрызгивания. Еще один путь решения данного вопроса – это использование специальных спреев или жидкостей, которые не позволяют прикипать брызгам к металлу свариваемой детали. В любом случае применение любого из данных методов с лихвой окупит затраты времени и расходных материалов на удаление брызг путем механической зачистки.

При сварке тонких деталей применением оптимальных режимов сварки возможно добиться короткозамкнутого переноса электродного металла и тем самым получить минимальное разбрызгивание. Например, при использовании сварочной проволоки ? 1 мм, силе сварочного тока 150 А и напряжения дуги 16-23 В происходит перенос металла небольшими каплями за счет поверхностного натяжения.

Для MAG сварки толстостенных конструкций целесообразно применение проволоки большого диаметра и, следовательно увеличение силы сварочного тока, увеличение разбрызгивания, что ведет к уменьшению скорости наплавки электродного металла. Для уменьшения разбрызгивания уменьшают скорость подачи сварочной проволоки. Поэтому применение чистой углекислоты оказывает негативное влияние на производительность сварки и качества сварного шва. Углекислоту в качестве защитного газа рационально применять при сварке порошковой проволокой (FCAW) углеродистых сталей поскольку обеспечивается короткозамкнутый перенос и хорошее качество сварного шва.

Ввиду химической активности углекислого газа по отношению к вольфраму сварку в этом газе ведут только плавящимся электродом.

При выборе защитного газа стоит учитывать не только его стоимость, но и влияние потерь на разбрызгивание, последующую зачистку и общую трудоемкость процесса.

Вредность и опасность углекислого газа

Двуокись углерода нетоксична и невзрывоопасна. При концентрациях более 5% (92 г/м 3 ) углекислый газ оказывает вредное влияние на здоровье человека, так как он тяжелее воздуха и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья. Помещения, где производится сварка с использованием углекислоты, должны быть оборудованы общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией. Предельно допустимая концентрация углекислого газа в воздухе рабочей зоны 9,2 г/м 3 (0,5%).

Хранение и транспортировка углекислого газа

Углекислый газ поставляется по ГОСТ 8050. Для получения качественных швов используют газообразную и сжиженную двуокись углерода высшего и первого сортов.

Углекислоту транспортируют и хранят в стальных баллонах по ГОСТ 949 или цистернах большой емкости в жидком состоянии с последующей газификацией на заводе, с централизованным снабжением сварочных постов через рампы.

В стандартный баллон с водяной емкостью 40 л заливается 25 кг жидкой углекислоты, которая при нормальном давлении занимает 67,5% объема баллона и дает при испарении 12,5 м 3 углекислого газа.

В верхней части баллона вместе с газообразной углекислотой скапливается воздух. Вода, как более тяжелая, чем жидкая двуокись углерода, собирается в нижней части баллона.

Для снижения влажности углекислого газа рекомендуется установить баллон вентилем вниз и после отстаивания в течение 10. 15 мин осторожно открыть вентиль и выпустить из баллона влагу. Перед сваркой необходимо из нормально установленного баллона выпустить небольшое количество газа, чтобы удалить попавший в баллон воздух. Часть влаги задерживается в углекислоте в виде водяных паров, ухудшая при сварке качество шва.

При выпуске газа из баллона вследствие эффекта дросселирования и поглощения теплоты при испарении жидкой двуокиси углерода газ значительно охлаждается. При интенсивном отборе газа возможна закупорка редуктора замерзшей влагой, содержащейся в углекислоте, а также сухим льдом. Во избежание этого при отборе углекислого газа перед редуктором устанавливают подогреватель газа. Окончательное удаление влаги после редуктора производится специальным осушителем, наполненным стеклянной ватой и хлористым кальцием, силикогелием, медным купоросом или другими поглотителями влаги.

Баллон окрашен в черный цвет, с надписью желтыми буквами «УГЛЕКИСЛОТА».

Читайте также: