Ar металл или нет

Обновлено: 22.01.2025

Арго́н — химический элемент с атомным номером 18. Третий по распространённости элемент в атмосфере — 0,93 % по объёму.

Содержание

История

К открытию аргона привело обнаруженное в 1892 году английским физиком азота, выделяемого из воздуха, над плотностью «химического» азота, возникающего при термическом разложении нитрита аммония NH₄NO₂. Вместе с другим английским физиком Уильям Рамзаем , Происхождение названия

Именно из-за своей удивительной химической инертности новый газ и получил своё название (греч. αργός — неактивный).

Аргон в природе

Аргон распространён в природе только в свободном виде. В земной коре его содержание составляет 1,2•10 -4 %, в морской воде — 0,45•10 -4 %. В атмосферном воздухе содержится 0,93 % аргона по объёму (9,34 л в 1м 3 ). Это значительно больше, чем содержание в воздухе всех остальных инертных газов вместе взятых. Воздух служит неиссякаемым источником для получения аргона.

Обращает на себя внимание преобладание в смеси природных нуклидов аргона самого тяжёлого — аргона-40. Это связано с тем, что 40 Ar постоянно образуется за счёт распада радиоактивного калия-40. В 1 т калия за год при радиоактивном распаде калия-40 путём захвата орбитального электрона (так называемый электронный захват, или К-захват; на этот тип радиоактивного распада калия-40 приходится 12 % от всех актов распада этого природного радионуклида) образуется всего около 3100 атомов аргона- 40 . Но калий — один из самых распространённых на Земле элементов, да и время, прошедшее за долгую историю Земли, исчисляется миллиардами лет. Поэтому 40 Ar накопился в земной атмосфере в значительных количествах.

Преобладание тяжёлого аргона-40 в природной смеси изотопов этого элемента приводит к тому, что атомная масса элемента аргона оказывается немного выше, чем следующего за ним в периодической системе элемента калия. Однако, когда Менделеев создавал свою знаменитую таблицу, проблема, как разместить калий и аргон, у него не возникала, так как аргон был открыт спустя почти 30 лет после открытия периодического закона, и в таблицу (в группу, которой тогда присвоили номер ноль) попал только в начале 20-го века. В настоящее время аргон, как и другие инертные газы, включают в восьмую группу периодической системы элементов.

Получение

В промышленности аргон получают как побочный продукт при крупномасштабном разделении воздуха на кислород и азот. При температуре -185,9°C аргон конденсируется, при -189,4°С — кристаллизуется.

Свойства

Аргон — одноатомный газ с температурой кипения (при нормальном давлении) –185,9° C (немного ниже, чем у кислорода, но немного выше, чем у азота). В 100 мл воды при 20° C растворяется 3,3 мл аргона, в некоторых органических растворителях аргон растворяется значительно лучше, чем в воде.

Как уже говорилось, химических соединений не образует. Однако со многими веществами, между молекулами которых действуют водородные связи (водой, Применение

Все что нужно знать об аргоне простыми словами

Аргон – это химический элемент, занимающий в периодической таблице Д.И. Менделеева место под номером 18. Инертный, по-другому благородный, одноатомный газ аргон, который, при нормальных условиях не вступает в химические реакции и является чистым веществом, незаменим во многих сферах человеческой деятельности.

В данной статье рассказывается о его физических и химических свойствах, областях применения, технике безопасности при использовании.

Происхождение названия

Впервые с аргоном во второй половине XVIII века столкнулся английский ученый Кавендиш при изучении состава воздуха.

Во время проведения эксперимента после удаления с помощью химических реакций кислорода и азота в трубке оставался небольшой пузырек газа, который не реагировал на внешние воздействия. Его размер составлял около 1/120 первоначального объема. Понять причину этого Кавендишу не удалось.

И только более чем через столетие, на исходе XIX века, совместные усилия ученых Рэлея и Рамзая, также англичан, привели к ликвидации белого пятна в периодической таблице.

Они заинтересовались разницей в весе двух объемов азота, равных 1 л, один из которых был получен из воздуха, другой – в результате химической реакции. Эта разница составляла 1,6 мг и не могла быть отнесена на счет погрешности измерения.

Ученые предположили, что в первом случае, кроме азота, присутствует неизвестный газ, что и подтвердил последующий спектральный анализ. Поскольку этот газ оказался химически неактивным, то есть не вступал в какие-либо реакции, то и название он получил соответствующее.

В переводе с древнегреческого языка ἀργός (читается как «аргос») – медленный, ленивый.

Несколько позднее, также с помощью спектрального анализа, были открыты и другие инертные газы, присутствующие в составе атмосферы, хотя и в значительно меньших, чем аргон, количествах.

Распространенность

Температура кипения аргона при атмосферном давлении очень низка, поэтому на Земле его можно встретить лишь в виде газа.

По количеству в составе атмосферного воздуха, которое составляет около 1%, элемент уступает лишь азоту и кислороду, и это в несколько десятков раз больше, чем общее количество других инертных газов – ксенона, криптона, гелия, неона.

Поэтому он наиболее популярен. А такого содержания в воздухе вполне достаточно для промышленной добычи, тем более что после использования газ практически полностью возвращается в атмосферу, не вступая в какие-либо реакции по причине своей инертности.

Чтобы понять, как добывают аргон, необходимо учесть, что температуры кипения кислорода и азота различны и равны, соответственно, 90 °К (-183 °С) и 77 °К (-196 °С). В то же время аргон закипает при температуре, большей, чем азот, и меньшей, чем кислород.

Данную физическую особенность и используют инженеры, чтобы получить газ в чистом виде. Происходит это при низкотемпературной ректификации воздуха, то есть разделения его на азот и кислород путем многократного ожижения и испарения. Аргон в этом процессе появляется в качестве побочного продукта.

Во вселенной

В окружающей наш мир материи аргона немного – всего 0,02% от общей массы.

Ученые обнаружили его входящим вместе с еще одним инертным газом – неоном в состав некоторых звезд, а также планетарных туманностях – оболочках ионизированных газов, образующихся вокруг звезд на исходе их существования.

Распространение в природе

На нашей планете, кроме атмосферы, аргон содержится в земной коре и морской воде, но в значительно меньшей степени – его количество составляет лишь тысячные доли процента от общей массы.

Физические свойства

1 см3 аргона в газообразном состоянии при стандартных условиях весит 1,78×10-3г, что означает, что его плотность равна 1,78×10-3г/см3.

То есть аргон тяжелее, чем воздух, который имеет плотность 1,2×10-3г/см3. Поэтому при попадании в атмосферу из какой-либо емкости, например, газового баллона, аргон будет занимать объем в нижней части помещения, вытесняя оттуда воздух и постепенно с ним смешиваясь.

Температура конденсации аргона, то есть его кипения, в условиях атмосферного давления равна 87,3 °К (-185,9 °С). При температуре 83,8 °К (– 189,3 °С) жидкость отвердевает. Плотность аргона в жидком состоянии при давлении в одну атмосферу равна 1,39х103 кг/м3.

Химические свойства

Аргон является инертным газом, не имеющим ни запаха, ни вкуса, ни цвета и в периодической таблице занимает место среди других неметаллов в столбце с прочими благородными газами. Его химическая формула – Ar (первые две буквы латинского слова argon).

Атомная и молекулярная масса

Атомной массой называется средняя масса существующих в земных условиях изотопов с учетом их распространенности. Для аргона она составляет 39,948. Его молекулярная масса равна атомной.

Изотопы

Изотопы – это разновидности атомов с одинаковым зарядом ядра и различной массой. На Земле существуют следующие изотопы аргона:

40Ar с ядром, состоящим из 18 протонов и 22 нейтронов в земной атмосфере представлен наиболее всего – 99,6% от общего количества газа;
36Ar (18 нейтронов) – 0,337%;
38Ar (20 нейтронов) – 0,063%.

Источником изотопа 40Ar является изотоп калия 40К, являющийся радиоактивным и попадающий на поверхность земли вместе с продуктами извержения вулканов.

Также существуют изотопы, создаваемые искусственно. Их масса может иметь значение от 30 до 55 атомных единиц, но они нестабильны. Наиболее устойчивым является 39Ar с периодом полураспада, составляющим 269 лет, самые неустойчивые существуют в течение десятков наносекунд.

Для того чтобы оторвать от атома электрон, необходимо потратить энергию, которая называется энергией ионизации.

Для создания катиона (положительно заряженного иона) Ar+ потребуется 1520 кДж/моль. Это можно осуществить с помощью пропускания через газ электрических разрядов.

Молекула и атом

Атом имеет положительно заряженное ядро, в состав которого входит 18 протонов. Вокруг ядра по трем орбитам вращаются 18 электронов – 2 на первой, на второй и третьей – по 8.

Таким образом, внешняя орбита заполнена электронами полностью. Именно этим объясняется отсутствие каких-либо химических соединений с участием аргона – при нормальных условиях он существует только в свободном виде.

Такое свойство присуще всем остальным инертным газам – у каждого из них внешняя электронная орбита заполнена полностью.

Молекула по этой же причине состоит из одного атома и так же, как и атом, обозначается – Ar.

Молярная масса

Один моль – это 6,02х1023 молекул данного вещества. Величина 6,02х1023 называется числом Авогадро и обозначается как NA. Молярная масса, определяющая свойства аргона, как и любого газа – это масса одного моля. Для аргона она равна 39,948 г/моль.

Чаще всего аргон получают с помощью криогенной ректификации воздуха. Для этого воздух сначала тщательно очищают от частиц пыли, прогоняя через несколько фильтров, осушают, затем сжимают при помощи компрессоров до перехода в состояние жидкости.

Последнюю отправляют в ректификационную колонну – устройство, в котором при различных температурах происходит последовательное испарение азота, аргона и кислорода.

Аргонная фракция, содержащая 12%, аргона, подвергается еще одной ректификации, в результате чего доля газа в смеси доходит до 85%, остальное приходится на кислород с небольшим количеством азота.

Такой газ называют сырым аргоном и уже из него получают чистый аргон, который в зависимости от количества оставшихся примесей в соответствии с ГОСТ 10157-62 может быть трех марок:

марка А – объемный процент содержания аргона, не менее 99,99%. Применяется при сварке титановых сплавов, нержавеющей стали, конструкционной стали – при повышенных требованиях к прочности;
марка Б – не менее 99,96%. Используется во время сварки алюминия, менее активных, чем титан, цветных металлов;
марка В – не менее 99,90%. Востребована при работе с жаростойкими сплавами, алюминиевыми материалами, конструкционными сталями. Часто используется совместно с углекислым газом и кислородом.

Еще один способ получения аргона – при синтезировании аммиака. Побочным продуктом реакции является продувочный газ, содержащий до 20% аргона, причем стоимость его получения заметно ниже.

Биологическая роль

Под биологической ролью элемента подразумевается его участие в жизнедеятельности каких-либо организмов. Аргон в таких процессах участия не принимает, следовательно, этой роли не выполняет.

Область применения

Аргон применяется в самых различных областях деятельности человека. В первую очередь востребовано отсутствие его химическая активности.

Наиболее широко газ используется при сварке – для создания вокруг дуги газового слоя, оттесняющего атмосферные кислород и азот. Поскольку этот газ тяжелее воздуха, то применять его лучше при использовании нижнего положения.

Аргон растекается над поверхностью материала, вытесняя вверх кислород с азотом, и прикрывает не только область расплава, но также и нагретую часть поверхности.

Это важно во время работы с металлами, отличающимися активностью при высокой температуре, например, такими как титан. Аргон также используют во время сварки высоколегированных и нержавеющих сталей. Неметаллы обычно соединяют с использованием газовой сварки.

Использование инертного газа дает возможность увеличить температуру дуги, а это сказывается на проплавлении шва, который приобретает форму кинжала и позволяет в один проход соединять куски металла большой толщины.

В связи с тем, что в отсутствие кислорода шов получается значительно более ровным и прочным, аргон востребован при изготовлении ответственных конструкций в строительстве: высоких зданий, железнодорожных и автомобильных мостов.

Швы высокого качества востребованы в химическом и пищевом машиностроении, атомной промышленности, аэрокосмической сфере. Нефте- и газопроводы также сооружаются с применением аргонной сварки.

В электронике инертность аргона также находит применение. Его закачивают в колбы осветительных и радиоламп – для защиты, соответственно, нити накаливания или электродов, используют при выращивании полупроводниковых кристаллов.

В сфере производства продуктов питания газ применяется в качестве вытеснителя (в первую очередь, присутствующего в воздухе кислорода). Его закачивают в герметичные упаковки с продуктами с целью увеличения срока хранения.

Низкое значение теплопроводности аргона дает возможность применять его в качестве теплоизолятора – в оконных рамах, гидрокостюмах.

Способность излучать фиолетовый свет при нагревании находит применение в рекламных афишах и надписях.

Другие области применения:

пожаротушение;
лазеры;
хирургические операции

и многое другое.

Окраска баллона

При использовании баллонов для хранения газов за каждым из них закреплен цвет, в который окрашена сама емкость, а также цвет полосы, нанесенной по окружности на ее образующую вблизи горловины. Баллон, предназначенный для аргона, окрашен в серый цвет, при этом цвет полоса и надпись – зеленые.

Для транспортировки жидкого аргона применяются специальные емкости типа сосуда Дьюара и цистерны.

Зависимость давления аргона в баллоне от температуры

При заправке давление аргона в баллоне составляет порядка 150 атм. Однако в соответствии с законами физики все газы при нагревании расширяются. Если отсутствует возможность для расширения, что и наблюдается в замкнутом объеме, то при повышении температуры давление внутри него будет нарастать. В случае идеального газа соблюдается следующая зависимость:

где P – давление внутри замкнутого объема;

Т – абсолютная температура газа по шкале Кельвина, которая выше температуры по шкале Цельсия на 273°, то есть

где t – температура по шкале Цельсия.

Зависимость давления реального газа в баллоне от температуры приведена в таблице:

Температура, °С	Давление, атм
-30	111,8
-20	120,5
-10	127,5
0	135,6
+10	144,3
+20	151,3
+30	158,2

Таким образом, при увеличении температуры на 60 ° (от -30 °С до +30 °С) давление аргона в баллоне растет более чем на 40%.

ДЛЯ СПРАВКИ: аргон в 40-литровом баллоне при давлении 150 атм и комнатной температуре весит около 7,5 кг. При этом вес баллона, изготовленного из углеродистой стали, составляет 58,5 кг.

Техника безопасности при работе с аргоном

Газ не является ни токсичным, ни взрывоопасным, тем не менее, попадание излишнего количества аргона в воздух ведет к уменьшению в нем процентной доли кислорода, а это уже опасно для здоровья и жизни человека и может привести к кислородной недостаточности.

В обычном атмосферном воздухе содержится 20,9% кислорода, уменьшение его доли до 18% ведет к появлению головной боли и сонливости, при значении менее 15–16% человек теряет сознание.

В случае вдыхания аргона, так же как и других инертных газов, возникает мгновенное удушье и потеря сознания, чреватые летальным исходом.

Поэтому во время работы в замкнутом пространстве должны отсутствовать какие-либо утечки газа через уплотнения в соединениях трубопроводов или трещины в шлангах.

С особым вниманием за этим нужно следить при проведении сварки в слабопроветриваемых помещениях, а также приямках, где газ может скапливаться, поскольку тяжелее воздуха. Перед началом работы следует проверить содержание кислорода в окружающем пространстве – оно должно быть не менее 19%.

В противном случае необходимо надеть изолирующий противогаз, который предотвращает какой-либо контакт органов дыхания с окружающим воздухом. Работы в таких условиях проводят два человека.

Первая помощь в случае отравления газообразным аргоном заключается в эвакуации пострадавшего на свежий воздух, проведении искусственного дыхания, использовании кислородной подушки.

Жидкий аргон при попадании на тело человека может вызвать ожоги, поэтому, работая с ним, необходимо надевать защитные очки и спецодежду, способную предохранить поверхность тела от контакта с ним.

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.

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.

Аргон – самый ленивый газ

Аргон химический элемент периодической системы Д. И. Менделеева, инертный газ, атомный номер 18, атомная масса 39,948. Объемная концентрация аргона в воздухе 0,9325% об. или 1,2862% вес. Аргон тяжелее воздуха, плотность 1,78 кг/м 3 при нулевой температуре и нормальном давлении. Температура кипения -185,85°C. Обладает низким потенциалом ионизации 15,7 В. С большинством элементов аргон не образует химических соединений, кроме некоторых гидридов. В металлах аргон, как в жидком, так и в твердом состоянии нерастворим. При обычных условиях - бесцветный, негорючий, неядовитый газ, без запаха и вкуса. Химическая формула - Ar.

Содержание

На данный момент известны изотопы аргона с массовыми числами от 29 до 54, но в в земной атмосфере он представлен тремя стабильными изотопами:

40 Ar (изотопная распространённость 99,600 %)
36 Ar (изотопная распространённость 0,337 %)
38 Ar (изотопная распространённость 0,063 %)

История открытия aргона

Аргон был открыт Джоном Уильямом Стреттом (John Strutt) и Сэром Уильямом Рамзаем (Sir William Ramsay) при исследовании азота, полученного из воздуха химическим путем. Несовпадение плотности этого газа при различных способах получения натолкнуло этих ученых на идею о присутствии в воздухе какого-то тяжелого инертного газа, который и был выделен ими в 1894 г. и назван argon, что с греческого переводится как «ленивый», «медлительный», «неактивный».

Способы получения аргона

Аргон получают как побочный продукт, при производстве кислорода и азота из воздуха методом низкотемпературной ректификации (см. получение аргона)

Применение аргона

Наиболее часто аргон применяют:

как защитный газ при сварке;
как плёнкообразующий газ при плазменной сварке и резке;
для вытеснения кислорода и влаги из упаковки при хранении пищевых продуктов, что увеличивает срок их хранения (пищевая добавка Е938);
как газ для тушения огня в некоторых системах пожаротушения.

Применение аргона в сварке

Аргон применяют в качестве защитной среды при сварке активных и редких металлов (титана, циркония и ниобия) и сплавов на их основе, алюминиевых и магниевых сплавов, а также хромоникелевых коррозионностойких жаропрочных сплавов, легированных сталей различных марок.

Для сварки черных металлов аргон обычно используются в смеси с другими газами - кислородом, гелием, двуокисью углерода или водородом.

Аргон, являясь более тяжелым, чем воздух, своей струей лучше защищает металл при сварке в нижнем положении. Растекаясь по поверхности свариваемого изделия, он защищает достаточно длительно довольно широкую и протяженную зону как расплавленного, так и нагретого при сварке металла.

Низкий ионизационный потенциал аргона помогает получить превосходный профиль сварочного шва и сохранять хорошую и устойчивую дугу от начала до конца. В тоже время, низкий потенциал ионизации является причиной и низкого напряжения на дуге, что снижает тепловую мощность дуги. Для более подробной информации рекомендуем статью о свойствах сварочной дуги в инертных газах - аргоне и гелии.

Применение аргона позволяет повысить температуру сварочной дуги, что улучшает проплавление сварного шва, увеличивая производительность сварки в целом. При этом проплавление приобретает «кинжальную» форму, что дает возможность выполнять однопроходную сварку в щелевую разделку металла больших толщин. При сварке в среде аргона (как и иных инертных газов) минимизируется выгорание активных легирующих элементов, что позволяет использовать более дешевые сварочные проволоки.

При TIG сварке аргон служит защитой не только для сварочной ванны от вредного воздействия воздуха, а также инертной защитой конца электрода.

Для дуговой сварки в целом аргон применяется гораздо чаще, чем гелий, однако при сварке листового алюминия толщиной менее 6 мм аргон рекомендуют смешивать с гелием, чтобы обеспечить нужную теплопроводность. В некоторых случаях аргонно-гелиевые смеси используют для зажигания дуги, после чего сварка происходит в присутствии гелия. Этот метод применяется для сварки толстолистового алюминия вольфрамовым электродом при постоянном токе.

Вредность и опасность аргона

Аргон не оказывает опасного воздействия на окружающую среду, но относится к асфиксантам (удушающий газ). Поскольку газообразный аргон тяжелее воздуха он может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При этом снижается содержание кислорода в воздухе, что вызывает кислородную недостаточность и удушье. Поэтому можно сделать вывод, что в больших количествах аргон вреден для организма человека.

Жидкий аргон – низкокипящая жидкость, которая может вызвать обморожение кожи и поражение слизистой оболочки глаз человека.

Хранение и транспортировка аргона

Газообразный и жидкий аргон поставляется по ГОСТ 10157. Хранят и транспортируют газообразный аргон в баллонах по ГОСТ 949 под давлением 15МПа.

Стальные баллоны должны соответствовать ГОСТ 949. Баллон окрашивается в серый цвет с зеленой полосой и зеленой надписью «АРГОН ЧИСТЫЙ».

Возможна транспортировка аргона в жидком виде в специальных цистернах или сосудах Дьюара с последующей его газификацией.

Аргон

История открытия Аргона

Впервые неизвестный до этого газ, при химических и физических экспериментах, обнаружил в 1785 году Генри Кавендиш — английский физик и химик. Но он не смог разгадать загадку и прекратил исследования. Позднее на записи Кавендиша обратил внимание Джеймс Максвелл.

И лишь спустя более ста лет, в 1894 году, химик Уильям Рамзай и физик Джон Уильям Стретт (Лорд Рэлей) сделали доклад об открытии нового элемента, который, за свою химическую неактивность, назвали аргоном. Это случилось в Оксфорде на собрании Британской ассоциации естествоиспытателей, физиков и химиков. Название нового газа произошло от греческого слова ἀργός, что в переводе означает — неактивный, медленный.

Спустя еще 10 лет, эти ученые получили Нобелевские премии за исследования газов, открытие аргона и других инертных газов в атмосфере.

Получение Аргона

Аргон — наиболее распространенный в воздухе инертный газ. В 1 м 3 содержится примерно 0,09 см 3 ксенона, 1,1 см 3 криптона, 5,2 см 3 гелия, 18,2 см 3 неона, 9000 см 3 аргона.

В атмосфере Земли аргон занимает третье место. На первом – азот, на втором - кислород. В процентном отношении это примерно 0,93% по объёму или 1.3% по массе. По этой причине он является самым легкодоступным и недорогим инертным газом.

Получение и промышленное производство этого газа происходит как выделение сопутствующего газа при добыче азота и кислорода из атмосферного воздуха. Наиболее простой метод — это глубокое охлаждение и ректификация с последующей доочисткой от примесей.

Кроме того, аргон получают при производстве аммиака. Доочистку аргона осуществляют по технологии гидрирования с платиновым катализатором или адсорбционным методом с использованием молекулярных сит или активного угля.

Основными потребителями аргона являются:

Металлургия. Применение аргона в современных технологических процессах выплавки стали — продувка расплава в ковше. Эта операция выполняет несколько функций: охлаждение металла, ускорение плавления вводимых в ковш лигатур и раскислителей, гомогенизация металла по химическому составу и температуре, очищение от неметаллических включений, образующихся от раскисляющих и легирующих добавок, углеродное раскисление металла и его обезуглероживание, удаление водорода и азота, ускорение десульфурации (удаление серы из расплава), вдувание раскисляющих и легирующих порошкообразных добавок.

В металлургии высококачественных сплавов аргон используется для защиты расплава от контакта с воздухом во время выплавки и разливки. Высокотемпературная обработка титана и его сплавов требует защитной аргоновой атмосферы. Незаменим аргон и в технологиях обработки таких редких металлов как цирконий, вольфрам, тантал, ниобий, бериллий, гафний и др.

Металлообрабатывающая промышленность. Основное использование аргона — создание защитной завесы при электродуговой (АРДЭС), контактной и лазерной сварке, термообработке. Аргон — плазмообразующий газ в установках сварки и резки активных, редких металлов, сплавов на их основе, например, алюминиевых и магниевых, нержавеющих, хромоникелевых, жаропрочных сплавов и легированных сталей.

Радиоэлектронная промышленность. Здесь аргон незаменим для создания инертной среды в установках плазменного напыления, заполнение колб электрических и люминесцентных ламп, электровакуумных приборов, газосветной рекламы. Например, сине-голубое свечение получается при заполнении трубок аргоном с парами ртути.

Пищевая промышленность. Благодаря своей химической нейтральности, аргон широко используют как пропеллтен («выталкивающий» газ) в аэрозольных упаковках, антифламинг (вещество снижающее образование пены) и «упаковочный» газ в пищевой промышленности.

Спектральный анализ и метрология. В данной сфере аргон наиболее часто используется как газ-носитель, инертная среда и плазмообразующий газ в контрольно-измерительных приборах, а также при производстве поверочных газовых смесей (ПГС) для различных газоанализаторов.

В данной сфере применения чистота аргона имеет ключевое значение. Даже при минимальных отклонениях качества аргона от соответствующих ГОСТов и ТУ, регламентированных для использования в конкретных приборах, изменяются условия работы и анализа, что приводит к серьезным искажениям результатов измерений, нарушению работоспособности оборудования, снижению качества продукции, снижению ресурса фильтров и, как следствие, серьезным экономическим убыткам.

Для предотвращения вышеописанного, могут использоваться специализированные фильтры, а также установки доочистки аргона (инертных газов) лабораторного или промышленного назначения.

Так как наша компания занимается разработкой и производством спектрометров, применение аргона в этих приборах мы решили рассмотреть более подробно. Ниже в статье этому будет посвящена отдельная глава.

Прочие сферы применения. Огнетушительные установки, заполнение стеклопакетов и поддув сухих гидрокостюмов водолазов для лучшей теплоизоляции, в медицине — очистка разрезов при хирургическом вмешательстве, в химической промышленности — инертная среда для нестабильных на воздухе соединений, а так же в прочих областях промышленности.

Читайте также: