Аргон

Техника безопасности при работе с аргоном

Сам по себе не являясь ядовитым, аргон при неправильном использовании может нанести серьезный вред здоровью или даже создать угрозу жизни. Аргон замещает кислород воздуха и создает смесь, непригодную для дыхания. Человек может пострадать или даже погибнуть от удушья. Сжиженный аргон имеет очень низкую температуру и при контакте с незащищенной кожей приводит к тяжелым обморожениям. Во избежание неприятных последствий при работе с газом следует неукоснительно соблюдать следующие правила:

• При работе в атмосфере аргона обязательно использовать изолирующий противогаз.
• При работе на полуавтоматах с подачей аргона обеспечить вентиляцию рабочей зоны.
• Использовать газоанализатор, содержание кислорода в воздухе должно быть не ниже 19%.
• Спецодежда должна полностью закрывать коду, быть чистой и целой.

Перед началом работы также следует осмотреть баллоны, шланги и запорную арматуру на предмет отсутствия механических повреждений и утечек газа.

Процедуры подготовки и проведения работ

Алюминий подвергается обязательной мехобработке по разрушению плёнки окислов

Подача газозащиты настраивается с упреждением в 10 сек. до зажжения дуги и задержкой отключения газопотока по завершении цикла для ограждения шва против окислительных реакций. Электрод удерживается вблизи заготовки без контакта. Короткая дуга – залог качества.

В течение 10-минутных циклов в соответствии с паспортной продолжительностью нагрузки проводятся регламентированные перерывы. Сопло ведётся по продольной оси шва без поперечных колебаний. Завершают шов плавным сбросом тока реостатом для заполнения выемки кратера сварочной ванны.

В экипировку сварщика входят маска со светофильтром, не сковывающие движения теплостойкие перчатки, куртка, устойчивая к прожигу брызгами, закрытая обувь.

Технология аргонодуговой сварки

Выполнение сварочных работ всегда требовало определенного профильного образования. Но современные технологии позволили настолько упростить этот процесс, что благодаря специальному оборудованию удается получить качественный результат даже в домашних условиях. Принцип работы аргонно-дуговой сварки также отличается простотой, что позволяет использовать его даже непрофессиональным рабочим.

Основное отличие сварки с аргоном от обычного электродного метода заключается в том, что работы проводятся с использование защитного облака создаваемого с помощью аргона. При этом температура в столбе дуги достигает 2000°C, что позволяет использование вольфрамовой неплавящейся проволоки в качестве основного расходного материала.

Другими особенностями технологического процесса являются:

• Электрод необходимо располагать как можно ближе к поверхности обрабатываемого металла. Это позволяет обеспечить необходимую температуру сварочной ванны при аргонно-дуговой сварке и обеспечить необходимую толщину шва и глубину провара. Чем дальше электрод от металла, тем ниже качество наложенного шва.

Направленность движений – вести электрод необходимо вдоль шва. Отсутствие колебательных движений помогает создать эстетически привлекательный шов. При этом от мастера требуется практика, чтобы создать все необходимые условия для достаточного провара.

Сущность технологических процессов аргонно-дуговой сварки сводится к тому, чтобы в момент наложения шва на него не воздействовал кислород и азот, выделяющийся во время сгорания металла. Необходимо следить за тем, чтобы электрод и присадочный материал постоянно находились в защитном облаке аргона.

Скорость подачи проволоки должна быть равномерной. Должны отсутствовать рывки, при которых наблюдается разбрызгивание металла. Техника электродуговой сварки в среде аргона подразумевает последовательность действий мастера: правильно выбранный угол подачи присадочной проволоки впереди горелки, строгое соблюдение направленности нанесения шва и точные настройки относительно интенсивности подачи газа на горелку.

Скорость сварки – наложение сварного шва осуществляется медленно. При этом необходимо учитывать возможные металлургические процессы, присущие этому методу обработки. К примеру, подача газа на поверхность детали должна начаться на 10-15 сек. раньше, а закончится, спустя 7-10 сек после наложения сварного шва. Заваривание кратера осуществляют с помощью реостата (снижая силу тока на дугу). Расчет расхода аргона при сварке выполняют с помощью специальных таблиц и норм. Основные положения можно узнать в ГОСТ 14771 76.

Большинство нюансов связанных с выполнением работ мастер узнает с помощью практики. Некоторую помощь можно получить из специальных справочников и пособий для проведения сварочных работ в среде защитных газов. Производители оборудования также стараются заинтересовать потенциального покупателя и предоставляют множество полезной информации и расчеты режимов сварки в инструкции по эксплуатации.

Особенности методики аргонно-дуговой сварки заключаются в правильном комбинировании: подачи проволоки, воздействия вольфрамового электрода, интенсивности подачи аргона и скорости наложения шва. Регулировать все эти составляющие станет проще по мере получения опыта.

Правильная аргоновая горелка

Горелка для аргоновой сварки.

Задачи горелки – подача электроэнергии и создание газовой защиты. Верный выбор горелки так же важен, как и выбор правильных расходников. В аргонодуговой технологии используется специальная горелка с неплавящимся вольфрамовым электродом: аргоновая сварка нержавейки производится только таким способом.

Вот технические свойства горелки, по которым ее нужно выбирать:

• допустимое значение сварочного тока или мощность;
• тип охлаждения горелки при сильных и слабых токах;
• длина электрического кабеля;
• наличие керамического сопла и фиксатора вольфрамового электрода;
• универсальность горелки – способность подключаться к разным сварочным аппаратам.

Главный элемент аргоновой горелки – специальный резервуар со штуцерами для охлаждающей жидкости. Вольфрамовый электрод подключен к электрическому кабелю аппарата для аргоновой сварки. Вокруг электрода подается газ.

Этапы процесса работы горелки:

• Включается все сразу: подача газа на горелку, циркуляция охлаждающей жидкости, сам сварочный аппарат.
• Как только образуется защитный слой из аргона, поджигается дуга, происходит разогрев заготовок до температуры плавления, присадочная проволока помещается в образовавшуюся рабочую ванну.
• Перемещение присадочной проволоки и вольфрамового электрода вдоль шва.

Горелка с неплавящимся электродом

Процесс сварки горелкой с защитным газом.

В основном это ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом. Со сплавами типа нержавеющей стали и химически активными металлами — алюминием, титаном и магнием работают только с неплавящимися вольфрамовыми электродами.

Сварка нержавейки аргоном, например, отличается тем, что во время плавления этих металлов и нагревании воздуха окисление происходит сильнее и быстрее, чем с заготовками их других материалов. Применяется в основном для ручных типов работ. Для сварки нержавейки полуавтоматом также применяются горелки такого вида.

В состав горелки входят электрод, который закреплен в токоподводящей цанге, керамическое сопло для направления аргоновой струи и системы воздушного или водяного охлаждения. Тип электрода по диаметру зависит от величины тока в сварочном процессе.

Горелка для механизированной аргонной технологии немного другая. В ее состав входят вольфрамовый электрод неплавящийся с маховичком для подъема и опускания, токоподводящая сменная цанга с гайкой для электродов разного диаметра.

Брызг металла при этом способе нет, поэтому вместе с керамическими соплами используются проницаемые для газа сетчатые линзы для получения равномерного плавного потока газа. Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом – один из самых распространенных методов непромышленной сварки.

Горелка с плавящимся электродом

Современные технологии сварки.

Чаще используется в автоматической или полуавтоматической аргонной сварке. Дуга в этом случае подается между концом сварочной проволоки и заготовкой. Системы охлаждения могут быть жидкостными и воздушными. Требования к соплу практически такие же, как к горелкам с неплавящимися электродами.

Розжиг дуги при разных электродах

Во время использования расплавленных электродов розжиг дуги происходит при соприкосновении электрода с изделием. Электродная проволока при касании металлического изделия начинает искрить и вокруг нее начинается активное испарение паров железа. Именно они оказывают влияние на степень ионизации аргона, они ее снижают, поэтому розжиг дуги происходит достаточно быстро и легко.

При применении неплавящихся электродов розжиг дуги таким способом будет невозможен. Дело в том, что чистый сварочный аргон обладает высоким показателем ионизации, и для розжига он требует более сильную искру. А при касании вольфрамового электрода поверхности металла ее не удается получить. Также во время ее касания происходит сильное загрязнение поверхности и ее оплавление.

По этой причине для разжигания дуги при вольфрамовом электроде используется вспомогательный прибор, который называется осциллятором. При помощи него после включения устройства на электрод подается высоковольтное напряжение с высокой частотой импульсов, которые обеспечивают ионизацию промежутка между дугой и металлической поверхностью изделия с последующим розжигом дуги.

Обычно для создания сварного шва применяется аргонодуговая сварка с постоянным и переменным током. Если сварочный процесс выполняется в режиме переменного тока, то осциллятор выполняет роль стабилизатора, который подает импульсы в моменты замены полярности. Это обеспечивает стабильное горение сварочной дуги.

Во время сварки с применением постоянного тока на анодном и катодном конце величина выделяемого тепла может быть разной. При значении меньше 300 ампер до 70 % выделяемого тепла образуется на аноде и только 30 % на катоде.

Для обеспечения большого нагрева металла, которое приводит к его расплавлению и исключению перегрева электрода, используется прямая полярность. В этом случае самое сварное изделие является анодом, а электрод служит катодом.

А что варят аргоновой сваркой с такой схемой? Она отлично подходит для сваривания меди и ее сплавов, ее применяют для цветных металлов, исключением является алюминий и его сплавы. Для этого металла используется сварка с переменным током, которая позволяет эффективно удалить окисный поверхностный слой.

Режимы

Токовую нагрузку определяют, исходя из вида металла и толщины заготовки, учитывая диаметр плавящегося электрода или присадочной проволоки. Основные рабочие параметры:

• Параметры тока (переменный, постоянный, полярность прямая или обратная определяется только для постоянного);
• Используемый диаметр вольфрамового электрода;
• Напряжение свободногорящей сварочной дуги;
• То с какой скоростью идет процесс;

К второстепенным параметрам относятся:

• Положение электрода;
• Положение самой свариваемой детали;

Сварочный ток – чем больше его значение, тем больше провар. Его параметры колеблются в пределах от 10 до 1000 А.

Расход защитных газов в среднем варьируется от 3 до 20 л/мин. В некоторых случаях может достигать значений и в 50 л/мин.

Скорость сварки от 23 до 123* м/ч (*для автоматических способов). В большинстве случаев значение находятся в пределах 23 – 61 м/ч.

Напряжение на дуге в пределах от 5 до 32В, в основном в пределах 9-14В. Ампераж устанавливают, руководствуясь специальными таблицами.

Общие данные режимов сварки стали

Сварочный ток можно выбрать, учитывая диаметр электрода, и свойства свариваемого металла изделия, размеров изделия.

История

A: пробирка, B: разбавленная щелочь, C: U-образная стеклянная трубка, D: платиновый электрод

Аргон ( греч. Ἀργόν , средняя форма единственного числа от ἀργός, что означает «ленивый» или «неактивный») назван в связи с его химической неактивностью. Это химическое свойство этого первого открытого благородного газа произвело впечатление на авторов названий. Генри Кавендиш подозревал, что инертный газ является компонентом воздуха в 1785 году.

Аргон был впервые выделен из воздуха в 1894 году лордом Рэли и сэром Уильямом Рамзи в Университетском колледже Лондона путем удаления кислорода , углекислого газа , воды и азота из образца чистого воздуха. Они впервые достигли этого, повторив эксперимент Генри Кавендиша . Они захватили смесь атмосферного воздуха с дополнительным кислородом в пробирке (A) вверх дном над большим количеством разбавленного раствора щелочи (B), которым в первоначальном эксперименте Кавендиша был гидроксид калия, и пропускал ток через провода, изолированные U-образными стеклянными трубками (CC), которые герметизировались вокруг электродов из платиновой проволоки, оставляя концы проводов (DD) открытыми для газа и изолированными от раствора щелочи. Дуга питалась от батареи из пяти ячеек Гроув и катушки Румкорфа среднего размера. Щелочь поглощала оксиды азота, образующиеся при дуге, а также диоксид углерода. Они включили дугу до тех пор, пока уменьшение объема газа не перестанет наблюдаться в течение как минимум часа или двух, а спектральные линии азота не исчезнут при исследовании газа. Оставшийся кислород прореагировал со щелочным пирогаллатом, оставив после себя явно неактивный газ, который они назвали аргоном.

Прежде чем изолировать газ, они определили, что азот, полученный из химических соединений, на 0,5% легче азота из атмосферы

Разница была небольшой, но достаточно важной, чтобы привлекать их внимание на многие месяцы. Они пришли к выводу, что в воздухе есть еще один газ, смешанный с азотом. Аргон также был обнаружен в 1882 году в результате независимых исследований Х

Ф. Ньюэлла и У. Н. Хартли. Каждый наблюдал новые линии в спектре излучения воздуха, которые не соответствовали известным элементам.

Аргон также был обнаружен в 1882 году в результате независимых исследований Х. Ф. Ньюэлла и У. Н. Хартли. Каждый наблюдал новые линии в спектре излучения воздуха, которые не соответствовали известным элементам.

До 1957 года символ аргона был «A», но теперь это «Ar».

Режимы аргонодуговой сварки

1. Способ сварки подразумевает защиту шва от кислорода с помощью инертного газа – аргона. Поэтому сварщик должен следить за тем, чтобы сварная ванна не выходила из облака газа. Запрещено начинать сваривание до того, как был включен газ. После окончания работ горелка удерживается в последнем положении, а газ подается еще 5 – 15 секунд. Для лучшего эффекта аргон подается с обеих сторон соединения.
2. Скорость подачи проволоки должна быть постоянной, стоит исключить подачу припоя рывками. Если проволока подается автоматически, то оптимальные параметры можно найти в специальных таблицах. При ручной подаче припоя все зависит от самого сварщика. Пруток должен подаваться под правильным углом, перед горелкой и строго по направлению движения шва.
3. Расход газа – величина постоянная, прописанная в ГОСТах. Там же можно найти оптимальный баланс между аргоном и другими примесями.
4. Настройки тока – один из наиболее сложных, после работ с горелкой, пунктов. Особенно это касается начинающих сварщиков. Основная идея заключается в том, что не стоит настраивать режимы аргонодуговой сварки вручную, не имея опыта. Чтобы правильно настроить аппарат, вам необходимо прибегнуть к стандартным схемам. Для этого нужно знать толщину стали и ее состав. В таблицае полностью представлены настройки силы тока, вольтаж, тип тока, полярность и другие параметры.

Рекомендуем! Как варить алюминий полуавтоматом в среде аргона

Как добывают аргон

Благодаря значительному с промышленной точки зрения содержанию аргона в воздухе его получают в качестве дополнительного продукта криогенной ректификации O₂  и N₂. Технология основана на том факте, что температура кипения (или сжижения) Ar  лежит между температурами N₂  и O₂. Перед началом процесса воздух подвергается тщательной очистке от пыли в многоступенчатых фильтрах, осушается от водяных паров, а далее мощными компрессорами сжимается до тех пор, пока не перейдет в жидкое состояние. Жидкость перегоняют в ректификационной колонне, чтобы разделить ее на отдельные вещества. Первым испаряется азот при -195 °С, его пары собираются на соответствующей тарелке ректификатора и отводятся в отдельный резервуар. Следующим по высоте (и при температуре кипения -185 °С) отбирается аргонная фракция, содержащая 12% Ar, менее полпроцента азота и кислород. Она подается в следующую ректификационную колонну, в которой процентная доля Ar доводится до 85, оставшееся приходится на кислород со следами азота. Такое вещество называется сырым аргоном, исходным материалом для получения очищенного газа.

Водород, добавляемый в состав сырья, окисляется на катализаторе и нагреве до 500 °С, таким образом, из состава смеси выводится кислород. Образовавшийся на катализаторе водяной пары удаляют при посредстве влагоотделителя. Газ после этого осушают. Аргон с оставшимся в нем азотом вновь ректифицируют. Применяются и альтернативные методы получения Ar. Во время синтеза аммиака из азота и водорода в химических реакторах Ar получают как сопутствующий продукт производства. Технологический компонент это синтеза – продувочный газ – содержит до 20% Ar. Из этого газа и извлекают самый спокойный элемент. Стоимость производства, складывающаяся в основном из затрат на охлаждение и нагрев компонентов, делится между аммиаком и аргоном, и получается существенно ниже. Качество газа, получаемого любым методом, определяется технологией очистки его от небольших количеств остаточного N₂, O₂, водяных паров и H₂. Аппарат, получающий ионные пучки аргона

Аргон в природе

Ввиду практически полной инертности Ar представлен в естественной среде исключительно в несвязанном виде. Его процентная доля в различных частях Земли равна приблизительно:

• земная кора — 0,00012%;
• морская вода — 0,00045%;
• атмосфера — 0,926%.

Доля Ar в воздухе выше, чем суммарная доля всех остальных инертных газов. Основным источником для его добычи служит наша атмосфера.

Содержание газов в атмосфере

В коре Земли аргон содержится также в виде радиоактивного изотопа Аргон-40 и появляется в ходе реакции распада изотопов Калия.

Современная наука вместе с остальными инертными газообразными элементами относит Ar к VIII группе периодической системы.

Какие аппараты применяются для аргонодуговой сварки

Чтобы понять, как работает аргонная сварка, стоит рассмотреть устройства, которые применяются при ее проведении. Оборудование может иметь разное управление и определенный принцип работы, от которого зависит скорость получения сварного шва, а также его качество.

При проведении аргонодуговой сварки могут применяться следующие аппараты:

• Сварочные трансформаторные устройства. Они работают на использовании переменного тока;
• Аппараты, выполняющие роль выпрямителей и генераторов. Они применяются для обеспечения выпрямленного (постоянного) тока при проведении сварочных работ;
• Универсальные устройства. Они предназначены для сварочных работ при постоянном и переменном токе.

Особенности сварного шва при аргонодуговой сварке

Рассматривая, что это такое аргонная сварка стоит обратить внимание на особенности сварного шва

Важно помнить о том, чем больше будет угол наклона между поверхностью основного металла и соединения, тем выше будет концентрация напряжения в области сварки. Если к сварному шву предъявляются высокие требования по равнопрочности, то после сварки требуется произвести стачивание шовного валика

Если к сварному шву предъявляются высокие требования по равнопрочности, то после сварки требуется произвести стачивание шовного валика.

Техника сварки аргоном предполагает правильный подбор материала электрода и присадочной проволоки, также требуется выбрать необходимый режим сварки. Обязательно выбирается способ защиты металлического шва, который обеспечивается за счет меньшего количества примесей, а сама область шва при этом должна быть немного мягче основного металла.

Чтобы обеспечить высокую прочность и износостойкость, мягкая зона должна быть узкой. Это усложняет проведение сварочного процесса, но избавляет от необходимости усиления конструктивных элементов в области соединения.

Преимущества и недостатки аргонодуговой сварки

Недостатки аргонной технологии перечислить легко из-за их малочисленности:

• Непростое оборудование, требующее точной настройки.
• Метод требует практического опыта и поэтому недоступен новичкам. Но опыт – дело наживное, так что данный пункт можно назвать транзитным.

Схема аргонодуговой сварки.

Теперь преимущества:

• Высокое качество шва без примесей в результате эффективной защиты от воздействия вешней среды.
• Возможность варить заготовки самых разных, в том числе сложных, конструкций без их деформации. Это возможно из-за умеренного нагрева металла.
• Возможность варить однородные и разнородные металлы и сплавы, которые не поддаются сварке ни с одним другим способом сварки.
• Высокий темп работы вследствие использования дуги с высоким температурным режимом.

Как видно, преимущества и недостатки аргонных методов относятся к разным категориям. Если недостатки – вполне решаемые проблемы организационного характера, то преимуществами являются технологические эксклюзивные свойства, которых нет больше ни в одном другом способе. При таких преимуществах можно считать, что недостатков просто нет.

Желаем стабильного тока, ровной горелки и хороших заказов.

Химические свойства

Пока известны только 2 химических соединения аргона — гидрофторид аргона и CU(Ar)O, которые существуют при очень низких температурах. Кроме того, аргон образует эксимерные молекулы, то есть молекулы, у которых устойчивы возбужденные электронные состояния и неустойчиво основное состояние. Есть основания считать, что исключительно нестойкое соединение Hg—Ar, образующееся в электрическом разряде, — это подлинно химическое (валентное) соединение. Не исключено, что будут получены другие валентные соединения аргона с фтором и кислородом, которые тоже должны быть крайне неустойчивыми. Например, при электрическом возбуждении смеси аргона и хлора возможна газофазная реакция с образованием ArCl.

Также со многими веществами, между молекулами которых действуют водородные связи (водой, фенолом, гидрохиноном и другими), образует соединения включения (клатраты), где атом аргона, как своего рода «гость», находится в полости, образованной в кристаллической решётке молекулами вещества-хозяина.

Соединение CU(Ar)O получено из соединения урана с углеродом и кислородом CUO. Вероятно существование соединений со связями Ar-Si и Ar-C: FArSiF3 и FArCCH.

Структура аргона

Аргон – благородный газ, и, следовательно, его орбитали последнего энергетического уровня полностью заполнены; то есть его валентная оболочка состоит из восьми электронов. Однако увеличение количества электронов не противодействует возрастающей силе притяжения, оказываемой ядром; и поэтому его атомы наименьшие из каждого периода.

Тем не менее, атомы аргона можно визуализировать как «шарики» с сильно сжатыми электронными облаками. Электроны движутся однородно по всем заполненным орбиталям, что делает поляризацию маловероятной; то есть возникает область с относительным дефицитом электронов.

Из-за этого силы лондонского рассеяния особенно сильны для аргона, и поляризация только выиграет, если атомный радиус и / или атомная масса увеличатся. Вот почему аргон – это газ, который конденсируется при -186ºC.

Обстреливая газ, можно увидеть, что его атомы или шарики с трудом могут оставаться вместе при отсутствии ковалентных связей Ar-Ar любого типа. Однако нельзя игнорировать, что такие шарики могут хорошо взаимодействовать с другими аполярными молекулами; например, CO₂, N₂, Ne, CH₄, все присутствует в составе воздуха.