إن تركيب الغاز المسيل للدروع هو أحد أكثر المتغيرات تأثيرا في رماد القوس المميت، أما الغاز الخاطئ أو الخليط غير المتوازن، فهو يؤدي إلى الإباحية، والارتطام المفرط، وضعف الملامح، وضعف المفاصل، وعلى العكس من ذلك، فإن وجود غاز درعي مختار جيداً يؤدي إلى تحسين استقرار القطب، وخصائص نقل المعادن، وفي نهاية المطاف إلى اختيار أفضل عنصر الغاز.

دور الغازات الدروعية في الآلية العالمية

وخلال فترة العمل العالمي في مجال الطاقة الكهربائية، يذيب الشعلة الكهربائية ومعادن القاعدة، ويشكل مجمعاً من اللحام الرطب، وغازاً في الغلاف الجوي - أكسيد النيتروجين، وبقايا الماء - يلوثان بسرعة هذا المجمع، ويسببان عيوباً مثل السخرية (من الهيدروجين المحاصر أو النيتروجين)، ومستجمعات الأوكسيد، وفقدان الوصلات.

كما يؤثر الغاز الدروعي على السلوكيات الكهربائية، والنقل الحراري، وضغط القطب الشمالي، وهذه العوامل تؤثر تأثيرا مباشرا على ما يلي:

  • استقرار القطب الشمالي وإشعاله
  • طريقة نقل المعادن (الدائرة الفائقة، والجد، والرذاذ، والرش النقي)
  • شكل الخرز الصلب ووصف التخصيب
  • توليد Spatter
  • مستويات الانبعاثات في الحجم
  • الخصائص الميكانيكية للمعدن الحامض المودع

الغازات الدرعية المشتركة وامتيازاتها

وتصنف غازات الدرع على أنها غير سليمة (لا رد فعل كيميائي مع مجموعة الحامد) أو نشطة (تتفاعل مع المعدن المُتَعَدِّل لتغيير سلوك القطب الشمالي) ويرد أدناه وصف لأهم الغازات وخصائصها الرئيسية.

أرجون (Ar)

إن آرجون غاز ثقيل وغير معدّل، وله قدرة منخفضة على الاستيعاب، وهو ينتج قوساً مستقراً ومركزاً مثالياً لنقل الرذاذ، ويُعتبر أرجون الخيار الرئيسي للمعادن غير الحديدية مثل الألمنيوم والنحاس والمغنيزيوم والتيتانيوم، وكثيراً ما يُنشئ صورة عميقة وضيقة للتخثر ويُعزِّز عوامل النب الجيدة، ومع ذلك تُقلل إلى الحد الأدنى.

أكسيد الكربون (CO2)

ثاني أكسيد الكربون غاز نشط يفصل حرارة القطب الشمالي ويطلق الأكسجين و أول أكسيد الكربون، ويزيد رد فعل الأكسدة هذا من نقل الحرارة إلى المعدن الأساسي، وينتج تغلا عميقا ولحية كبيرة، كما أن ثاني أكسيد الكربون هو أكثر الغازات اقتصادا، ولكنه يزيد أيضا من معدلات التخصيب ويخلق سطحا أضخم، ويمكن أن يعزز أكسيد الكربون في المعادن الحاملة إذا لم يكن متحكما فيه بصورة سليمة.

هيليوم (ه)

فالهيليوم هو غاز غير حراري مرتفع القدرة على التمشي الحراري وإمكانيات تأيين أعلى من الأرغون، ويولد قدرا أكبر من الحرارة في اللحن، مما يتيح سرعة السفر أسرع، وزيادة التغلغل في الأقسام ذات السميك، وكثيرا ما تستخدم خلايا الهيليوم في النحاس، وسبيكة الألمنيوم - الليثيوم، والصلب اللاصق عندما تكون هناك حاجة إلى زيادة في المدخرات الحرارية.

Oxygen (O2) and Other Active Additions

أما كميات صغيرة من الأكسجين (من 1 إلى 5 في المائة) فتضاف أحيانا إلى مزيج من الأرغون أو أرجون ثاني أكسيد الكربون، ويثبت أوكسجين القوس على مواد خصبة، ويحسن البلل، ويمكن أن يساعد على إنتاج خرز أكثر سلاسة، غير أن الأكسجين الزائد يمكن أن يسبب تكبيرا مفرطا، وفقدانا لعناصر السك، ويقل من حدة.

How Gas Composition Affects Key Weld Quality Metrics

Arc Stability and Metal Transfer Mode

وتميل الغازات الخاملة مثل الأرغون ودعم الهيليوم إلى استقرار القوس وإلى التمكين من نقل الرش، حيث يُتوقع أن تصل إلى مجمع الحامق بصرامة دقيقة، وتميل الغازات النشطة مثل ثاني أكسيد الكربون إلى تشجيع النقل العالمي في تيارات منخفضة ونقل الدوائر القصيرة بسرعة أعلى من سرعة البث السلكي، وتؤثر طريقة نقل المعادن تأثيراً كبيراً على مستويات الرش، وخصائص الاندماج، وناشد المشغلين.

موجز التغلغل

فالعربة النقية تخلق نمطا عميقا مثل الاصبع، وعلى النقيض من ذلك، ينتج ثاني أكسيد الكربون تغلغلا أوسع نطاقا، ويسمح العدس بأن يصمم المبيض الصورة: وينتج أرجون أعلى تغلغلا أعمق؛ ويوسع ثاني أكسيد الكربون الحزام، ويصبح ذلك أمرا بالغ الأهمية عندما يلحم الصحون السميكة حيث يجب تجنب عدم الاندماج في الجدران الجانبية.

Spatter and Clean —Up

إن التكتل هو نتيجة مباشرة لعدم استقرار القوس ونقل المعادن العنيف، ويميل ثاني أكسيد الكربون إلى توليد المزيد من التفشي لأن رد فعل الانفصال يخلق دوقا متغيرا، فخلائط الأرجون المرتفعة تخفض من التفريغ وتوفر الوقت في التنظيف بعد الحبيب وتخفض من خطر ارتشاح الرش إلى السطح المحيط، وباستخدام نقل الرش المطاطي بالغاز المركب يمكن أن يزيل من طلقات تقريبا.

الدببة البيضاء

وبالنسبة للحامل المكشوف الذي تُنتج فيه المواد الاصطناعية مثل العمل المعدني المعماري - غاز يحتوي على محتوى أرغون أعلى، فإنه ينتج خرزاً سلساً ومشرقاً مع أدنى أكسيدات، وتُنتج خلائط ثاني أكسيد الكربون سطحاً أكثر ظلماً وشبهاً، وتُنتج عن ذلك عظام من الأرغون مع 2 إلى 5 في المائة من الأوكسجين تحسيناً في رطبة وتسفر عن وضع مسطح مسطح مسطحة وجليّة عن مسطحة عن فائق مسطحة عن فائقة عن فائقة عن فولاذية.

الاختبارات الميكانيكية

ويمكن أن يؤثر الغاز الدروعي على التركيبة الكيميائية للمعدن الرطب، إذ أن الغازات النشطة تضيف الأوكسجين أو الكربون، مما يمكن أن يزيد قليلا من القوة، ولكنه يقلل من القوة والعقم، أما بالنسبة للتطبيقات الحرجة التي تتطلب مقاومة شديدة الأثر (مثل سفن الضغط)، فإن الخلايا التي تحتوي على ثاني أكسيد الكربون المنخفض أو خلايا أكسيد الكربون، قد تُفضل على ثاني أكسيد الكربون، وعلى العكس من ذلك، بالنسبة للتطبيقات التي يُعطى فيها معدلاً عالياً من حيث الأولوية والقوة.

التوليد السطحي وسلامة التشغيل

كما أن الغازات المحاكاة مثل ثاني أكسيد الكربون تزيد إنتاج الصمامات لأنها تشجع على تأكسد العناصر المحبة وتبخيرها، وتميل خلايا الهيليوم - الزئبق إلى إنتاج أقل جدوى، كما أن التهوية الحسنة واستخراج الصمامات ضرورية عند استخدام الغازات النشطة.

تركيبات الغازات الدروعية المشتركة وتطبيقاتها

أرغون - كو2

وهذه هي أكثر الغازات استخداماً في مجال الفولاذ الكربوني العالمي للمياه.

  • 75% Ar + 25% CO2 (C25) ] - A standard for general fabrication, offering good penetration and moderate spatter.
  • 90٪ Ar + 10٪ CO2 (C10) ] - أقل من C25، أفضل ظهور لحوم البقر، وما زال التغلّب جيداً للعديد من تطبيقات فولاذ الكربون.
  • 95٪ Ar + 5٪ CO2 (C5) - مستعمل لنقل الرذاذ على فولاذ المقياس الرقيق، يوفر الحد الأدنى من الرش والجماليات الممتازة.

Argon —Oxygen Blends (O-Series)

وتضاف نسب مئوية صغيرة من الأكسجين (1-5 في المائة) إلى الأرغون مقابل الصلب اللاصق الذي يلحم، ويثبت الأكسجين القوس ويحسن الرطب ويساعد على إنتاج حزام مشرق ومسطح، وتشمل المخلوطات الشعبية 98 في المائة من اليورانيوم + 2 في المائة (ألف-2) و99 في المائة من الأوكسجين + 1 في المائة من اليورانيوم (ألف-1) ينبغي أن تقتصر على 5 في المائة كحد أقصى لتجنب الإفراط في الأوكسيد.

أرجون - هيليوم بليندز (HINGSeries)

وتستخدم كميات كبيرة مثل 75 في المائة من He + 25 في المائة من طراز Ar أو 50 في المائة من He + 50 في المائة من طراز Ar عندما تكون هناك حاجة إلى مدخلات حرارية أعلى وسرعة سفر أسرع - على سبيل المثال، على لوحات النحاس السميكة أو الألمنيوم، كما يساعد الهيليوم على تجنب السخرية في المعادن الرجعية، ولأن الهيليوم أخف من الهواء، قد يلزم ارتفاع معدلات التدفق من أجل توفير درع فعال.

ثلاثي المفاصل (Ar + He + CO2)

وهذه المواد مصاغة خصيصاً لذوبان الفولاذ البقع، والسبائك الداكنة، وغيرها من المواد التي تتطلب الطلب، وهي نسبة 90 في المائة هي + 8 في المائة ر + 2 في المائة من ثاني أكسيد الكربون، وهي تمثل مزيجاً من الاستقرار العشائري الممتاز، والتغلغل العميق، والرطب الجيد دون تأكس مفرط.

اختيار الغازات الدروعية للمواد المشتركة

Carbon Steel and Low-Alloy Steel

والخيار الموحد هو مزيج من المكوّنات الحرارية - ثاني أكسيد الكربون، وبالنسبة للعمل الحساس للمظهر، يعمل 90/10 أو 95/5 من طراز Ar/CO2 على نحو جيد، وبالنسبة للأقسام الأكثر سماكة والاختلاقات الثقيلة، فإن 75/25 من طراز Ar/CO2 فعالة وموثوقة من حيث التكلفة، ونادرا ما يستخدم ثاني أكسيد الكربون اليوم بسبب ارتفاعه، ولكن يمكن قبوله في استخدامه في الفولاذ الهيكلي غير الحرجي.

الصلب اللاصق (الآستنتيك، فيريريك، دوبليكس)

ويحتاج الفولاذ اللاصق إلى غاز مقلّص أو مُثبّث قليلاً لمنع نقل الكربون ولإقرار القوس، أما أرجون التي تحتوي على أكسجين يتراوح بين 1 و2 في المائة، فهي شائعة في نقل الرش، وبالنسبة للدائرة القصيرة أو اللحام المُجَفَّف على الورق، فإن نسبة مئوية عالية من الحرارة تتراوح بين 90 في المائة و7.5 في المائة في الثانية (أو مزيج ثلاثي مماثل) قد تؤدي إلى زيادة في محتوى الكربون المُضَرَنَة.

ألومينوم وألومينوم

فالغاز المحض هو الغاز المحمي الرئيسي للألومنيوم، وهو يوفر عملا مستقرا للتنظيف، وبالنسبة للأقسام الأكثر سماكة، يمكن لمزلاجات الأرغون - الهليوم (مثلا 50/50) أن تزيد من مدخلات الحرارة وتخفض من السماعة الناجمة عن الترسيب السريع، كما يساعد الهليوم عند الضم في مواقع تتطلب سرعة أعلى في السفر.

Copper and Copper Alloys

(أرجون) نموذجي للنحاس الرقيق لكن خلايا الهيليوم أو الأرجون-الهيلوم توصى بها لحاملة سميكة بسبب التمشي الحراري العالي للنحاس، مثلاً 75٪ هي + 25٪ آر توفر الحرارة اللازمة لفتح الأبواب السميكة بشكل سليم دون التسخين المفرط

نيكل أليوس وتيتانيوم

وتحتاج هذه المواد الرجعية إلى غموض شديد في الدرع، عادة 100 في المائة من الأرغون أو خليط هضبة الأرغون مع محتوى منخفض أو صفري من الغاز النشط، بل إن كميات صغيرة من الأوكسجين أو النيتروجين يمكن أن تسبب الرش، كما أن التطهير من الركبة مع الأرغون شائع أيضاً بالنسبة للتيتانيوم.

الاعتبارات العملية المتعلقة باختيار الغازات واستعمالها

معدلات التدفق

ويحدَّد عادة معدل تدفق الغازات الدروعية بين 15 و30 من الهيدروجينيات المكلورة في الساعة، وتحتاج غازات أثقل مثل الأرغون إلى تدفق أقل؛ وقد تحتاج غازات أخف مثل الهيليوم إلى 30 إلى 50 من فرنكات الجماعة المالية الأفريقية.() ويمكن أن يؤدي ارتفاع التدفق إلى اضطراب في الهواء؛ ويترك تدفقاً غير محمياً بدرجة مفرطة، ويستخدم مقياساً للتدفق لا يضبط بدقة معدلاً للضغط.

مهرجان الغاز

الحركات والملوثات في الغاز هي المصادر الرئيسية للسخرية، دائماً ما تستخدم الغازات ذات النقط المنخفضة، للمعادن التفاعلية مثل التيتانيوم، حتى اللحظات التي يمكن أن تسبب التفكك والاختلاط، تفقد شهادة مورد الغاز وخزن الأسطوانات في موقع جاف وصحيح.

تحليل التكاليف

وفي حين أن ثاني أكسيد الكربون النقي رخيص، فإن التنظيف المضاف والمعادن المحتملة كثيرا ما يفوقان المدخرات، إذ أن خلايا أرجون - ثاني أكسيد الكربون تكلف أكثر من كل أسطوانة، ولكنها يمكن أن تقلل من تكلفة اللحام عموما بزيادة معدلات الترسب وتخفض الرعي اللاحق، وهي مكلفة وأفضل محجوزة للتطبيقات التي تتطلبها خصائصها الحرارية الفريدة.

الموقع الوطيد والثغب

وتستفيد المواد التي تحمل علامات الصدر عموماً من ارتفاع مدخل الحرارة - أي ارتفاع محتوى الهيليوم أو ارتفاع محتوى ثاني أكسيد الكربون، ويحتاج اللحام الرأسي والرأسي عادة إلى نقل الدائرة القصيرة، وهو ما يعمل جيداً مع خليط من ثاني أكسيد الكربون المحتوية على 15 إلى 25 في المائة، ومن المستصوب الحصول على مدخل حراري أقل وخصائص تجميد أسرع.

المعايير والمواصفات

وتقوم جمعية الإلحام الأمريكية بنشر مبادئ توجيهية لحماية اختيار الغاز، مثل AWS A5.32 ودليل سواتل رصد الغازات، كما يقدم العديد من شركات تصنيع المعادن المملوءة توصيات محددة بشأن الغازات لأسلاكها، ويكفل جمع هذه الموارد تحقيق التوافق الأمثل، على سبيل المثال، ]Linde's shielding gas selection guide] يقدم جداول تفصيلية عن وسائل النقل لمختلف المواد والمواد.

حالات سوء السلوك والتشويش

  • Porosity] - Often caused by moisture in the gas, low flow rate, or contamination on the base metal. Switch to a lower —dewpoint gas or increase pre-flow time.
  • inconsistent arc] - May indicate wrong gas composition for the wire or improper nozzle distance. For carbon steel, shifting from pure argon to a 90/10 Ar/CO2 blend normally solves the problem.
  • Excessive spatter] – Reduce CO2 content, shift to a pulsedspray transfer mode, or increase the voltage slightly. Changing from 25% CO2 to 10% CO2 can significantly reduce spatter.
  • Poor wetting or undercut – Add a small percentage of oxygen or CO2 to the argon. For stainless steel, a 98% Ar + 2% O2 mixtures improves wetting dramatically.
  • Black soot on the bead] – Often from too much oxygen or moisture.

خاتمة

إن تركيب الغازات الدروعية ليس خياراً واحداً من نوع واحد - كل شيء، ويجب مطابقته مع مواد الأساس، وجهاز التنقية، وطريقة النقل، والخصائص الحاملة المرغوبة، وذلك بفهم كيفية تأثير الزئبق، وثاني أكسيد الكربون، والإضافات النشيطة الصغيرة على سلوك القطب الشمالي، والتخريب، والرش، والخصائص الميكانيكية، والبلاد والمهندسين على أفضل عمليات من حيث الجودة والكفاءة.

لمزيد من القراءة، يرجى الرجوع إلى AWS A5.32 معيار حماية الغازات ] والتشاور ] دليل انتقاء الغازات الشاملة لشركة ميلر الكهربائية لتطبيق توصيات محددة.