Het kiezen van het geschikte afschermingsgas is van cruciaal belang voor het produceren van hoogwaardige lassingen in Gas Metal Arc Lasing (GMAW). Het afschermingsgas beschermt de gesmolten laspool tegen atmosferische verontreiniging, stabiliseert de boog, en beïnvloedt laskransvorm, penetratie, mechanische eigenschappen en algehele efficiëntie. Met tal van gasopties en mengsels beschikbaar, het selecteren van de juiste voor een specifieke toepassing vereist een solide begrip van de materialen, lasparameters en de gewenste resultaten. Dit artikel biedt een uitgebreide gids voor GMAW-schildgassen, hun eigenschappen en hun toepassingen, waardoor lassers in staat worden gesteld om geïnformeerde beslissingen te nemen voor sterkere, schonere en meer kostenefficiënte lassers.

Inzicht in de rol van het afschermen van gas in GMAW

In GMAW wordt een continue draadelektrode gevoed door een laspistool, en een elektrische boog wordt vastgesteld tussen de draad en het werkstuk. Het afschermingsgas, meestal geleverd door een mondstuk rond de elektrode, verplaatst omgevingslucht .primair zuurstof en stikstof . die anders zou reageren met het gesmolten metaal, waardoor porositeit, broosheid en oxidatie. Naast verontreiniging voorkomen , de samenstelling van het gas rechtstreeks invloed heeft op boog kenmerken zoals stabiliteit , warmte-input , overdracht modus (kort-circuit , globular , spray , of gepulsed), en de resulterende lasprofiel . Een optimale gaskeuze vermindert spatten , minimaliseert post-weld reiniging , en verbetert de productiviteit .

Gemeenschappelijke afschermingsgassen gebruikt in GMAW

Terwijl zuivere gassen worden gebruikt voor specifieke metalen, profiteren veel toepassingen van mengsels die de sterktes van afzonderlijke componenten combineren. Hieronder zijn de meest voorkomende afscherming gassen en hun belangrijkste kenmerken.

Kooldioxide (CO2)

CO2 is het enige reactieve gas dat wijd gebruikt wordt als zuiver afschermingsgas in GMAW. Het biedt diepe penetratie en hoge depositiesnelheden, waardoor het zuinig is voor dikke koolstofstaalsecties. Echter, zuivere CO2[] produceert een instabiele boog in de sprayoverdrachtmodus en is gevoelig voor spatten, vooral in kortsluiten en globular overdracht. Het is het meest geschikt voor buitenpositielassen op zwaar structureel staal, waar diepe penetratie nodig is en sommige spatten aanvaardbaar is. Recente vooruitgang in golfvorm gecontroleerde stroombronnen hebben een aantal spattenproblemen beperkt, maar CO]2[ blijft een kostengestuurde keuze. Voor maximale laskwaliteit geven veel exploitanten de voorkeur aan argon‐CO2] mengsels.

Argon (Ar)

Argon is een inert gas dat een stabiele, gladde boog met minimale spatten levert. Het is het primaire gas voor het lassen van non-ferrometalen zoals aluminium, koper en titanium, en wordt ook uitgebreid gebruikt voor roestvrij staal en koolstofstaal wanneer gemengd met actieve gassen. Pure argon ondersteunt spray overdracht modus op hogere stroomniveaus, het produceren van een schone, hoge kwaliteit lassen met een uitstekende kraal verschijning. Argon . lagere thermische geleidbaarheid in vergelijking met helium resulteert in een smallere, meer geconcentreerde boog, die ideaal is voor dunne materialen en nauwkeurige controle. Nadelen omvatten hogere kosten dan CO[2] en minder penetratie op dikke stalen profielen bij gebruik alleen.

Helium (He)

Helium, een ander inert gas, heeft een hogere thermische geleidbaarheid en ionisatie potentie dan argon. Dit leidt tot een bredere, krachtiger boog met een grotere warmte-input, waardoor het voordeliger is voor het lassen van dikke, hoog geleidende materialen zoals aluminium en koper. Helium verhoogt de lassnelheid en penetratiediepte, maar het is aanzienlijk duurder dan argon en vereist hogere stroomsnelheden om hetzelfde afschermingseffect te behouden. Om deze redenen wordt helium zelden alleen gebruikt; in plaats daarvan wordt het gemengd met argon (bijv. helium-argonmengsels) om kosten, warmte-input en boogeigenschappen in evenwicht te brengen. Gemeenschappelijke mengsels omvatten 75% He / 25% Ar voor aluminium en 50% He / 50% Ar voor koperlegeringen.

Gemengde gassen (Argon-CO2 Blends)

Veruit het meest populaire afschermingsgas voor koolstofstaal GMAW is een binair mengsel van argon en kooldioxide. De blend combineert de boogstabiliteit en verminderde spatten van argon met de diepere penetratie en lagere kosten van CO2. Gemeenschappelijke verhoudingen omvatten:

  • 75% Ar / 25% CO2 (C25): Uitstekend all-purpose mengsel voor koolstofstaal, met goede boogstabiliteit, minimale spatten en een schone laskraal. Geschikt voor dunne tot middelgrote secties in alle posities.
  • 80% Ar / 20% CO2 (C20): Biedt iets diepere penetratie dan C25 terwijl het behoud van een relatief stabiele boog. Vaak gebruikt voor dikkere platen en hogere depositiepercentages.
  • 90% Ar / 10% CO2 (C10): Voornamelijk gebruikt voor het overspuiten van koolstofstaal, waardoor een vloeistoflassenplas met een uitstekende kraaluitstraling ontstaat.
  • 95% Ar / 5% CO2 (C5): Voor speciale toepassingen die zeer lage spatten en een zeer stabiele boog vereisen, zoals robotlassen van dun-gaugestaal.

De driecomponentenmengsels (bv. Ar + CO2 + O2 of Ar + He + CO2) worden ook gebruikt in geavanceerde toepassingen om laseigenschappen voor roestvrij staal en legeringen met een hoge sterkte fijn te maken.

Toepassingen en aanbevolen gassen

Het optimale afschermingsgas varieert sterk met het basismateriaal, de gewrichtsdikte, de laspositie en de gewenste mechanische eigenschappen. De volgende secties bieden begeleiding voor gangbare GMAW toepassingen.

Koolstofstaal . . Lichte metaal en dunne materialen

Voor plaatmetaal en andere dunne koolstofstaalprofielen (tot ongeveer 3 mm of 1⁄8 inch), wordt een 75% Ar / 25% CO[2 mengsel op grote schaal aanbevolen. Het zorgt voor een stabiele boog bij lage stromen, minimaliseert brand-door, en produceert minimale spatten. Voor zelfs schonere lassingen, gebruiken sommige exploitanten een 90% Ar / 10% CO2[] mengsel, maar kosten en beschikbaarheid vaak de 75/25 mix. In geautomatiseerde of robottoepassingen, 95% Ar / 5% CO[]2[] kan bijna-spatten-vrije resultaten bereiken.

Koolstofstaal • Zware en structurele staal

Bij het lassen van dikkere platen (6 mm en hoger) voor constructiestaal, drukvaten of zware apparatuur bestaan twee primaire opties. Pure CO2 biedt de diepste penetratie en laagste gaskosten, waardoor het geschikt is voor diptransfer in alle posities. Echter, de verhoogde spatten en minder stabiele boog kan een nadeel zijn. Een 80% Ar / 20% CO2] mengsel biedt een goed compromis: diepere penetratie dan C25 met verbeterde boogstabiliteit over zuivere CO[]2[]. Voor sprayoverdracht over dikke secties (verkrijgend hoger stroom), een mengsel met tot 90% Ar is gunstig. Fabrikanten zoals Lincoln Electric en Miller hebben gedetailleerde aanbevelingen gepubliceerd op basis van draadtype en dikte; raadpleeg hun ]ruitgasgidsen voor specifieke parameters.

Roestvrij staal

Lasend roestvrij staal vereist afscherming gassen die corrosiebestendigheid te behouden en te voorkomen dat carbide neerslag. Veel voorkomende keuzes zijn:

  • 98% Ar / 2% CO2 of 98% Ar / 2% O2[]: Deze mengsels zorgen voor een goede boogstabiliteit, een vloeistofplas en een schoon lasoppervlak met minimale oxidatie.De kleine toevoeging van O2 of CO]2[] stabiliseert de boog zonder de corrosie-eigenschappen significant te verminderen.
  • Trimix (90% He, 7,5% Ar, 2,5% CO2]]: Gebruikt voor dikkere secties en buiten-positie lassen, waardoor hogere warmte-input en betere fusie wordt geboden. Het heliumgehalte verhoogt de snelheid en penetratie.
  • Pure argon wordt zelden gebruikt voor roestvrij staal omdat het een grillige boog en een slechte bevochtiging veroorzaakt; een kleine reactieve toevoeging wordt bijna altijd de voorkeur gegeven.

Aluminium en andere niet-ferrometaalhoudende metalen

Het aluminium vraagt om een inert gas om oxidevorming en porositeit te vermijden. Het meest voorkomende afschermingsgas voor aluminium GMAW is zuivere argon. Het levert een stabiele boog, een goede oppervlaktereinigingsactie (kathodische ets), en uitstekende laskralen verschijning. Voor dikkere aluminium secties (meer dan 12 mm of 1⁄2 inch), een argon-helium mengsel (bijv. 75% Hij / 25% Ar) verhoogt de warmte-input, verbeteren fusie en reissnelheid, terwijl het verminderen van porositeit. Pure helium wordt zelden gebruikt vanwege de hoge kosten en slechte boogstabiliteit bij lage stromingen; echter, sommige toepassingen die zeer hoge warmte vereisen, zoals lassen van dikke koperen busstaven, gebruiken zuiver helium of helium-rijke mixen. De Amerikaanse Welding Society (AWS) biedt richtlijnen voor gasselectie in non-ferus lassen in hun ] Welding Handbooks.

Koper- en koperlegeringen

Het lassen van koper en zijn legeringen (bijvoorbeeld messing, brons) vereist vaak een hoge warmte-input als gevolg van koper. Pure argon werkt goed voor dunne secties, maar zwaardere delen profiteren meestal van argon-heliummengsels (bijv. 50% Hij / 50% Ar) om het basismetaal voorverwarmen en verbeteren van de penetratie. Voor gedeoxideerd koper is zuivere argon aanvaardbaar; voor taai koper, waar waterstofkraken een probleem is, is een droog inert gas essentieel.

Factoren om te overwegen bij het kiezen van een afschermingsgas

Het kiezen van het juiste afschermgas is geen besluit van één maat. Lasser moet verschillende belangrijke factoren evalueren om het gas aan de toepassing te koppelen.

Type materiaal en samenstelling

Verschillende metalen hebben verschillende reactiviteit en thermische eigenschappen. Koolstofstaal kan CO[2 verdragen of mengsels met maximaal 25% CO2, terwijl roestvrij staal slechts sporen van oxiders vereist. Aluminium en magnesium hebben volledig inerte gassen nodig (argon of argon-helium). Gasselectie beïnvloedt ook de uiteindelijke chemische samenstelling van de las: overmatige CO2[] in roestvrij staal kan leiden tot koolstofopname en verminderde corrosiebestendigheid.

Materiaaldikte

Dun materiaal (minder dan 3 mm) profiteert van argonrijke mengsels die een minder doordringende, meer geconcentreerde boog produceren, waardoor het risico op doorbranden wordt verminderd. Dikte materialen vereisen meer warmte-input, waardoor heliumrijke mengsels of hogere CO2-percentages worden bevorderd om de penetratie- en depositiepercentages te verhogen.

Laspositie

Voor het buiten-positielassen (verticaal, boven) is een snelvriezende lasplas vereist. CO[2 en CO2[]-rijke mengsels bevorderen een koudere, meer regelbare plas in dip-transfermodus, waardoor ze geschikt zijn voor staalconstructies. Argonrijke mengsels, met name die ontworpen voor sproeioverdracht, produceren een vloeistofplas die moeilijker uit positie kan worden gestuurd, tenzij gepulseerde spray wordt gebruikt.

Overdrachtsmodus

De keuze van het afschermingsgas is nauw verbonden met de lasoverdrachtmodus. Voor kortsluitingsoverdracht, gebruikelijk in dunne-gauge en buiten-positiewerkzaamheden, is CO2 of mengsels met maximaal 25% CO2[] typisch. Spraytransfer vereist ten minste 80% argon om een stabiele, axiale druppelstroom te bereiken. Pulsspray, die een gecontroleerde stroomgolf gebruikt om bij lagere gemiddelde stromen te sproeien, kan werken met een breder scala aan mengsels, maar heeft baat bij argonrijke samenstellingen voor een betere boogcontrole. Globulair transport, dat over het algemeen wordt vermeden door hoge spatten, vindt plaats met zuivere CO2 bij stromingen tussen korte-circuit- en sproeidrempels.

Kosten en beschikbaarheid

De gaskosten kunnen een belangrijke factor zijn, vooral bij de productie van grote hoeveelheden. CO[2 is het goedkoopste afschermingsgas en is op grote schaal beschikbaar. Argon is duurder maar essentieel voor vele toepassingen. Helium is de duurste en de prijsvolatiliteit kan de exploitatiebudgetten beïnvloeden. Gemengde gassen kosten meer dan zuivere componenten, maar verminderen vaak de totale laskosten door de productiviteit te verbeteren, het werk te verminderen en de spattenreinigertijd te verlagen. Een grondige kosten-batenanalyse moet niet alleen rekening houden met de gasprijs, maar ook met het gebruik van draad, arbeid en onderhoud.

Gaszuiverheidsgraad en -debiet

Onzuiverheden in het afschermingsgas, zoals vocht, zuurstof of koolwaterstoffen, kunnen porositeit, waterstofkraken en slechte mechanische eigenschappen veroorzaken. Voor kritische lassingen, vooral op aluminium en roestvrij staal, gebruik gassen met een dauwpunt onder .60°F (.51°C). Stroomsnelheden variëren meestal van 10 tot 30 kubieke meter per uur (.CFH), afhankelijk van de grootte van het mondstuk, afstand van het werkstuk, en omgevingsontwerpen. Onvoldoende stroom leidt tot verontreiniging; overmatige stroom veroorzaakt turbulentie die lucht kan trekken in de boogzone. Goede stroomregeling en routine onderhoud van gasleveringssystemen zijn essentieel.

Gas Flow Dynamics en Nozzle Design

Het afschermingsgas moet de laszone laminair bedekken. Het type nozzle, de grootte, de afstand tot de stand-off en de boringshoek beïnvloeden alle gasdekking. Langere sproeiers verbeteren de dekking maar kunnen de zichtbaarheid beperken. Gaslenzen (een fijne gaas aan de uitgang van de mondstuk) kunnen een meer laminaire stroom creëren, waardoor langere afstandsafstanden mogelijk zijn en een betere bescherming bij winderige omstandigheden. Voor sterk geautomatiseerd of robotlassen kunnen gastoevoersystemen voor- en nastroomtimers bevatten om ervoor te zorgen dat het lasbad tijdens het in- en uitzetten van de boog wordt beschermd.

Milieu- en veiligheidsoverwegingen

GMAW produceert lasgassen waarvan de samenstelling kan worden beïnvloed door het afschermen van gas. Bijvoorbeeld CO[2-gassen genereren hogere niveaus van luchtdeeltjes dan argonrijke mengsels. Werkgevers moeten zorgen voor een adequate ventilatie en afzuiging per OSHA-richtlijnen. Inerte gassen zoals argon en helium kunnen zuurstof in gesloten ruimten verdrijven; lassers moeten altijd werken in goed geventileerde gebieden. Daarnaast moeten gascilinders rechtop worden behandeld en opgeslagen, om vallen te voorkomen en weg te houden van warmtebronnen.

Industrienormen en aanbevelingen van de fabrikant

Fabrikanten van gerenommeerde lasapparatuur en gasleveranciers publiceren uitgebreide grafieken en richtlijnen voor het afschermen van gaskeuze op basis van specifieke draadkwaliteiten en gezamenlijke configuraties. De AWS A5.32 / A5.32M specificatie classificeert afschermingsgassen voor booglassen, en organisaties zoals de American Welding Society (aws.org) bieden trainingsmiddelen. Bijvoorbeeld, Lincoln Electrics lassen procedures (beschikbaar op hun website) gedetailleerde gas aanbevelingen voor hun flux-cored en metaal-cored draden. Altijd kruis-referentie deze bronnen voor de meest actuele geleiding.

Conclusie

Het kiezen van het juiste afschermingsgas voor GMAW is een strategische beslissing die metallurgie-eisen, operationele efficiëntie en kosten in evenwicht brengt. Geen enkel gasmengsel is optimaal voor alle toepassingen; de beste keuze is afhankelijk van het basismateriaal, de dikte, de laspositie, de overdrachtsmodus en de gewenste laseigenschappen. Door het gedrag van puur argon, kooldioxide, helium en hun mengsels te begrijpen, kunnen lassers hun afscherming aanpassen om een diepe penetratie te bereiken op zwaar staal, schone kralen op aluminium, of corrosiebestendige lassingen op roestvrij staal. Bovendien, met aandacht voor gaszuiverheid, debieten en opkomende trends in gas-leveringstechnologie, verbetert de laskwaliteit en productiviteit verder. Of het nu gaat om het werken op constructiestaal, dunne autoplaten of non-ferro-assemblages, een weloverwogen, geïnformeerde benadering van het beschermen van gasselectie leidt tot sterkere, schonere en efficiëntere lassers.