Меню

Реальный газ для металлов



Влияние газов на свойства металла

Определение газов в металле проводится путем установления составляющих, которые при первоначальном взаимодействии с металлом находятся в газообразном состоянии или выделяются из металла в этом состоянии. Наиболее часто встречаются в металле – водород, кислород, азот. Сложные газы H20, CO, CO2, SO2 образуются в процессе выделения газов из металла.

Газы находятся в металле в форме:

— газовых включений (пор, пузырей),

-химических соединений (оксидов, нитридов, гидридов),

-растворов внедрения (статически равномерно распределяются в его кристаллической решетке)

-адсорбированных на поверхности металла тонких слоев.

Влияние газов на свойства металла зависит от формы присутствия газа.

При высокой температуре газы в жидком металле находятся в растворенном состоянии. При снижении температуры уменьшается растворимость газов что приводит к выделению их из раствора. При кристаллизации слитка выделяющиеся газы могут образовывать газовые пузыри и поры, что нарушает сплошность металла, уменш. плотность, и приводит к снижению качества металла.

Газы, растворенные в твердом металле снижают механические свойства, коррозионную стойкость, ухудшают магнитные характеристики.

ВОДОРОД. Вызывает появление флокенов — внутренних трещин.

Влияет на механические свойства металла вызывая водородное охрупчивание стали, при котором наблюдается снижение пластических свойств металла. Водородная хрупкость стали связана с повышением давления водорода в микропорах металла. Давление водорода превышающее предел упругости металла, приводит к деформации кристаллической решетки и облегчает разрушение металла при испытании. Водород снижает усталостные свойства стали, облегчая образование трещин, ведущих к разрушению образца при испытаниях на длительную прочность т.е. под влиянием длительной статической нагрузки, способствует коррозионному растрескиванию стали, возникновению в стали дефектов – пузыри, центральная пористость, пятнистая ликвация.

АЗОТ – вредное влияние азота проявляется в снижении пластических свойств малоуглеродистых сталей. С понижением температуры из феррита (тв.р-р углерода в α Fe) выделяется мелкозернистая фаза нитридов Fe4N. Этот процесс при низких температурах происходит медленно и называется старением стали. Выделение азота в отдельную фазу сопровождается возникновением напряженности структуры металла, повышением его твердости и хрупкости, снижением пластичности.

В средне и малоуглеродистых сталях наличие азота вызывает хрупкий (интеркристаллитный) излом, который связан с ослаблением границ зерен аустенита (тв.р-р углерода в g Fe) вследствие выделения включений нитридов.

Кислород.- общее содержание кислорода в стали, состав, структура форма и расположение кислородных включений их количество влияют на механические и другие свойства металлов и сплавов.

Изменяя кристаллическую решетку и микроструктуру металла, примеси газов даже в небольших концентрациях существенно влияют на физико-химические характеристики и эксплуатационные свойства металлов и сплавов. В основном это влияние отрицательное.

В изделиях важно распределение газов по микро- и макроструктуре, и перераспределение их условиях эксплуатации под влиянием окружающей атмосферы и механической нагрузки.

Определение газов необходимо – при выплавке и других переделах для того чтобы свести к минимуму их содержание, для анализа готовой продукции, для изучения и прогнозирования поведения изделий в процессе эксплуатации. содержание газов на металлопродукцию нормировано ГОСТом.

Методы определения газов должны решать задачи:

Экспресс-анализ металла по ходу плавки, массовый анализ готовой продукции, распределение в металле, определение газов на поверхности металла.

Разработан ряд способов пробоотбора металла, но наиболее перспективные методы непосредственного анализа жидкого металла.

Источник

Выбираем сварочный защитный газ

Выбираем защитный газ для сварки: гелий, аргон, углекислота

Кислород отрицательным образом влияет на сварочную ванну, что может снизить стойкость шва к коррозийным процессам. Кроме этого, в результате уменьшатся его прочностные качества.

Как следствие на шве могут появиться поры. Благодаря потоку газа сварочная ванна имеет защитную оболочку, которая защищает ее от опасного влияния окружающей среды. Более того, защитный газ обеспечивает сварному шву защиту от влаги и окисления.

Качество сварного шва во многом зависит от защитного газа. В особенности это касается таких видов сварки, как MAG — Metal Active Gas, MIG — Metal Inert Gas и TIG — Tungsten Inert Gas.

Защитные газы и их виды

Инертные защитные газы не обладают свойством растворяться либо взаимодействовать с нагретым металлом. Используются во время сварки магния, титана, алюминия. К примеру, азот, аргон, гелий.

Активные газы, наоборот, взаимодействуют с металлом и способны в нем растворяться. К примеру, кислород, углекислый газ, азот, водород.

Аргон является неядовитым и взрывоопасным газом, не имеет вкуса и запаха. Предназначен для аргонодуговой TIG сварки для всех материалов, а также MIG сварки цветных металлов. Аргон допускается использовать также для сварки тугоплавких и химически активных металлов.

Читайте также:  Проводимость металлов при низкой температуре

При применении аргона удаётся получить узкий и глубокий шов. Этот вид газа перевозится и хранится в специальных баллонах, которые оформлены в сером цвете и имеют зелёную надпись.

Гелий для сварки

Гелий — неядовитый вид защитного газа, он без запаха, вкуса и цвета. Применяется гелий при аргонодуговой TIG сварке цветных металлов, алюминия и т. д. Также этот вариант подходит для сварки на потолочных поверхностях. В процессе удаётся получить широкий сварной шов со смоченными краями.

Зачастую гелий используется в дополнение к аргону. Он предназначен для соединения магниевых и алюминиевых сплавов, а также активных и химически чистых металлов. Такой газ встречается в баллонах коричневого цвета и имеет белую надпись.

Для сварки более толстых металлов подойдёт углекислый газ. В данном случае нужно быть готовым к образованию брызг в момент сварки. Работать можно лишь с использованием короткой дуги. Газ применяется для MAG сварки порошковой проволокой, полуавтоматической MAG сварки короткой дугой. Представлен в продаже в черных баллонах и надписью желтого цвета.

Газы, дополняющие сварочные смеси

Благодаря таким сварочным газам есть возможность сделать более качественный шов, снизить разбрызгивание металла.

Для MIG MAG сварки кислород применяется в роли дополнительного компонента. С его помощью можно создать широкий шов, при этом проплавление металла незначительное.

Водород используется для соединения аустенитной нержавеющей стали. В процессе образуется широкий шов с глубоким проплавлением.

Азот предназначен больше для защиты сварного шва от ржавления, нежели в качестве защиты.

Очень важно правильно выбрать защитный газ. От этого напрямую зависит не только качество и геометрия сварного шва. Таким образом, проще будет исправить дефекты и произвести обработку шва в конце.

Источник

Газы для газовой сварки и резки металлов. Газовые смеси для сварки

В качестве горючих газов для газовой сварки применяют ацетилен, водород, природный газ и другие. Также применяются газовые смеси для сварки, такие как нефтяной газ, пропанобутановая газовая смесь, пиролизный газ. Кроме того, для газовой сварки используют пары горючих жидкостей — бензина и керосина.

В таблице представлены наиболее распространенные газы и газовые смеси для газовой сварки и газовой резки, указаны их основные свойства и область применения:

Выбор того, или иного газа для сварки зависит не только от температуры пламени, но и от количества теплоты (теплотворной способности), которое получается при его сгорании. Коэффициент замены ацетилена, указанный в таблице, это отношение расхода газа-заменителя к расходу ацетилена при одинаковой эффективной тепловой мощности. Данный коэффициент необходим, если потребуется заменить ацетилен другим горючим газом.

Ацетилен для газовой сварки

Ацетилен — один из самых распространённых газов, применяемых для газовой сварки. Наибольшее распространение ацетилен получил из-за того, что ацетиленокислородное газовое пламя имеет наибольшую температуру, по сравнению с другими горючими газами и газовыми смесями (см. таблицу выше).

Ацетилен образуется при взаимодействии карбида кальция CaC2 с водой. Карбид кальция способен поглощать влагу из атмосферы и разлагаться под её воздействием. Поэтому, его хранят в герметичных барабанах из кровельной стали. Вместимость таких барабанов составляет 100-130кг. Получают карбид кальция при сплавлении в электропечах кокса и обожжённой извести:

CaO + 3C = CaС2 + CO

Ацетилен С2Н2 представляет собой химическое соединение углерода с водородом. Для получения ацетилена используют ацетиленовые генераторы, в которые загружают карбид и воду. Химическое взаимодействие карбида кальция и воды протекает интенсивно, с большим выделением теплоты Q:

Из 1кг карбида кальция можно получить до 300л ацетилена. При нормальных условиях ацетилен бесцветен и обладает резким специфическим запахом. Ацетилен легче воздуха, его плотность составляет 1,09кг/м3.

Ацетилен взрывоопасен, если он находится в смеси с воздухом и его концентрация составляет 2,2-81% по объёму. В смеси с кислородом ацетилен взрывоопасен, при его концентрации 2,8-93% по объёму. Наиболее взрывоопасны ацетиленокислородные смеси, содержащие 7-13% ацетилена.

При растворении в жидкости взрывоопасность ацетилена существенно снижается. На практике ацетилен растворяют в ацетоне, 1л которого способен растворить до 20л ацетилена. Об этом мы говорили в статье: «Газовые баллоны для сварки. Газосварочные баллоны».

Читайте также:  Металлы характерные физические свойства металлов

Кроме карбида кальция, источниками ацетилена являются природный газ, нефть и уголь. Полученный из природного газа, ацетилен называется пиролизным.

Водород для газовой сварки

Водород представляет собой бесцветный газ, не имеющий запаха. При смешивании с кислородом или воздухом образует «гремучий газ», который является взрывоопасным. Поэтому, в случае применения водорода для сварки металлов, необходимо строго придерживаться правил безопасности при его хранении, транспортировании и использовании.

Водород хранят и транспортируют в стальных газосварочных баллонах при давлении, не превышающем 15МПа. Получить его можно, разлагая воду на водород и кислород при помощи электролиза. Также водород синтезируют в специальных водородных генераторах путём химической реакции серной кислоты H2SO4 и цинка, либо железной стружки. При этом образуются сульфаты цинка или железа, а освободившийся водород скапливается внутри генератора.

Коксовый газ для сварки

Коксовый газ представляет собой бесцветную смесь горючих газов с резким запахом сероводорода. Получают коксовый газ в процессе выработки кокса из каменного угля. В состав коксового газа входят водород, метан и другие углеводороды. Транспортировка этого газа происходит по трубопроводам.

Городской газ и природный газ для сварки

Городской газ состоит из нескольких газов: метан 70-95%, водорода, объёмная доля которого может достигать 25%, тяжёлых углеводородов с их объёмной долей до 1%, азота 3% и углекислого газа до 1%. Транспортирование городского газа происходит по трубопроводам под давлением 0,3МПа.

Природный газ добывается из газовых месторождений. Его основой является метан СН4, содержание которого в природном газа составляет 93-99%.

Нефтяной газ, природный газ и пропанобутановая смесь для газовой сварки

Пиролизный газ представляет собой смесь горючих газов, образующихся при распаде нефти, мазута и других нефтепродуктов при воздействии на них высоких температур. В состав пиролизного газа входят сернистые соединения, которые вызывают коррозию мундштуков в газовых сварочных горелках. Поэтому, перед применением этот газ проходит тщательную очистку.

Нефтяной газ — является побочным продуктом нефтеперерабатывающих предприятий. Он используется, в основном, для резки и сварки металлов малой толщины и для сварки цветных металлов.

Пропанобутановые смеси являются бесцветными смесями, не имеющими запаха. Состоят они из пропана С3Н8 и бутана С4Н10. Эта смесь обладает наибольшей теплотворной способностью, т.е., при её сгорании выделяется наибольшее количество теплоты.

Бензин и керосин для газовой сварки

Бензин и керосин являются продуктами переработки нефти. Они представляют собой бесцветные жидкости со специфическим запахом и легко испаряются. Применяют их при газопламенной обработке, подавая их в виде паров. Для этого в сварочных резаках или горелках предусматривают специальные испарители, которые преобразуют бензин и керосин из жидкого состояния в парообразное. Испарители нагреваются от вспомогательного пламени или при помощи электричества.

Кислород для газовой сварки

Кислород для газовой сварки необходим, чтобы обеспечить сгорание горючих газов или паров горючей жидкости. Кислород несколько тяжелее воздуха и его плотность составляет 1,33кг/м3. Кислород очень активен химически и он поддерживает горение газов при газовой сварке, образовывая, при этом, большое количество теплоты.

Кислород хранят и транспортируют в кислородных газовых баллонах под давлением 15МПа. Баллон объёмом 40л способен под давлением 15МПа хранить до 6м3 кислорода. Кроме газовых баллонов, кислород может поставляться к месту сварки в жидком состоянии в специальных ёмкостях.

Для переходя жидкого кислорода в газообразный, применяют газификаторы и насосы с испарителями для жидкого кислорода. К сварочным постам для газовой сварки кислород подаётся по газопроводу. Транспортировка кислорода в газообразном состоянии позволяет уменьшить объём транспортировочной тары, приблизительно, в 10 раз, т.к. из 1л жидкого кислорода, при нормальных условиях, получается 860л газообразного кислорода.

Согласно ГОСТ 5583, для газокислородной сварки и резки металлов применяют технический кислород, который бывает трёх сортов. Первый сорт имеет чистоту 99,7% кислорода. Второй сорт с чистотой 99,5 кислорода. Третий сорт содержит не менее 99,2% кислорода по объёму.

Чистота кислорода имеет большое значение для газовой сварки и резки металлов. При снижении чистоты кислорода на 1%, качество сварки снижается и увеличивается расход кислорода, приблизительно на 1,5%.

Источник

Может ли металл быть газом?

Да, металлы могут быть газами, в зависимости от того, насколько высока их температура кипения. Но действительно ли газообразные металлы считаются металлами?

Читайте также:  Лучшая наждачная бумага по металлу

Закройте на мгновение глаза и позвольте слову «металл» всплыть в вашей голове. А теперь ответьте: какой первый образ приходит вам на ум, когда вы думаете о «металле»?

Большинство из вас увидят твердый, блестящий твердый предмет — может быть, блестящий меч, гладкую машину или чистую посуду?

Слово «металл» ассоциируется у нас с твердыми объектами, потому что большинство металлов вокруг нас — это твердые тела. Но ограничиваются ли металлы только твердым телом? Могут ли они быть газом?

Может ли металл быть газом?

Да, конечно! Хотя металлы обычно находятся в твердом состоянии при комнатной температуре (вероятно, поэтому мы ассоциируем слово «металл» с твердыми объектами), металлы также могут быть газами.

Дело в том, что состояния вещества универсальны: металл может быть твердым, жидким или газообразным. Но это состояние определяется на основе правильных условий температуры и давления.

Например, металл, скажем, свинец, имеет температуру кипения 1740 градусов по Цельсию. Теперь вы знаете, что свинец в своем «естественном состоянии» представляет собой твердое вещество. Но когда вы начнете его нагревать, он сначала превратится в жидкость при 327 градусах Цельсия, а если вы продолжите подавать больше тепла, он превратится в газ при 1740 градусах Цельсия.

Свинец превращается в пар при 1740 градусах Цельсия.

Другой отличный пример — ртуть. Фактически, это металл с самой низкой температурой кипения (356,7 °C), что означает, что из всех металлов он превращается в газ при относительно более низкой температуре.

Но учтите, что пары ртути очень вредны. По данным Всемирной организации здравоохранения, «вдыхание паров ртути может оказывать вредное воздействие на нервную, пищеварительную и иммунную системы, легкие и почки и может быть фатальным. Неорганические соли ртути разъедают кожу, глаза и желудочно-кишечный тракт, а при попадании внутрь могут вызывать токсическое воздействие на почки«.

Ртуть весьма примечательна — это металл, который существует в жидком виде при комнатной температуре, а затем закипает при небольшой температуре.

А теперь давайте обсудим еще один аспект этой саги о превращении металла в газ.

Остается ли металл металлом, когда он превращается в газ?

Мы установили, что металлы могут превращаться в газы, если их нагреть до точки кипения. Но если металл нагревается до точки кипения и становится газом, остается ли он металлом? Другими словами, может ли металл находиться в газообразном состоянии и при этом оставаться металлом?

Газообразные металлы не сохраняют свойств своих твердых аналогов, включая металлические связи, металлическую проводимость, пластичность, блеск или другие металлические свойства. Вот почему металлы больше не считаются металлами, когда они переходят в газообразное состояние — это просто газ с определенными характерными свойствами «родительского» элемента. (тогда чем же они считаются? — В ЭТОЙ ТОЧКЕ ОНИ ЯВЛЯЮТСЯ ПРОСТО ГАЗОМ. РТУТЬ ЯВЛЯЕТСЯ МЕТАЛЛОМ, НО КОГДА ОНА КИПИТСЯ, ЕЕ ПАР НАЗЫВАЕТСЯ РТУТНЫМ ГАЗОМ/ПАРАМИ)

Но почему металлы твердые? Что в них такого особенного, что делает их твердыми?

Почему металлы вообще твердые?

Металлы твердые при комнатной температуре из-за того, как их последовательные атомы упаковываются внутри.

Видите ли, вся материя состоит из атомов. Состояние вещества зависит от того, насколько близко или далеко друг от друга находятся эти атомы.

Если составляющие атомы вещества находятся далеко друг от друга, то это вещество будет существовать в виде газа при комнатной температуре. Атомы в жидком состоянии относительно ближе друг к другу, но в твердых телах атомы упакованы вместе в плотные кристаллы.

Из-за сильных сил, которые удерживают эти атомы близко друг к другу, твердые тела жесткие и имеют определенную форму и размер (в отличие от жидкости и газа).

Металлы твердые при комнатной температуре, потому что входящие в их состав атомы металлов упаковываются близко друг к другу, придавая им жесткий или «затвердевший» внешний вид. Это также является причиной того, что металлы имеют высокую температуру плавления и не существуют в жидком состоянии при комнатной температуре.

В целом, металлы могут превращаться в газ, но как только они превращаются в газ, они не сохраняют своих металлических свойств.

Источник