二氧化碳與氬氣混合氣配制方法

二氧化碳與氬氣混合氣配制方法禹金龍;張觀海;傅鑄紅;茹高藝【期刊名稱】《《低溫與特氣》》【年(卷)，期】2019(037)004【總頁數(shù)】4頁(P28-31)【關(guān)鍵詞】重量法;配制;精度【作者】禹金龍;張觀海;傅鑄紅;茹高藝【作者單位】廣東華特氣體股份有限公司廣東佛山528241【正文語種】中文【中圖分類】TQ117二氧化碳與氬(CO2+Ar)混合氣體是氣體保護(hù)焊的重要方法之一，CO2+Ar混合氣作為保護(hù)焊氣體，在焊接過程中的使用越來越多。在工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家，機(jī)械化、自動化的水平相當(dāng)高，單純的CO2氣體作為保護(hù)氣體已不能滿足焊接的要求。CO2+Ar氣體保護(hù)焊是在Ar中加入少量的CO2氣體形成富氬保護(hù)氣，對提高電弧的穩(wěn)定性，保證焊接質(zhì)量具有較好的作用；CO2+Ar混合氣體保護(hù)焊無論在外觀成型、焊縫內(nèi)的質(zhì)量、熔深、焊接速度、焊接過程中產(chǎn)生的飛濺較單純的CO2氣體保護(hù)焊均有很大的提高，性能更為優(yōu)越。目前，隨著我國焊接技術(shù)水平和自動化水平的提高以及各個行業(yè)對焊接質(zhì)量的要求也日益提高，使得CO2+Ar混合氣體保護(hù)焊的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。1混合氣的配制現(xiàn)狀及不足1.1重量法通過理論計算，分別把需要加入CO2和Ar的重量計算出來；采用電子秤稱量的方式，先加入液態(tài)的CO2，加到需求重量后再加入Ar,直到加入需求的重量即可完成配制。配制工藝的不足之處：在常溫25°C時，CO2的密度為1.8g/L,Ar的密度為1.63g/L,所以配制完之后，如果不使用混勻機(jī)把充裝完的氣體滾動的話，氣體就會出現(xiàn)不均勻的情況，客戶使用過程中，氣體的流量需要加大才能滿足焊接的要求，而且在焊接過程中，焊渣飛濺得特別厲害。1.2分壓法將回籠的鋼瓶余氣放空至比當(dāng)?shù)卮髿鈮荷晕⒏?.05~0.1MPa后，通過精密壓力表計算出CO2和Ar的分壓，先加入氣態(tài)的CO2，再加入Ar至目標(biāo)壓力。配制工藝的不足之處：由于在不同溫度和壓力下，CO2和Ar的壓縮系數(shù)均不一樣，所以加入的量偏差比較大，氣體的精度比較低；而在加入氣體過程，氣體的流量速度不同，鋼瓶的溫升也會不同，如果通過壓力的方法來判斷加入氣體的量，偏差也會非常大；此外，由于鋼瓶內(nèi)沒有側(cè)邊開孔的導(dǎo)管，即使是加入氣態(tài)的CO2和Ar,鋼瓶內(nèi)的氣體還是會出現(xiàn)不均勻的情況，還是需要對鋼瓶進(jìn)行混勻處理。2二氧化碳與氬混合氣配制過程2.1配制工藝流程簡述工作流程：如圖1所示，CO2和Ar原料供應(yīng)均為儲罐的形式，其中CO2連接的是儲罐的氣相管，然后通過增壓泵輸送到充裝匯流排上，通過設(shè)定增壓泵的上限和下限值，即當(dāng)壓力低于設(shè)定的下限值時，增壓泵會自動啟動，高于上限值時，增壓泵會自動停止；Ar原料連接的是儲罐的液相管，通過低溫泵輸送到空溫式氣化器上進(jìn)行換熱氣化，然后進(jìn)入到氬氣集裝格內(nèi)進(jìn)行緩沖，最后再進(jìn)入到匯流排上。設(shè)備信息：CO2儲罐：工作壓力為2.2MPa，體積為20m3;Ar儲罐：工作壓力為0.8MPa，體積為30m3；低溫泵：吸入壓力0.02~0.8MPa，最大排出壓力20.0MPa，流量100~450L/h；氣化器：工作壓力為20MPa,氣化量為500Nm3/h；氬氣集裝格：鋼瓶50L,20MPa，規(guī)格為4x4；增壓泵：最大流量為34.2Nm3/h；匯流排：數(shù)量為2個，切換使用，工作壓力20MPa；電子秤：數(shù)量為2臺，最大量程為150kg，精度(d±1)g；混合氣鋼瓶：體積40~70L,鋼瓶內(nèi)帶有側(cè)面開孔的導(dǎo)管(簡稱DIP管)；充裝匯流排1和2的壓力表的量程為25MPa，精度為0.25級，每個刻度為0.1MPa。圖1CO2/Ar混合氣配制工藝Fig.1PreparationprocessofCO2/Armixture2.2配制前準(zhǔn)備對回籠的CO2+Ar混合氣鋼瓶進(jìn)行檢驗，對于沒有余氣的鋼瓶、過期鋼瓶、夕卜觀有明顯凹陷裂縫、鋼瓶閥門損壞的氣瓶做相應(yīng)處理；如圖1所示，將有余氣的CO2+Ar混合氣鋼瓶連接到充裝匯流排1和匯流排2上，打開閥門1、2、3和6,通過CO2對匯流排加壓至0.5~1MPa(表壓，下同)，關(guān)閉閥門3和6,使用測漏壺輕輕噴淋少許肥皂液至鋼瓶和管件連接處，觀察是否漏氣，若連接完好，則通過排空閥4和7,把匯流排上的壓力排至0.05~0.1MPa，再通入CO2，再排空，如此重復(fù)3~5次；打開連接在匯流排1和匯流排2上鋼瓶的閥門，通過排空閥4和7,把匯流排上的壓力排至0.05MPa,關(guān)閉排空閥4和7。2.3混合氣的計算和配制的操作過程本配制方法為重量法結(jié)合分壓法，為了便于說明，本次以20%CO2+80%Ar的比例來配制，氣體的靜置壓力要求達(dá)到(13.5±0.5)MPa,鋼瓶的體積為40L。在常溫下，壓力在2~3MPa時，CO2的壓縮系數(shù)大概為0.9；在常溫下，壓力在13~15MPa時，Ar的壓縮系數(shù)大概為0.93；故直接按13.5MPa來配制的話，配制完的氣體靜置冷卻后的壓力為：13.5x0.2x0.9+13.5x0.8x0.93=12.47MPa,達(dá)不到靜置壓力（13.5±0.5）MPa的要求；實(shí)際配制過程，CO2的分壓應(yīng)該為13.5x0.2-0.9=3MPa，以20°C來計算，通過理想狀態(tài)方程：PV=nRT來計算，則需要加入。02的重量為2173g;Ar的分壓為13.5x0.8-0.93=11.61MPa,需要加入Ar的重量為7634g（實(shí)際配制過程中，Ar的重量隨加入C02的重量變化，而做對應(yīng)比例的變化）。C02加入過程：打開閥門3，讓氣態(tài)C02直接流過增壓泵，然后進(jìn)入到匯流排1上（此時匯流排上的鋼瓶閥門為開啟狀態(tài)），待匯流排上的壓力與儲罐的壓力相差0.5~0.8MPa時啟動增壓泵，通過增壓泵把C02輸送到鋼瓶內(nèi)，待C02充裝的重量與目標(biāo)重量相差30-50g時，通過控制閥門3，緩慢加入C02，直至到目標(biāo)重量，關(guān)閉閥門3，然后靜置3~5min。Ar加入過程：打開氬氣集裝格上出氣閥門，打開閥門5,入「進(jìn)入到匯流排1上的鋼瓶內(nèi)，此時即可啟動低溫液體泵，通過低溫液體泵把Ar儲罐內(nèi)的液體輸送到氣化器中進(jìn)行氣化，然后進(jìn)入到Ar集裝格上，Ar集裝格的作用可以起到緩沖的作用;待Ar充裝的重量與目標(biāo)重量相差50~100g時，通過控制閥門5，緩慢加入Ar,直至目標(biāo)重量，關(guān)閉閥門5,靜置3-5min,然后關(guān)閉鋼瓶上的閥門，對匯流排1上的氣體進(jìn)行排空處理，即可把鋼瓶進(jìn)行拆卸作業(yè)。匯流排2上的作業(yè)流程跟匯流排1上的作業(yè)流程是一致的，即在匯流排1上加完C02后，即可馬上對匯流排2加入C02;在匯流排1加完Ar的時候，匯流排2上的C02基本也加入完畢，此時可以通入Ar,直至到目標(biāo)重量為止。對配制完成的鋼瓶使用目測法試漏：氣瓶在充裝完成30min后，當(dāng)瓶體溫度恢復(fù)至室溫時方可進(jìn)行測漏。測漏時，用測漏壺輕輕噴淋少許肥皂液至瓶頸、安全閥/易熔塞、閥桿處，觀察是否有氣泡。用大拇指沾少許測漏液輕輕抹至閥門出氣口至形成液膜，與閥門出氣口呈90°平視觀察，液膜不變形成弧形則視為不漏。為防止有微小氣泡滲出而觀察不到，觀察時間不得少于1min。測漏完成時，要清潔閥體，閥門出氣口，有堵頭則上緊堵頭。2.4注意事項安裝了DIP管后，增加了鋼瓶內(nèi)部的腐蝕風(fēng)險，因為一旦瓶中進(jìn)入水，則瓶內(nèi)的水無法去掉。因此建議一方面在裝DIP管前要檢查氣瓶內(nèi)是否有水，另一方面在不是絕對需要DIP管時，不要安裝。如果用標(biāo)準(zhǔn)CO2（非超臨界）來充大于10%CO2的混合氣，就需要DIP管，以確?；旌蠚怏w立即均勻。然而，當(dāng)混合氣含有大于40%~50%CO2時，即使用了DIP管，也很難會立即均勻混合，此時應(yīng)采用其他方法（如滾動鋼瓶）。配制混合氣時，當(dāng)鋼瓶數(shù)量比連接管道少時，需配制的鋼瓶盡量靠近電子秤的兩旁。配制過程中，氣體的加入順序為先加CO2后加Ar。二氧化碳儲罐的液位不能超過儲罐的80%，二氧化碳進(jìn)入到鋼瓶內(nèi)必須為氣態(tài)，加入過程中鋼瓶不要出現(xiàn)凝霜的情況。2.5此方法配制混合氣的優(yōu)點(diǎn)通過重量法配制混合氣，使用精密電子秤，配制混合氣的范圍廣，可以配制1%-99%（CO2+Ar），而且配制出來的混合氣體精度高，氣體的不確定度比較小，混合氣的配制精度＜1.0；—個匯流排即可完成混合氣的配制，減少鋼瓶的轉(zhuǎn)運(yùn)過程，一次可以同時配制2~20瓶混合氣；通過在鋼瓶內(nèi)加DIP，對于CO2濃度低于40%的混合氣，配制出來的混合氣體在配制過程即可完成混勻，無需再對鋼瓶內(nèi)的氣體進(jìn)行混勻處理。3結(jié)論通過重量法結(jié)合分壓法配制CO2+Ar混合氣，并在鋼瓶內(nèi)安裝DIP管的方式，配制出來的混合氣體，在配制過程即可完成混合氣的混勻，無需再另夕卜進(jìn)行混勻處理。氣體的配制精度高，氣體的不確定度小