Сварочные смеси с гелием: целесообразность применения

Гелий (He) является вторым самым легким элементарным газом после водорода. Бесцветный, непахучий, безвкусный, нетоксичный и химически инертный, гелий негорюч и обладает высокой теплопроводностью. Он используется для того, чтобы создать экран инертного газа и предотвратить оксидацию во время сварки металлов в  сплавах алюминия, нержавеющей стали, меди и магния. Гелий применяется вместе с аргоном или несколькими процентами CO₂ или O₂ для электродуговой сварки (GMA) нержавеющей стали. В чистом виде или в смеси с аргоном он используется в качестве защитного газа для сварки вольфрамовым электродом (GTA) и сварки в защитной газовой среде (MIG). Сварочные смеси с гелием обычно предпочтительнее чистого аргона для соединения участков основного металла, которые имеют высокую теплопроводность. Гелий может быть использован для снижения уровня образования озона при сварке алюминия. Также гелий имеет несколько уникальных характеристик, которые делают его выгодным для сварки: высокие показатели ионизации, теплопроводности и инертности. Все это в совокупности  обеспечивает  более высокие показатели сварки и  качественные сварные швы. В свою очередь это  приводит к повышению производительности и снижению затрат на сварку.

Начиная с 1960-х годов в Америке инженеры исследовали влияние гелия при сварке MIG. В ходе изучения они разработали трёхкомпонентную гелиевую смесь , содержащую 90% He — 7.5% Аr — 2.5% СО₂. Низкое содержание углекислого газа для того, чтобы уменьшить абсорбцию углерода и повысить коррозионную устойчивость, особенно в многопроходных сварках. Добавка аргона и углекислого газа обеспечивают хорошую стабильность дуги и глубину плавления. Гелий обеспечивает высокую теплопроводность для преодоления «вязкого» характера сварочной ванны из нержавеющей стали. Такой состав давал значительные преимущества и повышал текучесть сварного шва в основном на толстостенных нержавеющих деталях и при  высокопроизводительных процессах сварки. Другая смесь (66% Ar — 26,5% He-7,5% CO2) была разработана для импульсной дуговой сварки как углеродистых, так и низколегированных сталей. Ее можно использовать на всех толщинах в любом положении. И она обладает хорошими механическими свойствами по управлению площадью сварки. Эта более высокоскоростная смесь в сравнении с двухкомпонентной.

Cмеси трех газов обычно используются для специальных применений, наиболее популярны и доступны двухкомпонентные. Смеси аргона и гелия используются в основном для цветных металлов, таких как алюминий и медь, для увеличения тепловыделения. Как правило, гелий используется в соотношениях от 25 до 75 процентов с остатком аргона. В общем, чем толще основной металл, тем выше должен быть процент гелия. Регулируя процентный состав газов, мы можем влиять на распределение тепла к сварному шву, тем самым определяя форму поперечного сечения металла шва, которая также является  важным параметром в некоторых применениях. Испытания показали, что при использовании чистого аргона относительно узкое поперечное сечение шва имеет более пористую структуру. При добавлении гелия в аргон площадь проникновения расширяется и помогает снизить уровень пористости в готовом сварном шве. По мере увеличения процента гелия напряжение дуги, разбрызгивание и отношение ширины шва к глубине увеличиваются, в то время как пористость в алюминии минимизируется. При это аргон должен составлять не менее 20% при смешивании с гелием.

Сравнение проплавления сварного шва в поперечном разрезе с разными защитными газами

 

При 50% гелия смесь подходит для высокоскоростной механизированной сварки цветных материалов толщиной, не превышающей 17 мм. 75 % гелия к аргону — эта смесь для механизированной сварки алюминия толщиной более 10 мм в нижнем положении. Эти смеси широко используются для сварки TIG, MIG, поскольку гелий обеспечивает более широкую и глубокую сварку.

Самое распространенное соотношение — 25-30% гелия к аргону создает смесь, которая используется для сварки цветных металлов, где требуется увеличение тепловложения и внешний вид сварного шва имеет первостепенное значение. Добавление гелия к аргону увеличивает подачу энергии в сварочную ванну, делая ее более текучей. Это, в свою очередь, повышает профиль проплавления и характеристики сварки плавлением. Обе эти функции помогают снизить вероятность возникновения дефектов и необходимость их доработки.

Преимущества смеси аргона и гелия:

— снижение уровня пористости, приводящего к более высокому качеству готового изделия, уменьшению количества доработок;

— минимизация брака по различным параметрам: повышение механических свойств и внешнего вида шва;

— снижение производственных затрат и расходных материалов;

— улучшенное сваривание для более сильных механических свойств;

— увеличение скорости сварки, что снижает затраты на рабочую силу.

Добавление гелия обычно увеличивает текучесть сварочной ванны, от формы и размеров которой зависят форма и размеры сварных швов. Последние во многом определяют эксплуатационные характеристики получаемых соединений. Сварное соединение, выполненное с использованием смеси гелия и аргона, обычно не требует послесварочной чистки, что также сокращает время работы с изделием. При использовании смесей с гелием появляется больше возможностей влиять на этот процесс, улучшая как сам процесс сварки, так и готовое изделие.

Сварочные швы при различном процентном соотношении аргона и гелия

Сварочные смеси с гелием за рубежом используют уже более 70 лет. Все основные ключевые газовые компании имеют свои такие смеси, как отдельный продукт под определенным торговым названием (например, смесь helistar от компании Praxair, varigon – Linde и т.д.). В России эти смеси используют редко из-за дороговизны гелия, поэтому и купить готовую смесь с необходимым процентным соотношением не всегда просто. Гелий дороже других защитных газов и требует более высокого расхода, чем аргон. Перед использованием гелия необходимо убедиться, что любая выгода компенсирует дополнительные затраты. Но современный рынок предлагает еще один вариант – это смесители газов, которые позволяют изготавливать готовую смесь самим. Так у бренда IBEDA есть смесители с точными фиксированными настройками, откалиброванными на заводе, которые гарантируют на выходе точное процентное соотношение смеси. «Эти смеси актуально использовать для сварки алюминия с большой толщиной металла. В Европе чаще всего используют соотношение Ar 70% / He 30%, иногда 50/50, и очень редко 30/70»,- прокомментировал Андреас Берг, руководитель отдела продаж компании IBEDA.

 

Выбор смеси обычно основан на специфическом применении и показателях, которые необходимо достичь. Во многих случаях можно увеличить скорость сварки и улучшить качество швов, используя смеси гелия и аргона. Поэтому, повышенная стоимость смесей с гелием возмещается более низкими производственными затратами, минимизацией брака и повышением производительности.

Качественные смеси газов с добавлением гелия вы можете производить сами  благодаря надежным немецким смесителям — выбрать здесь 

Получить консультацию по тел.: 8 (800)301 40 91 или отправляйте запрос на [email protected]

Печатную версию статьи ищите в журнале GasWorld. Гелий. Криотехнологии (сентябрь/октябрь 2019), с. 28-29

Гелий – это газ: формула, плотность, масса в баллоне, применение и свойства

Гелий

химический элемент, атомный номер 2, атомная масса 4,0026, относится к инертным газам, без цвета и запаха. Объемное содержание гелия в воздухе 0,00052%. Гелий значительно легче воздуха, плотность 0,1785 кг/м

3 при нулевой температуре и нормальном давлении. Температура кипения -268,9°С. Потенциал ионизации 25,4 В. Бесцветный, неядовитый, негорючий и невзрывоопасный газ, хорошо диффундирует через твердые тела. Химическая формула — He.

История открытия гелия

Впервые гелий был обнаружен во время солнечного затмения 1868 г. астрономы впервые применили спектроскопию для исследования атмосферы Солнца.

24 октября 1868 г. Французская академия наук получила два сообщения — от Пьера Жюль Сезара Жансена (Pierre Jules Cesar Janssen) из Индии и от Джозефа Нормана Локьера (Joseph Norman Lockyer) из Лондона — об открытии ими в спектре солнечной короны новой ярко-желтой линии, которой впоследствии был присвоен символ D3. Совпадение двух независимых сообщений из разных концов мира свидетельствовало о возможности методами спектроскопии проникнуть в тайны солнечной атмосферы и других далеких звезд.

Вопрос о том, какому веществу отвечает линия D3, долго еще оставался открытым. Было лишь установлено, что в спектрах элементов, известных на нашей планете, пока не обнаружено спектральной линии, подобной ярко-желтой линии D3. Локьер ошибочно считал, что раскаленный газ, излучение которого дает таинственную линию D3, является модификацией водорода, не встречающейся на Земле.

В августе 1871 г. Кельвин заявил, что линия D3 до сих пор не идентифицирована с каким-либо земным элементом. Возможно, что она принадлежит новому веществу, которому Локьер и Жансен предложили дать название гелий (от греческого слова гелиос — солнце).

В 1895 г. Сэр Уильям Рамзай (Sir William Ramsay) изучал газ, выделенный им из минерала клевеита, и в гейслеровой трубке неожиданно обнаружил яркую желтую линию. Выдающийся спектроскопист того времени Уильям Крукс (William Crookes) определил длину волны новой линии (5874,9 А) и установил, что это линия D3, на этом основании Рамзай сообщил (23 марта 1895 г.) об открытии им гелия на Земле.

Такова история открытия важнейшего представителя группы инертных газов, который сначала был обнаружен в солнечной атмосфере, а затем (через 27 лет) — на Земле.

Вскоре гелий был обнаружен в других минералах и горных породах, содержащих уран. Наличие гелия в земной коре позволило сделать вывод о его содержании в атмосфере, хотя многие ученые утверждали, что этот легкий газ, выделяющийся из земной коры, полностью уносится из атмосферы в космическое пространство. Вскоре Генрих Кайзер, а затем Зигберт Фридлендер (1896 г.), а также Эдвард Бэли в результате анализа первой выпаренной фракции жидкого воздуха доказали его присутствие в атмосфере.

Способы получения гелия

Гелий получают из гелийсодержащих природных газов, минералов и воздуха. Об этом мы писали в статье о производстве гелия, поэтому здесь не будем повторять написанное.

Применение гелия

В промышленности гелий применяют в меньших масштабах, чем газ аргон. Чаще всего его используют:

• хладагент – охлаждение сверхпроводящих магнитов в медицинских сканерах МРТ;
• металлургия – выплавка чистых металлов;
• подводно-спасательное дело – в составе дыхательных смесей;
• сварочное производство – защитный газ;
• в индустрии развлечений – заполнение шариков.

Применение гелия в сварке

В связи с тем, что He примерно в 10 раз легче Ar, что понижает эффективность защиту сварочной ванны при сварке в нижнем положении, но способствует лучшей защите при сварке в потолочном положении, поэтому расход гелия при сварке увеличивается в 1,5-3 раза.

Применяют его в основном при сварке неплавящимся электродом химически чистых и активных материалов и сплавов, а также сплавов на основе алюминия и магния.

Гелий становится предпочтительнее аргона при необходимости дополнительной защиты швов при сварке в потолочном положении. Особенно при сварке титановых сплавов и других химически активных металлов, поглощающих азот и кислород не только в расплавленном состоянии, но и в твердом при нагреве выше определенной температуры.

Однако не только защитные свойства Ar и He различны. Различными являются и характеристики дуги в этих газах. Так, при одинаковой силе тока напряжение дуги в гелии значительно выше, чем дуги в аргоне. Такая дуга имеет большую проплавляющую способность и менее концентрирована (создает иную форму проплавления, более равномерную, в то время как дуга в аргоне при сварке, например, титановых сплавов вольфрамовым электродом дает большое проплавление в центре и значительно меньшее по краям ванны). Перепад напряжения в столбе дуги в гелии больше, чем в аргоне, поэтому изменение длины дуги заметнее сказывается на напряжении и общей ее теплоэффективности. Для более развернутой информации обязательно прочитайте статью о сварочной дуге в инертных газах.

Форма шва и проплавление для различных защитных газов

В зависимости от применения того или иного газа меняется и поверхностное натяжение на границе металл-газовая фаза. Так, для хромоникелевых сталей аустенитного класса поверхностное натяжение жидкого металла при сварке в He заметно меньше, чем в Ar. Это сказывается и на формировании поверхности швов. Более плавные переходы от шва к основному металлу, при сварке в гелии, имеют место и для других металлов, в частности титановых сплавов и в ряде случаев оказывают влияние на некоторые характеристики работоспособности сварных соединений.

Чаще всего He используют для образования инертных газовых смесей c Ar. Обладая большей плотностью, чем гелий, такие смеси лучше защищают металл сварочной ванны от воздуха и увеличивают производительность сварки в целом. В смеси в полной мере реализуются преимущества обоих газов:

• аргон — обеспечивает стабильность горения дуги;
• гелий — обеспечивает высокую степень проплавления.

Опасность и вред гелия

Гелий не относится к ядовитым и токсичным газам, поэтому в малых количествах он не является опасным. Он может оказать действие как удушающий газ (асфиксант) только в том случае, если в результате утечки уровень кислорода окажется ниже допустимой концентрации. Но утечку гелия очень легко выявить т.к. за счет сжимания голосовых связок у человека меняется голос. Мы все знаем данный комический и мультяшный эффект, когда при вдыхании гелия из шарика голос становится более высоким.

Гелий является опасным, только в случае снижения уровня кислорода в окружающей среде ниже допустимой концентрации.

Хранение и траспортировка гелия

Транспортируют и хранят гелий в газообразном состоянии в стальных баллонах при давлении 15 МПа или в сжиженном состоянии при давлении менее 0,2 МПа.

Баллоны с гелием окрашены в коричневый цвет с надписью белыми буквами «ГЕЛИЙ». Баллоны должны соответствовать требованиям ГОСТ 949.

Методы определения доли примесей и условий поставки регламентируются ГОСТ 20461.

Характеристики гелия

Характеристики He указаны в таблицах ниже:

Коэффициенты перевода объема и массы He при Т=15°С и Р=0,1 МПа

Масса, кг	Объем
	Газ, м3	Жидкость, л
0,167	1	1,336
0,125	0,749	1
1	5,988	8,000

Коэффициенты перевода объема и массы He при Т=0°С и Р=0,1 МПа

Масса, кг	Объем
	Газ, м3	Жидкость, л
0,178	1	1,425
0,125	0,702	1
1	5,618	8,000

Гелий в баллоне

Наименование	Объем баллона, л	Масса газа в баллоне, кг	Объем газа (м3) при Т=15°С, Р=0,1 МПа
He	40	1,002	6,0

• Сколько литров гелия в баллоне?
  Ответ: 40 литров
• Сколько гелия в баллоне 40л?
  Ответ: 6,5 м³ или 10,85 кг
• Сколько весит баллон с гелием 40 литров
  Ответ:
  58,5 кг — масса пустого баллона из углеродистой стали согласно ГОСТ 949;
  1,002 — кг масса гелия в баллоне;
  Итого: 58,5 + 1,002 = 59,502 кг вес баллона с аргоном.

Давление гелия в баллоне при различной температуре окружающей среды

Температура окружающей среды	Давление в баллоне, МПа
-40	12,2
-30	12,7
-20	13,2
-10	13,7
0	14,3
+10	14,7
+20	15,3
+30	15,8

Сварочные смеси газов – выбираем защитную среду для дуговой сварки

Сварщики часто недооценивают вклад защитной среды в процесс сварки. Некоторые чистые газы и сварочные смеси газов могут влиять на перенос металла, состав сплава, форму шва, дымообразование и множество других характеристик. Правильный выбор защитного газа для электродуговой сварки (MAG), дуговой сварки с флюсом (FCAW) и дуговой сварки вольфрамовым электродом (TIG) может существенно повысить интенсивность процесса, улучшить качество и скорость осаждения для данной сварной конструкции.

 

Влияние чистых газов на качество и производительность

Чистые газы, применяемые в сварочном деле, – это аргон, гелий и двуокись углерода. Они могут оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на дугу.

 

Сварка с применением аргона

 

Аргон (Ar) – одноатомный химический элемент, который широко используется в чистом виде и в составе многих сварочных смесей газов. Аргон абсолютно инертен, что делает его подходящим для работы с тугоплавкими и химически активными материалами. Он обладает низкой теплопроводностью и потенциалом ионизации, тем самым обеспечивая низкую теплопередачу в среду, окружающую дугу. Это создаёт узкий столб дуги, что, в свою очередь, вытекает в обычный для аргона профиль проникновения – глубокий и сравнительно узкий. В процессе работы с аргоном существует небольшая тенденция к подрезам в зоне сплавления и увеличению сварного шва, что связано с недостатком тепла на внешних гранях сварочной ванны как в TIG, так и в MAG. В MAG чистый Ar способствует струйному переносу металла.

 

Больше об особенностях данного газа читайте в статье: газ аргон – химические свойства и сфера применения.

 

Гелий (He) – одноатомный инертный газ, чаще всего используемый для сварки цветных металлов неплавящимся электродом. В отличие от аргона, гелий обладает высокой проводимостью и потенциалом ионизации, что способствует получению противоположных результатов. Гелий даёт широкий профиль, хорошее смачивание на краях шва и более высокие температуры, чем чистый Ar. Высокий потенциал ионизации может создать трудности в возбуждении дуги, за исключением тех случаев, когда для работы с вольфрамовым электродом используется высокочастотный или емкостной способы возбуждения дуги. Помимо этого, рекомендуется больший расход газа, поскольку гелий имеет тенденцию подниматься в воздухе. Чистый гелий способствует крупнокапельному переносу электродного материала и редко используется для GMAW, за исключением чистой меди.

 

Двуокись углерода (CO2) – двухкомпонентный газ, который используется в MAG и FCAW. CO2 является составной молекулой с довольно непростым взаимодействием в дуге. При температурах, появляющихся в дуге, двуокись углерода распадается на CO и O2. Это создаёт потенциал для окисления базового материала и распада сплава сварочной ванны или шва. Воссоединение CO/O2 даёт довольно широкий профиль проникновения у поверхности шва, в то время как низкий уровень потенциала ионизации и теплопроводности создаёт горячую область в центре столба дуги. Это даёт всему шву хорошо сбалансированный в отношении ширина-к-глубине профиль проникновения. В случае применения электродуговой сварки чистая углекислота не может создать струйный перенос металла, а только крупнокапельный, что может привести к большому количеству брызг.

 

Чем дополняются сварочные смеси газов

Кислород (O2) – двухатомный активный компонент, обычно используемый в газовых смесях для электродугового сварочного процесса в концентрациях ниже 10%. Кислород имеет потенциал подводимого тепла, возникающий как из энергии ионизации, так и из его энергии диссоциации (энергии, высвобождаемой путём расщепления молекулы на отдельные атомы в дуге).

 

На рисунке название химического элемента и его свойства

 

Кислород создаёт очень широкий и сравнительно мелкий профиль проникновения с высоким уровнем подводимого тепла у поверхности. Поскольку высокий уровень тепла снижает поверхностное натяжение расплавленного металла, облегчается струйный перенос, равно как и увлажнение у шва, расположенного у кромки наружной поверхности шва. Смеси O2/Ar демонстрируют профиль проникновения на уровне «шляпки гвоздя» при электрической дуговой сварке углеродистой стали, что является наиболее распространённым применением. O2 также используется в тримиксах с CO2 и Ar, где он дает преимущества в виде смачивания и струйного переноса металла.

 

Водород (h3) – двухатомный активный газ, который часто применяется в защитных сварочных смесях в концентрациях менее 10%. Водород в основном используется в аустенитных нержавеющих сталях для того, чтобы облегчить устранение оксидов или увеличить подвод тепла. Как и со всеми двухатомными молекулами, результатом становится более горячий, широкий сварной шов. Для работы с ферритными или мартенситными сталями водород не подходит из-за проблем с растрескиванием. При более высоких концентрациях (30-40%) h3 может использоваться для плазменной резки нержавеющих сталей с целью увеличения мощности и снижения окалины.

 

Азот (N2) – наименее часто используемая добавка для защитных целей. Азот в основном применяется для производства аустенита и для повышения сопротивлению коррозии в дуплексных и супер-дуплексных сталях. Для более детального ознакомления с данным химическим элементом читайте статью: технический азот и его востребованность в промышленной сфере.

 

Выбор защитного газа для конкретного типа сварки

В сварочном деле используются разные газовые смеси, выбор которых зависит от применяемой технологии и материала.

 

MAG: углеродистая сталь

Наиболее часто используемые смеси для данного материала – это Ar/CO2, Ar/O2 или все три компонента вместе.

 

На рисунке представлен пример cварочного полуавтомата фирмы Kaiser

 

• В Ar/CO2 содержание CO2 варьируется от 5% до 25%. Составы с низким содержанием двуокиси углерода обычно используются для струйного переноса металла на материалах большого сечения, или когда требуются низкие подводимые температуры и мелкое проникновение в тонких материалах. Высокое содержание делает возможной работу в режиме короткого замыкания и дает дополнительное очищающее действие и глубокое проникновение в материалах большого сечения. Однако, увеличение содержания углекислоты также означает повышенную скорость расходования легирующих элементов.

• В смесях Ar/O2, содержание O2 варьируется от 2% до 5%. Такая защитная среда обычно используется при работе на достаточно чистых материалах. Многие производители конструкционных сталей используют Ar/O2 потому, что такой состав защитного газа позволяет работать на слегка окисленных базовых материалах. Среды с содержанием кислорода должны оцениваться на предмет потенциала истощения, который может быть значительным при больших концентрациях.

• Содержание O2 и CO2 в тримиксах находится в пределах от 2% до 8%. Составы такого типа хорошо работают как при струйном переносе, так и при переносе в режиме короткого замыкания, и могут быть использованы в работе с материалами разной толщины. Кислород имеет склонность способствовать струйному переносу металла при низких напряжениях, в то время как двуокись углерода способствует проникновению. Тримиксы, содержащие Ar, CO2 и O2, делают возможным производить перенос металла при более низких напряжениях, чем многие двухкомпонентные смеси Ar/CO2.

 

MAG: углеродистая сталь

Наиболее распространёнными газами для работы с нержавеющей сталью являются Ar/CO2 и He/Ar/CO2.

На рисунке изображена схема классификации сталей

 

• Смеси Ar/CO2 обычно имеют около 2% кислорода и показывают хорошие результаты при струйном переносе металла, если допускается небольшое обесцвечивание шва.

• Тримиксы доступны в двух основных типах: насыщенные Ar и насыщенные He. Насыщенные гелием (около 90%) тримиксыиспользуются для работы в режиме короткого замыкания. Они включают небольшое количество аргона для стабилизации дуги и очень небольшое количество углекислоты для проникновения и очистки. Насыщенные аргоном газы обычно имеют около 80% Ar, 1-2% CO2, и He в остатке. Они традиционно используются для струйного переноса металла, поскольку высокое содержание аргона позволяет выполнять такой процесс при сравнительно низких напряжениях, в то время как гелий дает хорошую смачиваемость, плоский профиль шва, и хорошее цветовое соответствие.

 

TIG: алюминий 

Электрическая дуговая сварка алюминия обычно выполняется с чистым аргоном. Однако, при работе с сечениями большого размера возможно увеличение содержания гелия до 75%. Гелий делает возможными значительно лучшую смачиваемость по сравнение с чистым аргоном и более жидкую сварочную ванну, что даёт больше времени на выход примесей, вызывающих пористость. Более высокие концентрации гелия требуют значительно более высокого напряжения для струйного переноса металла, чем в случае с чистым Ar.

 

Также вы можете посмотреть небольшое видео о сварке тонкого алюминия методом TIG:

 

Кстати, больше публикаций о сварочных смесях Вы найдете в этом разделе нашего блога.

 

FCAW: углеродистая и нержавеющая сталь

Флюсовая технология наиболее часто выполняется в защитной среде, состоящей из 20-25% двуокиси углерода и уравновешенной аргоном. Такой состав даёт возможность получить хорошие технические характеристики дуги: CO2 улучшает проникновение и даёт хорошие показатели формирования окалины, в то время как Ar снижает выделение побочных газов. Иногда часть углекислоты заменяется гелием для того, чтобы ещё больше снизить газовыделение. Истощение сплава не является поводом для беспокойства при работе с флюсом, поскольку элементы, подверженные эффектам двуокиси углерода, уравновешиваются содержанием потока при производстве сварочной проволоки.

 

TIG: нержавейка и алюминий 

В то время как в большинстве случаев для сварочного процесса с вольфрамовым электродом используется чистый аргон, некоторые смеси разработаны для того, чтобы упростить проникновение и смачиваемость в алюминии и нержавейке. Большинство из них являются смесями Ar/He, с содержанием гелия от 10% до 75%. Как и в случае с электродуговой сваркой, это добавление гелия облегчает смачиваемость в крупносортном алюминии и нержавеющей стали, в которых малая подвижность сварочной ванны является нежелательной. Для нержавеющей стали 300 серии возможно применение газа, содержащего от 2% до 5% водорода. Такая добавка делает готовый шов гораздо лучше на вид.

 

В компании «Промтехгаз» можно купить защитные сварочные смеси газов по приемлемой цене и с возможность оперативной доставки на производственный объект.

Аргон и гелий, применяемые для сварки в защитных газах

Аргон и гелий — одноатомные инертные газы, в чистом виде не вступающие в химическое взаимодействие с жидким металлом. При сварке с жидким металлом взаимодействуют лишь неизбежные примеси этих газов — кислород и азот.

Химический состав аргона различных марок приведен в табл. 63. Для сварки используют аргон марок А, Б, В, Г или аргон в смеси с гелием (марки Е).

Таблица 63. Химический состав аргона и его смесей.

Наименование газов	Содержание газов (в объемных %) в аргоне марок
	А	Б	В	Г	Д	Е
Аргон (не менее)	99,98	99,95	99,90	95—97	50—90	35—40
Азот (не более)	0,01	0,04	0,08
Кислород (не более)	0,005	0,005	0,015	3-5	—	—
Влага* (не более)	0,07	0,07	0,07	0,07	0,07	0,07
Водород	—	—	—	—	10—50	—
Гелий	—	—	—	—	—	60—65

* Влага указана в г/м³.

Аргон хранится и транспортируется в стандартных стальных баллонах при давлении 150ат в газообразном состоянии. В стандартном баллоне, имеющем емкость 40 л, находится около 6 м³ аргона. Нижняя часть баллонов, предназначенных для хранения чистого аргона, окрашивается в черный, а верхняя — в белый цвет.

На верхней части черными буквами выполняется надпись «Аргон чистый». Аргон — не горючий, не взрывоопасный и не образующий взрывоопасных смесей газ. Однако при работе с аргоном и транспортировке баллонов с ним необходимо соблюдать соответствующие правила ( избегать толчков, нагрева и др.).

Аргон несколько тяжелее воздуха и поэтому его струя при сварке хорошо защищает жидкий металл от соприкосновения с воздухом. Гелий в 10 раз легче аргона, поэтому при сварке расход его на 30—40% больше, чем аргона.

Дуга, горящая в гелии, требует более высокого (в 1,5—2 раза) напряжения, чем дуга, горящая в аргоне, и выделяет больше тепла при одном и том же токе. Из-за большей проплавляющей способности гелиедуговой способ сварки можно считать весьма перспективным.

аргонодуговая, в среде гелия и углекислого газа, технология и особенности выполнения качественного шва

TIG, или WIG – это наименование одного и того же вида сварочных работ – сварки W-электродом в защитной среде, только на разных языках. На немецком языке WIG переводится как Wolfram-Inertgasschweißen. TIG (tungsten – вольфрам) – в англоязычных странах.

Для производства качественного сварного шва требуется удаление водорода, кислорода и азота из расплава. Так удается избежать образования пузырьков или пор. Эту задачу и решила WIG-сварка.

Классификация TIG

По способу зажигания дуги:

1. Касанием об изделие.
2. На выводных планках.
3. С применением осциллятора.

По виду подачи защитного газа:

1. При ламинарном потоке.
2. В газовой камере.

По используемому инертному газу:

1. Аргон применяется чаще других газов, потому что он тяжелее воздуха и не образует взрывчатых смесей. Первый сорт используется для сварки стали и алюминия. Высший применяется для сплавов, для цветных, редких и активных металлов.
2. Гелий – легче воздуха. Два сорта: технический и особой чистоты. Более редкий и дорогой. В его среде электрическая дуга в 1,5-2 раза выделяет больше энергии.
3. Смесь аргона и гелия в пропорциях до 40% аргона и до 65% гелия. Достоинства: стабильность дуги и высокая степень проплавления.
4. Азот используется только для сварки меди. Выпускается четырех сортов.

По техническим признакам.

1. Погруженной дугой.
2. Проникающей дугой.
3. Несколькими W-электродами.

Государственные стандарты

Для организации сварочных работ есть достаточно много государственных стандартов, которые дают пояснения и требования к работам и определяют способы безопасного ведения сварки.

Вот наиболее подходящие документы, характеризующие сварку в среде защитных газов:

• ГОСТ 19521-74;
• ГОСТ 2601-84;
• ГОСТ 14771-76;
• ГОСТ 23518-79;
• ГОСТ 14806-80;
• ГОСТ 27580-88.

Принцип работы аргоновой TIG

Самая распространенная дуговая сварка W-электродом – в защитной среде аргона или его смеси. Аргон намного тяжелее воздуха, поэтому благополучно вытесняет его из зоны свариваемых деталей.

Существует три вида начала сварочной работы:

1. Проведение иглой по металлу.
2. Точечное касание.
3. Бесконтактный розжиг.

В процессе сварки неплавящимся электродом организуется среда инертного газа, в которой зажигается электрическая дуга между вольфрамовым электродом и соединяемыми материалами. Установленное тепло расплавляет кромки соединяемых деталей и присадочной полосы. Присадочная полоса требуется не всегда: только если соединяемые детали невозможно соединить плотно.

По технологии, рабочая длина дуги должна быть короткой – 1,5 … 5 мм. В то же время не допускается касание электрода до свариваемых поверхностей.

Для начала TIG после зажигания дуги сварщик устанавливает правильное положение держателя, наклонив его до 15⁰ от вертикали. При этом методе нужно работать двумя руками. Одной рукой производится работа горелкой, второй – подается присадочный пруток по мере необходимости.

Если присадочная полоса из низкоплавного материала, к примеру, алюминия, сварщик должен держать его на некотором расстоянии от дуги, но не убирать его из зоны инертного газа. Если такой пруток приблизить к дуге, он может расплавиться раньше, не вступив в контакт со сварочной ванной.

Для предотвращения трещин рекомендуют при завершении TIG-сварки ток электродуги снижать постепенно. Это позволит сварному шву затвердеть постепенно и равномерно.

Источники питания

Источники постоянного тока:

1. Универсальный сварочный выпрямитель ВДУ.
2. Источники серии ВСВУ.
3. Специализированный источник ТИР-300Д.
4. Специализированные установки: УДГ-161, УДГ-501-1.

Источник переменного тока: трансформатор для ручной дуговой сварки.

Примерная стоимость аппаратов для TIG сварки на Яндекс.маркет

Инверторные источники питания:

1. Источник ДСУ200АУ.
2. Источник ДС200А.3.

Специфика электродов

Наиболее применяемые электроды марок:

1. ЭВЧ – чистый вольфрам. Используют только на переменном токе.
2. ЭВЛ – вольфрам с окисью лантана.
3. ЭВИ – вольфрам с окисью иттрия.
4. ЭВТ – вольфрам с окисью тория.

Диаметр электрода выбирают по справочной таблице в зависимости от источника питания и марки электрода. Такой электрод имеет температуру плавления около 4000⁰С, поэтому его удобно использовать для сварки металлов, у которых плавление происходит при гораздо меньшей температуре.

Вольфрамовый электрод не выкидывают, а только зачищают и затачивают определенным образом.

Примерная стоимость вольфрамовых электродов на Яндекс.маркет

Особенности выполнения качественного шва

Движение горелкой совершается только вдоль оси шва, что дает более узкий и качественный шов.

Окончание сварки и заваривание кратера выполняется уменьшением величины тока. Ни в коем случае не прекращать сварку удлинением дуги.

Присадка и место сварки всегда должны находиться в среде защитного газа.

Правильное движение электрода:

1. Горизонтальные швы выполняют справа налево, «от себя», «на себя». W-электрод направляют точно в угол. Присадочную проволоку подают впереди горелки.
2. Вертикальные швы: электрод направляется точно в угол под углом. Присадка подается сверху.
3. Потолочные швы ведут «на себя». Горелка расположена почти вертикально. Проволока подается перед горелкой.

Преимущества и сложности сварки в среде инертных газов

Достоинства:

1. Возможность соединения различных металлов, таких, как: разные виды стали, алюминий и его сплавы с магнием, титан, цирконий, медь, молибден, никель, бронза, латунь.
2. Данный вид сварки дает высококачественные соединения.
3. Минимальные деформации в свариваемых деталях из-за небольшой площади прогрева.
4. Скорость выполнения сварки.
5. Техника, не сложная в освоении.
6. Возможность полной автоматизации процесса.

Недостатки:

1. Соединение разнородных материалов, например, углеродистая с нержавеющей сталью, может получиться с порами в сварных швах.
2. Низкая производительность работы по сравнению с дуговой сваркой плавящимся электродом, не говоря уже о полуавтоматической и автоматической сварке.
3. Достаточно трудный способ при ручной сварке. Сварщику нужно одновременно подавать пруток из присадочного материала и работать газовой горелкой.
4. После розжига вне сварочной зоны оставшийся след нужно зачищать.
5. Не очень удобно сваривать детали под острым углом.
6. При работе на улице, особенно в ветреную погоду, увеличивается расход инертного газа.

Техника безопасности

Индивидуальные средства защиты сварщика:

1. Костюм из спецткани, состоящий из брюк и куртки с длинными рукавами.
2. Перчатки сварщиков – защита рук.
3. Маска для защиты от ультрафиолетового излучения дуги. При таком виде сварки дуга горит намного ярче, чем при газовой, и дает более сильное УФ-излучение – солнечное. Это один из главных вредных факторов при сварных работах в среде защитных газов.
4. Сварочный шлем с непрозрачными темными стеклами – защита глаз от вспышек дуги. Такой шлем полностью покрывает голову и шею, защищая от УФ-ожогов. Современные шлемы имеют жидкокристаллические самозатемняющиеся стекла (фотохромные), которые сами регулируют затемнение в зависимости от яркости дуги.

Оборудование рабочего места для сварки:

1. Обязательное наличие вентиляции. В процессе TIG-сварки есть риск образования ядовитых газов и токсичных соединений применяемых материалов для очистки и обезжиривания места сварки. Также возможно образование озона и оксидов азота.
2. Применение прозрачного сварочного щитка из ПВХ-пленки. Это защитит от ультрафиолетового излучения сварочной дуги людей, находящихся рядом.

Ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в инертных газах ниобия и его сплавов

Наибольшее распространение получила ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в камерах с контролируемой атмосферой ниобия и его сплавов, поскольку это оптимальный способ защиты металла шва и околошовной зоны (ОШЗ) от насыщения газами. Сварку ведут в защитной атмосфере, в которой содержание примесей ограниченно (объемные доли, %) — 1×10^-4 кислорода (O₂), 5×10^-4 азота (N₂), 2×10^-4 влаги (H₂O). Подготовка камеры к сварке включает в себя вакуумирование, продувку и заполнение ее инертным газом (аргоном или гелием).

Камеру откачивают до давления ≤3×10^-4 мм рт.ст. Адсорбированный кислород и пары воды с внутренней поверхности камеры удаляют при помощи инфракрасного облучения и промывания сверхчистым гелием. Трубопроводы и вентили коммуникационной системы также необходимо продуть. После проведения всех подготовительных мероприятий камеру заполняют инертным газом до рабочего давления 0,05 ати. Во избежание подсоса воздуха, аргон или гелий закачивают с минимальной скоростью, которая обеспечивает заполнение камеры с незначительным избыточным давлением.

Инертные газы применяют дополнительно очищенные и осушенные, также необходима их постоянная очистка в связи с непрерывным загрязнением газами-примесями, выделяющимися в результате протекания технологических процессов сварки, газовой проницаемости материалов камеры, неплотностей вакуумных систем. Газоочистка позволяет получить среднюю концентрацию примесей кислорода, азота до 1×10^-5%, паров воды до 1×10^-4%.

В процессе сварки содержание примесей в инертном газе повышается и при достижении их концентраций, близких к допустимым, необходимо восстанавливать чистоту инертного газа. Поддержание концентраций примесей ниже допустимых достигается путем непрерывной циркуляции газа через газоочистку с помощью компрессора.

Для сварки используют аргон или гелий. Предпочтение заслуживает гелий, так как при ручной дуговой сварке неплавящимся электродом (TIG, GTAW) в нем величина сварочного тока для проплавления ниобия одной и той же толщины в среднем в 1,5 раза меньше, чем в аргоне. Но при одинаковой чистоте газов аргон (как более плотный) обеспечивает несколько лучшую защиту, чем гелий.

Для устранения возможных прожогов и неравномерного проплавления сборка деталей под сварку должна выполняться при минимальных зазорах. Сварка тонколистового ниобия и сплавов на основе ниобия в камерах с контролируемой атмосферой позволяет получать сварные швы без дефектов, при условии применения оптимальных режимов сварки.

Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки неплавящимся электродом ниобия в защитной камере с инертным газом

Толщина, мм	Сила сварочного тока (Iсв), А	Напряжение на дуге (Uд), В	Скорость сварки (Vсв), м/с	Защитный газ
1	100	8	0,28	Аргон (Ar)
1	175	4	1,12
1	270	10	2,8
2	220	10	0,42
2	420	11	1,68
3	360	12	0,42
1	70	14	0,28	Гелий (He)
1	125	14	1,12
1	200	16	2,24
2	120	16	0,28
2	270	16	1,68

При сварке неплавящимся электродом со струйной защитой сварного соединения инертным газом на воздухе не обеспечивается хорошее качество сварных швов в связи с ненадежностью защиты от примесей-газов атмосферы, вследствие чего этот вид сварки применяется ограниченно.

С этой целью сварку производят с местной защитой при помощи специальных насадок (микрокамер), которые одевают на сварочную горелку для защиты металла шва и околошовной зоны.

С обратной стороны защита обеспечивается струей инертного газа, который подводится к металлу шва через отверстия технологической подкладки. Размеры микрокамеры подбираются из расчета защиты инертным газом остываемого металла вплоть до температуры 200°C.

Расход аргона для металлов толщиной 1-2 мм на защиту зоны сварки и остывающих участков соединений составляет 16 л/мин, на защиту обратной стороны шва — 5 л/мин.

Ниобий можно сваривать на постоянном и переменном токе вольфрамовым электродом. Лучшие результаты получаются при ручной дуговой сварке неплавящимся электродом в среде инертных газов (аргона или гелия) постоянным током прямой полярности.

Смеси для сварки неплавящимся электродом (TIG-сварка)

Скачать презентацию сварочных газовых смесей

Сварочные газовые смеси — гарантия качественной сварки

Смеси для сварки неплавящимся электродом (TIG-сварка)

 Выбор вида сварки определяется исходя из используемых материалов, применяемой технологии, требований, предъявляемых к изделиям, условий сварки, наличия оборудования и проч.

 При TIG-сварке в основном используют аргон исходя из его доступности и сравнительной дешевизны. Будучи тяжелее воздуха, он хорошо защищает дугу и зону сварки. Дуга в аргоне отличается высокой стабильностью. Аргон является основной защитной средой при сварке алюминия, титана, редких и активных металлов.

 Употребление газовых смесей вместо технически чистых газов аргона или гелия в некоторых случаях повышает устойчивость горения сварочной дуги, уменьшает разбрызгивание металла, улучшает формирование шва, увеличивает глубину противления, а также воздействует на перенос металла.

 Смесь из 90% аргона и 10% водорода употребляется при сварке тонкого металла, обеспечивая увеличение скорости сварки, уменьшение зоны термического влияния, количества выгораемых легирующих элементов и остаточных деформаций.

 Смесь аргона с 10-12%; азота позволяет избежать предварительной термообработки, обеспечивая коррозионную стойкость металла шва.

 Добавка к аргону небольшого количества кислорода или другого окислительного газа существенно повышает устойчивость горения дуги и улучшает качество формирования сварных швов.

 Для улучшения борьбы с пористостью к аргону иногда добавляют кислород в количестве 3-5%. При этом защита металла становится более активной. Чистый аргон не защищает металл от загрязнений, влаги других включений, попавших в зону сварки из свариваемых кромок или присадочного металла. Кислород же, вступая в химические реакции с вредными примесями, обеспечивает их выгорание или превращение в соединения, всплывающие на поверхность сварочной ванны. Это предотвращает пористость.

 Газовая смесь аргона с кислородом обычно используется при сварке легированных и низкоуглеродистых сталей. Добавление к аргону кислорода позволяет предотвратить пористость. Наличие кислорода в дуге способствует мелкокапельному переносу электродного металла.

 Гелий используется сравнительно реже. Гелий может применяться в качестве инертного защитного газа при сварке нержавеющих сталей, цветных металлов и сплавов, химически чистых и активных материалов. Гелий легче воздуха, что усложняет защиту сварочной ванны, и , следовательно, требует большего его расхода на защиту. По сравнению аргоном он обеспечивает более интенсивный нагрев зоны сварки. Он обладает высокой теплопроводностью, имеет высокий потенциал ионизации, поэтому при сварке в гелии увеличивается температура дуги, напряжение и ее проплавляющая способность, в связи с чем его иногда используют для проплавления больших толщин или для получения специальной формы шва.

 Часто используют смесь 70% аргона и 30% гелия. Газообразный гелий хранится и транспортируется в стальных баллонах (согласно ГОСТУ 949-73). Баллон окрашен в коричневый цвет с надписью «ГЕЛИЙ» белого цвета.

 Смесь 90% аргона и 10% гелия употребляется при сварке тонкого металла, обеспечивая увеличение скорости сварки, уменьшение зоны термического влияния, количества выгораемых легирующих элементов и остаточных деформаций.

 Наиболее эффективно использование аргоно-гелевой смеси со следующим составом: аргона — 35-40%, гелия — 60-65%. С такой компоновкой можно максимально использовать преимущества обоих газов: аргон стабилизирует дугу, а гелий – хорошо сплавляет металл.

Сферы применения аргонодуговой сварки

 Эффективно использование аргонодуговой сварки для создания перехода между трубами разного диаметра и при сварке неповоротных стыков труб, для чего разработаны различные конструкции сварочных автоматов.

 Несмотря на то, что аэрокосмическая промышленность является основным пользователем TIG-сварки, технологию используют и в ряде других областей, в том числе и в быту.

 В компании «Технические газы» по Вашему желанию изготовят двух, трехкомпонентные смеси для проведения TIG-сварки с различным соотношением входящих газов, например:

• Смесь газовая сварочная Ar/5O₂ (95% аргона — сорт высший (99,993%) и 5% кислорода ГОСТ 5583-78, сорт 1 (99,7%)) используется для сварки тонкого металла плавящимся электродом, при этом повышается стабильность дуги, увеличивается жидкотекучесть сварочной ванны, улучшается сплавление металла , что позволяет увеличить скорость сварки по сравнению со сваркой в аргоне.
• Смесь газовая сварочная Ar/30He (70% аргона — сорт высший (99,993%) +30% гелия марки «А» (99,995%)) применяется для:

√ полуавтоматической и аргонодуговой сварки нержавеющих сталей;

√ полуавтоматической сварки алюминиевых сплавов;

√ сварка цветных металлов и легированных сталей.

 Применение смеси Ar/30He уменьшает пористость металла в сварной зоне и увеличивает прочность соединения.

 По сравнению со сваркой в аргоне увеличивается проплавление и скорость сварки, получается более ровная поверхность шва, что значительно сокращает расходы на сварочную проволоку.

• Смесь газовая сварочная 50Ar/50He (50% Ar — сорт высший (99,993%) +50% He марки «А» (99,995%)) применяется для:

√ аргонодуговой сварки цветных металлов и легированных сталей;

√ сварки материалов практически любой толщины;

√ сварки материалов практически любой толщины.

• Смесь газовая сварочная He/30Ar (70% He марки «А» (99,995%) + 30% Ar — сорт высший (99,993%)) применяется для:

√ аргонодуговой сварки цветных металлов и легированных сталей;

√ аргонодуговой сварки тонких материалов, что может существенно сократить пористость, увеличить скорость сварки и уменьшить (возможно, полностью устранить) необходимость подогрева.

 Высокое содержание гелия в сварочной смеси дает более продуктивную сварочную дугу. 

 ООО «Технические газы» производит защитные газовые смеси для сварки по ТУ 2114-003-49632579-2009, соответствующие основным параметрам качества:

√ соотношение компонентов сварочной газовой смеси;

√ однородность – точное соотношение слоев составных частей газовой смеси;

√ беспримесность – отсутствие посторонних примесей в газовой смеси;

√ стабильность – надлежащее состояние смеси в результате перепада температуры и времени;

√ 

Что случилось с гелием для сварки?

Рис. 1: Сварщик, использующий гелий в качестве защитного газа для GMAW нержавеющей стали, может укладывать широкие валики с большей скоростью, чем если бы он использовал другой защитный газ. Ограничения поставок гелия могут вынудить большее количество сварщиков исследовать альтернативы гелию или, по крайней мере, попытаться уменьшить количество гелия, которое они потребляют во время сварки.

Производители, которые не используют гелий для сварки регулярно, но могут потребовать баллон для новой работы, могут столкнуться со странным обслуживанием клиентов в местном магазине сварочных материалов.Они могут не получить гелий.

Если они это сделают, они могут быть шокированы тем, сколько они платят, особенно если прошло несколько лет с тех пор, как они купили гелий. Фактически, одна крупная компания, поставляющая сварочный газ, объявила о повышении цен на гелий и аргон, еще один газ, часто в сочетании с гелием в газовых смесях, с 10 до 18 процентов по состоянию на начало октября. По общему мнению, эти высокие цены в ближайшее время существенно не снизятся.

Значит, нехватка гелия? По словам Ника Хейнса, руководителя отдела разработки источников гелия компании Linde, это, вероятно, не совсем верно.

«Я бы сказал, что сейчас удовлетворяется более 90 процентов спроса. Подавляющее большинство получают то, что им нужно, или почти то, что им нужно », — сказал он.

Кривая предложения на гелиевом графике, однако, находится в постоянном движении.

Гелий и мир

По оценкам Геологической службы США, текущее мировое потребление гелия составляет немногим более 6 миллиардов кубических футов в год. Хейнс сказал, что в ближайшем будущем мировой спрос, вероятно, вырастет на 2–4 процента.Между тем, Бюро по управлению земельными ресурсами США, которое контролирует запасы гелия в этой стране в Амарилло, штат Техас, стремится выйти из бизнеса по поставкам гелия в ближайшие несколько дней. лет. Учитывая, что на Федеральный резерв гелия приходится примерно 30 процентов мировых запасов гелия, легко понять, как люди могут быть обеспокоены возможной нехваткой гелия.

Вот почему многие пользователи гелия считают правительство США козлом отпущения. Федеральное правительство поощряло частные источники продавать ему свой гелий, потому что этот элемент считался важным для исследования космоса и военного использования в 1950-х годах.Амарилло был выбран в качестве хранилища, потому что в этом районе Техаса есть месторождения природного газа с очень высокой концентрацией гелия. (Гелий — побочный продукт переработки природного газа. Однако не все месторождения природного газа имеют одинаковые уровни концентрации гелия.) В результате правительство США было основным поставщиком гелия в мир в течение последних нескольких десятилетий.

То, что было хорошо для Америки в период холодной войны, не имело большого смысла для страны 1990-х годов, которая утверждала себя на мировом рынке.Поэтому в 1996 году Конгресс решил выйти из гелиевого бизнеса, потребовав распродать запасы к 2015 году. Правительство, в свою очередь, подняло цену на свой гелий, чтобы погасить долг, возникший при его строительстве. нефтеперерабатывающий завод все те годы назад.

Проблема в том, что извлекаемый гелий останется в резерве после крайнего срока 2015 года. Показания перед комитетом сената США по энергетике и природным ресурсам этим летом показали, что «полезный срок службы» водохранилища может быть продлен до 2018 или, возможно, даже до 2020 года.Некоторые члены Конгресса уже этой осенью ввели закон, который сохранит Федеральный резерв гелия. открыто.

Тем временем частный сектор не предпринял никаких действий для увеличения поставок перед лицом возможного закрытия основного источника гелия. Вскоре появятся заводы по очистке гелия, но это не произойдет в одночасье.

Рис. 2: Когда дело доходит до GMAW алюминия, использование гелия в качестве защитного газа приведет к получению сварного шва формы плавления, которая сильно отличается от формы, получаемой при использовании аргона в качестве защитного газа.

«Вы не просто строите гелиевый завод, как вы можете построить сталелитейный завод или цех по производству металла. Ставить гелиевую установку можно только там, где есть запас гелия. В настоящее время в мире существует только 14 источников гелия, и под «источниками» я подразумеваю значительные количества коммерчески жизнеспособных источников гелия », — сказал Хейнс.

Месторождения природного газа с высокой концентрацией гелия можно найти в Алжире, Австралии и Катаре, при этом, по словам Хейнса, в последнем из них будет запущен новый нефтеперерабатывающий завод в первой половине 2013 года.В России тоже есть огромные запасы, но они еще не полностью освоены. Короче говоря, по мере того, как США отказываются от роли поставщика гелия в мире, другие страны будут активнее.

Если посмотреть на спрос, то все тоже изменилось. Производство металлов остается огромным потребителем гелия в качестве защитного газа для сварки (см. Врезку Гелий как защитный газ ), особенно с учетом того, что в цехах растет все больше работ из нержавеющей стали и алюминия. Но это появление двух других секторов — медицинской и электронной промышленности, — которые действительно изменил способ потребления гелия.

Вам когда-нибудь делали магнитно-резонансную томографию (МРТ)? Это стало возможным благодаря гелию, который можно охладить до 4 градусов Кельвина и который используется для отвода тепла от огромного магнита и сверхпроводящего провода при создании магнитного поля. Хейнс подсчитал, что рынок «сверхпроводимости» потребляет около 20 процентов мировых запасов гелия в год.

Сектор электроники — еще одна область, в которой поглощается все больше гелия. Для работы ЖК-дисплеев мониторов, телевизоров и даже мобильных телефонов требуется гелий.Только за последние 10 лет эти товары стали повсеместными, и спрос на электронику будет расти по мере того, как развивающиеся экономики продолжают развиваться.

Гелий в сварке

Излишне говорить, что производители металлов, возможно, не знали всех причин недавних ограничений поставок гелия, но они заметили рост цен. Вот почему люди начинают искать альтернативы.

Одним из наиболее активных направлений развития является сварка нержавеющей стали (см. Рисунок 1 ).Кевин Литтл, старший научный сотрудник Praxair Inc., сказал, что это было основным направлением деятельности с самого начала из-за большого количества применений для сварки нержавеющей стали и возможности найти работоспособные альтернативы гелию для этих работ.

«Например, вы можете использовать водород при сварке нержавеющих сталей. Имеет схожие тепловые характеристики. Но, особенно в аустенитных нержавеющих сталях серии 300, он не создает проблем, которые мы могли бы обнаружить, если бы использовались для углеродистой стали », — сказал Литтл.«Он не реагирует и растворяется в материале».

Он признал, что работа с алюминием была более сложной задачей. Поиск альтернативы смесям гелия / аргона, обладающей схожими характеристиками, такими как теплопроводность, оказался не таким успешным, как работа с нержавеющей сталью.

«Люди используют гелий не просто так. У него есть определенные преимущества », — сказал Литтл.

Возможно, самая большая надежда для сварщиков, которые хотят жить без гелия или, по крайней мере, с меньшим его содержанием, основывается на способности адаптировать весь процесс газовой металлической дуги или порошковой сварки — расходную проволоку, защитный газ и параметры источника питания — к конкретным условиям. специальное сварочное приложение.Литтл сказал, что индивидуальные формы волны могут компенсировать провисание, когда может не хватать альтернативного защитного газа.

Например, теплопроводность защитного газа важна, поскольку высокая температура может повлиять на форму сварного шва и скорость сварки. Если сварщик решит использовать другой газ вместо гелия, он или она могут потерять часть этой способности передавать большое количество тепла во время сварки. Тем не менее, Литтл сказал, что индивидуальная форма волны может быть в состоянии адаптировать более высокий пик напряжения во время сварочный процесс, который может улучшить характеристики теплопередачи.Этот подход также дает надежду на появление некоторых альтернатив гелию и для алюминия.

В других областях производства целью может быть просто ограничение использования гелия. Литтл в качестве примера указал на использование лазера CO ₂ для сварки.

Традиционно гелий используется в качестве защитного газа при лазерной сварке CO ₂ , но доставляется в эту зону неэффективно. В простейшем описании медная трубка просто заливает область сварки гелием при включении лазера.

«Это дорогостоящий способ запустить процесс, но люди это делали именно так, потому что до недавнего времени использование гелия не было значительным фактором в общей стоимости эксплуатации», — сказал Литтл.

По словам Литтла, чтобы сохранить гелий, исследователи определяют, можно ли добавить небольшой процент аргона в смесь защитного газа для получения тех же результатов. Они также изучают новые способы доставки, некоторые из которых напоминают сопла, которые сварщик может использовать при сварке вольфрамовой дугой.

Даже такие незначительные производственные операции, как обнаружение утечек, не защищены от давления гелия. В то время как гелий когда-то был основным газом, используемым в оборудовании для обнаружения утечек, сегодня производители оборудования рассматривают смеси гелия и азота или водород в качестве альтернативы.

Доступность гелия, несомненно, улучшится в ближайшем будущем, но никто не может точно сказать, как будет расти спрос за тот же период времени. Это оставляет производителям металла некоторые решения. Вынудит ли нынешняя ограниченная поставка гелия магазин искать альтернативы, или эта временная нехватка — просто много горячего воздуха?

Гелий в качестве защитного газа

Гелий — инертный газ, что означает, что он не претерпевает никаких химических изменений при воздействии других веществ.Эта характеристика особенно важна в мире сварочных защитных газов. Поскольку характеристики гелия постоянны, исследователи хорошо знают, как он влияет на сварочные работы любого типа.

Гелий обладает хорошей теплопроводностью. Вот почему он обычно используется для тех сварочных работ, в которых требуется более высокая погонная энергия для улучшения смачивания сварного шва. Газ также полезен для обеспечения более высокой скорости движения.

Гелий обычно смешивают с различными количествами аргона в смесях защитных газов, чтобы воспользоваться хорошими характеристиками обоих газов.Например, гелий в качестве защитного газа может помочь обеспечить более широкую и неглубокую картину проплавления во время процесса сварки (см. , рис. 2, ). Однако гелий не может оказывать очищающего действия, как аргон.

Таким образом, производители металла обычно рассматривают смеси аргона и гелия как часть своих рабочих процедур. При газовой дуговой сварке гелий может составлять от 25 до 75 процентов газовой смеси в смеси гелий / аргон. Регулируя состав смеси защитного газа, сварщик может влиять на распределение тепла по сварному шву и, следовательно, на форму поперечного сечения металла шва и скорость сварки.

Для дуговой сварки вольфрамовым электродом (GTAW) в качестве защитного газа чаще используется чистый аргон. Смеси гелия и аргона можно использовать в приложениях, требующих высокой теплопередачи, но эти приложения не получили широкого распространения. Чистый гелий или смеси с высоким процентным содержанием гелия иногда используются в машинах GTAW с отрицательным электродом постоянного тока. Эти приложения обычно включают шов сварка.

Источник: ESAB Welding & Cutting Products

.

Побочный продукт природного газа с уникальными свойствами и использованием

На главную »Нефть и газ» Гелий

Уникальные свойства гелия делают его идеальным газом для многих важных применений

Автор: Хобарт М. Кинг, доктор философии, RPG

Гелиевый дирижабль: Большинство людей слышали о гелии, используемом в качестве подъемного газа для метеозонд, дирижаблей и праздничных шаров. Это очень незначительное использование гелия. Использование, которое потребляет больше гелия, чем любое другое, — охлаждение магнитов в аппаратах МРТ (магнитно-резонансной томографии) в медицинских учреждениях.Фотография дирижабля Goodyear, сделанная Дереком Дженсеном.

Что такое гелий?

Гелий — это химический элемент и инертный газ без цвета, запаха и вкуса. Он имеет наименьший атомный радиус любого элемента и второй по величине атомный вес. Он легче воздуха.

Большинство людей знают, что гелий используется в качестве подъемного газа в дирижаблях и воздушных шарах, но они не могут назвать другого способа который он используется. Гелий используется в качестве охлаждающего газа для аппаратов магнитно-резонансной томографии (МРТ). используется в медицинских учреждениях.Другие важные применения гелия включают: защитный газ для сварки, инертный газ для производства в контролируемой атмосфере, летучий газ, используемый для утечки обнаружения и газа с низкой вязкостью для дыхательных смесей под давлением.

Откуда берется гелий?

В атмосфере Земли очень мало гелия. Это такой легкий элемент, что земное притяжение не может погоди. Находясь на поверхности Земли, неограниченный гелий немедленно начинает подниматься, пока не покинет планету.Вот почему поднимаются воздушные шары!

Гелий, производимый в промышленных масштабах, получают из земли. На некоторых месторождениях природного газа достаточно гелия смешанный с газом, который может быть извлечен при экономичных затратах. Некоторые поля в США содержат более 7% гелия по объему. Компании, которые занимаются добычей природного газа в этих областях, производят природный газ, перерабатывают его и удалить гелий как побочный продукт.

Месторождения гелийсодержащего природного газа: Модель месторождения гелийсодержащих месторождений природного газа в США.Гелий образуется при распаде урана и тория в породах гранитоидного фундамента. Освободившийся гелий обладает плавучестью и движется к поверхности в пористости, связанной с разломами фундамента. Затем гелий движется вверх через пористый осадочный покров, пока не будет захвачен природным газом под слоями ангидрита или соли. Это единственные устойчивые в поперечном направлении типы горных пород, которые способны улавливать и содержать крошечные плавучие атомы гелия. Эта геологическая ситуация встречается только в нескольких местах в мире, и поэтому богатые скопления гелия редки.

Связанные: Новое применение гелия — жесткие диски

Почему гелий содержится в некоторых природных газах?

Считается, что большая часть гелия, удаляемого из природного газа, образуется в результате радиоактивного распада урана и торий в гранитоидных породах континентальной коры Земли. Как очень легкий газ, он плавучий и стремится двигаться вверх при как только он сформируется. Самые богатые скопления гелия находятся там, где существуют три условия: 1) гранитоидный фундамент. породы богаты ураном и торием; 2) породы фундамента раздроблены и нарушены, чтобы обеспечить пути эвакуации для гелий; 3) пористые осадочные породы над разломами фундамента перекрыты непроницаемым уплотнением из галита или ангидрита.[1] При соблюдении всех трех условий гелий может накапливаться в пористом слое осадочных пород.

Гелий имеет наименьший атомный радиус из всех элементов, около 0,2 нанометра. Итак, когда он формируется и начинает двигаться вверх, он может проходить через очень маленькие поры в породах. Галит и ангидрит — единственные осадочные породы, которые могут блокировать восходящую миграцию атомов гелия. Глины, поровые пространства которых забиты большим количеством органических материалов (кероген), иногда служат менее эффективным барьером.

Гелийсодержащие месторождения природного газа: Карта, показывающая месторождения природного газа, которые служат важными источниками гелия в Соединенных Штатах. Природный газ, добываемый на этих месторождениях, содержит от 0,3% до более 7% гелия. Гелий удаляется из газа для коммерческой продажи. Изображение предоставлено Geology.com с использованием данных о местоположении Геологической службы США. [2]

Где природный газ богат гелием?

Наиболее необработанный природный газ содержит как минимум следовые количества гелия.Очень немногие месторождения природного газа содержат достаточно, чтобы оправдать процесс извлечения гелия. Источник природного газа должен содержать не менее 0,3% гелия, чтобы считаться потенциальным источником гелия.

Мировые ресурсы гелия Страна млрд кубометров США 20,6 Катар 10,1 Алжир 8.2 Россия 6,8 Канада 2,0 Китай 1,1 Приведенные выше значения являются оценочными ресурсами гелия на основе сводок полезных ископаемых USGS. [3]

В 2010 году весь природный газ, переработанный для получения гелия в США, поступал с месторождений в Колорадо, Канзасе, Оклахоме, Техас, Юта и Вайоминг, как показано на прилагаемой карте.Поле Хьюготон в Оклахоме, Канзасе и Техасе; Поле Панома в Канзасе; в Киз Филд в Оклахоме; на поля Пэнхэндл Уэст и Клифсайд в Техасе, а также на поля Райли Ридж в Вайоминге приходится большая часть производства гелия в США. [2]

В 2010 году в США было произведено 128 миллионов кубометров гелия. Из этого количества 53 миллиона кубометров гелия. были добыты из природного газа, а 75 миллионов кубометров были изъяты из Национального гелиевого резерва.Другие страны с известными Объемы производства составили: Алжир (18 млн куб. м), Катар (13 млн куб. м), Россия (6 млн куб. м) и Польша (3 млн куб. м). Канада и Китай производили небольшие, но незаявленное количество гелия. [3]

Гелий в аппаратах МРТ: Использование гелия номер один — охлаждение магнитов аппаратов МРТ (магнитно-резонансной томографии), используемых для диагностики заболеваний и травм в медицинских учреждениях.

Новое применение гелия: Первый жесткий диск с гелиевым уплотнением был выпущен в 2013 году.Гелий позволяет приводу потреблять меньше энергии, выделять меньше тепла, производить меньше шума, занимать меньше места, хранить больше данных и производить меньше вибраций, чем стандартный жесткий диск. Узнать больше . Право на фотографию принадлежит iStockphoto / deepblue4you.

Использование гелия

Гелий обладает рядом свойств, которые делают его исключительно подходящим для определенных целей. В некоторых из этих применений гелий является наиболее подходящим газом, а в некоторых нет адекватной замены гелию.Ниже описаны несколько применений гелия, а также свойства, которые делают его пригодным для использования.

Магнитно-резонансная томография

Использование гелия номер один в аппаратах магнитно-резонансной томографии, используемых в медицинских учреждениях. для оценки травм и диагностики заболеваний. Эти машины используют магнитное поле, которое создается сверхпроводящий магнит. Эти магниты выделяют огромное количество тепла. Жидкий гелий — это предпочтительное охлаждающее вещество для регулирования температуры этих магнитов.Поскольку гелий имеет вторая по величине удельная теплоемкость любого газа и самая низкая температура кипения / плавления любого элемента, нет предусмотрена замена гелия в этом очень важном использовании.

Подъемный газ

Гелий имеет второй по величине атомный вес среди всех элементов. Только водород имеет меньший атомный вес. Как газ легче воздуха, гелий использовался в качестве «подъемного газа» для дирижаблей и воздушных шаров. Дирижабли дирижабли, дирижабли, зенитные шары, метеорологические шары и другие летательные аппараты легче воздуха имеют все использовал гелий в качестве подъемного газа.Он намного безопаснее водорода, потому что не воспламеняется. Это было самое главное категория использования гелия до конца Второй мировой войны. В качестве подъемного газа сейчас используется гораздо меньшее количество гелия.

Продувочный газ: Гелий используется НАСА и Министерством обороны для очистки топливных баков и систем подачи топлива ракетных двигателей жидким кислородом и жидким водородом. Гелий инертен и имеет настолько низкую температуру замерзания, что в процессе продувки он остается газом.Поток гелия в эти системы даже использовался во время чрезвычайных ситуаций для тушения пожаров. Изображение НАСА.

Гелиевые дыхательные смеси: Гелий используется для приготовления дыхательных газовых смесей для глубоководных погружений. Гелий инертен и имеет низкую вязкость под давлением, что облегчает дыхание. Изображение NOAA.

Продувочный газ

Гелий имеет самую низкую температуру плавления и кипения среди всех газов. Он плавится и кипит при близких температурах. до абсолютного нуля.Поскольку он остается газом при очень низких температурах, его можно использовать в качестве продувочного газа. для топливных баков и систем подачи топлива, заполненных очень холодными жидкостями, такими как жидкий водород и жидкий кислород. Поскольку он инертен и имеет низкую температуру замерзания, он может безопасно вытеснять это топливо без замерзания. Большое количество гелий используется НАСА и Министерством обороны для продувки ракетных двигательных систем.

Производство в контролируемой атмосфере

Гелий — инертный газ.Единственный газ с меньшей реакционной способностью — неон. Эта низкая реактивность делает гелий — ценный газ для использования в производственных и ремонтных процессах, когда инертная атмосфера обязательный. Гелий также имеет вторую по величине плотность среди всех газов наряду с очень высоким тепловым проводимость. Эти свойства газообразного гелия делают его идеальным выбором для многих металлургических предприятий. процессы, выращивание идеальных кристаллов в химических парах, производство оптических волокон и другие применения.

Обнаружение утечек

Гелий имеет очень низкую вязкость, высокий коэффициент диффузии и самый маленький атом любого элемента.Эти характеристики затрудняют удержание гелия. Если в системе есть утечка, гелий улетучится. Поэтому газообразный гелий используется для проверки герметичности систем высокого вакуума, топливных систем и других защитных кожухов.

Смеси дыхательные

Гелий и другие инертные газы используются для приготовления дыхательных смесей для глубоководных погружений и медицинские процедуры. Гелий здесь используется, потому что он инертен, имеет очень низкую вязкость и легче дышит под давлением. чем любой другой газ.

Сварочный газ

Гелий используется в качестве защитной атмосферы при сварке. Атмосфера инертного газа защищает горячие металлы от окисления и других реакций, которые могут происходить быстро при высоких температурах.

Использование гелия: Относительные количества гелия, потребленные различными видами использования в США в течение 2011 года. График предоставлен Geology.com с использованием данных Геологической службы США.

Гелий: невозобновляемый ресурс

Гелий — это газ, который встречается только при совпадении маловероятных ситуации возникают.Хотя он постоянно образуется в результате распада радиоактивных минералов. в земной коре скорость естественного производства и накопления настолько медленная, что ее следует рассматривать как невозобновляемый ресурс.

Информация о гелии

[1] Гелий в Нью-Мексико : Рональд Ф. Бродхед, Геология Нью-Мексико, , Бюро геологии и минеральных ресурсов Нью-Мексико, Институт горного дела и технологии Нью-Мексико, ноябрь 2005 г. [2] Гелий 2010 : Джозеф Б. Петерсон и Питер Дж. Мадрид, Ежегодник минералов , Геологическая служба США, январь 2012 г. [3] Гелий 2012 : Питер Дж. Мадрид, Mineral Commodity Summaries , Геологическая служба США, январь 2012 г. [4] Продажа национальных запасов гелия : Комитет по пониманию последствий продажи запасов гелия, Национальный исследовательский совет, The National Academies Press, 2010. [5] Свидетельство по Закону о рациональном использовании гелия от 2013 г. : Свидетельские показания в Подкомитете Палаты представителей по энергетическим и минеральным ресурсам, Счетная палата правительства США, GAO-15-734T, 8 июля 2015 г. [6] Быстрорастущие цены на гелий могут взорвать воздушные шары продаж : Рэйчел Роджерс и Шэрон Барриклоу, статья в Decatur Herald-Review, февраль 2015 г.

Избыток гелия и нехватка гелия

В 1925 году Соединенные Штаты создали Национальный запас гелия, который служил стратегическим поставка гелия для использования в дирижаблях и других оборонных целях.В то время страна производила гораздо больше гелия, чем было затрачено. После Второй мировой войны количество гелия, используемого в качестве подъемного газа снизился, но спрос на гелий в качестве продувочного газа при заправке ракетных двигателей и в качестве охлаждающей жидкости в ядерном оружии объекты резко выросли. Тем не менее, гелия производилось больше, чем потреблялось.

В 1995 году Конгресс решил, что национальный запас гелия не является необходимым, и инициировал программа по продаже гелия в рамках Закона о приватизации гелия от 1996 г.[4] Почти два десятилетия Конгресс разрешил продавать гелий с огромной скидкой по сравнению с рыночными ценами. До 1/2 мировой спрос на гелий удовлетворялся за счет продаж из Национального гелиевого резерва. Через несколько лет еще гелий экспортировался из Соединенных Штатов в другие страны, чем потреблялся внутри страны. [2] Те кто закупил гелий у государства, получил фантастическую сделку, а те, кто купил гелий в свободный рынок заплатил гораздо более высокую цену.

Выброс акций National Helium Reserve на рынок снизил цену на гелий настолько, что используется как дешевый заменитель аргона и других газов, запасы которых гораздо менее ограничены.

Поскольку коммерческое производство гелия не было вознаграждено или интенсивно не использовалось, на рынке было недостаточно когда продажи Национального гелиевого резерва были заменены аукционной системой в 2014 году. На первом аукционе два участники торгов закупили весь годовой объем гелия в размере 93 миллионов кубических футов более чем вдвое дороже рыночная цена предыдущего года.После аукциона тем же двум был продан еще 1 млрд куб. Футов. участники торгов. [5]

После первого аукциона цена гелия продолжала расти, потому что производство нового гелия не хватало. потребления. Рост цен привел к инвестированию в новые заводы по переработке гелия. Однако гелий может быть добыта только из месторождений природного газа с солью или ангидратом в качестве ловушки. Это происходит только в нескольких части света.

Согласно действующему законодательству, Национальный запас гелия будет распродан к 2021 году.Надеюсь, рост инвестиций в Установки по извлечению гелия будут достаточными для удовлетворения потребностей потребителей гелия, когда этот важный источник гелия исчезнет.

Найдите другие темы на Geology.com:

Скалы: Галереи фотографий вулканических, осадочных и метаморфических пород с описаниями.	Минералы: Информация о рудных минералах, драгоценных камнях и породообразующих минералах.
Вулканы: Статьи о вулканах, вулканических опасностях и извержениях прошлого и настоящего.	Драгоценные камни: Яркие изображения и статьи об алмазах и цветных камнях.
Общая геология: Статьи о гейзерах, маарах, дельтах, перекатах, соляных куполах, воде и многом другом!	Магазин геологии: Молотки, полевые сумки, ручные линзы, карты, книги, кирки твердости, золотые кастрюли.
	Алмазы: Узнайте о свойствах алмаза, его разнообразных применениях и открытиях.

.

3 Спрос на гелий | Продажа национального запаса гелия

Ядерные реакторы нового поколения

Концепция газонаполненного ядерного реактора, впервые обсуждавшаяся в 1950-х годах, в настоящее время разрабатывается для производства энергии. Два класса реакторов, обычно известные как высокотемпературные реакторы (HTR) и очень высокотемпературные реакторы (VHTR) (включая реакторы с галечным слоем), используют активные зоны с графитовым замедлителем для производства энергии и гелий в качестве теплоносителя.В применении к ядерным реакторам гелий имеет явные преимущества: (1) высокая способность к теплопередаче, (2) химическая инертность и (3) отсутствие образования изотопов и, следовательно, отсутствие вредных радиогенных побочных продуктов. Такие конструкции серьезно рассматриваются и разрабатываются в США, а также в других странах, включая Южную Африку, Нидерланды и Китай. Помимо того, что они являются потенциально значительными источниками энергии, эти реакторы будут иметь критически важное вторичное использование: в качестве высокоэффективных установок для сжигания излишков оружейного плутония.

Согласно отчету Международной группы экспертов по изменению климата за 2007 год, производство электроэнергии с помощью ядерного топлива могло бы стать хорошим вариантом для снижения выбросов парниковых газов. В настоящее время примерно 16 процентов производства энергии во всем мире происходит за счет ядерного деления (IPCC, 2007), при этом в 2005 году было произведено 2 626 ТВтч энергии с использованием 65 500 тонн урана. Ядерные реакторы планируются или предлагаются для Китая, Индии, Японии, Кореи, России и Южной Африки. Количество гелия, необходимое для каждого реактора, оценивается примерно в 1 млн куб. Футов, а уровень потерь составляет примерно 0.1 миллион кубических футов в год. ⁶

Хотя будущие потребности в гелии для производства энергии VHTR и HTR достоверно количественно не определены, потребление гелия в этом конкретном секторе США и во всем мире будет расти. Готовых заменителей нет, учитывая высокие температуры и тепловые нагрузки, требуемые этими объектами. Усилия по переработке и восстановлению могут снизить предполагаемые потери гелия.

Обнаружение утечек

Благодаря своей низкой вязкости и большому коэффициенту диффузии гелий является отличным газом для обнаружения утечек и широко используется в качестве такового в науке и технике.В одном методе обнаружения используется вакуумный насос, чтобы втягивать гелий, распыленный вне системы, через утечку в чрезвычайно чувствительный детектор утечки гелия на основе масс-спектрометра. Этот процесс обнаружения является золотым стандартом для любой отрасли, которая полагается на высокий вакуум, включая промышленность электроники и передовых материалов, в научных исследованиях, а также в испытаниях и производстве больших ракетных двигателей.

.

Трещины в сварных швах? Гелий скажет

Р.А.

В мастерской площадью 6000 квадратных метров на месте, Индийское внутреннее агентство собирает криостат — огромную вакуумную защитную камеру, которая также является самым крупным компонентом машины ИТЭР.

На идеально отполированной круглой поверхности нижней части основания сварщики уступили место специалистам по обнаружению утечек. Митул Патель из ИТЭР Индия и представители Larsen & Toubro Диплен Шах и Наян Десаи выступают в качестве «свидетелей» операции по тестированию на герметичность, проведенной Стефаном Бруннбауэром из немецкого подрядчика MAN.В красном прямоугольнике справа размещены насос и масс-спектрометр, который обнаружит любые атомы гелия, попавшие в «вакуумный ящик» после прохождения сварного шва.

Первые сварочные работы начались в сентябре 2016 года на базе криостата (ярус 1). Сегодня на идеально отполированной круглой поверхности нижней части основания сварщики уступили место специалистам по обнаружению утечек.

Их роль очень важна: после сборки вакуумная камера объемом 8 500 м³ должна быть абсолютно герметичной.Задача серьезная и начинается с качества сварных швов. Перед вводом в эксплуатацию каждый миллиметр сварных швов, облицованных вакуумом, должен быть проверен на герметичность.

Только на ярусе 1 базы криостата необходимо испытать более 100 метров сварного шва. Процесс, хотя и простой по своему принципу, требует кропотливой реализации.

Если в сварном шве есть трещина, пересекающая границу вакуума, независимо от ее размера, это проблема. И чтобы его обнаружить, нужно использовать что-то столь же маленькое. «Мы используем гелий для обнаружения трещин, который является столь же безопасным, сколь и инертным, а атомы которого являются одними из самых маленьких² в периодической таблице», — объясняет Лиам Уорт из Вакуумной секции ИТЭР.«Атомы гелия также имеют низкую вязкость — они« скользкие »».

Процедуры проверки герметичности сварных швов криостата были подготовлены индийской компанией Larsen & Toubro Ltd, производящей компонент; они были представлены и одобрены ИТЭР-Индия и организацией ИТЭР и реализуются немецким подрядчиком компании Larsen & Toubro, компанией MAN.

Выступая в качестве «свидетелей», представители ITER India и Larsen & Toubro присутствуют на всех этапах процесса.

Гелий вводится в коробку, расположенную на нижней стороне компонента, которая очень похожа на ту, что находится на поверхности. Чтобы покрыть все сварные швы, операцию повторяют через каждый метр с перекрытием в несколько сантиметров.

Используемый метод испытания на герметичность гелием заключается в создании «вакуумного бокса» для покрытия поверхности испытуемого сварного шва. Подобным образом создается «гелиевый ящик» прямо под ним, на противоположной стороне сварного шва. Эти тонкие коробки длиной один метр изготовлены из алюминиевой фольги и заклеены липкой лентой, совместимой с вакуумом.

После того, как воздух откачан из вакуумной камеры, гелий под давлением впрыскивается в гелиевую камеру ниже. Если есть трещина, крошечные, легкие и «скользкие» атомы пройдут через дефект и окажутся в вакуумной камере на поверхности стальной пластины. А поскольку верхний блок подключен к высокочувствительному масс-спектрометру, любой атом гелия, прошедший через сварной шов в вакуумный бокс, будет обнаружен.

Чтобы покрыть все сварные швы, операция будет повторяться через каждый метр с перекрытием в несколько сантиметров.

Обнаружение утечки было бы «серьезной проблемой» … но ее тоже можно исправить. «Используя ту же технику обнаружения утечек, но с гораздо более короткой коробкой, нам сначала нужно будет точно определить место утечки», — объясняет Лиам. «Ремонт тогда будет заключаться в шлифовании дефектного сварного шва на всем протяжении стального листа, затем повторной сварке и испытании».

1-Атом водорода меньше, но газообразный водород взрывоопасен.

2-Атомный радиус гелия примерно в три миллиона раз меньше, чем у человеческого волоса.

.