Получение аргона в домашних условиях: Получение аргона в установке и его очистка

alexxlab | 04.05.2023 | 0 | Разное

Содержание

Получение аргона в установке и его очистка

Аргон имеет довольно значительное содержание в воздухе, поэтому его получают как побочный продукт, при добыче кислорода и азота из воздуха в специальных аппаратах методом низкотемпературной ректификации. О данном сопособе получения уже упоминалось в статье о характеристах и свойствах аргона, а здесь мы рассмотрим процесс более подробно.

Содержание

  1. Получение аргона путем двойной ректификации воздуха
    1. Схема аппарата двойной ректификации воздуха
  2. Процесс получения аргона
    1. Присоединение аргонной колонны к аппарату двойной ректификации воздуха
  3. Способы очищения аргона

Получение аргона путем двойной ректификации воздуха

Аргон по летучести занимает промежуточное положение между азотом и кислородом – основными компонентами воздуха. Этим и объясняется специфическое поведение аргона при ректификации жидкого воздуха. Окончательное разделение жидкого воздуха на азот и кислород производится в колонне низкого давления воздухоразделительного аппарата. Дистиллятом этой колонны является газообразный азот, а нижним продуктом – газообразный или жидкий кислород.

Схема аппарата двойной ректификации воздуха

  1. колонна высокого давления
  2. колонна низкого давления
  3. промежуточный койденсатор-испаритель

В верхней части колонны низкого давления аргон выступает в роли тяжелолетучего (по сравнению с азотом) компонента, а в нижней части – легколетучего (по сравнению с кислородом). Этим объясняется существование в колонне низкого давления зон повышенной концентрации аргона в обеих секциях колонны – концентрационной (выше ввода жидкости из куба колонны высокого давления) и отгонной (ниже ввода). На распределение аргона по тарелкам ректификационной колонны низкого давления сильно влияет сопутствующий ему третий компонент – кислород. Содержание аргона в зоне повышенной концентрации верхней секции колонны возрастает по мере уменьшения содержания кислорода в дистилляте при неизменном составе продукционного кислорода (этого можно достичь увеличением числа тарелок в колонне).

Процесс получения аргона

Схематично процесс добычи аргона описывается следующим образом. Вначале воздух очищается от пыли и сжимается до сжижения. Жидкий воздух подвергается ректификации с целью разделения его на составные части. Получающаяся аргоно-азотно-кислородная смесь (сырой аргон) затем очищается от кислорода и азота.

Разделение воздуха и попутное извлечение из него аргона в промышленном масштабе осуществляется путем сжижения и ректификации при низкой температуре.

Жидкий кислород под давлением 101 кПа кипит при температуре -182,9°С, а жидкий азот – при температуре -195,8°С. Поэтому пары жидкого воздуха при кипении обогащаются легкокипящим азотом, температура кипения которого почти на 13°С ниже, чем у кислорода. Одновременно происходит обогащение кипящей жидкости кислородом. Благодаря этому, в ректификационной разделительной колонке, где непрерывно кипит жидкий воздух и конденсируются его пары, удается получить одновременно кислород (в нижней части) и азот – (в верхней части). Большая часть жидкого аргона, температура кипения которого -185,3°С, скапливается в средней части колонки, откуда в смеси с кислородом и азотом отводится (так называемая аргонная фракция) в специальную аргонную колонну, смонтированную вместе с воздухораспределительным аппаратом. Здесь аргонная фракция (содержащая 8-12% аргона, 0,2-0,3% азота, остальное – кислород) подвергается дополнительной ректификации и обогащается аргоном до 85-95% (остальные 15-5% составляет смесь азота и кислорода). Этот продукт называют сырым аргоном, из него на последующих этапах очистки получают чистый Ar.

Присоединение аргонной колонны к аппарату двойной ректификации воздуха

  1. воздухоразделительный аппарат
  2. аргонная колонка
  3. переохладитель

Способы очищения аргона

Сырой аргон от кислорода можно очищать несколькими способами. Один из них основан на каталитическом окислении водорода, содержащегося в сыром аргоне, при температуре 400-500° С. Вследствие тоге, что при этом способе продукты реакции смешиваются с очищенным аргоном, необходимо, чтобы они легко отделялись от него. Для этой цели применяется только электролитический водород, не содержащий примесей, загрязняющих аргон. Так как при этом способе очистки содержание кислорода не должно быть более 2-2,5%, в схеме предусмотрена циркуляция газа для разбавления сырого аргона очищенным газом, не содержащим кислорода. Циркуляция газа осуществляется с помощью газодувки.

Водяной пар, полученный в результате соединения водорода с кислородом в контактном аппарате, конденсируют в холодильнике и удаляют через влагоотделитель, после чего газ осушают. Полученная смесь аргона с азотом подвергается ректификации по схеме, которая аналогична применяемой при ректификации воздуха. При этом используется насос для жидкого аргона, что позволяет избежать загрязнения чистого газа при его сжатии и заполнении баллонов. При помощи компрессора смесь аргона и азота сжимается и через ресивер подается в блок адсорбционной осушки, где из нее удаляются остатки влаги. После этою через теплообменник смесь поступает в ректификационную колонку, где охлаждается до температуры сжижения выходящими из колонки продуктами разделения – азотом и аргоном.

Для обеспечения условий ректификации и восполнения потерь холода в ректификационную колонку подают жидкий азот и парообразную кислородно-азотную смесь из основного воздухоразделительного аппарата. Чистый Ar собирается в нижней части колонки, а «отбросный» азот отводится в атмосферу из верхней части колонки через теплообменник.

Существуют и другие способы его получения, например при производстве синтетического аммиака. Его получают при синтезе азотно-водородной смеси в колонках. В продувочном газе содержится 10-19% аргона, и именно из этого газа его и извлекают.

Считается, что аргон, выделенный при производстве аммиака, имеет более низкую себестоимость.

В любом случае качество газа зависит от совершенства систем очистки и от точности определения малых примесей азота, кислорода, водорода и паров воды в аргоне.

Полуавтоматическая сварка аргоном: преимущества технологии

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Принцип полуавтоматической сварки аргоном
  • Преимущества и недостатки полуавтоматической сварки аргоном
  • Важные нюансы полуавтоматической сварки аргоном
  • Об использовании полуавтомата при работе с нержавеющей сталью
  • О полуавтоматической сварке аргоном чугуна
  • Пошаговый процесс сварки полуавтоматом в среде аргона
  • О выборе оборудования для полуавтоматической сварки аргоном

Полуавтоматическая сварка аргоном является предпочтительным методом металлообработки, если необходимо получить сварной шов высокого качества. Сваривание деталей в среде инертного газа гарантирует отсутствие коррозии, а также позволяет ускорить рабочий процесс без потери качества.

В нашем материале описаны основные принципы работы с полуавтоматом в среде защитного газа, даны рекомендации по выбору оборудования, а также описан сам процесс. Изучив статью, у вас сложится четкое представление об этом виде сварки.

 

Принцип полуавтоматической сварки аргоном

Полуавтоматическая аргонодуговая сварка представляет собой механизированный процесс. В данном случае электродная проволока подается в рабочую зону с постоянной или переменной скоростью, параллельно с этим осуществляется подача аргона из баллона.


За рубежом для обозначения полуавтоматической сварки в среде аргона часто используется аббревиатура MIG. Точнее говоря, таким образом обозначают любые работы в среде неактивных газов.

Если сравнивать сварку аргоном с работой в среде других газов, то первый вариант отличается лучшим соотношением цены и качества.

Рекомендуем статьи по металлообработке

  • Марки сталей: классификация и расшифровка
  • Марки алюминия и области их применения
  • Дефекты металлический изделий: причины и методика поиска

Нужно понимать, что за счет полуавтоматической сварки удается справиться с проблемой неравномерного нагрева заготовки и защиты сварного соединения. Такой эффект достигается за счет того, что зона сварки защищается инертным газом, а подача присадочной проволоки регулируется в соответствии с автоматической подстройкой силы тока. За подачу проволоки отвечает протяжный механизм, а при помощи грамотно выбранного соотношения скорости подачи и температуры плавления достигается равномерное заполнение шва.

Полуавтоматическая сварка аргоном имеет такие особенности:

  • Обеспечивает защиту шва от окисления.
  • Аргон является инертным газом, поэтому не способен вступать в реакцию металлом заготовки.
  • Газ вытесняет из зоны сварки воздух, оберегая таким образом сварной шов от окисления. Данная функция наиболее важна для качественной обработки цветных металлов.
  • Обеспечивает повышенную прочность соединения.

Преимущества и недостатки полуавтоматической сварки аргоном

За счет сварочных полуавтоматов удается избежать корродирования шва. Оптимальным считается сочетание: 98 % аргона и 2 % углекислого газа. Но в некоторых случаях вполне может применяться пропорция 70/30, ведь такая смесь обходится дешевле. Немаловажно, что в процессе полуавтоматической сварки аргоном проволока подается без участия человека, что экономит время, силы специалиста, а значит, благотворно сказывается на производительности труда.


Еще одна особенность современных полуавтоматов состоит в том, что они обеспечивают охлаждение горелки. Подобные устройства подходят даже для сварки в труднодоступных местах и позволяют без труда разжечь дугу.

 

Полуавтоматическая техника не сложнее в работе, чем традиционные ручные устройства, поэтому даже неопытные сварщики без труда могут с ней справиться. Немаловажно, что она обеспечивает удобную настройку параметров работы.

Среди достоинств данного типа АДС необходимо назвать:

  • простой поджиг дуги;
  • увеличение производительности труда;
  • простоту и понятность настройки параметров работы;
  • возможность сварки заготовок малой толщины;
  • меньшие временные затраты, так как исключаются этапы зачистки швов от шлака и замены электродов.

Аппараты для полуавтоматической сварки в среде аргона обеспечивают:

  • наглядность процесса;
  • возможность следить за процессом формирования соединения;
  • освобождение пространства;
  • возможность накладывать шов даже на тонкие детали;
  • отсутствие необходимости часто менять электроды, дополнительно обрабатывать швы.

Если говорить о минусах данной технологии, то основными являются высокая цена оборудования и его малая мобильность. Нередко можно услышать, что при сварке в среде аргона получается пористый шов – чаще всего дефект вызван ошибками и недостатком знаний у самих специалистов. Они забывают про соблюдение пропорций при смешивании газа. Еще одна причина может крыться в неполадках оборудования. В целом, исправные полуавтоматы таких проблем не доставляют.

Важные нюансы полуавтоматической сварки аргоном

Для сварки может использоваться чистый аргон или в сочетании с другими защитными газами. Его основная особенность состоит в инертности, из-за чего не происходит реакции с металлом изделия. При этом аргон не позволяет протекать окислительным процессам на сварном шве, что наиболее важно в случае работы с цветными металлами. Дело в том, что последние очень быстро окисляются, контактируя с воздухом, а именно с содержащимися в нем кислородом и азотом. Аргон вытесняет из сварочной зоны все остальные газы, за счет чего получается более прочный шов, удается избежать высокой пористости свариваемого металла.


Полуавтоматическая сварка в среде аргона имеет ряд особенностей, отличающих данную технологию от остальных. Нужно понимать, что этот газ может применяться в сочетании с плавящимися (проволокой) и с неплавящимися электродами. В процессе работы сварщику необязательно обрабатывать поверхность заготовки от окислов, особенно если речь идет о соединении алюминиевых деталей. Сварка последних осуществляется при помощи алюминиевой проволоки диаметром в пределах 1-2 мм. При этом скорость подачи проволоки составляет 150–650 м/ч, а сила тока не может превышать 300 А.

Сварка предполагает достаточно большой расход аргона. В полный баллон входит примерно 6 000 л, а расход газа при сварке полуавтоматом составляет от 300 л/ч. Сварщик подбирает оптимальный режим работы оборудования на основании инструкции к полуавтомату. Сила тока и скорость подачи проволоки устанавливаются в соответствии с толщиной металлического изделия.

Использование полуавтомата при работе с нержавеющей сталью

При помощи различных способов сварки нержавеющей стали получаются швы, отличающиеся по качеству. Если речь идет об обработке в безгазовой среде, используется порошковая проволока. В результате формируется ровный, красивый шов. Правда, нужно быть готовым к тому, что со временем на нем могут появиться очаги коррозии.

Чтобы избежать этого, сварщики используют полуавтомат со стальной проволокой и углекислотой. Газ должен включать 2 % углекислоты и 98 % аргона. Либо для удешевления работ допускается использовать пропорцию 30 % на 70 %, где большая часть также приходится на аргон.


В процессе полуавтоматической сварки аргоном присадочная проволока подается механически. Немаловажно, что при использовании такой техники происходит охлаждение горелки, за счет чего повышается качество соединения. Кроме того, удается изменять скорость подачи проволоки и накладывать швы даже в труднодоступных местах.

До начала сварки необходимо подготовить соединяемые детали:

  • Зачистить поверхность металлической щеткой, обезжирить уайт-спиритом, ацетоном либо авиационным бензином.
  • Прогреть детали до +100 °C – таким образом сварочная зона просушивается от влаги.

Благодаря полуавтоматической сварке аргоном свойства стали остаются неизменными, что является большим плюсом технологии. Стоит отметить, в процессе работы проволока из никелевого сплава сгорает интенсивнее, а это положительно отражается на качестве шва.

Полуавтоматическая сварка аргоном чугуна

Бытует мнение, что аргон подходит исключительно для работы с цветными металлами, но это не так, ведь достаточно часто он используется и для сварки чугуна, стали.


Чугун является сплавом на основе железа и углерода. Данный металл сложно сваривать, так как на швах часто появляются трещины и поры. Кроме того, чугун стремительно окисляется. По этой причине его сварку обычно осуществляют при помощи порошковой проволоки или аргона, ведь последний позволяет формировать швы без шлака. Это важно, ведь сварка чугуна до сих пор актуальна при ремонте автомобилей старого производства.

Для соединения деталей из чугуна выбирают проволоку на основе вольфрама. В большинстве случаев применяют общий или местный подогрев металла, хотя может использоваться и холодный способ. Также мастер может выбирать между постоянным и переменным током, сила которого зависит от толщины металла изделия и диаметра проволоки. Нужно понимать, что в норме на 1 мм проволоки должно приходиться 50–90 А тока. Для таких работ подходит графитная, чугунная проволока, а также выполненная на основе меди и железа, никеля.

Пошаговый процесс сварки полуавтоматом в среде аргона

В первую очередь важно убедиться в готовности аппаратуры, а именно настроить режим работы полуавтомата, установить силу тока, напряжение, скорость подачи проволоки. Если при полуавтоматической сварке аргоном используется алюминиевая проволока, лучше выбрать подающий механизм тянущего типа. Тогда как толкающий больше подходит для стальной проволоки. При толщине материала изделия до 3 мм сила тока устанавливается в пределах 120–145 А, а скорость движения проволоки – 900 м/ч.

Еще один важный нюанс – полярность. Чаще всего для такой работы используется постоянный ток с обратной полярностью. То есть на изделие подается «-», а на горелку с проволокой – «+».

В процессе подготовки необходимо очистить поверхности изделий. Кромки алюминиевых заготовок протирают ацетоном, после чего обрабатывают металлической щеткой. Это необходимо, чтобы избавиться от поверхностной пленки, осложняющей сварочные работы.


Когда все предварительные этапы выполнены, переключатель подачи проволоки приводится в рабочее положение, зажигается электрическая дуга. Если используется плавящаяся проволока, для этого достаточно прикоснуться к металлу. Лучше убедиться, что режим сварки выбран верно, не на изделии, а не любой другой заготовке. Только после этого можно переходить к сварке.

Сопло горелки должно двигаться в одном направлении, при этом стоит избегать поперечных движений. При обработке вертикальных изделий сопло перемещается сверху вниз. Наиболее рациональным считается сварка на высокой скорости с однослойным швом. Если ведется работа с металлом большой толщины, его подогревают до 150–300 °C.

Выбор оборудования для полуавтоматической сварки аргоном

Полуавтоматическая сварка в среде аргона осуществляется оборудованием трех видов:

  • Специализированным, предназначенным для обработки заготовок одного типа.
  • Специальным – устанавливается на промышленных производствах и используется для заготовок с одинаковым типоразмером.
  • Универсальным, которое может применяться для всех видов работ с аргоном, в том числе для обработки нержавеющей стали.

Аргонодуговая сварка полуавтоматом может осуществляться и инверторными, и трансформаторными устройствами. Первые более надежны, так как более устойчивы к нагрузкам. Правда, такие аппараты отличаются относительно низким КПД. Но из-за них возникает не так много помех в работе другой электротехники.

Еще одно достоинство сварочного инвертора по сравнению с трансформаторным устройством кроется в малом весе. Его можно точно и адекватно настроить, он помогает стабилизировать сварочный ток. Но нужно быть готовым к тому, что подобные приборы очень чувствительны к конденсату – избежать лишних проблем поможет бережное обращение с техникой.


Устройства для полуавтоматической сварки аргоном делят на типы по следующему принципу:

  • бытовые аппараты, предполагающие использование тока до 200 А, ведь для ремонта в домашних условиях большие показатели не требуются;
  • полупрофессиональный класс с силой тока 200–300 А, который справляется с систематическими простыми ремонтными работами;
  • техника для специалистов с силой тока от 300 А – применяется для многочасовой повседневной работы, подходит даже для очень сложных условий.

Также для полуавтоматической сварки аргоном необходимы:

  • Специальная горелка с вольфрамовым расходником.
  • Осциллятор, который отдельно подключается к источнику питания. Он позволяет разжигать дугу при работе с неплавящимся вольфрамовым расходником за счет подачи высокочастотных импульсов, в результате чего происходит ионизация дугового промежутка. Для обычной сети характерны частота 55 Гц, напряжение 220 В – за счет использования осциллятора данные показатели возрастают до 500 кГц и 6 000 В.
  • Контактор, необходимый для подачи напряжения на горелку.
  • Реле – элемент, ответственный за включение и отключение контактора и осциллятора.
  • Электроды из вольфрамовой основы с проволокой с соответствующим диаметром.
  • Аргоновый баллон с редуктором.
  • Выпрямитель – обеспечивает постоянный ток с напряжением 24 В.
  • Амперметр – для замеров силы тока.
  • Таймер – позволяет контролировать время обдува аргоном.
  • Электрогазовый клапан для подачи постоянного тока на 24 В или переменного тока на 220 В.
  • Фильтр для контроля высоковольтных импульсов из осциллятора.
  • Аккумулятор для последовательного подключения в электрическую цепь для стабилизации переменного тока.

В случаях, когда производится полуавтоматическая сварка аргоном металлов с более толстыми краями либо необходимо увеличить показатели производительности, могут применяться:

  • Специальная горелка для параллельного использования нескольких вольфрамовых электродов. Данная технология позволяет повысить качество и прочность шва, положенного на высокой скорости.
  • Приспособление для нагревания присадочной проволоки.
  • Пульсирующий ток на время пауз его поступления, из-за которых происходит кристаллизация металла. Если движение дуги синхронизировано с импульсами тока, плавка будет эффективна вне зависимости от положения в пространстве.

Также при полуавтоматической сварке аргоном нельзя забывать о безопасности: сварщик должен работать в спецодежде, использовать средства индивидуальной и коллективной защиты. К последним относятся вентиляция, система заземления, ограждения, маска/щиток, рукавицы, обувь. Запрещается сваривать изделия, если на их поверхности есть горюче-смазочные вещества. При соблюдении всех правил за счет использования полуавтомата в среде аргона удается выполнять сварочные работы на действительно высоком уровне.

Заправка баллонов аргоном в домашних условиях. | Homebrew Talk

JavaScript отключен. Для лучшего опыта, пожалуйста, включите JavaScript в вашем браузере, прежде чем продолжить.