60 3. MATERIAŁY DODATKOWE DO SPAWANIA
lub (coraz częściej) w mieszankach dwu- lub trójskładnikowych tak skomponowanych, aby optymalnie wykorzystać ich cechy fizyczne i chemiczne.
Jednym z podstawowych wymagań, które stawia się przy doborze gazów osłonowych, jest łatwość ich jonizowania, tak aby zapewnić utrzymanie stabilnego łuku spawalniczego. Gazy osłonowe chemicznie aktywne, np. C02, 02, N2, reagują metalurgicznie ze stopionym materiałem spawanym i spoiwem, dzięki czemu uzyskuje się spoiny o określonych właściwościach mechanicznych, plastycznych, odporności na korozję itp. Brak skutecznej osłony ciekłego stopiwa przed dostępem powietrza powoduje porowatość, utlenianie powierzchni i pogorszenie właściwości mechanicznych spoiny.
O skuteczności osłony gazowej, kształcie spoiny i wydajności spawania decyduje wiele właściwości fizycznych i chemicznych gazów (rys. 3.4, tabl. 3.1). Są to:
— aktywność chemiczna,
— potencjał jonizacyjny,
— energia dysocjacj i,
— gęstość,
— przewodność cieplna i elektryczna,
— napięcie powierzchniowe,
— potencjał utleniający,
— rozpuszczalność w stopiwie.
Aktywność chemiczna gazów. Gazy stosowane w spawalnictwie do ochrony łuku, ciekłego metalu i strefy nagrzanej do wysokiej temperatury, do cięcia i procesów pokrewnych mogą być chemicznie całkowicie obojętne (Ar, He), aktywne w wysokiej temperaturze (N2) i aktywne w szerokim zakresie temperatury (02, C02, H2). Pod względem charakteru aktywności chemicznej tlen i dwutlenek węgla wykazują działanie utleniające, a wodór redukujące. Niektóre gazy mogą rozpuszczać się w metalach ciekłych (02, H2, N2), tworzyć związki z metalami lub innymi gazami (02, H2, N2), utleniać (wypalać) pewne pierwiastki (02, C02), podwyższać zawartość węgla (C02), powodować porowatość (02, H2, N2).
Gęstość gazu. Gęstość gazu wpływa na skuteczność osłony. Gazy cięższe od powietrza, takie jak Ar lub C02, wymagają mniejszego natężenia przepływu niż gazy lżejsze, np. hel, którego wydatek powinien być 3-krotnie większy niż argonu.
Przewodność cieplna gazów. Przewodność cieplna atmosfery ochronnej wpływa na rozchodzenie się ciepła w łuku, a więc na rozmiar rdzenia (najgorętszej części) łuku i rozkład w nim temperatury. Decyduje też o przekazywanej energii z łuku do jeziorka metalu i o stratach ciepła w łuku oraz o kształcie spoiny.
Ponieważ argon ma niski współczynnik przewodzenia ciepła, zatem łuk w jego osłonie cechuje się dużą koncentracją (rys. 3.3a), gęstością mocy, wysoką temperaturą i powoduje wąskie, głębokie wtopienie. Gaz o większej przewodności cieplnej, taki jak hel, odprowadza ciepło na zewnątrz łuku, co powoduje, że słup łuku jest szerszy (rys. 3.3b), a temperatura w jego partiach zewnętrznych jest wyższa; łuk jarzący się w helu nazywany jest lukiem gorącym. Podobny, lecz mniejszy wpływ mają gazy H2 i C02, które dają szerokie wtopienie w materiał.