آرگون وCO2 | سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص وترکیبی دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146837072 – 09033158778
در دنیای صنعتی امروز، گازهای مخلوط نقش حیاتی در طیف گسترده‌ای از کاربردها ایفا می‌کنند. یکی از این گازهای مخلوط پرکاربرد، ترکیب آرگون با دی‌اکسید کربن (CO2) است که به طور گسترده در فرآیندهای جوشکاری، به ویژه جوشکاری MIG (Metal Inert Gas)، مورد استفاده قرار می‌گیرد. نسبت‌های مختلف این دو گاز، خواص و کارایی متفاوتی را برای کاربردهای خاص فراهم می‌آورد. این مقاله به طور تخصصی به فرآیند شارژ کپسول‌های 40 لیتری حاوی مخلوط 18 درصد CO2 در آرگون می‌پردازد. هدف این مقاله، ارائه یک راهنمای جامع و تفصیلی برای درک کامل جنبه‌های فنی، ایمنی و عملیاتی این فرآیند است.
بخش اول: آشنایی با گازهای تشکیل دهنده مخلوط ( co2 در آرگون )
1.1. آرگون (Argon – Ar)
آرگون یک گاز نجیب (خالص) است که از نظر شیمیایی بسیار پایدار است و تمایل کمی به واکنش با سایر عناصر دارد. این ویژگی، آرگون را به عنوان یک گاز محافظ ایده‌آل در فرآیندهای جوشکاری تبدیل کرده است. در هنگام جوشکاری، آرگون با ایجاد یک محیط بی‌اثر در اطراف حوضچه مذاب، از اکسیداسیون و آلودگی فلز جوش جلوگیری می‌کند و به ایجاد یک جوش تمیز و با کیفیت بالا کمک می‌نماید.
خواص فیزیکی آرگون:
جرم مولی: 39.948 گرم بر مول
نقطه جوش: -185.85 درجه سانتیگراد (87.3 کلوین)
نقطه ذوب: -189.3 درجه سانتیگراد (83.85 کلوین)
چگالی (در شرایط استاندارد): 1.784 کیلوگرم بر متر مکعب (حدود 1.38 برابر هوای خشک)
رنگ، بو و طعم: بی‌رنگ، بی‌بو، بی‌مزه
قابلیت اشتعال: غیرقابل اشتعال
خواص الکتریکی: هدایت الکتریکی بالا پس از یونیزاسیون، که در فرآیند جوشکاری مهم است.
کاربردهای آرگون:
جوشکاری: به عنوان گاز محافظ در جوشکاری MIG، TIG (Tungsten Inert Gas) و پلاسما.
لامپ‌ها: در لامپ‌های رشته‌ای برای جلوگیری از اکسید شدن تنگستن و در لامپ‌های فلورسنت.
علم مواد: در فرآیندهای تولید نیمه‌هادی‌ها و عایق‌بندی پنجره‌ها.
صنعت هوافضا: در فرآیندهای خاص و تجهیزات محافظ.
1.2. دی‌اکسید کربن (Carbon Dioxide – CO2)
دی‌اکسید کربن، گازی غیرقابل اشتعال و نسبتاً واکنش‌ناپذیر در دماهای پایین است، اما در دماهای بالا، به ویژه در فرآیند جوشکاری، نقش فعالی ایفا می‌کند. افزودن CO2 به آرگون در جوشکاری MIG، انتقال فلز را بهبود می‌بخشد و باعث عمیق‌تر شدن نفوذ جوش می‌شود. همچنین، CO2 به دلیل جذب تابش گرمایی بیشتر در قوس الکتریکی، به تثبیت قوس کمک می‌کند.
خواص فیزیکی دی‌اکسید کربن:
جرم مولی: 44.01 گرم بر مول
نقطه جوش (در فشار اتمسفر): -78.5 درجه سانتیگراد (194.65 کلوین) – تصعید می‌شود.
نقطه بحرانی: 31.1 درجه سانتیگراد (304.25 کلوین)، فشار بحرانی 7.38 مگاپاسکال
چگالی (در شرایط استاندارد): 1.977 کیلوگرم بر متر مکعب (حدود 1.53 برابر هوای خشک)
رنگ، بو و طعم: بی‌رنگ، بوی ضعیف اسیدی، مزه کمی ترش
قابلیت اشتعال: غیرقابل اشتعال
خواص شیمیایی در دماهای بالا: در دماهای بالای 2000 درجه سانتیگراد، شروع به تفکیک شدن به مونوکسید کربن (CO) و اکسیژن (O2) می‌کند. این واکنش در جوشکاری اهمیت دارد.
کاربردهای دی‌اکسید کربن:
جوشکاری: به عنوان گاز فعال در جوشکاری MIG (به ویژه برای فولادهای کربنی) و فرآیندهای لحیم‌کاری.
صنایع غذایی: در نوشابه‌های گازدار، انجماد سریع مواد غذایی، و به عنوان اطفاء کننده حریق.
صنایع شیمیایی: در تولید اوره و سایر مواد شیمیایی.
سیستم‌های اطفاء حریق: به عنوان عامل اطفاء کننده.
بخش دوم: مخلوط 18 درصد CO2 در آرگون
مخلوط 18 درصد CO2 در آرگون، یک مخلوط گازهای جوشکاری بسیار محبوب و پرکاربرد است که تعادل مناسبی بین خواص محافظتی آرگون و خواص فعال‌کننده CO2 ایجاد می‌کند. این مخلوط عمدتاً برای جوشکاری فولادهای کربنی با روش MIG استفاده می‌شود.
مزایای استفاده از مخلوط 18 درصد CO2 در آرگون:
نفوذ عمیق‌تر: حضور CO2 باعث افزایش انرژی ورودی به حوضچه مذاب و در نتیجه عمیق‌تر شدن نفوذ جوش می‌شود که برای اتصال قطعات ضخیم‌تر بسیار مفید است.
پایداری قوس: CO2 به پایداری قوس جوشکاری کمک کرده و پاشش مذاب را کاهش می‌دهد، هرچند نسبت بالای CO2 می‌تواند منجر به افزایش پاشش شود. در مخلوط 18 درصد، تعادل خوبی برقرار است.
قیمت مناسب‌تر: در مقایسه با مخلوط‌های با درصد آرگون بالاتر یا گازهای محافظ کاملاً بی‌اثر، این مخلوط معمولاً مقرون به صرفه‌تر است.
کیفیت جوش: برای فولادهای کربنی، این مخلوط به طور کلی کیفیت جوش قابل قبولی را ارائه می‌دهد و خواص مکانیکی مطلوب را تضمین می‌کند.
کاربردهای خاص مخلوط 18 درصد CO2 در آرگون:
جوشکاری MIG ورق‌های فولادی نازک تا متوسط.
جوشکاری رباتیک و اتوماتیک در صنعت خودرو.
جوشکاری سازه‌های فلزی سبک و متوسط.
کاربرد در صنایع تولیدی که نیاز به سرعت و اقتصادی بودن فرآیند دارند.
بخش سوم: مشخصات کپسول 40 لیتری
کپسول‌های گاز صنعتی در اندازه‌ها و فشارهای مختلفی تولید می‌شوند. کپسول‌های 40 لیتری از رایج‌ترین انواع مورد استفاده در صنایع مختلف هستند.
مشخصات کلی کپسول 40 لیتری :
حجم: 40 لیتر (این حجم به حجم داخلی سیلندر اشاره دارد، نه حجم گاز قابل پر شدن در فشار استاندارد).
فشار کاری: معمولاً فشارهای کاری استاندارد برای گازهای فشرده در حدود 150 بار (150 atm یا 15 MPa) یا 200 بار (200 atm یا 20 MPa) است. این مقدار به نوع گاز و استانداردهای تولیدکننده بستگی دارد. برای مخلوط‌های گازی، فشار پر شدن معمولاً مطابق با استانداردهای مربوطه تعیین می‌شود.
فشار تست: فشارهای تست معمولاً بالاتر از فشار کاری برای اطمینان از استحکام کپسول در نظر گرفته می‌شود (مثلاً 200 یا 250 بار برای کپسول‌های 150 بار کاری).
جنس بدنه: عمدتاً از فولادهای آلیاژی با مقاومت بالا ساخته می‌شوند تا بتوانند فشارهای بالای گاز را تحمل کنند.
سوپاپ (والو): دارای یک سوپاپ استاندارد برای اتصال رگولاتور یا سایر تجهیزات است. نوع سوپاپ (مانند CGA 580 برای آرگون و بسیاری از گازهای صنعتی دیگر در آمریکا، یا استانداردهای اروپایی) بر اساس منطقه جغرافیایی و نوع گاز متفاوت است. برای مخلوط‌های گازی، ممکن است سوپاپ‌های خاصی در نظر گرفته شود.
وزن: وزن کپسول خالی بسته به ضخامت دیواره و جنس بدنه متغیر است، اما معمولاً بین 40 تا 60 کیلوگرم متغیر است.
رنگ: رنگ کپسول‌ها بسته به نوع گاز و استانداردهای ملی یا منطقه‌ای متفاوت است. برای آرگون معمولاً آبی یا خاکستری و برای CO2 قرمز یا سبز استفاده می‌شود، اما برای مخلوط‌ها، استانداردهای خاصی وجود دارد که باید رعایت شود.
بخش چهارم: فرآیند شارژ کپسول 40 لیتری مخلوط 18 درصد CO2 در آرگون
شارژ کپسول‌های گاز مخلوط نیازمند دقت بالا و رعایت اصول ایمنی است، زیرا ترکیبات گازی و فشارهای بالا می‌توانند خطرناک باشند. این فرآیند در واحدهای مخصوص شارژ گاز صنعتی انجام می‌شود.
4.1. تجهیزات مورد نیاز
مخازن مادر (Storage Tanks): مخازن بزرگ و تحت فشار حاوی گاز آرگون و گاز CO2 به صورت خالص. این مخازن منبع اصلی گاز برای فرآیند شارژ هستند.
کمپرسور یا پمپ گاز: بسته به نوع گاز و فشار مورد نیاز، از کمپرسورهای مخصوص گازهای فشرده (مانند کمپرسورهای پیستونی یا کمپرسورهای گریز از مرکز) استفاده می‌شود. برای گازهایی که به صورت مایع ذخیره می‌شوند (مانند CO2 مایع در فشار بالا)، از پمپ‌های مخصوص مایعات تحت فشار استفاده می‌شود.
سیستم اختلاط گاز (Gas Mixing System): این سیستم قلب فرآیند است و شامل شیرهای دقیق کنترل جریان، رگولاتورها، و معمولاً یک میکسر الکترونیکی یا مکانیکی است که نسبت‌های دقیق گازها را تضمین می‌کند. سیستم‌های مدرن از سنسورهای جریانی و فشار برای پایش و تنظیم مداوم نسبت مخلوط استفاده می‌کنند.
خطوط لوله و اتصالات با کیفیت بالا: لوله‌ها و اتصالات باید قابلیت تحمل فشار کاری و سازگاری با گازهای مورد استفاده را داشته باشند.
فلومترها (Flowmeters) یا سنسورهای جریانی (Mass Flow Controllers – MFCs): برای اندازه‌گیری دقیق دبی هر یک از گازهای ورودی به سیستم اختلاط.
گیج‌های فشار (Pressure Gauges): برای پایش فشار در نقاط مختلف سیستم، از جمله فشار مخازن مادر، فشار خروجی کمپرسور و فشار نهایی در کپسول.
شیلنگ‌های شارژ مخصوص: شیلنگ‌های مقاوم و با دوام که به سوپاپ کپسول‌ها متصل می‌شوند .
کپسول‌های خالی و تأیید شده: کپسول‌های 40 لیتری که از نظر بازرسی و ایمنی تأیید شده و آماده پر شدن هستند .
سیستم تهویه و تخلیه (Ventilation and Extraction System): برای تخلیه هرگونه گاز نشت کرده و اطمینان از محیط کاری ایمن.
تجهیزات حفاظت فردی (PPE): شامل عینک ایمنی، دستکش مقاوم در برابر سرما (برای گازهای مایع و فشار بالا)، لباس کار مناسب، و ماسک تنفسی در صورت لزوم.
4.2. مراحل شارژ
شارژ کپسول‌های گاز مخلوط می‌تواند به دو روش اصلی انجام شود:
روش اول: اختلاط در فشار بالا (Pressure Mixing)
در این روش، هر دو گاز به صورت فشرده (یا یک گاز فشرده و دیگری گازی که توسط کمپرسور به فشار مورد نظر رسانده شده) وارد یک مخزن اختلاط شده و سپس از آنجا به کپسول‌های نهایی منتقل می‌شوند. با این حال، این روش برای مخلوط‌های گازی که نیاز به نسبت دقیق و ثابت دارند، کمتر توصیه می‌شود، زیرا ممکن است جداسازی گازها در فشارهای بالا رخ دهد (به خصوص در طولانی مدت).
روش دوم: اختلاط حجمی یا جریانی (Volume/Flow Mixing)
این روش رایج‌ترین و دقیق‌ترین روش برای تولید مخلوط‌های گازی با نسبت مشخص است:
آماده‌سازی کپسول:
کپسول‌های 40 لیتری خالی، ابتدا از نظر ظاهری و داخلی بازرسی می‌شوند تا از عدم وجود آلودگی، رطوبت و آسیب فیزیکی اطمینان حاصل شود.
سوپاپ کپسول بررسی شده و در صورت نیاز، تمیز یا تعویض می‌شود.
کپسول‌ها معمولاً با گاز نیتروژن یا هوا با فشار پایین پاکسازی (Purge) می‌شوند تا هرگونه باقی‌مانده گاز قبلی یا رطوبت از آن خارج شود. این مرحله برای اطمینان از خلوص مخلوط نهایی بسیار مهم است.
اتصال به سیستم شارژ:
کپسول خالی با سوپاپ مناسب به خط شارژ سیستم اختلاط متصل می‌شود. اتصالات باید محکم و بدون نشتی باشند.
تنظیم نسبت اختلاط:
سیستم اختلاط گاز تنظیم می‌شود تا جریان آرگون و CO2 را با نسبت‌های مورد نیاز (مثلاً 82 درصد آرگون و 18 درصد CO2 از نظر حجمی یا جریانی) فراهم کند.
برای مخلوط 18% CO2 در آرگون:
دبی آرگون: برای رسیدن به 82% از کل حجم گاز نهایی، دبی آرگون تنظیم می‌شود.
دبی CO2: برای رسیدن به 18% از کل حجم گاز نهایی، دبی CO2 تنظیم می‌شود.
این تنظیم با استفاده از فلومترها یا MFC های دقیق انجام می‌گیرد. یک کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر (PLC) یا سیستم مشابه، جریان‌ها را بر اساس تنظیمات اولیه و سنسورهای موجود، کنترل می‌کند.
شارژ اولیه (پر کردن بخشی از حجم):
برای رسیدن به نسبت دقیق مخلوط در فشارهای بالا، ابتدا کپسول تا رسیدن به فشار نسبتاً پایین (مثلاً 10 تا 20 بار) با گاز آرگون پر می‌شود.
اضافه کردن گاز دوم (CO2):
پس از پر شدن اولیه با آرگون، جریان CO2 به تدریج به کپسول اضافه می‌شود، در حالی که جریان آرگون نیز به گونه‌ای تنظیم می‌شود که نسبت نهایی 18 درصد CO2 در آرگون حفظ شود.
در این مرحله، پایش مداوم فشار کلی و نسبت گازهای ورودی حیاتی است. ممکن است از تحلیلگرهای گاز در خط خروجی سیستم اختلاط استفاده شود تا از صحت نسبت اطمینان حاصل گردد.
رسیدن به فشار نهایی:
فرآیند شارژ تا رسیدن کپسول به فشار کاری مورد نظر (مثلاً 150 یا 200 بار) ادامه می‌یابد. این کار ممکن است در چند مرحله شارژ و استراحت (برای متعادل شدن دما و فشار) انجام شود.
ملاحظات مربوط به CO2 مایع: اگر CO2 به صورت مایع در مخازن مادر ذخیره شده باشد، پمپ آن را به فشار مناسب رسانده و به سیستم اختلاط وارد می‌کند. از آنجایی که CO2 در فشار بالا به حالت مایع تغییر فاز می‌دهد، ورود آن به کپسول تحت فشار می‌تواند باعث اختلاط مؤثرتر شود.
تکمیل شارژ و جداسازی:
پس از رسیدن به فشار نهایی، جریان گاز قطع شده و کپسول از خط شارژ جدا می‌شود.
سوپاپ کپسول بسته شده و آن را برای مراحل بعدی آماده می‌کنند.
کنترل کیفیت نهایی:
نمونه‌گیری از کپسول‌های پر شده و آنالیز ترکیب گاز با استفاده از دستگاه‌هایی مانند کروماتوگرافی گازی (GC) برای اطمینان از صحت نسبت 18% CO2 و خلوص مخلوط انجام می‌شود.
بررسی نهایی فشار کپسول.
4.3. نکات ایمنی حیاتی در فرآیند شارژ
فشار بالا: کار با گازهای فشرده در فشارهای بالا بسیار خطرناک است. کلیه تجهیزات باید برای تحمل این فشارها طراحی شده و به طور منظم بازرسی شوند. ترکیدگی کپسول یا اتصالات می‌تواند منجر به انفجار و آسیب جدی شود.
گازهای مخلوط: برخی مخلوط‌های گازی ممکن است خواص واکنش‌پذیری متفاوتی نسبت به گازهای خالص داشته باشند. اطمینان از عدم واکنش ناخواسته بین آرگون و CO2 در فشار و دماهای کاری ضروری است.
نشت گاز: نشتی گازهای فشرده می‌تواند باعث کاهش فشار، کیفیت نامطلوب و در موارد CO2، خفگی در فضاهای بسته شود. تمام اتصالات باید مرتباً از نظر نشتی بررسی شوند.
دمای پایین: در صورت استفاده از CO2 مایع یا گازهای دیگر که به سرعت منبسط می‌شوند، دمای تجهیزات و گاز می‌تواند به شدت کاهش یابد و باعث یخ‌زدگی یا آسیب به پوست (سوختگی سرما) شود. استفاده از دستکش‌های مناسب ضروری است.
تهویه مناسب: محل شارژ باید دارای تهویه قوی باشد تا هرگونه گاز نشت کرده به سرعت از محیط خارج شود. CO2 سنگین‌تر از هوا است و می‌تواند در نواحی پایین‌تر تجمع یافته و باعث خفگی شود.
آموزش پرسنل: کلیه پرسنل دخیل در فرآیند شارژ باید به طور کامل در مورد خطرات، رویه‌ها و استفاده از تجهیزات آموزش دیده باشند.
استانداردهای بین‌المللی: رعایت استانداردهای ISO، CGA یا استانداردهای ملی مربوط به تولید، شارژ و حمل و نقل کپسول‌های گاز بسیار حیاتی است.
بخش پنجم: نگهداری و حمل و نقل کپسول‌های شارژ شده
پس از شارژ، کپسول‌ها باید به درستی نگهداری و حمل و نقل شوند تا از ایمنی و کیفیت گاز اطمینان حاصل گردد.
نگهداری:
کپسول‌ها باید در فضای خنک، خشک و با تهویه مناسب نگهداری شوند.
دور از منابع حرارتی، شعله باز، مواد قابل اشتعال و نور مستقیم خورشید قرار گیرند.
کپسول‌ها باید عمودی و محکم به دیوار یا یک پایه مخصوص مهار شوند تا از افتادن آنها جلوگیری شود.
سوپاپ کپسول‌ها باید بسته باشد و درپوش محافظ (در صورت وجود) روی سوپاپ نصب شود.
کپسول‌ها باید از مواد شیمیایی خورنده دور نگه داشته شوند.
حمل و نقل:
کپسول‌ها باید در وسیله نقلیه به طور ایمن مهار شوند تا از حرکت و افتادن آنها جلوگیری شود.
استفاده از چرخ دستی‌های مخصوص حمل کپسول توصیه می‌شود.
در هنگام حمل و نقل، باید از هرگونه ضربه یا سقوط کپسول جلوگیری کرد.
سیستم تهویه خودرو باید در حین حمل و نقل فعال باشد، به ویژه اگر حجم زیادی از کپسول‌ها حمل می‌شود.
همیشه کپسول‌ها را با سوپاپ بسته و درپوش محافظ حمل کنید.
بخش ششم: کاربردهای عملی و نکات تکمیلی برای جوشکاری با مخلوط 18 درصد CO2 در آرگون
تنظیمات دستگاه جوش: هنگام استفاده از این مخلوط، پارامترهای دستگاه جوش MIG باید به درستی تنظیم شوند. این شامل ولتاژ، آمپراژ، سرعت سیم و طول سیم خروجی (Stick-out) می‌شود. این تنظیمات بسته به ضخامت فلز پایه، نوع سیم جوش و موقعیت جوشکاری متفاوت خواهد بود.
نوع سیم جوش: معمولاً برای جوشکاری فولادهای کربنی با این مخلوط گازی، از سیم‌های جوش مسی یا روکش‌دار مسی استفاده می‌شود که حاوی عناصری برای حذف اکسیژن و کربن اضافی در حوضچه مذاب هستند.
کنترل پاشش: اگرچه مخلوط 18 درصد CO2 نسبت به مخلوط‌های با درصد CO2 بالاتر، پاشش کمتری دارد، اما همچنان تنظیم دقیق پارامترها برای به حداقل رساندن پاشش و دستیابی به ظاهر مطلوب جوش بسیار مهم است. استفاده از تکنیک‌های مناسب جوشکاری (مانند زاویه تورچ و حرکت آن) نیز در این زمینه مؤثر است.
محافظت در برابر باد: در محیط‌های باز یا با جریان هوای زیاد، استفاده از محافظ‌های باد یا موانع فیزیکی برای جلوگیری از اختلال در جریان گاز محافظ و حفظ کیفیت جوش ضروری است.
فرآیند شارژ کپسول‌های 40 لیتری مخلوط 18 درصد CO2 در آرگون یک فرآیند تخصصی است که نیازمند دانش فنی عمیق، تجهیزات دقیق و رعایت سختگیرانه اصول ایمنی است. درک خواص گازهای تشکیل دهنده، مشخصات کپسول‌ها، مراحل دقیق شارژ و نکات ایمنی، همگی برای تضمین کیفیت محصول نهایی و حفظ سلامت پرسنل و محیط کار ضروری هستند. این مخلوط گازی به عنوان یک گزینه اقتصادی و کارآمد برای بسیاری از کاربردهای جوشکاری فولادهای کربنی، نقش مهمی در صنایع تولیدی ایفا می‌کند و رعایت دقیق استانداردها در تمام مراحل تولید و استفاده از آن، موفقیت در این زمینه را تضمین می‌نماید.
بدون دیدگاه