氣體混合物和用于電弧連接或者污染物排放降低的材料加工的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體混合物，以及一種使用該氣體混合物通過電弧、等離子體和/或激光進(jìn)行熱噴涂、切割、連接、沉積焊接和/或表面處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中已知向保護(hù)氣體加入反應(yīng)氣體或者蒸汽物質(zhì)，以便于在焊接時改善各種性質(zhì)和焊接金屬。其中，US 3，470，346描述了向氬氣和氦氣的保護(hù)氣體混合物中加入醇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是使通過電弧、等離子體和/或激光能夠提供高質(zhì)量的連接和改進(jìn)熱噴涂、切割、連接、沉積焊接和/或表面處理。
[0004]出人意料地發(fā)現(xiàn)，向傳統(tǒng)保護(hù)氣體(例如氬氣、氦氣、氮?dú)狻⒍趸蓟蛘邭錃饣蛘咚鼈兊幕旌衔?加入醚或者含醚基團(tuán)的環(huán)胺，明顯提高通過電弧、等離子體和/或激光進(jìn)行的熱噴涂、切割、連接、沉積焊接和/或表面處理的效率，并產(chǎn)生具有細(xì)晶組成的高質(zhì)量的焊接焊縫和釬焊焊縫。
[0005]因此，本發(fā)明涉及一種氣體混合物，其包含保護(hù)氣體和保護(hù)氣體添加劑，所述保護(hù)氣體具有二氧化碳和/或氧氣和/或氫氣和/或氮?dú)庖约爸辽僖环N惰性組分(inertcomponent)，所述至少一種惰性組分選自氬氣、氦氣、氬氣-氦氣混合物和其他惰性氣體(noble gas)及其混合物、以及其他惰性氣體與氬氣和/或氦氣的混合物；所述保護(hù)氣體添加劑選自醚或者含有至少一個醚基團(tuán)的環(huán)胺或者它們的混合物。
[0006]本發(fā)明還涉及一種工業(yè)加工方法，其中將氣體混合物用于通過電弧、等離子體和/或激光進(jìn)行的熱噴涂、切割、連接、沉積焊接和/或表面處理，其特征在于，所述氣體混合物是上述的氣體混合物。
[0007]本發(fā)明的另一主題涉及一種制備本發(fā)明的氣體混合物的裝置，其包括:
[0008]罐，其具有液態(tài)的氬氣、氮?dú)?、二氧化碳、氫氣或氦氣或它們的混合物?br>[0009]和/或一個或多個壓力罐，其具有氬氣、氮?dú)狻⒍趸?、氫氣或氦氣或它們的混合物?br>[0010]容器，其容納保護(hù)氣體添加劑，如果需要將保護(hù)氣體添加劑溶解在溶劑中；以及
[0011]管線，其將氬氣、氮?dú)?、二氧化碳、氫氣或氦氣或它們的混合物引入容器的氣體室，或引導(dǎo)氬氣、氮?dú)?、二氧化碳、氫氣或氦氣或它們的混合物通過所述容器中的液體，并將所生成的氣體混合物遞送給消費(fèi)者。
[0012]最后，本發(fā)明還涉及一種制備本發(fā)明的氣體混合物的方法，其特征在于，將保護(hù)氣體添加劑與氬氣、氮?dú)?、二氧化碳、氫氣或氦氣或它們的混合物一起充入壓力罐?br>【具體實(shí)施方式】
[0013]保護(hù)氣體通常選自Ar、He、CO2, H2, N2或空氣或它們的混合物。特別優(yōu)選Ar以及Ar和He的混合物、Ar和0)2的混合物、Ar和N 2的混合物、Ar和H 2的混合物，并且優(yōu)選后三種混合物還含有He。
[0014]優(yōu)選將二氧化碳和氫氣與Ar、He、N2、空氣或者它們的混合物混合使用。本文中，二氧化碳通常以1-80% v/v，優(yōu)選2-50% v/v，特別優(yōu)選5-20% v/v的量存在。還可進(jìn)一步混合1-30% v/v，優(yōu)選2-20% v/v的氧氣。在這種情況下，在沒有壓力的情況下現(xiàn)場加入氧氣。
[0015]二氧化碳、氫氣和氧氣還可以10vpm-10000vpm(0.001-1.0 % v/v)，優(yōu)選100-1000vpm的摻雜量混合。一氧化氮和一氧化二氮(N2O)也同樣適用。
[0016]醚可選自所有線性或枝化的脂族醚、脂環(huán)族醚或芳族醚或者熔點(diǎn)< 5°C的含氮雜酉迷(nitrogenous heteroether)。
[0017]相對于本發(fā)明的氣體混合物，氣態(tài)經(jīng)通常構(gòu)成0.0001 % v/v(Ivpm)-10% v/v，優(yōu)選 0.001 % v/v (1vpm) -5% v/v,特別優(yōu)選 0.01 % v/v (10vpm) -0.1 % v/v (100vpm)，特別優(yōu)選0.0001% v/v (Ivpm)至小于0.1% v/v (100vpm)的保護(hù)氣體添加劑。在特定情況下，所使用的量取決于方法類型和所處理的材料。
[0018]二甲醚和甲乙醚在室溫下是氣態(tài)的，并且可容易與保護(hù)氣體混合。為此，它們是優(yōu)選的。
[0019]術(shù)語“醚”是指具有單個醚基團(tuán)的醚，以及具有兩個或更多個醚基團(tuán)的醚。
[0020]高級醚，并從二乙醚(其也是優(yōu)選的)開始，以及熔點(diǎn)彡5°C的含氮雜醚，在室溫下都是液態(tài)的。
[0021]除了線性脂族醚(例如二甲醚、甲乙醚、二乙醚、乙丙醚、二丙醚、二甲氧基乙烷以及更高級的線性醚)之外，還可使用枝化醚(例如二異丙醚和二異丁醚)以及環(huán)醚(例如四氫呋喃、四氫吡喃和1，4- 二氧六環(huán))。
[0022]例如，可使用的芳族醚包括苯甲醚。嗎啉是含有醚基團(tuán)的環(huán)胺的一個實(shí)例。
[0023]為了簡單起見，下文將含有醚基團(tuán)的環(huán)胺也稱作醚。為了提高可讀性，表述“如果將醚(尤其是二甲基醚、甲乙醚和/或二乙醚)加入保護(hù)氣體”實(shí)際上是反映本發(fā)明權(quán)利要求3的實(shí)施方案，還包括更一般但語言上更繁瑣的權(quán)利要求1的表述，其中“保護(hù)氣體選自醚、含有至少一個醚基團(tuán)的環(huán)胺以及它們的混合物”。這尤其適用于本文所記錄的關(guān)于出人意料的試驗(yàn)結(jié)果的段落。
[0024]相對于醇保護(hù)氣體添加劑，醚保護(hù)氣體添加劑的優(yōu)勢是，在類似分子量的情況下，醚保護(hù)氣體添加劑表現(xiàn)出更低的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。
[0025]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，在室溫下通過使保護(hù)氣體的至少一種組分流過預(yù)備液體來制備具有醚添加劑液體的保護(hù)氣體，所述預(yù)備液體由醚保護(hù)氣體添加劑組成。然而，該制備方法還可適用于在環(huán)境溫度下是氣態(tài)的醚，通過冷卻醚保護(hù)氣體添加劑，從而使其以液態(tài)形式存在。稍微的冷卻是有利的，即使對于高度揮發(fā)性化合物例如二乙醚也是如此。還可將醚保護(hù)氣體添加劑溶解在溶劑(例如高級烴或水)中，其顯示具有比醚更低的蒸汽壓，并將該溶液用作預(yù)備液體?，F(xiàn)在，將保護(hù)氣體的至少一種組分導(dǎo)入該預(yù)備液體。引入氬氣、二氧化碳或氦氣是有利的，但是還可將其他可能的組分或其混合物導(dǎo)入預(yù)備液體。當(dāng)流過預(yù)備液體時，氣體吸收醚保護(hù)氣體添加劑，并產(chǎn)生氣體混合物，其含有所需濃度的醚保護(hù)氣體添加劑，現(xiàn)在將該氣體混合物直接或者與附加組分混合后，或者甚至稀釋后，用作具有醚添加劑的保護(hù)氣體，通過電弧、等離子體和/或激光用于熱噴涂、切割、連接、沉積焊接和/或表面處理。
[0026]為了能夠重現(xiàn)并可靠設(shè)定特定濃度，預(yù)備液體受溫度控制是有利的。使預(yù)備液體保持在恒溫，確保氣體中的醚的濃度保持均勻。由于富集后氣體中存在的醚的濃度對溫度有依賴，因此可通過溫度控制來設(shè)定氣體中醚的濃度。溫度控制可以有利地包括選擇高于環(huán)境溫度的溫度和低于環(huán)境溫度的溫度。尤其是考慮到高度揮發(fā)性醚或沸點(diǎn)接近環(huán)境溫度的醚，選擇低于環(huán)境溫度的溫度是有利的，而高于環(huán)境溫度的溫度對較高沸點(diǎn)的醚可以是有利的，使得將足夠的顆粒轉(zhuǎn)化成氣體。因此，通過選擇溫度，通過溫度控制可設(shè)定氣體中的醚的濃度。
[0027]或者，在本發(fā)明方法的一個有利的實(shí)施方案中，將氣體形式的醚保護(hù)氣體添加劑與一種或多種其他組分混合以產(chǎn)生焊接保護(hù)氣體混合物。為此，如果需要，將醚保護(hù)氣體添加劑通過加熱轉(zhuǎn)化成氣態(tài)。如果醚保護(hù)氣體添加劑已經(jīng)以氣態(tài)形式存在，則不進(jìn)行加熱。將氣態(tài)醚保護(hù)氣體添加劑與一種或多種其他組分混合以產(chǎn)生具有醚添加劑的最終保護(hù)氣體混合物。尤其推薦將該方法用于在環(huán)境溫度下已經(jīng)以氣態(tài)形式存在或者顯示具有接近環(huán)境溫度的沸點(diǎn)的醚保護(hù)氣體添加劑。
[0028]在這兩種情況下，可將醚保護(hù)氣體添加劑與單個其他組分混合，或者與最終保護(hù)氣體混合物混合，或者首先僅將醚保護(hù)氣體添加劑與一種組分混合，然后稀釋或加入剩余組分。