Inert gas

Het belang van inert gas

Inert gas verdrijft de omgevingslucht, waarin te veel zuurstof zit, en beschermd zodoende het te snijden of te lassen materiaal tegen omgevingsinvloeden.

Tijdens lassen of snijden van metalen producten wordt het metaal zo heet dat het smelt. Hierbij is het metaal zeer gevoelig voor verbranding onder de invloed van zuurstof.

In het geval van snijden kan dit wenselijk zijn om het snijproces te versnellen. In het geval van lassen zal zuurstof hooguit in lage percentages het proces kunnen verbeteren of versnellen. Bij het lassen alsook bij het snijden van non-ferro metalen en RVS wordt een inert gas gebruikt om het snijproces zo goed en snel mogelijk te laten verlopen. Zonder inerte gassen zou laswerk vrijwel onmogelijk zijn. Ook het snijden van bijvoorbeeld RVS en aluminium zou zeer problematisch worden met dure nabewerkingen tot gevolg.

Het probleem met zuurstof

Zuurstof is zeer reactie-gevoelig gas en gaat met een groot deel van de elementen een verbinding aan.

Zuurstof is met een volumefractie van 20% na stikstof het tweede meest voorkomende gas in onze atmosfeer en op onze planeet veruit het meest voorkomende element. Zuurstof vormt samen met het element waterstof het molecuul wat we kennen als water (H2O). Zuurstof i.c.m. water heeft een veelal negatief effect op metalen producten tenzij deze zijn beschermd tegen oxidatie. Onder invloed van water en zuurstof ontstaat bij staal bijvoorbeeld roest.

Slakvorming

Zonder watermoleculen kan zuurstof ijzer niet eenvoudig aantasten .

In de metaalbewerking is er echter een andere manier waarop het metaal aangetast kan worden. Dit vindt plaats bij het smelten en lassen, waarbij zoveel energie wordt toegevoegd dat de zuurstof alsnog met het metaal kan reageren. Tijdens het lassen vormt zich een dunne slaklaag op het gloeiende ijzer die vervolgen tijdens het vormingsproces gaat schilferen. Ook tijdens het lassen is er sprake van slakvorming die met name op de lasnaden ontstaat en een ernstig kwaliteitsprobleem kan vormen.

Eigenschappen van een inert gas

Beschermgas of inert gas is een definitie die gegeven wordt aan alle elementen die geen chemische verbinding aangaan met andere stoffen of die niet-reactief zijn (inert).

Bijzonder geschikt zijn de gassen helium en argon; deze gassen bestaan enkel in atomaire vorm en zijn vanwege hun chemische eigenschappen niet in staat om met andere stoffen te reageren. Inert gassen hebben een dubbele werking:

1. Door de inertheid tasten ze geen metalen aan.
2. Beschermgassen verdrijven zuurstof uit het werkgebied en voorkomen daarmee dat zuurstof metaal kan aantasten.

De functie van beschermgassen

Tijdens het lassen worden beschermgassen gebruikt om de lasnaad te beschermen tegen reactieve invloeden van buitenaf. Zonder beschermgas ontstaat er slak en atomaire zuurstof hoopt zich op in het smeltbad. Na verloop van tijd wordt de lasnaad gevoeliger voor roestvorming. Dit kan voorkomen worden door het gebruik van beschermgassen.

Bij het MIG en TIG lassen wordt een gasmengsel van argon en helium door het mondstuk van het laspistool in het smeltbad geblazen. Dit voorkomt een zuurstofreactie in lasbad waardoor de las stabieler, duurzamer en van hogere kwaliteit is.

Welke inerte gassen zijn er?

Van de 118 bekende elementen zijn er slechts 8 elementen die in gasvormige toestand zo 'niet-reactief' zijn dat ze als een beschermgas ingezet kunnen worden:

• Stikstof
• Helium
• Neon
• Argon
• Krypton
• Xenon
• Radon

Radon is een inert gas, maar is niet algemeen bruikbaar omdat het radioactief is. Ook koolstofdioxide, dat feitelijk geen inert gas is, kan bij lage temperaturen als beschermgas gebruikt worden. Doordat koolstofdioxide (CO2) bij hoge temperaturen uiteen kan vallen in koolstof en zuurstof, en daarmee alsnog reactief wordt, kan het gebruik hiervan alsnog nadelig zijn.

Stikstof bij het lasersnijden

Stikstof heeft inerte eigenschappen en is uitermate geschikt voor het oxidevrij snijden van metalen plaat. Theoretisch kan ook een argon-helium mengsel gebruikt worden, maar de prijs van stikstof ligt ongeveer 40% lager dan inerte gassen op helium-basis. Het is vooral een economische keuze om de kostprijs voor het lasersnijden laag te houden.

Bij Tosec maken wij o.a. gebruik van smeltsnijden. Een sterk gefocuste laserstraal maakt het materiaal vloeibaar. Tegelijkertijd wordt er een dosis stikstof door de snijspleet geblazen die het vloeibare metaal verdrijft. Zo wordt de materiaalrand beschermt tegen aanslag en slakvorming.

Omdat stikstof, net als andere inerte gassen, geen chemische verbinding met het metaal aangaat, zijn de werkstukranden erg zuiver. Als er een braam ontstaat is deze echter zeer scherp en bestaat volledig uit het basismateriaal. Het verwijderen hiervan vergt een machinale nabewerking. Bij smeltsnijden bestaat de braam veelal uit verbrand basismateriaal (slak) wat erg gemakkelijk losbreekt en direct na het snijden eenvoudig te verwijderen is. Smeltsnijden wordt toegepast bij materialen als aluminium en RVS. Ondanks de hogere kosten van het stikstofverbruik maakt het toch een economisch aantrekkelijke plaatbewerking.