Das Wichtigste im Überblick
Schweiß- und Schneidgase, insbesondere Brenngase, Sauerstoff, Stickstoff und verschiedenste Gasgemische, sind das unsichtbare Rückgrat vieler metallverarbeitender Betriebe. Vom Bau riesiger Brücken bis hin zur Herstellung filigraner Schmuckstücke - diese Gase spielen eine entscheidende Rolle. Doch wie hat alles angefangen?
Geschichte und Entwicklung
Schon in den frühen 1900er Jahren erkannten Ingenieure das Potenzial von Gasen, um Metalle miteinander zu verbinden, zu trennen oder in Ihren Eigenschaften zu beeinflussen. Seitdem hat sich die Technologie rasant weiterentwickelt. Seitdem hat sich die Technologie rasant weiterentwickelt.
Technische Gase sind wichtig und beeinflussen heute ganze Industriezweige. Aber welche Gase gibt es und wie unterscheiden sie sich?
Arten (Einteilung, Unterscheidung) von Technischen Gasen
Als Technische Gase bezeichnet man alle Gase, die in speziellen Anlagen hergestellt werden und deren Reinheit oder Zusammensetzung teilweise durch Normen geregelt werden. Hierzu zählen die Luftgase Stickstoff, Sauerstoff, Argon. Auch die Prozessgase Wasserstoff, Acetylen, Kohlendioxid, Propan/Butan sowie die Edelgase Helium, Neon, Krypton, Xenon werden als Technische Gase bezeichnet.
Ob Argon, Helium oder Sauerstoff - jedes Gas hat seine spezifischen Eigenschaften, die es für verschiedene Anwendungen geeignet machen.
Kleine Reinheitskunde: Was heißt „rein“?
In Physik und Chemie ist rein der Teil einer Stoffmenge in einem Stoffgemisch.
Ist der Anteil unerwünschte Stoffmengen in einem Stoffgemisch zu hoch, wird dieses Stoffgemisch als unrein bezeichnet.
Um die Reinheit von Technischen Gasen zu bewerten und einzuteilen, wird die Punkt-Notation verwendet. Sie dient der verkürzten Angabe des Mindestgehaltes eines Gases mittels zweier durch einen Punkt getrennten Ziffern.
Die Ziffer vor dem Punkt gibt dabei die Anzahl der Neunen in der Prozentzahl an. Die Ziffer hinter dem Punkt nennt die erste von den Neunen abweichende Dezimalstelle.
Beispiele:
| Punkt-Notation | Mindestgehalt an reinem Gas |
|---|---|
| 2.0 | 99% |
| 2.5 | 99,5% |
| 3.0 | 99,9% |
| 5.0 | 99,999% |
| 5.7 | 99,9997% |
| 6.0 | 99,9999% |
Wo werden technische Gase eingesetzt?
Technische Gase findet man heute in fast allen Industriebereichen. Sie sind verantwortlich für Steuerungs-, Schutz- und Trägerfunktionen, sind Energieträger und wirken entweder reaktiv, reduktiv, oxidierend oder inertisierend, kryogen oder thermisch. Wofür sich ein technisches Gas am besten eignet, hängt im Wesentlichen von seinen chemisch-physikalischen Eigenschaften ab. Dazu einige Beispiele:
Oft dienen Technische Gase als Schutzgas, um explosive Luft-Gas-Gemische zu verhindern. Sie werden beispielsweise bei der Betankung in der Luft- und Seefahrt eingesetzt.
Schutzgas spielt zum Beispiel eine wichtige Rolle in der Schweißtechnik. Beim Schutzgasschweißen verhindert das technische Gas die Reaktion der Schmelze mit Sauerstoff. Dies kann zu Korrosion und schlechter Qualität des Schweißguts führen.
Besonders wichtig ist der Gasschutz beim Schweißen von hochlegiertem Stahl, Aluminium oder Titan. Ist der Gasschutz hier nicht hochwertig genug, kann es zusätzlich noch zu Anlauffarben und Rußablagerungen kommen.
Die Reinheit von technischen Gasen für das Schweißen wird in der DIN EN ISO 14175 festgelegt.
Die Schutzgase Stickstoff oder Wasserstoff verhindert auch in Härtereien, dass der zu härtende Stahl durch Sauerstoffeinflüsse verändert wird. Durch den Einsatz von Schutzgas bleibt die Oberfläche des Stahls glänzend und ohne Rückstände.
Ebenso kommen technische Gase bei Dichtheitsprüfungen (meist in Form von Helium) zum Einsatz.
Technische Gase werden unter anderem auch beim Verpacken von Lebensmitteln eingesetzt. Sauerstoff fördert die Oxidation von Lebensmitteln und beschleunigt das Wachstum von Mikroorganismen. Lebensmittel werden oft mit Stickstoff und Kohlendioxid verpackt, um den Sauerstoffgehalt zu verringern und sie zu schützen.
Mehr Sauerstoff hält Fleisch rot und Salate frisch.
Besonders hohe Ansprüche werden an Technische Gase gestellt, wenn sie als Medizinische Gase in Krankenhäusern oder Arztpraxen Verwendung finden. Sauerstoff (O2), Kohlenstoffdioxid (CO2), Lachgas (N2O), Helium (He) oder Stickstoff (N2) werden dabei als Arzneimittel behandelt, unterliegen somit dem Arzneimittelgesetz und müssen extrem hohen Qualitätsansprüchen gerecht werden.
In Prüflaboren werden technische Gase zur Prüfung und Analyse als Kalibriergas oder Nullgas eingesetzt. Auch hier kommen Gase höherer Reinheit zum Einsatz.
Auswahl des richtigen Schweißgases
Diese Gase schützen das Schweißgemisch vor der Luft, ohne chemisch mit der Elektrode oder der Schmelze zu reagieren.
Aktive Schutzgase und Gasmischungen aus aktiven und inerten Schutzgasen werden je nach gewünschter Eigenschaft der Schweißnaht ausgewählt. Am häufigsten wird mit Argon, Helium, Kohlendioxid, Stickstoff oder Gemischen aus den genannten Gasen geschweißt. Dabei können Gasgemische auch zusätzliche Gase wie beispielsweise Sauerstoff enthalten.
Argon
- MIG-Schweißen: Argon 4.6 ist hier Standard. Bei Aluminium und Kupfer steigert Helium die Schweißgeschwindigkeit. [bild]
- WIG-Schweißen: Argon 4.6 ist üblich, wobei für bestimmte Materialien wie Titan höhere Qualitäten empfohlen werden. Zugabe von Wasserstoff erhöht die Energie des Lichtbogens. [link]
- Plasma-Schweißen: Argon wird beim Schweißen als inertes (inaktives) Schutzgas verwendet, da es unter normalen Bedingungen nicht reagiert. [bild]
Das Edelgas umgibt dabei den Lichtbogen und die Schmelze und schützt sie vor dem reaktionsfreudigen Sauerstoff der Atmosphäre.
Argon / Kohlendioxid-Gemische
- MAG-Schweißen: Bei Baustählen eignen sich Prozessgase wie CO2, Ar + CO2-Mischungen und Ar + CO2 + O2-Mischungen. Sie beeinflussen Schweißverhalten und Nahtformung. [link]
Gasgemische nutzen die positiven Eigenschaften einzelner Gase. Sie beeinflussen den Schweißvorgang oder geben der Schweißnaht bestimmte Eigenschaften.
Helium und Stickstoff
- Formieren: Beim Schweißen von bestimmten Stählen ist es wichtig, die Schweißnahtwurzel zu schützen. Dies kann durch den Einsatz von Gasen wie Stickstoff-Wasserstoffgemischen, Helium oder Argon erreicht werden.
Der große Pluspunkt von Helium ist, dass das Edelgas bei jedem Metall eingesetzt werden kann. Es gibt keinen Stoff, mit dem Helium freiwillig reagiert. Daher ist es ideal geeignet, um Schweißarbeiten aller Art zu schützen.
Stickstoff ist kein Edelgas, aber er ist reaktionsarm und wird daher zu den inerten Gasen gezählt. Bei den meisten Schweißarbeiten kann Stickstoff eingesetzt werden, um Sauerstoff am Eindringen zu hindern.
Hinweise zur Sicherheit
Mit Gasen zu arbeiten erfordert Respekt und Vorsicht. Eine korrekte Lagerung und Handhabung schützt nicht nur vor Unfällen, sondern gewährleistet auch die Qualität des Endprodukts.
Fazit
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