气体混合物和用于电弧连接或者污染物排放降低的材料加工的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气体混合物，以及一种使用该气体混合物通过电弧、等离子体和/或激光进行热喷涂、切割、连接、沉积焊接和/或表面处理的方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中已知向保护气体加入反应气体或者蒸汽物质，以便于在焊接时改善各种性质和焊接金属。其中，US 3，470，346描述了向氩气和氦气的保护气体混合物中加入醇。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是使通过电弧、等离子体和/或激光能够提供高质量的连接和改进热喷涂、切割、连接、沉积焊接和/或表面处理。
[0004]出人意料地发现，向传统保护气体(例如氩气、氦气、氮气、二氧化碳或者氢气或者它们的混合物)加入醚或者含醚基团的环胺，明显提高通过电弧、等离子体和/或激光进行的热喷涂、切割、连接、沉积焊接和/或表面处理的效率，并产生具有细晶组成的高质量的焊接焊缝和钎焊焊缝。
[0005]因此，本发明涉及一种气体混合物，其包含保护气体和保护气体添加剂，所述保护气体具有二氧化碳和/或氧气和/或氢气和/或氮气以及至少一种惰性组分(inertcomponent)，所述至少一种惰性组分选自氩气、氦气、氩气-氦气混合物和其他惰性气体(noble gas)及其混合物、以及其他惰性气体与氩气和/或氦气的混合物；所述保护气体添加剂选自醚或者含有至少一个醚基团的环胺或者它们的混合物。
[0006]本发明还涉及一种工业加工方法，其中将气体混合物用于通过电弧、等离子体和/或激光进行的热喷涂、切割、连接、沉积焊接和/或表面处理，其特征在于，所述气体混合物是上述的气体混合物。
[0007]本发明的另一主题涉及一种制备本发明的气体混合物的装置，其包括:
[0008]罐，其具有液态的氩气、氮气、二氧化碳、氢气或氦气或它们的混合物；
[0009]和/或一个或多个压力罐，其具有氩气、氮气、二氧化碳、氢气或氦气或它们的混合物；
[0010]容器，其容纳保护气体添加剂，如果需要将保护气体添加剂溶解在溶剂中；以及
[0011]管线，其将氩气、氮气、二氧化碳、氢气或氦气或它们的混合物引入容器的气体室，或引导氩气、氮气、二氧化碳、氢气或氦气或它们的混合物通过所述容器中的液体，并将所生成的气体混合物递送给消费者。
[0012]最后，本发明还涉及一种制备本发明的气体混合物的方法，其特征在于，将保护气体添加剂与氩气、氮气、二氧化碳、氢气或氦气或它们的混合物一起充入压力罐。
【具体实施方式】
[0013]保护气体通常选自Ar、He、CO2, H2, N2或空气或它们的混合物。特别优选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，并且优选后三种混合物还含有He。
[0014]优选将二氧化碳和氢气与Ar、He、N2、空气或者它们的混合物混合使用。本文中，二氧化碳通常以1-80% v/v，优选2-50% v/v，特别优选5-20% v/v的量存在。还可进一步混合1-30% v/v，优选2-20% v/v的氧气。在这种情况下，在没有压力的情况下现场加入氧气。
[0015]二氧化碳、氢气和氧气还可以10vpm-10000vpm(0.001-1.0 % v/v)，优选100-1000vpm的掺杂量混合。一氧化氮和一氧化二氮(N2O)也同样适用。
[0016]醚可选自所有线性或枝化的脂族醚、脂环族醚或芳族醚或者熔点< 5°C的含氮杂酉迷(nitrogenous heteroether)。
[0017]相对于本发明的气体混合物，气态经通常构成0.0001 % v/v(Ivpm)-10% v/v，优选 0.001 % v/v (1vpm) -5% v/v,特别优选 0.01 % v/v (10vpm) -0.1 % v/v (100vpm)，特别优选0.0001% v/v (Ivpm)至小于0.1% v/v (100vpm)的保护气体添加剂。在特定情况下，所使用的量取决于方法类型和所处理的材料。
[0018]二甲醚和甲乙醚在室温下是气态的，并且可容易与保护气体混合。为此，它们是优选的。
[0019]术语“醚”是指具有单个醚基团的醚，以及具有两个或更多个醚基团的醚。
[0020]高级醚，并从二乙醚(其也是优选的)开始，以及熔点彡5°C的含氮杂醚，在室温下都是液态的。
[0021]除了线性脂族醚(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级的线性醚)之外，还可使用枝化醚(例如二异丙醚和二异丁醚)以及环醚(例如四氢呋喃、四氢吡喃和1，4- 二氧六环)。
[0022]例如，可使用的芳族醚包括苯甲醚。吗啉是含有醚基团的环胺的一个实例。
[0023]为了简单起见，下文将含有醚基团的环胺也称作醚。为了提高可读性，表述“如果将醚(尤其是二甲基醚、甲乙醚和/或二乙醚)加入保护气体”实际上是反映本发明权利要求3的实施方案，还包括更一般但语言上更繁琐的权利要求1的表述，其中“保护气体选自醚、含有至少一个醚基团的环胺以及它们的混合物”。这尤其适用于本文所记录的关于出人意料的试验结果的段落。
[0024]相对于醇保护气体添加剂，醚保护气体添加剂的优势是，在类似分子量的情况下，醚保护气体添加剂表现出更低的熔点和沸点。
[0025]在一个优选的实施方案中，在室温下通过使保护气体的至少一种组分流过预备液体来制备具有醚添加剂液体的保护气体，所述预备液体由醚保护气体添加剂组成。然而，该制备方法还可适用于在环境温度下是气态的醚，通过冷却醚保护气体添加剂，从而使其以液态形式存在。稍微的冷却是有利的，即使对于高度挥发性化合物例如二乙醚也是如此。还可将醚保护气体添加剂溶解在溶剂(例如高级烃或水)中，其显示具有比醚更低的蒸汽压，并将该溶液用作预备液体。现在，将保护气体的至少一种组分导入该预备液体。引入氩气、二氧化碳或氦气是有利的，但是还可将其他可能的组分或其混合物导入预备液体。当流过预备液体时，气体吸收醚保护气体添加剂，并产生气体混合物，其含有所需浓度的醚保护气体添加剂，现在将该气体混合物直接或者与附加组分混合后，或者甚至稀释后，用作具有醚添加剂的保护气体，通过电弧、等离子体和/或激光用于热喷涂、切割、连接、沉积焊接和/或表面处理。
[0026]为了能够重现并可靠设定特定浓度，预备液体受温度控制是有利的。使预备液体保持在恒温，确保气体中的醚的浓度保持均匀。由于富集后气体中存在的醚的浓度对温度有依赖，因此可通过温度控制来设定气体中醚的浓度。温度控制可以有利地包括选择高于环境温度的温度和低于环境温度的温度。尤其是考虑到高度挥发性醚或沸点接近环境温度的醚，选择低于环境温度的温度是有利的，而高于环境温度的温度对较高沸点的醚可以是有利的，使得将足够的颗粒转化成气体。因此，通过选择温度，通过温度控制可设定气体中的醚的浓度。
[0027]或者，在本发明方法的一个有利的实施方案中，将气体形式的醚保护气体添加剂与一种或多种其他组分混合以产生焊接保护气体混合物。为此，如果需要，将醚保护气体添加剂通过加热转化成气态。如果醚保护气体添加剂已经以气态形式存在，则不进行加热。将气态醚保护气体添加剂与一种或多种其他组分混合以产生具有醚添加剂的最终保护气体混合物。尤其推荐将该方法用于在环境温度下已经以气态形式存在或者显示具有接近环境温度的沸点的醚保护气体添加剂。
[0028]在这两种情况下，可将醚保护气体添加剂与单个其他组分混合，或者与最终保护气体混合物混合，或者首先仅将醚保护气体添加剂与一种组分混合，然后稀释或加入剩余组分。