Het belang van inert gas

De meeste metalen karakteriseren zich door hun stabiliteit en sterkte en zijn daarom de perfecte materialen voor constructies die enorme krachten moeten weerstaan. Dit zijn onder andere bruggen en met staal verstevigde wolkenkrabbers. Maar ijzer en staal hebben een verborgen vijand, die langzaam maar zeker vernietiging optreedt.

Het is de zuurstof in onze atmosfeer, die wij zo nodig hebben om te leven, die het materiaal aanvalt. Sinds de mens begonnen is met het bewerken van metalen wordt hij geteisterd door roest. Dit gebeurt in het geval van slecht onderhoud op alle ijzerdelen. Chemisch gezien is er sprake van ijzeroxide.

Het probleem met zuurstof

Zuurstof is met een volumefractie van 20%, de tweede meest voorkomende gas in onze atmosfeer en op onze planeet veruit het meest voorkomende element. Dit gas is zeer reactiegevoelig en gaat met bijna alle elementen een verbinding aan. Het ontbindende effect vind echter pas plaats wanneer zuurstof met water wordt gecombineerd. Door diffusieprocessen onttrekt water de ionen uit het ijzer, waardoor zuurstof effectief een aanval op het ijzer kan uitvoeren.

Slakvorming

Zuurstof kan ijzer niet eenvoudig aantasten zonder toevoeging van watermoleculen. 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.

Wat is inertgas?

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. Inertgassen hebben een dubbele werking:

  1. Door de inertheid tasten ze geen metalen aan.
  2. 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 slechte 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.

Trivia

Welke inertgassen zijn er?

Van de 118 bekende elementen zijn er slechts 8 gassen zo 'niet-reactief' dat ze als beschermgas ingezet kunnen worden. Alleen stikstof, helium, neon, argon, krypton en xenon kunnen als inertgas ingezet worden. Radon is ook een inert gas, maar wordt niet in de industrie gebruikt, omdat het radioactief is. Ook koolstofdioxide, dat feitelijk geen inert gas is, kan bij lage temperaturen als beschermgas gebruikt worden. Het gebruik hiervan heeft echter wel nadelen.

Stikstof bij het lasersnijden

Stikstof heeft ook 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 van helium. Het is vooral een economische keuze om de kostprijs voor het lasersnijden laag te houden.

Bij Tosec maken wij 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 en hoeven slechts zelden nabewerkt te worden. Dit feit maakt de lasersnijbewerking ondanks het hoge stikstofverbruik toch een economische plaatbewerking.