La formazione del gas è un argomento complicato, quindi in questa sezione fornirò alcune informazioni preliminari, per poi passare alla parte di saldatura la prossima volta.
Non intende "formica"?
Il gas formico è una miscela di idrogeno (H2) e di un gas inerte (solitamente azoto, N2) che viene utilizzata per ridurre gli ossidi sulle superfici metalliche in acqua. Non confondetelo con l'acido formico (HCO2H), di cui spero di parlare in un altro post nel corso dell'anno.
Sicurezza
La ragione della diluizione dell'idrogeno da parte del gas inerte è quella di mantenere l'idrogeno al di sotto del 5,7% (in volume), poiché questo è il punto oltre il quale l'idrogeno può bruciare spontaneamente. Le aziende produttrici di gas, come Linde e Air Products, considerano una miscela inerte il gas che si forma a un livello inferiore a questo, per cui i raccordi utilizzati per l'attacco delle bombole di gas sono del tipo standard CGA580 utilizzato per azoto, argon, elio e così via. A seconda del fornitore di gas, possono consentire un massimo del 5,0% o del 4,0% di idrogeno, per garantire i margini di sicurezza.
Nonostante ciò, i forni al 100% di idrogeno sono utilizzati in tutto il mondo in una varietà di processi diversi, e ho anche visto processi di saldatura in tutto il mondo in cui viene utilizzato il 10% e persino il 20% di gas che forma idrogeno/azoto. Non sto dicendo che l'H2/N2 a >5% non possa essere usato in modo sicuro, ma bisogna fare attenzione quando lo si usa.
Fornitura di gas
Esistono tre modalità di alimentazione del gas per la formazione di processi di saldatura a gas:
1/ Miscelazione di idrogeno e azoto in un pannello speciale. A volte può essere incorporato anche un reattore catalitico che fa reagire tracce di ossigeno in ppm con l'idrogeno per formare acqua: l'acqua viene poi rimossa per adsorbimento. Questo processo permette di ottenere un gas di formazione molto "pulito", con proprietà riducenti ottimali. Di solito, la fonte di azoto proviene da N2 criogenico vaporizzato, mentre l'idrogeno proviene da una bombola o da un "tubo".
2/ Alimentazione del cilindro. Per l'alimentazione del gas in miscela si può utilizzare una singola bombola o un gruppo di bombole collettate. Di solito, il gas viene utilizzato così come viene ricevuto, senza essere ripulito.
3/ Cracking dell'ammoniaca. In pratica, NH3 -> 3N2 + H2. Questa soluzione è fattibile, ma comporta un rapporto fisso di 3:1 tra N2 e H2 e non viene mai utilizzata (che io sappia) nella saldatura. È inoltre estremamente inefficiente in termini di costi e di utilizzo di energia per produrre l'ammoniaca, inoltre l'ammoniaca ha solitamente un contenuto di umidità molto più elevato rispetto a una miscela di azoto e idrogeno.
A cosa serve nella saldatura? Ne parlerò la prossima volta: Parlerò di termodinamica e cinetica e ci sarà un test.
Salute! Andy
