Inertgas

Was ist Inertgas?

Der Begriff inert kommt aus der lateinischen Sprache und bedeutet träge. Die Trägheit dieser Gase bezieht sich auf die Reaktionsfähigkeit mit anderen Elementen. Inerte Gase gehen keine oder kaum chemische Reaktionen ein. Besonders dafür geeignet sind die Gase Helium und Argon, die es nur in atomarer Form gibt und aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften nicht in der Lage sind, mit anderen Stoffen zu reagieren. Aus diesem Grund werden diese Gase auch als Schutzgase bezeichnet.

Inertgase haben eine doppelte Wirkung:

  1. Durch ihre Reaktionsträgheit greifen sie Metalle nicht an.
  2. Schutzgase verdrängen die Atemluft aus dem Bearbeitungsbereich und hindern somit den Sauerstoff daran, mit dem Metall zu reagieren.

Welche Inertgase gibt es?

Flaschen mit SchutzgasVon den 118 bekannten Elementen sind lediglich 8 Gase so träge, dass sie als Schutzgas eingesetzt werden könnten. Von diesen Gasen können wiederum nur Stickstoff, Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon uneingeschränkt als Inertgas verwendet werden. Radon ist auch ein inertes Gas, wird aber nicht in der Industrie genutzt, da es radioaktiv ist. Auch Kohlendioxid kann bei niedrigeren Temperaturen als Schutzgas verwendet werden. Jedoch gibt es bei diesem Gas etwas zu beachten.

Kohlendioxid – Ein inertes Gas wird aktiv

Kohlendioxid wird häufig als Schutzgas verwendet und schützt unter anderem auch unsere Lebensmittel. Beim Schweißen kann CO2 in Verbindung mit Argon oder Helium eingesetzt werden. Es ist aber sehr wichtig zu beachten, dass Kohlendioxid bei höheren Temperaturen seinen Schutzgascharakter verliert und zu einem aktiven Gas wird. Dies bedeutet, dass Kohlendioxid mit dem Schweißbad reagiert und sich Kohlenstoff im flüssigen Metall anreichert. Die Anreicherung ist bei diesem Schweißverfahren durchaus erwünscht, da so die Härte erhöht werden kann. Der Grad dieses Effektes kann über die CO2-Menge im Schutzgas gesteuert werden.

Das Problem mit Sauerstoff

Sauerstoff ist mit einem Volumenanteil von 20% das zweithäufigste Gas in unserer Atmosphäre und auf unserem Planeten mit Abstand das häufigste Element. Dieses Gas ist sehr reaktionsfreudig und geht mit dem Großteil der anderen Elemente Verbindungen ein. Seine zersetzende Wirkung auf Eisen und Stahl entfaltet der Sauerstoff jedoch erst in Verbindung mit Wasser. Durch Diffusionsprozesse entreißt Wasser dem Eisen Ionen, was es dem Sauerstoff dann ermöglicht das Eisen effektiv anzugreifen.

Anders verhält es sich beim Schweißen, Laserschneiden oder anderen thermischen Bearbeitungsverfahren. Durch die enorm hohen Temperaturen kann der Sauerstoff auch ohne Hilfe von Wasser mit dem Metall reagieren. Aus diesem Grund muss der Bereich, in dem sich flüssiges Metall befindet, durch Inertgase von der Luft abgeschirmt werden.

Stickstoff beim Laserschneiden

Stickstoff eignet sich hervorragend zum oxidationsfreien Schneiden von Blechtafeln. Theoretisch könnte man auch ein Argon-Helium-Gemisch nutzen, jedoch ist der Preis für Stickstoff ca. 40% niedriger als der von Edelgasen. Die Entscheidung für Stickstoff ist somit auch wirtschaftlicher Natur, um Laserschneiden zu vernünftigen Preisen anbieten zu können.

Bei Rime wird Schmelzschneiden angewandt, wobei ein stark fokussierter Laserstrahl das Material verflüssigt. Gleichzeitig wird mit einer Düse Stickstoff in den Schneidspalt geblasen, der das flüssige Metall heraus treibt und die erkaltenden Materialkanten vor Zunderbildung und Schlackenablagerung schützt.

Da der Stickstoff, ähnlich wie die Edelgase keine chemischen Verbindungen mit dem Metall eingeht, sind die Werkstückkanten sehr sauber und müssen nur selten nachbearbeitet werden. Diese Tatsache macht die Laserbearbeitung trotz des hohen Stickstoffverbrauchs zu einem wirtschaftlichen Blechbearbeitungsverfahren.