Verwendung von Schutzgasen
Inertgase sind Gase, die träge in ihrer Reaktion mit anderen Elementen sind. Der lateinische Begriff inert drückt diese Reaktionsträgheit aus. Ihre Verwendung in der industriellen Fertigung liegt in Bereichen, in denen Sauerstoff oder andere Gase die Arbeiten erschweren oder gar unmöglich machen würden.
Inertgase reduzieren oder verdrängen den Anteil von Sauerstoff und helfen somit, Explosionen oder Entzünden von Stoffen zu vermeiden. Neben Stickstoff zählen auch die Edelgase Argon, Helium, Krypton, Neon, Radon und Xenon zur Gruppe der Inertgase. In der industriellen Anwendung hat Radon keine Bedeutung, da es radioaktiv ist. Kohlendioxid ist nur zum Teil inert, da es sich je nach Temperatur inert oder aktiv verhält. Ein in der Praxis geläufiger Begriff für Inertgase ist Schutzgase.
Notwendigkeit von Schutzgasen in der industriellen Anwendung
Sauerstoff ist das zweithäufigste Gas in der Erdatmosphäre und sehr reaktionsfreudig mit anderen Elementen. Eisen und Stahl reagieren mit Sauerstoff nur unter Zufuhr von Wasser oder bei extrem hohen Temperaturen. Bei Schweißarbeiten werden diese Temperaturen erreicht und überschritten, sodass der Sauerstoff direkt mit dem Metall reagiert. Der Einsatz von Schutzgasen verhindert diese Reaktion, da der in der Luft enthaltene Sauerstoff von den Inertgasen verdrängt wird.
Einsatz von Inertgas als Schutzgas
Der Schutzgascharakter von Inertgasen wird in zahlreichen Bereichen als Brenn- und Explosionsschutz genutzt.
Schweißarbeiten
Beim Schweißen helfen Inertgase, die Schweißnaht hochwertig zu setzen und zugleich das Metall vor der extremen Hitze zu schützen. Die Reaktionsträgheit der Inertgase verhindert ein Angreifen der Metalle. Zugleich wird der Sauerstoff in der Luft daran gehindert, beim Schweißen mit dem Metall chemisch zu reagieren. Am häufigsten wird beim Schweißen Argon als Schutzgas eingesetzt, da es ähnliche Eigenschaften wie Edelgase aufweist, jedoch wirtschaftlich deutlich günstiger ist.
Schifffahrt und Tanklaster
Beim Transport hoch brennbarer Stoffe in der Schifffahrt sowie im Straßenverkehr kommt Inertgas zum Einsatz. Werden die Ladungen gelöscht, so wird das dabei entstehende Leervolumen in den Frachträumen mit Inertgas gefüllt, um eine unkontrollierte Explosion durch den Eintritt von Sauerstoff in der Umgebungsluft zu vermeiden. Je nach Schiffsart werden dabei die inerten Abgase aus dem Antrieb oder Stickstoff verwendet.
Militärische Flugzeuge
Das Betanken militärisch genutzter Flugzeuge wird durch den Einsatz von Inertgasen vor Explosionen geschützt. In der zivilen Luftfahrt ist dieses Verfahren nach Tankunfällen in der Diskussion, jedoch noch nicht in der Praxis umgesetzt.
Chemische Industrie
Inertgase kommen auch in der chemischen Industrie zur Anwendung, wenn Lagertanks vor Explosionen geschützt werden müssen. Auch im Laborbetrieb der chemischen Industrie finden Inertgase Anwendung, um Reaktionen kontrolliert zu führen, ohne dass die daran beteiligten Stoffe durch Luft und Feuchtigkeit sofort zersetzen.
Kohlendioxid und Stickstoff als Schutzgas
In der Industrie wird CO2 in Verbindung mit anderen inerten Gasen als Schutzgas verwendet. Beim Schweißen wird CO2 gemeinsam mit Argon oder Helium eingesetzt, da es günstig verfügbar ist. Je nach Temperatur kann CO2 jedoch seinen inerten Charakter verlieren und selbst zum aktiven Gas werden. Beim Schweißen hat dies zur Folge, dass sich Kohlenstoff im flüssigen Metall der Schweißnaht anreichert. Je nach Art der Schweißarbeiten kann dieser Effekt gewünscht sein, da Kohlenstoff die Härte der Schweißverbindung erhöht.
Beim Laserschneiden können metallische Bleche unter Zufuhr von Stickstoff oxidationsfrei bearbeitet werden. Dieses Verfahren ist wirtschaftlich deutlich günstiger, als das Laserschneiden unter Zufuhr von Argon und Helium als Schutzgase. Je nach Verfahren des Laserschneidens verhindert der Stickstoff nicht nur die Oxidation der Schnittkanten, sondern wird unter Druck auf die Schnittkanten geblasen, um das flüssige Metall herauszutreiben.
Die Metallkanten werden hierdurch vor Ablagerung von Schlacke geschützt und erfordern keine oder nur geringe Nachbearbeitung. Diese Eigenschaft macht das Laserschneiden mit Stickstoff wirtschaftlich attraktiv, da die Kosten der manuellen Nachbearbeitung über den Kosten für Stickstoff liegen.