撰稿人Jim Grann、Craig Moller、Nate Sroka、Cavan Cardenas
氢气、氮气、氩气、乙炔和丙烷是热处理中最常用的工业气体。每种气体都有各自的使用特性、处理说明和安全规程。
在本文中，我们将重点介绍工业应用中最常见的三种气体。 真空炉 (氢气、氩气和氮气），讨论它们的特性，并提出在热处理过程中安全使用它们的一些建议。这并不是一份详尽无遗的建议清单，但它将为您提供一些指导，帮助您在操作 Ipsen 真空炉时制定内部安全协议。.
在我们详细讨论工业工艺气体安全之前，重要的是您目前正在遵循气体供应商建议的所有安全措施，定期维护和审查密闭空间入口的相关规则，并与当地消防队长一起审查工艺气体的管道和输送系统如何满足当地和各州的规范。
消防法规、安全条例和供应商指南都旨在保护用户免受密闭空间内气体管线泄漏、易燃或易爆气体或大气氧气不足的不利影响。
在美国境外，如果您所在的司法管辖区没有针对工业炉操作的适当安全指南，我们建议您参考美国国家防火协会 (NFPA) 的规则和指南、规范和标准，如 NFPA 86 在制定内部安全标准时。
工艺气体：氢气（以及其他比空气轻的工艺气体）
氢气通常用作燃料和工业加工气体。氢气与氧气发生反应，在含有游离氧的环境中，一旦遇到火源，就会发生易燃或爆炸，这意味着氢气的使用通常有自己的一套规则和规定。
在真空炉中，氢气通常用于生产清洁、光亮的零件。氢气还可用于烧除过程中的清理工序，帮助钎焊工序，确保钎焊粘接到无氧化物的干净零件上，还可用于涉及稀土磁铁的若干工序。在极少数情况下，氢气可用作淬火气体。
只有在窑炉进入深度真空后，才能将氢气引入窑炉。Ipsen 熔炉有一个程序化安全序列，可确认炉子泄漏率低于 50 微米，然后才能安全地将氢气引入炉腔。当引入氢气时，由阀门进行控制，只允许足够量的气体，以达到按照精确规格加工零件所需的结果。系统控制装置以微米、托、毫巴或帕斯卡为单位测量氢气含量，使其保持在可燃性下限的一半或以下，即小于 15 托。这种设计可在整个过程中保护操作员的安全。
即使有这些系统性的安全措施，也必须定期对向熔炉输送氢气的管路和阀门进行监控和维护。这些管路经常处于高压状态，因此定期对接头和阀门进行泄漏测试和检查应成为维护计划的一部分。
泄漏不仅会浪费工艺气体，还会将大气引入真空炉，导致部件褪色，给操作人员带来不安全的环境。即使是压力测试中产生的最小泄漏也需要引起注意并采取应对措施。水管工腻子是解决极小泄漏问题的合理短期解决方案，但在发现泄漏后，应继续以更高的频率对其进行监控和测试，直到排空管路并实施更永久性的解决方案。
作为最轻的气体（比空气轻约 14 倍），氢气释放到大气中会迅速上升。如果不被封闭在密闭空间内，它会迅速扩散。在使用氢气工艺气体的建筑物中，通风系统的设计应能驱散任何可能泄漏或释放到可能聚集氢气的腔室或房间顶部的气体，这也是对任何其他比空气轻的工艺气体（如乙炔）的建议。放置在每个房间顶端或附近的气体传感器将显示可能的气体泄漏，并提醒用户需要将收集到的气体排出建筑外。
工艺气体：氩气（以及其他比空气重的工艺气体）
氩气是航空工业中常用的淬火惰性气体。航空业依靠氩气来避免在淬火过程中发生哪怕最微小的氮脆性。氩气还可用于其他工艺，包括分压和对流加热。
由于氩气是一种惰性气体，它的非反应性有助于保持腔室中加工部件的化学完整性，防止氧化和污染。不过，氩气是一种昂贵的气体，这意味着除非明确指定使用氩气，否则在其他行业中使用氩气的频率要低于氮气。
氩气比空气重，这在用于部分压力热处理时尤为有利--由这些较重原子组成的大气中升华较少。在淬火时，氩气可为炉室中的工件提供保护层，防止变形，并使工件洁净，不会产生不必要的氮化效应。
由于氩气比空气重，当它从熔炉中释放出来而没有被抽走时，就会沉到它能找到的最低处。运行使用氩气的熔炉的工厂需要监控附近的低洼密闭空间，如机器坑或地下层房间（如地下室）是否存在氩气。
虽然氩气本身是无毒的，但当氩气在地坑或低洼区域内积聚时，就会取代原来的典型含氧空气，从而使这些空间对需要下降的维护团队构成潜在危险。
强烈建议任何进入这些区域的人员遵守密闭区域协议，包括在衣襟上佩戴个人气体传感器，尽可能靠近脸部。此外，附近应始终有一名观察人员，以确认进入密闭空间人员的安全。
如果怀疑低洼区域积聚了氩气，应撤离该区域并评估危险状况。如果您还怀疑该区域可能积聚了其他比空气重的气体（如丙烷），请移除任何可能的火源，并使用多种气体检测仪来检测该空间内的大气中可能存在的其他气体。
移除氩气需要强制通风，排气扇和管道系统应放置在受影响区域内尽可能低的位置，使任何鼓风机电机与开口保持安全距离，以消除任何其他积聚气体意外燃烧的可能性。在这些条件下工作时，维护技术人员应始终穿戴适当类型的个人防护设备。
工艺气体：氮气（及其他中性浮力工艺气体）
氮是一种占大气四分之三以上的元素，它最常见的分子形式是气体，即 N2. 由于氮气大多是惰性的、无毒的、廉价的，而且来源广泛，因此是一种常用的工业加工气体。
在真空热处理中，氮气最常用于炉内淬火和回填，以保持干燥、受控的环境。在对流炉中使用时，氮气也可用于分压，以防止氧化并使加热过程均匀。在某些应用中，冶金学家会避免使用氮气，以避免零件表面氮化，但在这些特定情况之外，按体积计算，氮气可能是真空热处理中最常用的气体。
纯氮的重量略低于空气中的大部分氮气，在努力将其驱散之前，往往会停留在原地。在加工后打开的腔室中，如果没有将氮气从容器中抽出，氮气就会滞留。一个简单的车间风扇可能无法将足够的含氧空气吹入含有纯净氮气的垂直或水平炉内。2.
即使使用氮气的容器已被抽出，大气空气（或干燥空气）已被回填，在操作员首次进入容器时，仍然必须遵守所有密闭空间规程，并在安全位置安排一名观察人员。同样，应在衣襟上佩戴可穿戴式氧气监测器，一旦出现警报，应立即小心撤退。
氧气是另一种中性浮力工艺气体。虽然与高氧环境的相互作用不会妨碍密闭空间内的呼吸，但在处理纯氧时始终必须遵守所有相关的消防安全程序。
总结
如果维护得当并使用适当的工艺气体，真空炉每次都能准确加工出干净光亮的零件。
由于这些气体是真空炉运行中不可或缺的一部分，因此在每次维护操作中，以及在与可能积聚这些工艺气体的密闭场所接触时，都必须遵守适当的安全协议。
Ipsen 始终建议真空炉维护和运营团队与建筑维护和设施团队协调，为所有涉及密闭空间的活动制定安全协议，检查工艺气体管路是否泄漏，并对观察到的泄漏做出及时、正确的反应。
根据当地、州和联邦法律审查所有安全程序，并利用任何在线资源以及当地消防队长或其他工业安全资源，确保团队每天都能安全工作。
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