焊接用气体与钨电极的选择与应用

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：（一）焊接用气体焊接用气体主要是指气体保护焊中使用的保护性气体和可燃气体。这些水在焊接过程中随CO2挥发并混入CO2气体中，一起进入焊接区。氮气可用作焊接时的保护气体；由于氮气导热及携热性较好，常用作等离子弧切割的工作气体，有较长的弧柱、又有分子复合热能，故可切割较厚的金属。如焊接大厚度铝板，推荐用氩气加氦气；焊接不锈钢可采用氩气加CO2或氩气加氧气等。（二）钨电极焊接用钨电极主要指非熔化极氩弧焊时的电极。

（一）焊接用气体

焊接用气体主要是指气体保护焊中使用的保护性气体（如Ar、CO₂、He、H2、O₂、N2等）和可燃气体（C2H2、C3 H5、C3 H6、CH4、H2）。

1.氩气（Ar）

氩气是一种惰性气体，它既不与金属起化学反应，也不溶于金属中。因此可以避免焊缝中合金元素的烧损和由此带来的其他焊接缺陷，使焊接冶金反应变得简单和易于控制，为获得高质量的焊缝提供了有利条件。氩气导热系数小，且是单原子气体，高温时不分解吸热，电弧在氩气中燃烧时热量损失少，故在各类气体保护焊中氩气保护焊的电弧燃烧稳定性最好。氩气的密度较大，在保护时不易漂浮散失，保护效果良好。

氩弧焊适用于高强钢、钛、铝、镁、铜及其合金的焊接和异种金属的焊接。氩气作为焊接用保护气体，一般要求纯度为99.9％～99.999％（体积分数），视被焊金属的性质和焊缝质量要求而选定。

2.二氧化碳气（CO₂）

CO₂是氧化性保护气体，有固态、液态和气态三种状态。液态CO₂是无色液体，其密度随温度不同而变化，当温度低于－11℃时比水重，高于－11℃则比水轻。CO₂由液态变为气态的沸点很低（－78℃），所以工业用CO₂都是液态，常温下即可气化。液态CO₂中可溶解0.05％的水多余的水则成自由状态沉于瓶底。这些水在焊接过程中随CO₂挥发并混入CO₂气体中，一起进入焊接区。因此水分是CO₂气体中最主要的有害杂质，随CO₂气体中水分的增加即露点温度的提高，焊缝金属中含氢量增高、塑性下降，甚至产生气孔等缺陷。焊接用CO₂的纯度应大于99.5％，国外有时还要求纯度大于99.8％、露点低于－40℃。

3.氦气（He）

氦气是一种无色、无味的惰性气体，与氩气一样也不和其他元素组成化合物，不溶于金属是一种单原子气体，沸点为－269℃。与氩气相比它的导热系数大，在相同的电弧长度下电弧电压高，电弧温度高，母材输入热量大，焊接速度快。这是氦弧焊的优点，但电弧稳定性不如氩弧焊。

4.氢气（H2）

氢气是无色无臭的可燃性气体，氢的相对原子质量最小，可溶于水，导热性能好，分解时吸收大量分解热。氢气常被用于等离子弧的切割和焊接；熔化极气体保护焊时在氩气中加入适量氢气，可增大母材的输入热量，提高焊接速度和效率。

5.氧气（O₂）

氧气在常温常压下是无色无味的气体。在标准状态（即0℃和101.325kPa压力）下，1m3氧气质量为1.13kg，比空气重。氧气本身不能燃烧，是一种活泼的助燃气体。氧气常用作惰性气体保护焊时的附加气体，可细化熔滴，克服电弧阴极斑点漂移，增加母材输入热量，提高焊接速度等。

6.氮气（N2）

氮气在空气约占78％（体积），沸点－196℃，氮的电离势较低，相对原子质量较氩小，分解时吸收热量较大。氮气可用作焊接时的保护气体；由于氮气导热及携热性较好，常用作等离子弧切割的工作气体，有较长的弧柱、又有分子复合热能，故可切割较厚的金属。

7.焊接用气体的选用

选用气体总的原则是根据被焊材料而定：对易氧化的金属如铝、钛、铜等及它们的合金应选用惰性气体（氩气、氦气或氩气加氦气等）；对碳素钢、低合金钢、不锈钢等不宜采用惰性气体，而应选用氧化性的保护气体（如CO₂、氩气加CO₂、氩气加氧气等），可细化熔滴，克服电弧阴极斑点漂移及焊缝咬边等。从生产效率考虑，在氩气中加入氦、氮、氢、CO₂、氧等气体，可增加母材的热输入量，提高焊接速度。如焊接大厚度铝板，推荐用氩气加氦气；焊接不锈钢可采用氩气加CO₂或氩气加氧气等。

（二）钨电极

焊接用钨电极主要指非熔化极氩弧焊时的电极。常用电极材料分钨极、钍钨极和铈钨极三种，此外还有锆钨极。

1）纯钨极的熔点高，不易熔化挥发，但电子发射能量比铈钨极、钍钨极差。

2）钍钨极是在纯钨极配料中加入1.0％～2.0％的氧化钍的电极。钍钨极电子发射能力高，可使用较大的电流密度，电弧燃烧稳定，但由于含有微量放射性元素钍，使其应用受到一定限制。

3）铈钨极是在纯钨中加入1.8％～2.0％的氧化铈，杂质小于或等于0.1％的电极。其优点是铈钨极的X射线剂量及抗氧化性能比钍钨极有较大改善，电子逸出功比钍钨极约低10％，故易于引弧，电弧稳定性好；另外，铈钨极化学稳定性好、阴极斑点小、压降低、烧损少等，因此是目前非熔化极氩弧焊中应用最广的一种钨极。

4）钨极的选用。

①纯钨极：熔点和沸点高，不易熔化挥发、烧损，尖端污染少，但电子发射较差，不利于电弧的稳定燃烧。

②钍钨极：电子发射能力强，允许电流密度高，电弧燃烧稳定，但钍元素具有一定放射性，推广应用受到一定影响。

③铈钨极：电子逸出功低，化学稳定增长性高，允许电流密度大，无放射性，是目前普遍采用的一种电极。

④锆钨极：对必须防止电极污染基体金属的特殊条件下，可采用这种钨极，这种电极的尖端易保持半球形，适于交流焊接。