气体保护焊接时，焊缝金属的成分和性能除了受到焊丝化学成分影响外，也与所采用的保护气体有密切的关系。随着保护气体氧化性的增加，焊丝中的脱氧元素烧损量也会增加，这时焊缝金属的强度会降低。对于焊后需要进行调质处理的铸钢件，力求保证焊缝金属主要合金成分与母材接近，以保证经过调质处理后，焊缝的性能与母材一致。......
2023-06-28
保护气体的选择及使用技巧
【摘要】：图1-6-20 电极端部形状氩气是无色无味的气体，比空气重25%，作为焊接保护气体使用时，不易飘浮散失，有利于保护作用。氩弧焊时，电弧一旦引燃就很稳定，是各种保护气体中稳定性最好的，一般电弧电压仅8～15V。
1.保护气体种类及特性比较
TIG焊用的保护气体主要是氩气、氦气或氩与氦各种比例的混合气体。有时也在氩气或氦气中加入氢气或氮气组成混合气体使用。
图1-6-20 电极端部形状
氩气（Ar）是无色无味的气体，比空气重25%，作为焊接保护气体使用时，不易飘浮散失，有利于保护作用。氩在空气中的含量是0.935%（体积分数），沸点为-186℃，介于氧与氮的沸点之间，是分馏液态空气制取氧气的副产品。氩气中有害的杂质是氧、氮、氢、二氧化碳及水蒸气，氩气的成分见表1-6-8。杂质含量过多会使钨极加速烧损，并使焊缝金属被氧化和氮化，增加焊缝金属的含氢量，降低焊接接头的质量。工业纯氩的纯度可达99.99%（体积分数），完全能够满足焊接铝、钛等活泼金属的要求。
表1-6-8 氩气成分（体积分数）
氩气作为保护气体焊接时，它既不与金属起化学作用，也不溶解于金属中。可以避免焊缝金属中的合金元素烧损，使焊接冶金反应变得简单和容易控制。它可以焊接高强度合金钢、铝、镁、铜及其合金以及异种金属等。氩气不像还原性气体或氧化性气体那样，它没有脱氧或去氢作用，对焊前的脱脂、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就要影响焊缝质量。
氩气是单原子气体，高温时不分解吸热，热导率小，在氩气中燃烧的电弧热量损失较少。氩弧焊时，电弧一旦引燃就很稳定，是各种保护气体中稳定性最好的，一般电弧电压仅8～15V。氩气是TIG焊中使用最广泛的气体。但氩弧容易扩展，呈典型钟罩形，加热不够集中。
除了氩气之外，氦气（He）也是TIG焊中常用的保护气体。氩气的电离电压为15.7V，而氦为24.5V，说明氦弧不如氩弧容易引燃和稳定。氩和氦的电弧静特性曲线如图1-6-21所示。从图1-6-21中可以看出，在一定的电流和弧长下，氦与氩的电弧电压不同，氦弧电压高，使电弧有较大的功率。氦气的冷却效果好，使得弧柱细而集中，电弧能量密度大，焊缝有较大的熔透率。氩弧电压较低，电弧的功率较小，产生的热量较少，约只有氦弧的2/3。两者比较而言，采用氩气保护有利于薄板焊接。对于厚板、热导率高或熔点较高的材料用氦气更为有利。在同样电弧功率的情况下，氦弧可以使用比氩弧高30%～40%的焊接速度而不会产生咬边现象。但是氦气比氩气昂贵而且轻，氦气相对原子质量是氩气的1/10，焊接时要获得同样的保护效果，氦气流量必须是氩气流量的2～3倍，显然焊接成本很高，限制了它在工业上的广泛应用。
氩加氦混合气体与氩、氦中加入氢的电弧静特性曲线如图1-6-22所示。从图中可以看出，在氩或氦中加入氢气将显著地线性提高电弧电压，这使得电弧的发热量也线性增加。氢可能对许多金属及合金产生有害的影响，仅能在某些特定的不锈钢及镍基合金上应用。
图1-6-21 氩和氦的电弧静特性曲线（实线表示弧长4mm，虚线表示弧长2mm）（TIG焊接铝）
图1-6-22 氩加氦混合气体与氩、氦中加入氢的电弧静特性曲线
对于铝、镁及其合金焊接，氩弧的阴极清理作用比其他各种电弧强，这对于开发氩弧焊的应用有重要作用。采用直流正接的氦弧焊时，没有阴极清理作用。氦弧发热量大且集中，电弧穿透力强，在电弧很短时，有去除母材表面氧化膜的作用，可以顺利地焊接铝及铝合金。焊后焊缝表面有一层薄的黑尘，但容易擦掉，且内部质量良好，气孔和氧化物夹杂物等缺陷较少。实践证明，氦弧焊单道焊可以焊接12mm厚的铝板，正反两面焊可焊20mm厚的铝板。与交流氩弧焊相比，熔深大、焊道窄、变形小。焊接速度两倍于钨极交流氩弧焊。
2.保护气体的选用
氩气、氦气或者它们的混合气均能成功地应用于焊接各种金属材料。从经济观点考虑，一般优先选用氩气。氩气的成本较低，流量要求较小。当焊接铝、铜等热导率高的原材料时，可以考虑选用氦气。另外，焊接不锈钢时可以在氩或氦中加入少量氢气；焊接铜及其合金时，有些情况下也可加入少量氮气。
在实际生产中有时采用氩-氦混合气体。氩气电弧稳定而柔和，阴极清理作用好；氦气电弧发热量大而集中，具有较大的熔深。两种混合使用就可以同时具有上述两者的优点。一般混合气体比例是He 75%～80%+Ar25%～20%（体积分数）。随着氦的加入量增加，熔深也随之增加，实际使用时，以加至所需熔深为准。
焊接不锈钢、镍基合金和镍-铜合金，有时使用氩-氢混合气体。使用氩-氢混合气体可提高电弧热功率，提高焊接速度，增加熔透，并有防止咬边，抑制CO气孔的作用。常用的比例是Ar+H2（5%～15%）（体积分数）。当焊接厚度为1.6mm以下的不锈钢对接接头时，焊接速度比纯氩气焊时快约50%。但是，氢添加量过多会引起气孔。
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