焊接保護(hù)氣的選擇與應(yīng)用

李帥 魏玉峰

摘 要：焊接保護(hù)氣的性質(zhì)及組分對焊接質(zhì)量具有較大影響，常見焊接保護(hù)氣體性質(zhì)不同，對焊接速度、焊縫熔深、電弧穩(wěn)定性影響不同，因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)綜合考慮多種影響因素，選取合適的保護(hù)氣體，為焊接質(zhì)量提供可靠保障。

關(guān)鍵詞：焊接保護(hù)氣；惰性氣體；二氧化碳；

文章編號：1674-3520（2015）-08-00-02

一、引言

電弧焊過程中，若不加保護(hù)器，大氣中的氧氣（O2）或其他氣體會侵入電弧和熔池，與高溫熔化的金屬發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生焊接缺陷，影響產(chǎn)品的適應(yīng)性能。焊接保護(hù)氣主要功能是保護(hù)待焊金屬免受其他氣體和雜質(zhì)的污染，保障焊接產(chǎn)品的質(zhì)量；另一方面焊接保護(hù)氣的性能對焊接速度、焊縫熔深、成形、焊接煙塵、電弧穩(wěn)定性等產(chǎn)生相應(yīng)影響。焊接保護(hù)氣按照氣體活性程度可以分為惰性氣體（如：He）和非惰性氣體（如：CO2）；按照組元成分可以分為單一組元?dú)怏w（如：GTAW-使用純Ar作為保護(hù)氣體）和多元混合氣體（如：GMAW-使用純75%Ar+25%CO2作為保護(hù)氣體）；按照氣體氧化性強(qiáng)弱可以分為強(qiáng)氧化性氣體、弱氧化性氣體、還原性氣體、中性氣體；此外，除氣體活性程度、組元成分、氧化傾向之外，保護(hù)氣體的電離能和導(dǎo)熱系數(shù)也是選擇保護(hù)氣體重要依據(jù)。常用焊接保護(hù)氣特性可參見表1。

二、焊接保護(hù)氣的選擇及應(yīng)用

（一）GTAW中焊接氣體的選擇及應(yīng)用

氬氣（Ar）因其為惰性氣體，常溫和高溫下不與其他元素起化學(xué)作用，且電弧穩(wěn)定性好，電離電壓較低，焊縫成形美觀，成本較低，在GTAW中適用作為各種金屬焊接的保護(hù)氣體。目前，GTAW中可以采用氬氣作為焊接保護(hù)氣體的金屬包括所有碳鋼不銹鋼以及幾乎全部有色金屬：鋁、銅、鎳、鈦、鋯等及其合金，并且焊接效果優(yōu)良。使用單純的氬氣作為GTAW保護(hù)氣體雖然可以獲得優(yōu)良的焊接接頭，但由于其電弧能量較低，在焊接熔透力和焊接速度上無法滿足實(shí)際需要，此時可采用氬氣與其他氣體混合以提高焊接熔透力和焊接速度，如Ar+He或Ar+H2等。

（二）GMAW焊接氣體的選擇及應(yīng)用

1、普通碳鋼（結(jié)構(gòu)鋼）GMAW保護(hù)氣體選用

對于普通碳鋼，或者用于生產(chǎn)鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)鋼，如果不是對焊接質(zhì)量和焊接外觀有嚴(yán)格要求，通常采用CO2作為保護(hù)氣體，此時又稱CO2氣體保護(hù)焊，該方法具有生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量好、成本低、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。需要注意的是，液態(tài)CO2中可溶解質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的水，多余的水則成自由狀態(tài)沉于瓶底。這些水在焊接過程中隨CO2一起揮發(fā)并混入CO2中，直接進(jìn)入焊接區(qū)。因此水分是CO2氣體中最主要的有害雜質(zhì)。保護(hù)氣體CO2氣體的純度及質(zhì)量應(yīng)當(dāng)滿足要求。

對于焊接質(zhì)量較高的場合，需要進(jìn)行無損檢測或壓力試驗(yàn)時，可用Ar+CO2作為保護(hù)氣體，保護(hù)氣體的組份變化可以影響焊接電弧空間形態(tài)、電弧能量密度、熔滴過渡方式、焊絲熔化特征及焊接過程飛濺等，還可以改善焊接過程電弧及過渡的穩(wěn)定性及液態(tài)金屬與熔池的潤濕情況，改善焊縫成型，降低飛濺，消除和防止缺陷的產(chǎn)生，提高焊縫接頭的性能。

2、不銹鋼GMAW保護(hù)氣體選用

不銹鋼GMAW中焊接氣體的選用，不但要根據(jù)不銹鋼的類型及焊接位置等因素，同時也必須考慮背部成型、焊接組合、熔滴過渡形式等其他因素，才能獲得最優(yōu)的焊接效果。

用純氬只能適合TIG焊接不銹鋼，而不能適用于MIG焊接不銹鋼。因?yàn)榧儦鍤怏w下熔化極氣體保護(hù)焊時，不銹鋼的熔滴和熔池的表面張力較大，熔池液態(tài)金屬流動性很差，焊縫表面無法鋪展?jié)櫇?，焊道成形較差。

當(dāng)在氬氣中加入1-2%氧，不銹鋼的熔滴和熔池的表面張力降低，熔池液態(tài)金屬流動性增強(qiáng)，提高了焊縫表面的鋪展?jié)櫇裥裕缚p熔深熔寬適中，焊道成形美觀。0-1%適合于奧氏體不銹鋼，0-2%適合于鐵素體不銹鋼；0-2%較比0-1%熔池具有更好的流動性，適合于不銹鋼焊絲的噴射過渡及脈沖過渡，適合于不銹鋼焊件的平焊及平角焊。

當(dāng)在氬氣中加入2-5%CO2，擔(dān)心有增碳傾向。試驗(yàn)證明CO2≤5%，焊縫含碳量≤0.03%，仍在超低碳的水準(zhǔn)以下。電弧的穩(wěn)定性好，氧化性減弱，合金元素?zé)龘p少，無增碳傾向；適合于不銹鋼焊絲的短路過渡噴射過渡及脈沖過渡。當(dāng)在氬氣中加入2-5%CO2適合于不銹鋼管道的TIG打底焊+MAG填充蓋面焊的組合工藝，全位置焊接，短路過渡，焊縫平整美觀。

三元混合氣體優(yōu)點(diǎn)更為突出，如組分為Ar+5%CO2+2%O2的三元混合氣體，電弧集中性強(qiáng)，焊縫單面焊雙面成型好，適合于技術(shù)要求較高的不銹鋼焊接；組分為Ar+He+CO2的混合氣體，其中氦氣可增加焊縫的熔深，提高焊接速度，減少焊件的變形量；組分為Ar+CO2+N2的混合氣體是歐美開發(fā)的新工藝，其中氮?dú)饪稍黾雍缚p的熔深和熔寬。

3、鋁合金GMAW保護(hù)氣體選用

對于適合焊接的鋁合金，GMAW中通常采用Ar作為保護(hù)氣，值得注意的是鋁合金對焊接氣體的純度有較高要求，如果保護(hù)氣體達(dá)不到，焊縫兩側(cè)則會出現(xiàn)黑色氧化物，影響焊接外觀質(zhì)量。如果想要得到較大地焊接熔深和焊接速度，則可以在Ar中加入一定比例的He。由于He的傳熱系數(shù)大，在相同電弧長度下，電弧電壓比用Ar時高。電弧溫度高，母材熱輸入大，熔化速度較高。適于焊接厚鋁板，可增大熔深，減少氣孔，提高生產(chǎn)效率。但如加入He的比例過大，則飛濺較多。

4、其它金屬及合金GMAW保護(hù)氣體選用

對于銅及銅合金GMAW除了使用純Ar作為焊接保護(hù)氣外，可以在Ar氣中加入一定比例的氮?dú)猓梢越档蜕a(chǎn)成本，同樣也能起到保護(hù)作用，但有一定飛濺和煙霧，成形較差。對于鎳及鎳合金GMAW除了使用純Ar和Ar+He作為焊接保護(hù)氣外，也可以在Ar氣中加入少量的氫氣，同樣可以提高焊接效率。對于鈦及鈦合金GMAW，由于Ti與N、H、O都具有較強(qiáng)的結(jié)核性，因此只能使用純Ar和Ar+He作為焊接保護(hù)氣。

四、結(jié)論

綜上所述，焊接保護(hù)氣體在氣體保護(hù)焊中作用尤為重要，焊接保護(hù)氣體的選用直接影響到焊接生產(chǎn)的質(zhì)量、效率及成本。由于焊接材質(zhì)的多樣性，焊接氣體的選用也比較復(fù)雜。實(shí)際生產(chǎn)時，需要綜合考慮焊接材質(zhì)、焊接方法、熔滴過渡形式、焊接位置、以及要求的焊接效果，才能選擇最適合的焊接氣體，同時達(dá)到最佳的焊接結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈時君. 焊接保護(hù)氣體的選擇[J]. 金屬加工（熱加工），2014，06：26-28.

[2]雷小偉，萬自永，孫現(xiàn)龍，郭寧，鄂楠，李斌. 氣體保護(hù)焊保護(hù)氣體的選用[J]. 材料開發(fā)與應(yīng)用，2014，04：90-94+100.

[3]張明. 焊接氣體的應(yīng)用和發(fā)展[J]. 金屬加工（熱加工），2014，06：24-25+28.