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焊接所用混合保护气体的种类及特性

【日期:2019-04-27 16:15:05】

  用混合气体代替单一气作为保护气体,可以有效地细化熔滴、减小飞溅、改善成形、控制熔深、防止缺陷,并降低气孔生产率,从而显著提高焊接质量。
  常用的焊接保护混合气体有二元混合气、三元混合气和四元混和气。二元混合气有Ar-He、Ar-N2、Ar-H2、Ar-O2、Ar-CO2、CO2-O2、N2-H2等;
  三元混合气有Ar-He-CO2、Ar-He-N2、Ar-HeO2、Ar-O2-CO2等;四元混合气用得比较少,主要由Ar、He、N2、O2、H2、CO2等配制而成。
  各类混合气体中各组分的配比比例可以在较大范围内变化,主要由焊接工艺、焊接材质、焊丝型号等诸多因素综合决定。一般来说,对焊缝质量要求越高,对配制混合气的单一气体的纯度要求也越高。
  1.二元混合气体
  (1)氩-氧
  氩中添加少量氧用于熔化极气体保护焊,可提高电弧的稳定性,改善熔滴细化率,降低喷射过渡电流,改善润湿性和焊道成形,如Ar+(1%-2%)O2常用于碳钢、低合金钢、不绣钢的喷射电弧焊。
  适当增加电弧气氛的氧化性,使熔池液态金属温度提高,流动性得到改善,熔融金属能充分流向焊趾,减轻咬边倾向,并使焊道平坦,如Ar+(5%-10%)O2用于碳素钢的焊接,可以提高焊接速度。有时添加少量氧用于焊接非铁金属,例如在焊接很洁净的铝板时,加入体积分数为1%的氧可使电弧稳定效果良好。
  (2)氩-二氧化碳
  这类混合气体主要用于碳钢和低合金焊接,对于不绣钢的焊接应用有限。Ar-CO2比纯CO2飞溅少,且减少合金元素烧损,有助于提高焊缝的强度和冲击韧性。Ar中加少量CO2像加少量O2一样产生喷射电弧。其最大不同是Ar-CO2混合气比Ar-O2混合气产生喷射电弧的临界电流高。
  Ar-CO2是我国应用最广泛的焊接二元混合气体,为适应市场的需求,并规范质量要求,已制订出化工行业标准HG/T3728-2004《焊接用混合气体氩-二氧化碳》,其中规定了配制Ar-CO2混合气体所采用原料气的纯度、混合气体产品的技术要求、试验方法、检验规则等。
  Ar-CO2混合气体的配比比例几乎可以是任何比例。例如,加5%CO2的混合气用于低合金钢厚板全位置脉冲MAG焊很普通,通常比加2%O2时焊缝氧化少,并改善熔深,气孔较少;
  Ar+(10%-20%)CO2用于碳钢、低合金钢窄间隙焊,薄板全位置焊和高速MAG焊;Ar+(21%-25%)CO2常用于低碳钢短路过渡焊;Ar+50%CO2用于高热输入深熔焊;Ar+70%CO2用于厚壁管的焊接等。
  (3)氩-氦
  Ar-He混合气不论其比例如何都用于非铁金属的焊接,如铝、铜、镍合金和活泼金属,这些气体用不同的组合提高TIG焊和MIG焊的电弧电压和热量,而保持氩气的有利特性,特别适合于对焊缝质量要求很高的场合。氦气的加入量至少应在20%以上才能产生和维持稳定喷射电弧的效果。
  (4)氩-氮
  在焊接双相不锈钢时,可在混合气体中加入2%-3%的N2来提高接头耐点蚀和耐应力腐蚀的能力。
  (5)氩-氦
  H2是双原子分子,具有较高的热导率,采用Ar-H2混合气时可以提高电弧的温度,增大熔透能力,提高焊接速度,防止咬边。此外,氢气具有还原作用,可防止CO气孔的形成,Ar-H2混合气体主要用于镍基合金、镍铜合金、不绣钢等的焊接,一般应将氢的含量控制在6%以下。
  2.三元混合气体
  (1)氩-二氧化碳-氧
  含有这三种组分的混合气体,一般CO2在20%以下,O2在5%以下,主要优点在于可焊接各种厚度的碳钢、低合金钢、不绣钢,不论哪种过渡形式都具有多方面适应性。
  (2)氩-二氧化碳-氢
  不绣钢脉冲MIG焊时加少量H2(体积分数为1%-2%),对焊缝润湿有改善,且电弧稳定。所以CO2也要少(体积分数为1%-3%),使渗碳量少,并保持良好的电弧稳定性。这种气体不推荐用于低合金钢,因为它导致焊缝金属含氢量过高,力学性能不好,也会出现裂纹。
  (3)氩-氦-二氧化碳
  Ar中加He及CO2,可增加焊缝热输入并改善电弧稳定性,焊道润湿和成形更好。当焊接碳钢和低合金钢时,加He用以增加热输入,并改善熔池流动性,而He也是惰性,对焊缝金属的氧化合合金烧损没有影响。
  例如,Ar+(10%-30%)He+(5%-15%)CO2用于碳钢和低合金钢脉冲喷射电弧焊;(60%-70%)He+(20%-35%)Ar+5%CO2用于高强钢尤其是全位置短路过渡焊;90%He+7.5%Ar+2.5%CO2广泛用于不绣钢全位置短路电弧焊。

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