不銹鋼氣體保護(hù)焊有惰性氣體保護(hù)焊和活性(又稱氧化性)氣體保護(hù)焊兩種。惰性氣體保護(hù)焊有氬、氦、氬-氦和氬-氫混合氣體;活性氣體保護(hù)焊用氣體有氬-氧、氬-三氧化碳和氬-氧一二氧化碳等混合氣體。


1. 氬氣 


  氬氣(Ar)是惰性氣體,為單原子氣體,它不與焊縫金屬起化學(xué)作用,密度是空氣的1.4倍,使用時不易漂浮失散,所以是一種理想的保護(hù)氣體。氬氣的熱導(dǎo)率小,高溫時不分解吸熱,電弧在氬氣中燃燒時熱量損失少,電離勢低,故在各類氣體保護(hù)焊中氬氣保護(hù)焊的電弧燃燒穩(wěn)定性最好。特別是在熔化極氬弧焊時,焊絲金屬很容易呈穩(wěn)定的軸向射流過渡,且飛濺小。在熔化焊時得到廣泛的應(yīng)用。

氬氣是分餾液態(tài)空氣的副產(chǎn)品,所以其中常含有一定數(shù)量的氧、氮、二氧化碳及水分,會直接影響焊縫質(zhì)量。有關(guān)氬氣的技術(shù)指標(biāo)(GB/T 4842-2006)見表2-30,純氬作為不銹鋼焊接的保護(hù)氣體時,可以滿足要求;高純氬應(yīng)用在有色金屬或?qū)俚臍?體保護(hù)焊中。


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2. 氦氣


  氦氣(He)與氬氣一樣是一種無色、無味、無毒、無污染的惰性氣體,不與其他元素組成化合物,不溶于焊縫金屬,是一種單原子氣體。與氬氣相比,性質(zhì)有下列特點:


    a. 在氬氣中容易引弧,電弧燃燒穩(wěn)定而且柔和,氦氣則較差。


    b. 氦氣比氬氣的電離電壓高,在同樣電流和弧長時,氦氣的電離勢高,氦弧的電壓都明顯比氬弧高,所以氦弧的溫度高,發(fā)熱大且集中,這是氦弧焊的最大優(yōu)點。同時氦的熱導(dǎo)率大,有利于向被焊區(qū)輸熱,所以在同等電流和弧長條件下,鎢極氦弧焊的焊接速度可比鎢極氬弧焊快30%~40%,且可獲得熔深較大的窄焊縫,焊接熱影響區(qū)也明顯減小。


      單獨用氦氣作為保護(hù)氣體時,在任何焊接電流時都不能實現(xiàn)軸向射流過渡,常常產(chǎn)生較多的飛濺和較粗的焊縫表面。而氬氣保護(hù)中焊接電流較小時為大熔滴過渡,當(dāng)焊接電流超過臨界值時,將會形成軸向射流過渡(例如,保護(hù)氣體的體積分?jǐn)?shù)99% Ar~1%O2,不銹鋼焊絲直徑為1.2mm時,其臨界電流為225A)。通常,用Ar-He混合氣體保護(hù)進(jìn)行焊接,既可以改善焊縫成形,又能得到理想的穩(wěn)定的熔滴過渡。


    c. 氦氣的密度小,僅為空氣的0.14倍,不易形成良好的保護(hù)罩。為了獲得與氬氣同樣的保護(hù)效果,氦氣流量必須比氬氣大2~3倍。


    d. 氦氣的氣體體積比較輕(密度?。?,又具有較高的擴散速度和對設(shè)備有特別高的靈敏度,在封閉的系統(tǒng)內(nèi)又能保持較長時間的穩(wěn)定性,所以可以用來作為一次性非破壞性檢驗的氣體,來檢測結(jié)構(gòu)中微量穿透性的缺陷。


    由于氦氣價格昂貴,所以應(yīng)用受到限制。純氦、高純氦和超純氦的技術(shù)要求見表2-31。


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3. 氬-氦混合氣體


  氬氣電弧穩(wěn)定柔和,陰極清理作用好;氦氣電弧發(fā)熱量大且集中,有較大的熔深。采用氬-氦混合氣體可以取長補短。其混合氣體的體積分?jǐn)?shù)通常為中(He)75%~80%+φ(Ar)25%~20%。



4. 氫氣 


  氫氣(H2)是無色無嗅的可燃性氣體。氫的相對原子質(zhì)量最小,可溶于水,導(dǎo)熱性能好,氫分子分解為氫原子時吸收大量分解熱。在氬氣保護(hù)焊時,加入適量氫,可增大母材金屬的熱輸入,提高電弧電壓,從而可提高熱功率,增加熔透性且提高焊接速度和生產(chǎn)效率。同時還能防止焊縫產(chǎn)生咬邊和抑制CO氣孔的生成。氬-氫混合氣體的應(yīng)用只限于焊接不銹鋼、鎳基合金,因為氫在一定含量范圍內(nèi)對這些材料不會產(chǎn)生有害的冶金影響。常用的氣體成分是Φ(Ar)85%+Φ(H2)15%,采用此混合保護(hù)氣焊接厚度為1.6mm以下的不銹鋼對接接頭時,焊接速度可比純氬保護(hù)快50%。氫氣的技術(shù)要求見表2-32。


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5. 二氧化碳 


  二氧化碳是氧化性保護(hù)氣體,有固、液、氣三種狀態(tài)。工業(yè)用二氧化碳都是液態(tài),常溫下即可氣化,使用方便、經(jīng)濟(jì)。一個容積為40L的標(biāo)準(zhǔn)鋼瓶即可裝入25kg的液態(tài)二氧化碳(按容積的80%計),剩余約20%的空間則充滿氣化了的二氧化碳。液態(tài)二氧化碳中可溶解質(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著二氧化碳一起揮發(fā)并混入二氧化碳氣體中,一起進(jìn)入焊接區(qū),成為主要有害雜質(zhì),故焊前必須采取下列措施來減少水分。


    a. 將新灌氣瓶倒置2h,開啟閥門將沉積在下部的水排出(一般排2~3次,每次間隔約30min),放水結(jié)束后仍將氣瓶倒正。


    b. 使用前先放氣(2~3min),因為上部的氣體一般含較多的空氣和水分。


    c. 在氣路中設(shè)置高壓干燥器和低壓干燥器,進(jìn)一步減少二氧化碳中的水分。一般用硅膠或脫水硫酸銅作干燥劑,可烘去水后多次重復(fù)使用。


    d. 當(dāng)瓶中氣壓降低到0.1MPa以下時,不再使用。此時液態(tài)二氧化碳已揮發(fā)完,瓶內(nèi)氣體壓力隨氣體消耗而降低,水分分壓卻相對增大,若繼續(xù)使用,焊縫金屬將會產(chǎn)生氣孔。


  二氧化碳是藥芯焊絲氣體保護(hù)焊的主要保護(hù)氣體之一。工業(yè)液體二氧化碳的技術(shù)要求見表2-33。



6. 氬-氧-二氧化碳三元混合氣體 


  焊接不銹鋼時,在氬氣中加入適量的氧和二氧化碳氣體,可使保護(hù)氣體的氧化性增強。當(dāng)焊絲采用噴射形式過渡到焊接熔池時,具有下列優(yōu)點:可克服陰極飄移現(xiàn)象,使焊接電弧燃燒穩(wěn)定;焊接過程中飛濺減少,焊縫成形良好;還可以減少咬邊現(xiàn)象,易實現(xiàn)單面焊雙面成形的工藝。