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2023-06-26
选用保护气体的标准及注意事项
【摘要】：铜及铜合金 采用氩气作为保护气体时，能产生稳定的过渡及良好的润湿性。当CO2气体加入的体积分数超过30%后，熔滴过渡失去氩弧特征而呈现CO2电弧的特征，电弧稳定性变差，飞溅增大。与只添加少量CO2气体的二元保护气体相比，在氩气中同时加入CO2气体与氧气组成三元保护气体，焊接低碳钢及低合金钢时工艺效果更理想。
1.保护气体的标准
保护气体的标准有：GB 4842—2006《氩》；GB 4844—2001《纯氦、高纯氦和超纯氦》；HG/T2537—1993《焊接用二氧化碳》；GB/T 3863—2008《工业氧》；GB/T 3864—2008《工业氮》；GB/T 3634.1—2006《工业氢》。
我国对焊接用混合气体没有标准规定，混合比例、允差大小、检验方法等技术要求由供需双方商定，具体可参考EN439《焊接材料—电弧焊和切割用保护气体》及AWS A5.32/A5.32M《焊接保护气体规范》。
2.保护气体的选用
（1）铝及铝合金 对于板厚不超过25mm的工件焊接时，常用的保护气体是氩气。氩弧焊电弧很稳定，飞溅极小。但由于铝的热导率比较高，焊接较厚工件时，焊接速度不宜过大，否则焊缝成形变差。厚板焊接时，可在保护气体中添加氦，提高电弧的热输入，增加熔深，改善焊缝成形，提高焊接速度，同时气孔率也降低。对于厚25～76mm的工件焊接时，一般选用Ar35%+He65%（体积分数）；工件厚度超过76mm时，一般选用Ar25%+He75%（体积分数）。
铝及铝合金焊接不宜使用添加活性气体的保护气体，这是因为焊缝中易产生氧化物夹渣且焊缝表面易氧化。氢在熔池中溶解度较大，焊缝凝固时，在很窄的温度区间氢的溶解度从0.69mL/100g急剧下降至0.036mL/100g，大量的氢难以从熔池中逸出，从而在焊缝中产生大量氢气孔。铝及铝合金的焊接也不宜使用添加氢的混合气体。为保证焊缝的致密性，铝合金MIG焊时宜采用高纯氩。
（2）钛 宜使用氩气或氩气与氦气的混合气体，电弧稳定性好。氮和氧对钛焊缝的力学性能有害，不宜使用含氮、氧的保护气体；在焊缝背面应同时采用惰性气体保护，防止氮、氧对焊缝污染。
（3）铜及铜合金 采用氩气作为保护气体时，能产生稳定的过渡及良好的润湿性。因铜的热导率较大，焊接厚板时，通常在氩气中加入体积分数为50%～70%的氦气，增加热输入，降低预热温度，增加熔深并改善焊缝成形。此外，氮与铜不发生冶金反应，铜及铜合金焊接时可以在保护气体中添加氮气。
（4）镍及镍合金 薄板焊接时采用纯氩气体保护，能得到稳定的短路过渡、喷射过渡。焊接厚板时，可在氩气中加入体积分数为10%～20%的氦气作为保护气体，提高电弧的热输入。添加活性气体会使焊缝表面发生氧化，恶化焊缝成形，但可以在氩气中添加氢气来提高热输入，焊缝也不易氧化。
（5）不锈钢 采用纯氩保护时，电弧不稳定，焊道成形不良且形成指状熔深。通常在保护气体中添加少量活性气体来提高电弧稳定性，如加入体积分数为1%～2%的氧气或体积分数为1%～5%的CO2气体。采用氩气加入体积分数为1%～2%的氧气作为保护气体时，除改善电弧稳定性外，还能得到稳定的喷射过渡，提高熔池流动性，焊缝成形良好且不易产生咬边。
焊缝增碳会提高低碳奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向，因此焊接低碳奥氏体不锈钢时，保护气体中不宜添加CO2。在氩气中添加少量氦气，可以增加熔宽，提高焊接速度。在保护气体中添加体积分数为1%～2%的氢气，可以减少氧化物或防止氧化物的形成，减轻焊缝表面氧化程度，提高焊缝表面清洁度。焊接铁素体-奥氏体双相不锈钢时，保护气体中可以添加少量氮气。
（6）低碳钢及低合金钢 若对焊缝成形、冲击韧度要求不高，可以选用价廉的纯CO2保护气体，否则应选择富氩混合气体。
在氩气中加入体积分数为20%～30%的CO2气体后，电弧燃烧稳定，飞溅小且焊缝成形美观。Ar 80%+CO220%（体积分数）是低碳钢与低合金钢常用的保护气体。当CO2气体加入的体积分数超过30%后，熔滴过渡失去氩弧特征而呈现CO2电弧的特征，电弧稳定性变差，飞溅增大。
氩气中加入体积分数为1%～9%的氧气改善了电弧的稳定性，适用于喷射过渡，焊缝成形好且不易产生咬边，飞溅小并可提高焊接速度。
与只添加少量CO2气体的二元保护气体相比，在氩气中同时加入CO2气体与氧气组成三元保护气体，焊接低碳钢及低合金钢时工艺效果更理想。常用的三元保护气体为Ar80%+CO215%+O25%（体积分数），适宜喷射过渡，焊缝成形好且熔深较大。
采用四元保护气体Ar 65%+He 26.5%+CO28%+O20.5%（体积分数）焊接（即TIME焊，详见5.7.1节）时，能够提高电弧电压，提高喷射过渡临界电流值，能在大电流下得到稳定的熔滴过渡，实现高速和高熔敷率的焊接，而不会产生“驼峰”焊缝和咬边现象，焊缝平滑美观，余高小，飞溅很小，且焊缝力学性能好。从经济性考虑，这种四元混合气体适用于低合金高强度钢的高速焊接。
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