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混合气体的选择及作用

发布时间2014-03-12 14:00
Ar+He 氦气是惰性气体。但它的传热系数大。和氩气相比,在相同的电弧长度下电弧电压较高,电弧温度也比氩气电弧高得多。据资料介绍,钨极He弧焊的焊接速度几乎是钨极Ar弧焊的两倍。所以氨气的最大优点是电弧温度高,母材热输入大。 氩气独特的优点是在氩气中电弧燃烧非常稳定。进行熔化极焊接时焊丝金属很容易呈稳定的轴向射流过渡,飞溅极小。以氩气为基体,加入一定数量的氦气后即可获得两者所具有的优点。 焊接大厚度铝及铝合金时,采用Ar+He混合气体可改善焊缝熔深,减少气孔和提高生产率。焊接铜及其合金时,采用Ar+He混合气体最显著的好处是改善焊缝金属的润湿性,提高焊接质量,He占的比例一般为50%-75%。 对于钛、锆等金属的焊接,用Ar+He混合气体也是为了改善熔深和焊缝金属的润湿性。这时Ar与He的比例通常为75:25。这种比例对于脉冲流电弧都合适。焊接镍基合金也是常常采用Ar+He混合气体。焊缝金属的润湿性及熔深比纯氩气好。加入的He为15%~20%。 Ar十氢气 利用Ar+氢气混合气体的还原性。可用来焊接镍及其合金。可以抑制和消除镍焊缝中的一氧化碳气孔。但氢气含量必须低于6%,否则会导致产生氢气气孔。 Ar+氮气 氩气中加入氮气后,电弧的温度比纯氩时高,主要用于焊接铜及铜合金(从冶金性质上讲,通常氮弧焊只在焊接脱氧铜时使用),其混合比Ar/Nz为80/20。这种气体与Ar+He混合气比较,优点是氮气的来源多,价格便宜。缺点是焊接时有飞溅,焊缝表面较粗糙,焊缝外观不如Ar+ He混合气好。此外,在焊接奥氏体不锈钢时,在氩气中加入少量的氮气(1%~4%),对提高电弧的刚度以及改善焊缝成型有一定的效果。 Ar十氧气 Ar+Oz混合气分两种类型:一种含氧量较低(1%~5%),用于焊接不锈钢等高合金钢及级别较高的高强钢;另一种含氧量较高,可达20%,用于焊接低碳钢及低合金结构钢。 用纯氩气焊接不锈钢时(包括焊接低碳钢及低合金钢),液体金属黏度及表面张力大,易产生气孔。焊缝金属润湿性差,焊缝两侧容易形成咬边等缺陷;而且电弧阴极斑点不稳宠,产生阴极斑点飘移现象。电弧根部的不稳定,会引起焊缝熔深和焊缝成型的不规则。因此,熔化极焊接时,用纯氩气保护焊接不锈钢等金属是不合适的,通常要在其中加入·定量的氧气,使上述问题得到改善。 实践证明,加入1%的氧气到氩气中,阴极斑点飘移现象便可克服。另外,加入氧气后有利于金属熔滴的细化,降低射流过渡的临界电流值。 用Ar+氧气混合气焊接不锈钢,当氢气中加入微量的氧气,对接头的抗腐蚀性能无显著影响;当氧气量超过2%时,焊缝表面氧化严重,接头质量下降。 如果将混合气中的氧气含量增加到20%,则这种强氧化气体可以用来焊接碳素钢及低合金结构钢。Ar+20% 氧气混合气焊接不仅有较高的生产率,抗气孔性能比加20%二氧化碳及纯二氧化碳都好,焊缝韧性也有所提高。这是因为焊缝金属的冲击韧性不取决于保护气的氧化性,而取决于焊缝金属中的含氧量。在保护气中加入适量的氧气,虽然气体的氧化性提高,但焊缝金属中的含氧量和夹杂物却有所减少,所以焊缝金属的冲击韧性有所提高。 用Ar+20% Oz混合气进行高强钢的窄间隙垂直焊(立焊),可减少焊缝金属产生树枝状晶间裂纹的倾向。钢中含有一定量的氧时,能使硫化物变为球状或呈弥散分布。该混舍气有较强的氧化性,应配用含Mn,Si等脱氧元素较高的焊丝。 用纯氩气作保护气还有另外一个问题,就是焊缝形状为蘑菇形(亦称“指形”)。纯氩气保护射流过渡焊接时,蘑菇形熔深最为典型,这种熔深无论焊接哪种金属都是不希望得到的。在其中加入20%氧气后,熔深形状得到改善。 Ar+二氧化碳 Ar+二氧化碳混合气被广泛用于焊接碳钢和低合金钢。它既具有氩气的优点,如电弧稳定,飞溅少,容易获得轴向射流过渡等,又因为具有氧化性,克服了纯氩气焊接时的阴极斑点飘移现象及焊缝成型不良等问题。 氩气与二氧化碳的比例,通常为(70-80)/(30~20)。这种比例既可用于喷射过渡,也可用于短路过渡和脉冲过渡焊接。但在短路过渡电弧进行垂直焊和仰焊时,氩气和二氧化碳的比例最好为50/50,这样有利于控制熔池。 采用Ar+二氧化碳混合气焊接碳钢和低合金钢,虽然成本较纯二氧化碳焊高,但由于焊缝金属冲击韧性好及工艺效果好,特别是飞溅比二氧化碳焊小很多,所以应用很普遍。 为防止一氧化碳气孔及减少飞溅,须使用含有脱氧元素的焊丝,如H08Mn2S1A等。另外,还可以用这种气体焊接不锈钢,但二氧化碳的比例不能超过5%,否则焊缝金属有渗碳的可能,从而降低接头的抗腐蚀性能。 在氩气中加入氧气或二氧化碳对焊缝金属性能的影响却不一样。随着混合气中二氧化碳含量的增加,焊缝金属冲击韧性下降。采用纯二氧化碳保护时,焊缝冲击韧性趋于最低值。 Ar+二氧化碳+氧气 试验证明,80%Ar-4-15% 二氧化碳+5%氧气混合气对于焊接低碳钢、低合金钢是最佳的。无论是焊缝成型、接头质量,还是熔滴波及电弧稳定性方面都非常好。 本文参考《焊接工艺》一书。 相关链接
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