不銹鋼焊管焊接常用的保護(hù)氣體有哪些

來(lái)源：至德鋼業(yè)　日期：2022-06-01 10:33:17　人氣：994

不銹鋼焊管焊接常用的保護(hù)氣體，一般分為單一成分保護(hù)氣體和混合保護(hù)氣體兩類(lèi)。混合保護(hù)氣體是由不同成分的保護(hù)氣體按一定比例混合后使用的。因此，要了解保護(hù)氣體的性能，先要熟悉單一成分氣體的性能。焊接常用保護(hù)氣體的物理性能見(jiàn)表3-16。

一、氬氣（Ar)

氬氣是一種單原子惰性氣體，幾乎不與任何金屬產(chǎn)生化學(xué)作用，也不溶于金屬中。其密度比空氣大，而熱導(dǎo)率和熱容量比空氣小。這些特性使氬氣在焊接區(qū)中能起到良好的保護(hù)作用，且具有很好的穩(wěn)弧特性。因此，在氣體保護(hù)焊中，氬氣主要用于有色金屬及其合金、活性金屬（如鈦、鉬等）及其合金以及不銹鋼與高溫合金的氣體保護(hù)焊接。氬氣的元素符號(hào)為Ar.氬氣作為焊接保護(hù)氣，一般要求純度應(yīng)在99.9%~99.999%范圍內(nèi)。

氬氣是分餾液態(tài)空氣的副產(chǎn)品，所以其中有害的雜質(zhì)是氧、氮及水蒸氣，它們會(huì)使金屬在焊接過(guò)程中氧化和氮化，降低焊接接頭質(zhì)量與性能。因此，焊接活性金屬時(shí)，要求選用最高純度的氬氣。焊接用氬氣執(zhí)行GB 4842-1984《氬氣》和GB 10624-1989《高純氬》標(biāo)準(zhǔn)。

二、氦氣（He)

氦氣也是一種惰性氣體，從表3-16可知，氦的電離能較高，故焊接時(shí)引弧比較困難，電弧引燃特性差。但是氦氣和氬氣比較，由于氦的電離能高、熱導(dǎo)率大，故在相同的焊接電流和電弧長(zhǎng)度下，氦弧的電弧電壓比氬弧高，使電弧具有較大的電功率，傳遞給焊件的熱量也較大。氦作為保護(hù)氣體，由于密度比空氣小，故要有效地保護(hù)焊接區(qū)，其流量應(yīng)比氬氣大得多。另外，氦比氬更稀缺，價(jià)格也更昂貴。所以，只在特殊場(chǎng)合下，如鈦合金焊接時(shí)才選用氦氣做保護(hù)氣體。

氦氣的元素符號(hào)為He.焊接用氦氣執(zhí)行GB 4844-1984《氦氣》標(biāo)準(zhǔn)。

三、氫氣（H₂)

氫氣是一種還原性氣體，在一定的條件下能使某些金屬氧化物或氮化物還原。從表3-16可知，氫的密度很小，且熱導(dǎo)率大，分解時(shí)可吸收大量分解熱，因此，對(duì)電弧有較強(qiáng)的冷卻作用。在氬氣保護(hù)焊時(shí)，加入適量氫，可增大母材金屬的輸入熱，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。另外，氫是一種分子氣體，在弧柱中會(huì)吸熱分解成氫原子，這樣將產(chǎn)生兩種對(duì)立的作用：一是氫原子流到較冷的焊件表面上時(shí)，會(huì)復(fù)合成氫分子而釋放出化學(xué)能，對(duì)焊件起補(bǔ)充加熱作用。另一作用是原子氫在高溫時(shí)能溶解于液體金屬中，其溶解度隨溫度降低而減小；因此，液體金屬冷凝時(shí)析出的氫若來(lái)不及外逸，易在焊縫金屬中出現(xiàn)氣孔、白點(diǎn)等缺陷。所以單純用氫氣做焊接保護(hù)氣，只在原子氫焊時(shí)采用，因?yàn)樵託浜负赋傻暮缚p金屬冷卻速度較慢，能使金屬中溶解的氫析出并外逸，故不易引起焊縫產(chǎn)生缺陷。焊接用氫氣執(zhí)行GB 7445-1987《氫氣》標(biāo)準(zhǔn)。

四、二氧化碳?xì)怏w（CO₂)

二氧化碳?xì)怏w（CO₂)是一種常用的氧化性焊接保護(hù)氣體，有固、液、氣三種狀態(tài)。工業(yè)用都是液態(tài)，常溫下即可氣化，使用方便，經(jīng)濟(jì)。一個(gè)容積為40L的標(biāo)準(zhǔn)鋼瓶即可裝25kg液態(tài)二氧化碳(按容積的80%計(jì)），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(guò)程中隨二氧化碳一起揮發(fā)并混入二氧化碳?xì)怏w中，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(lái)減少水分：

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

2. 使用前先放氣2min~3min,因?yàn)樯喜康臍怏w一般含有較多的空氣和水分。

3. 在氣路中設(shè)置干燥器，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做干燥劑，使用過(guò)的干燥劑經(jīng)烘干后可重復(fù)使用。

4. 當(dāng)瓶中氣壓降低到0.1MPa以下時(shí)，不再使用。此時(shí)液態(tài)二氧化碳已揮發(fā)完，氣體壓力隨氣體消耗而降低，水分分壓相對(duì)增大，如繼續(xù)使用，焊縫金屬將會(huì)產(chǎn)生氣孔。

焊接用二氧化碳?xì)怏w執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GB 605-1985《工業(yè)液體二氧化碳技術(shù)要求》的規(guī)定，二氧化碳?xì)怏w純度要求≥99.5%,含水量≤0.05%。

使用單一二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)氣體的電弧焊方法稱(chēng)為二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，這種方法具有電弧穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)方便等特點(diǎn)，應(yīng)用比較普遍。

盛裝焊接用氣體容器的涂色標(biāo)記見(jiàn)表3-17。

五、焊接用混合氣體

在氣體保護(hù)焊初期，使用的保護(hù)氣體主要是單一氣體，如氬氣（Ar)、氦氣（He)、氮?dú)猓∟2)和二氧化碳?xì)怏w（CO2)等。以后，在不斷的科學(xué)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)在一種氣體中加人一定量另一種或兩種氣體后，可以分別在細(xì)化熔滴、減少飛濺、提高電弧的穩(wěn)定性、改善熔深以及提高電弧溫度等方面獲得滿意的效果。因此，目前在生產(chǎn)上，混合氣體保護(hù)焊用得十分廣泛。這里介紹一些常用混合氣體的特性以及它們的適用范圍。表3-18列出了一些混合氣體的特性以及它們的適用范圍。

1. Ar+He

Ar+He,Ar與He混合后還是惰性氣體，但混合后使熱導(dǎo)率加大。和使用純Ar氣相比，使用Ar+He混合氣體在相同的電弧長(zhǎng)度下電弧電壓較高，電弧溫度也比純Ar弧高得多。

據(jù)資料介紹，鎢極氦弧焊的焊接速度幾乎可兩倍于鎢極氬弧焊。所以He氣最大的優(yōu)點(diǎn)是電弧溫度高，母材熱輸入大。

Ar氣獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是電弧在Ar氣中燃燒非常穩(wěn)定。用Ar氣保護(hù)進(jìn)行熔化極焊接時(shí)，焊絲金屬很容易呈穩(wěn)定的軸向射流過(guò)渡，飛濺極小。以Ar氣為基體，加入一定數(shù)量的He氣后即可獲得兩者所具有的優(yōu)點(diǎn)。焊接大厚度鋁及鋁合金時(shí)，采用Ar+He混合氣體可改善焊縫增深，減少氣孔和提高生產(chǎn)率。He的加人量視板厚而定，板越厚加入的He應(yīng)越多。據(jù)一些資料介紹，板厚10mm~20mm時(shí)加入50%的He,板厚大于20mm后則加入75%~90%的He。圖3-6是Ar、He、Ar+He三種保護(hù)氣體的焊縫剖面示意圖。對(duì)于鈦、鋯等金屬的焊接，用這種混合氣體也是為了改善熔深及焊縫金屬的潤(rùn)濕性，這時(shí)Ar與He的比例通常為75/25.這種比例對(duì)于脈沖電弧、短路電弧、射流電弧都是合適的。

焊接鎳基合金時(shí)，也常常采用Ar+He混合氣體。這時(shí)焊縫金屬的潤(rùn)濕性及焊縫熔深比純Ar好，加入的He約15%~20%。

2. Ar+H₂

Ar氣中加入H2,由于氫的密度很小，熱導(dǎo)率大，分解時(shí)可吸收大量分解熱，因，對(duì)電弧有較強(qiáng)的冷卻作用。在氬氣保護(hù)焊時(shí)，加入適量氫，可增大母材金屬的輸入熱，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。

在保護(hù)氣體純Ar中加入適量的H₂可提高電弧電壓，當(dāng)保護(hù)氣體為純Ar氣時(shí)電弧電壓為V=10%I，加入15%H2時(shí)電弧電壓V=10%I+2%I。

此外，在Ar氣中加入H₂可提高電弧溫度，增加母材熱量輸入。例如用TIG電弧或等離子弧焊接不銹鋼管時(shí)，為了提高焊接速度，常在保護(hù)氣體中加入4%~8%的氫（H₂)氣。

利用Ar+H₂混合氣體的還原性，可用來(lái)焊接鎳及其合金，可以抑制和消除鎳焊縫中的一氧化碳?xì)饪祝坏獺2含量必須低于6%,否則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生氫（H₂)氣孔。

焊接以下不銹鋼時(shí)，采用Ar+H₂混合保護(hù)氣體，為了防止H₂氣孔的產(chǎn)生，H2的混入量限量分別為：

焊接0Cr19Ni9(304不銹鋼)時(shí)，混合氣體H2含量不得大于15%;

焊接00Cr17Ni14N(316LN不銹鋼)時(shí)，混合氣體H2含量不得大于10%;

焊接18-Mo鋼時(shí)，混合氣體H2含量為零（不得加氫）。

總之，焊接奧氏體鋼時(shí)，保護(hù)氣體（Ar)要加氫；焊接鐵素體鋼則要加氦（He);焊接雙相不銹鋼（A+F)時(shí)，保護(hù)氣體（Ar)可加氫（H2)10%。

He、Ar、Ar+H2三種保護(hù)氣體對(duì)電弧電壓的影響見(jiàn)圖3-7。

3. 氣體的混合

焊接用混合氣體的混合方式有兩種，一是氣體生產(chǎn)廠家提供的按比例要求混合的瓶裝混合氣，另一種方式是采用氣體混合儀在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)將氣體混合后使用。

下面介紹的是一種便攜式氣體壓力自動(dòng)平衡混合儀。

便攜式兩種氣體壓力自動(dòng)平衡混合儀，見(jiàn)圖3-8。該氣體混合儀帶有混合比例調(diào)節(jié)和流量調(diào)節(jié)裝置，混合簡(jiǎn)單精確。混合比例和流量調(diào)節(jié)由帶有比例刻度的旋扭設(shè)置，輸出的混合氣體壓力較低。圖3-9是該氣體混合儀的工作原理圖。