不(bu)銹鋼(gang)氣體保護(hu)焊有(you)惰(duo)性(xing)氣體保護(hu)焊和(he)活(huo)(huo)性(xing)(又(you)稱氧(yang)化性(xing))氣體保護(hu)焊兩種。惰(duo)性(xing)氣體保護(hu)焊有(you)氬(ya)(ya)、氦(hai)、氬(ya)(ya)-氦(hai)和(he)氬(ya)(ya)-氫混合(he)氣體;活(huo)(huo)性(xing)氣體保護(hu)焊用氣體有(you)氬(ya)(ya)-氧(yang)、氬(ya)(ya)-三氧(yang)化碳和(he)氬(ya)(ya)-氧(yang)一二(er)氧(yang)化碳等混合(he)氣體。
1. 氬氣
氬(ya)氣(Ar)是惰性氣體,為單(dan)原子氣體,它不與(yu)焊(han)(han)縫金屬(shu)起化學作用(yong)(yong),密度是空氣的(de)1.4倍,使(shi)用(yong)(yong)時(shi)(shi)不易漂浮失(shi)散(san),所以是一種理想的(de)保護(hu)氣體。氬(ya)氣的(de)熱(re)導率小,高溫時(shi)(shi)不分解吸熱(re),電弧在(zai)氬(ya)氣中燃燒時(shi)(shi)熱(re)量損失(shi)少,電離勢低,故在(zai)各類氣體保護(hu)焊(han)(han)中氬(ya)氣保護(hu)焊(han)(han)的(de)電弧燃燒穩(wen)定(ding)性最好。特(te)別是在(zai)熔(rong)化極(ji)氬(ya)弧焊(han)(han)時(shi)(shi),焊(han)(han)絲金屬(shu)很容(rong)易呈穩(wen)定(ding)的(de)軸(zhou)向(xiang)射流過(guo)渡,且(qie)飛濺(jian)小。在(zai)熔(rong)化焊(han)(han)時(shi)(shi)得到廣泛的(de)應用(yong)(yong)。
氬氣(qi)是分餾液(ye)態空氣(qi)的(de)副產品,所以(yi)其中常含有一定數(shu)量的(de)氧、氮、二氧化碳及水分,會直接(jie)影(ying)響焊(han)縫質量。有關氬氣(qi)的(de)技術指標(GB/T 4842-2006)見表2-30,純氬作為不銹鋼焊(han)接(jie)的(de)保(bao)護(hu)氣(qi)體時,可以(yi)滿足要求(qiu);高純氬應用在有色金屬或屬的(de)氣(qi)3體保(bao)護(hu)焊(han)中。
2. 氦氣
氦氣(He)與氬氣一(yi)樣是一(yi)種(zhong)無色、無味、無毒、無污染(ran)的惰性氣體,不(bu)與其他元(yuan)素組成化合物,不(bu)溶于焊(han)縫(feng)金屬,是一(yi)種(zhong)單原子氣體。與氬氣相比,性質有下列特點:
a. 在氬氣(qi)中容易引弧(hu),電弧(hu)燃燒穩定(ding)而(er)且柔和,氦(hai)氣(qi)則較差。
b. 氦氣比(bi)(bi)氬氣的(de)(de)(de)電(dian)離(li)電(dian)壓高(gao),在(zai)同(tong)(tong)樣(yang)電(dian)流和弧(hu)(hu)長(chang)時(shi),氦氣的(de)(de)(de)電(dian)離(li)勢高(gao),氦弧(hu)(hu)的(de)(de)(de)電(dian)壓都明顯比(bi)(bi)氬弧(hu)(hu)高(gao),所以氦弧(hu)(hu)的(de)(de)(de)溫度(du)高(gao),發熱(re)大(da)(da)(da)且集中,這是氦弧(hu)(hu)焊(han)的(de)(de)(de)最大(da)(da)(da)優點。同(tong)(tong)時(shi)氦的(de)(de)(de)熱(re)導率大(da)(da)(da),有利(li)于向(xiang)被焊(han)區輸熱(re),所以在(zai)同(tong)(tong)等(deng)電(dian)流和弧(hu)(hu)長(chang)條件下,鎢極氦弧(hu)(hu)焊(han)的(de)(de)(de)焊(han)接速度(du)可(ke)比(bi)(bi)鎢極氬弧(hu)(hu)焊(han)快30%~40%,且可(ke)獲得熔(rong)深較大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)窄焊(han)縫,焊(han)接熱(re)影(ying)響(xiang)區也(ye)明顯減小(xiao)。
單獨用氦氣作為保護氣體時,在任何焊接電流時都不能實現軸向射流過渡,常常產生較多的飛濺和較粗的焊縫表面。而氬氣保護中焊接電流較小時為大熔滴過渡,當焊接電流超過臨界值時,將會形成軸向射流過渡(例如,保護氣體的體積分數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混合氣體保護進行焊接,既可以改善焊縫成形,又能得到理想的穩定的熔滴過渡。
c. 氦氣(qi)的密度(du)小,僅為空氣(qi)的0.14倍,不易形成良好的保(bao)護(hu)罩。為了獲得與氬氣(qi)同樣的保(bao)護(hu)效果,氦氣(qi)流量必須(xu)比氬氣(qi)大2~3倍。
d. 氦氣的(de)氣體體積比(bi)較(jiao)輕(密度小),又具有(you)(you)較(jiao)高的(de)擴(kuo)散(san)速度和對(dui)設(she)備(bei)有(you)(you)特(te)別高的(de)靈敏度,在封閉的(de)系統(tong)內(nei)又能保持較(jiao)長時間的(de)穩定(ding)性(xing)(xing),所以可以用來(lai)作為一(yi)次性(xing)(xing)非(fei)破壞性(xing)(xing)檢驗的(de)氣體,來(lai)檢測結構(gou)中微量穿透性(xing)(xing)的(de)缺陷。
由(you)于(yu)氦(hai)(hai)氣(qi)價格昂貴(gui),所(suo)以應用受到限制。純氦(hai)(hai)、高純氦(hai)(hai)和超(chao)純氦(hai)(hai)的技術要(yao)求見(jian)表2-31。
3. 氬-氦混合氣體(ti)
氬(ya)氣電弧(hu)穩定柔和,陰(yin)極清理作用(yong)好;氦(hai)氣電弧(hu)發(fa)熱量大且(qie)集(ji)中(zhong),有較大的(de)熔深。采用(yong)氬(ya)-氦(hai)混(hun)(hun)合氣體可以取長(chang)補短(duan)。其混(hun)(hun)合氣體的(de)體積分數通常為中(zhong)(He)75%~80%+φ(Ar)25%~20%。
4. 氫氣
氫氣(H2)是無色無嗅的可燃性氣體。氫的相對原子質量最小,可溶于水,導熱性能好,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效率。同時還能防止焊縫產生咬邊和抑制CO氣孔的生成。氬-氫混合氣體的應用只限于焊接不銹鋼、鎳基合金,因為氫在一定含量范圍內對這些材料不會產生有害的冶金影響。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快50%。氫氣的技術要求見表2-32。
5. 二氧化(hua)碳
二氧(yang)化(hua)碳是氧化性保護氣體,有固、液、氣三種狀態。工業用二氧(yang)化碳都是液態,常溫下即可氣化,使用方便、經濟。一個容積為40L的標準鋼瓶即可裝入25kg的液態二氧化碳(按容積的80%計),剩余約20%的空間則充滿氣化了的二氧(yang)化碳。液態二(er)氧(yang)化碳中可溶解質量分數為0.05%的水,多余的水則成自由狀態沉于瓶底。這些水在焊接過程中隨著二氧化碳一起揮發并混入二氧化碳氣體中,一起進入焊接區,成為主要有害雜質,故焊前必須采取下列措施來減少水分。
a. 將新灌氣瓶(ping)倒置2h,開(kai)啟(qi)閥門(men)將沉積在下(xia)部的水排出(一般排2~3次,每次間(jian)隔約30min),放水結束(shu)后仍將氣瓶(ping)倒正。
b. 使用前先(xian)放氣(2~3min),因為上部的氣體一般含(han)較多的空氣和水分(fen)。
c. 在氣路中設置高壓干燥器和低壓干燥器,進一步減少二氧化碳(tan)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使用。
d. 當瓶中氣壓降低到0.1MPa以下時,不再使用。此時液態二氧化(hua)碳(tan)已揮發完,瓶內氣體壓力隨氣體消耗而降低,水分分壓卻相對增大,若繼續使用,焊縫金屬將會產生氣孔。
二氧化(hua)碳是藥芯焊絲氣體保護焊的主要保護氣體之一。工業液體二氧化碳的技術要求見表2-33。
6. 氬(ya)-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,可使保護氣體的氧化性增強。當焊絲采用噴射形式過渡到焊接熔池時,具有下列優點:可克服陰極飄移現象,使焊接電弧燃燒穩定;焊接過程中飛濺減少,焊縫成形良好;還可以減少咬邊現象,易實現單面焊雙面成形的工藝。