混合氣體在熔化極氣體保護焊中的應用

齊軍

摘要：隨著經濟的發展與科學技術的不斷進步，焊接工藝也在隨著時代的變遷逐步革新，熔化極氣體保護焊是在焊接工藝中使用比較寬泛的一種焊接工藝方法。隨著近年來對這種焊接工藝方法的不斷完善，研究人員創造性地提出了將混合氣體應用到熔化極氣體保護焊當中以提高保護焊的質量，這種觀點引起人們的重視和研究。在混合氣體應用的過程當中，各種不同成分的其他的比例成為影響熔化極氣體保護焊性能以及質量的關鍵因素。本文從混合氣體比例的角度，分析混合氣體如何在熔化極氣體保護焊工藝中發揮作用。

關鍵詞：混合氣體;熔化極氣體保護焊;配比;應用

一、前言

熔化極氣體保護焊的特點是速度快、生產效率高、容易實現自動化，因此在焊接工藝中逐漸得到廣泛應用。近年來隨著技術的不斷革新，熔化極氣體保護焊由單一氣體保護焊逐步向混合氣體保護焊發展。混合氣體在熔化極氣體保護焊中應用，相比較于單一氣體保護焊有著非常大的優勢，它容易適應不同金屬材料與焊接工藝的需求，可讓焊接獲得最優保護效果、最優電弧特性以及最穩定的熔滴過度特性。隨著混合氣體在熔化極氣體保護焊中的應用趨勢的加強，研究混合氣體中的各種氣體比例關系成為當前研究的重點。

二、混合氣體的種類與特性

當前應用與焊接工藝的主要混合氣體為二元、三元和四元混合氣體，集體種類與特性如下圖圖一所示。

三、混合氣體的配比及其應用

1.Ar+He^[1]

Ar+He組合的混合氣體屬于二元混合氣體中的一種，主要應用于非鐵金屬如鋁、鈦合金的焊接工藝中。在單獨用Ar氣體時易產生電弧漂移現象，加入He的混合氣體，可以有效緩解這種現象。He氣體導熱性強，電弧電壓高，有效提高了混合氣體電弧溫度。

當He氣體在氣體總量中占比小于10%時會對電弧和焊縫的力學性能產生不利影響，根據研究表明，He在混合氣體中占比至少達到21%時才可以產生穩定電弧的理想效果，并且He的占比根據與板的厚度呈正比關系。值得注意的是，以下三種占比狀態：

首先，Ar+25%He的配比。這種配比應用很少，僅僅適用于鋁合金焊接等需要增加熔深與對焊縫成型要求嚴苛的情況

其次，Ar+75He配比，這種配比廣泛應用于25毫米以上的鋁合金平位自動焊。

最后，Ar+90%He配比。這種配比可以有效提高熱能輸入，也可用于高Ni的過渡焊接工藝。

2.Ar+N₂

Ar+N₂組合的混合氣體屬于二元混合氣體中的一種，N元素可以有效促進奧氏體化，這種氣體組合可以使不銹鋼焊縫得到全奧氏體組織，通常加入1.5%至3.5%左右的N₂氣體，與He相比，N₂價格更為實惠，但存在著焊縫不夠光滑、外觀糟糕等外觀上的弊病。但是在管壁較厚的紫銅板中，添加N₂比添加He氣體效果更為顯著，隨著N₂的添加，可以有效降低紫銅板的預熱溫度，可以得到預計效果良好的焊縫，使焊道的溢流情況得到有效改善。

3.Ar+O₂

Ar+O₂組合的混合氣體屬于二元混合氣體中的一種，，少量O₂的添加也可以緩解單一Ar的電弧漂移現象，降低焊接部位的表面張力，改善焊縫濕潤程度、流動性，促進焊縫成型與焊道平坦。

Ar+1%O₂主要用勇于不銹鋼的焊接工藝，1%的O₂足夠讓電弧穩定，這種配比有時也應用與焊接非鐵金屬。

Ar+2%O₂主要適用于低合金鋼、不銹鋼的噴射電弧焊，這種配比可以使電弧靜電特性降至最低，在保持抗腐蝕性與抗壓性不變的基礎上更增加焊縫濕潤與流動性。

Ar+5%O₂可大幅提高焊接速度。

4.其他二元混合氣體

如圖一所示，除上述三種二元混合配比之外，還有一些其他配比方式。

由于CO₂具有可以改變焊縫組織、降低焊接管道脆弱性的特點，使用Ar+CO₂的配比，可以有效改善熔深與氣孔，根據不同焊接情況調整CO₂所占比重，可以改善焊接區域的人性，美化外觀、使焊縫成型好且更加光滑。

5.三元混合氣體

綜合利用O₂與CO₂的優勢，使用Ar+O₂+CO₂的配比，可應用于如短路過渡、脈沖等多種情況，被焊接人員稱為“萬能混合氣”。

綜合利用CO₂與H₂的有時，使用Ar+ CO₂+H₂的配比可以在保持焊縫濕潤的情況下穩定電弧，值得注意的是，這種配比中CO₂的占比要少，H₂的占比要高，所以這種配比不適用與低合金鋼。

綜合利用He與CO₂的優勢，使用Ar+He+CO₂的配比可以在曝出電弧穩定性與焊道濕潤性的同時使焊縫更加光滑、成型更好。

6.四元混合氣體

當前主要四元混合氣體時Ar+He+CO₂+O₂，這種配比方法以Ar為主，He次之，CO₂與O₂為輔，通過增大送絲速率增加熔敷率，既適用于低合金鋼焊接也適用于低碳鋼焊接，適用面比較廣泛。當前由于相關技術尚未完備，還沒有加以普及。我國研究人員正在對這種配比大力研究，期望可以早些應用于熔化極氣體保護焊工藝當中。

四、結語

通過以上論述可知，當前混合氣體主要以Ar氣體為基本氣體元素，輔助以其他氣體來彌補Ar氣單一只使用的缺陷，不同種類、相同種類不同占比的混合氣體都在影響著焊接的電弧特性、焊縫成型程度等不同方面，工作人員應當根據具體情況如焊接材料的材質、成分以及焊接后的用途等選擇合適的混合氣體種類以及氣體占比，以更好達到預期效用。

隨著經濟的不斷發展，混合氣體在熔化極氣體保護焊中的應用的要求會逐步提高，它的具體應用也會逐步完善，混合氣體將在熔化極氣體保護焊中的應用發揮日益重要的作用。

參考文獻

[1]張建春，王國榮，石永華，鐘繼光.混合氣體在熔化極氣體保護焊中的應用[J].焊管，2006（03）：46-49+79.

（作者單位：大慶油田工程建設有限公司化建公司）