不锈钢气体保护焊有惰性气体保护焊和活化性(又称氧化性)气体保护焊两种。惰性气体保护焊用气体有氩、氦、氩-氨和氩-氢混合气体;活性气体保护焊用气体有氩、氧、氩二氧化碳和氩-氧-二氧化碳等混合气体。
一、氩气(Ar)
氩气是惰性气体,为单原子气体,它不与焊缝金属起化学作用,密度比空气大37%,使用时不易飘浮失散,所以是一种理想的保护气体。氩气的热导率小,高温时不分解吸热,电弧在氩气中燃烧时热量损失少,电离热低,故在各类气体保护焊中氩气保护焊的电弧燃烧稳定性最好。特别在熔化极氩弧焊时焊丝金属很易呈稳定的轴向射流过渡,且飞溅小。在熔化焊时得到广泛的应用。
氩气是分馏液态空气的副产品,所以其中常含有一定数量的氧、氮、二氧化碳及水分,会直接影响焊缝质量。因此,对氩气的纯度有一定的要求,氩气作为不锈钢焊接的保护气体时,其纯度(体积分数)要大于或等于99.9%。
有关氩气的质量技术指标,执行GB/T 4842-2006《氩》的规定,见表2-48。
二、氦气
氦气(He)与氩气一样,是一种无色、无味的惰性气体,不与其他元素组成化合物,不溶于焊缝金属,是一种单原子气体。与氩气相比,性质有下列特点。
①. 在氩气中容易引弧,电弧燃烧稳定而且柔和,氦气则较差。
②. 同样的电流和弧长,氦的电离势高,氨弧的电压明显比氩弧高,所以氨弧的温度高,发热大且集中,这是氦弧焊的最大优点。同时氦的热传导系数大,有利于向被焊区输热,所以在同等电流和弧长条件下,钨极氨弧焊的焊接速度可比钨极氩弧焊快30%~40%,且可获得熔深较大的窄焊缝,焊接热影响区也明显减小。
③. 氦气的密度小,不易形成良好的保护罩,为了获得同样的保护效果,氮气流量必须比氩气流量大2~3倍。
由于氦气价格昂贵,所以应用受到限制。氦气的技术要求见表2-49。
三、氩-氦混合气体
氩气电弧稳定柔和,阴极清理作用好;氦气电弧发热量大且集中,有较大的熔深。采用氩-氦混合气体可以取长补短。其混合气体的体积分数通常为ψH。75%~80%+ψAr25%~20%。
四、氢气
氢气(H2)是无色无臭的可燃性气体。氢的相对原子质量最小,可溶于水,导热性能好,分解时吸收大量的分解热。在氩气保护焊时,加入适量氢,可增大母材金属的输入热,提高电弧电压,从而提高热功率,增加熔透性且提高焊接速度和生产效率,同时还能防止焊缝产生咬边和抑制CO气孔的作用。氩-氢混合气体的应用只限于焊接不锈钢、镍基合金,因为氢在一定含量范围内对这些材料不会产生有害的冶金影响。常用的气体成分是ψAr85%+ψH215%,采用此混合保护气焊接母材厚度为1.6mm以下的不锈钢对接接头时,焊接速度可比纯氩保护气快50%。
氢气的技术要求见表2-50。
五、氩-氧-CO2三元混合气体
焊接不锈钢时,在氩气中加入适量的氧和CO2气体,可使保护气体的氧化性增强,当焊丝采用喷射形式过渡到焊接熔池时,具有下列优点:可克服阴极漂移现象,使焊接电弧燃烧稳定;焊接过程中飞溅减少,焊缝成形良好,还可以减少咬边现象,易实现单面焊背面成形的工艺。
六、二氧化碳(CO2)
二氧化碳是氧化性保护气体,有固、液、气三种状态。工业用CO2都是液态,常温下即可气化,使用方便,经济。一个容积为40L的标准钢瓶即可装入25kg的液态CO2(按容积的80%计),剩余约20%的空间则充满气化了的CO2。液态CO2中可溶解质量分数为0.05%的水,多余的水则成自由状态沉于瓶底。这些水在焊接过程中随CO2一起挥发并混入CO2气体中,一起进入焊接区,成为主要的有害杂质,故焊前必须采取下列措施减少水分。
①. 将新灌气瓶倒置2h,开启阀门将沉积在下部的水排出(一般排2~3次,每次间隔约30min),放水结束后将气瓶放正。
②. 使用前先放气2~3min,因为上部的气体一般含有较多的空气和水分。
③. 在气路中设置高压干燥器和低压干燥器,进一步减少CO2中的水分。一般用硅胶或脱水硫酸铜作干燥剂,吸水后可加热烘去水后多次重复使用。
④. 当瓶中气压降低到0.2MPa以下时,不得再使用。焊接用CO2的技术要求见表2-51。
七、氧气(O2)
氧在常温状态和大气压下,是无色无味的气体。在标准状态下,氧气密度为1.43kg/m3,比空气重(空气密度为1.29kg/m3)。氧气本身不能燃烧,是一种活泼的助燃气体。高压氧与油脂接触会自燃,并可能爆炸。
氧气常用作惰性气体保护焊的附加气体,但不超过混合气体体积分数的2.0%。在熔化极氩气保护焊时加入氧,可以细化熔滴,降低射流过渡的临界电流,克服电弧阴极斑点飘移,增加母材输入热,从而提高焊接速度。
工业氧气的技术要求见表2-52。