不銹鋼氣體保護(hù)焊有惰性氣體保護(hù)焊和活化性(又稱氧化性)氣體保護(hù)焊兩種。惰性氣體保護(hù)焊用氣體有氬、氦、氬-氨和氬-氫混合氣體;活性氣體保護(hù)焊用氣體有氬、氧、氬二氧化碳和氬-氧-二氧化碳等混合氣體。
一、氬氣(Ar)
氬氣是惰性氣體,為單原子氣體,它不與焊縫金屬起化學(xué)作用,密度比空氣大37%,使用時(shí)不易飄浮失散,所以是一種理想的保護(hù)氣體。氬氣的熱導(dǎo)率小,高溫時(shí)不分解吸熱,電弧在氬氣中燃燒時(shí)熱量損失少,電離熱低,故在各類氣體保護(hù)焊中氬氣保護(hù)焊的電弧燃燒穩(wěn)定性最好。特別在熔化極氬弧焊時(shí)焊絲金屬很易呈穩(wěn)定的軸向射流過渡,且飛濺小。在熔化焊時(shí)得到廣泛的應(yīng)用。
氬氣是分餾液態(tài)空氣的副產(chǎn)品,所以其中常含有一定數(shù)量的氧、氮、二氧化碳及水分,會直接影響焊縫質(zhì)量。因此,對氬氣的純度有一定的要求,氬氣作為不銹鋼焊接的保護(hù)氣體時(shí),其純度(體積分?jǐn)?shù))要大于或等于99.9%。
有關(guān)氬氣的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo),執(zhí)行GB/T 4842-2006《氬》的規(guī)定,見表2-48。
二、氦氣
氦氣(He)與氬氣一樣,是一種無色、無味的惰性氣體,不與其他元素組成化合物,不溶于焊縫金屬,是一種單原子氣體。與氬氣相比,性質(zhì)有下列特點(diǎn)。
①. 在氬氣中容易引弧,電弧燃燒穩(wěn)定而且柔和,氦氣則較差。
②. 同樣的電流和弧長,氦的電離勢高,氨弧的電壓明顯比氬弧高,所以氨弧的溫度高,發(fā)熱大且集中,這是氦弧焊的最大優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)氦的熱傳導(dǎo)系數(shù)大,有利于向被焊區(qū)輸熱,所以在同等電流和弧長條件下,鎢極氨弧焊的焊接速度可比鎢極氬弧焊快30%~40%,且可獲得熔深較大的窄焊縫,焊接熱影響區(qū)也明顯減小。
③. 氦氣的密度小,不易形成良好的保護(hù)罩,為了獲得同樣的保護(hù)效果,氮?dú)饬髁勘仨毐葰鍤饬髁看?~3倍。
由于氦氣價(jià)格昂貴,所以應(yīng)用受到限制。氦氣的技術(shù)要求見表2-49。
三、氬-氦混合氣體
氬氣電弧穩(wěn)定柔和,陰極清理作用好;氦氣電弧發(fā)熱量大且集中,有較大的熔深。采用氬-氦混合氣體可以取長補(bǔ)短。其混合氣體的體積分?jǐn)?shù)通常為ψH。75%~80%+ψAr25%~20%。
四、氫氣
氫氣(H2)是無色無臭的可燃性氣體。氫的相對原子質(zhì)量最小,可溶于水,導(dǎo)熱性能好,分解時(shí)吸收大量的分解熱。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,從而提高熱功率,增加熔透性且提高焊接速度和生產(chǎn)效率,同時(shí)還能防止焊縫產(chǎn)生咬邊和抑制CO氣孔的作用。氬-氫混合氣體的應(yīng)用只限于焊接不銹鋼、鎳基合金,因?yàn)闅湓谝欢ê糠秶鷥?nèi)對這些材料不會產(chǎn)生有害的冶金影響。常用的氣體成分是ψAr85%+ψH215%,采用此混合保護(hù)氣焊接母材厚度為1.6mm以下的不銹鋼對接接頭時(shí),焊接速度可比純氬保護(hù)氣快50%。
氫氣的技術(shù)要求見表2-50。
五、氬-氧-CO2三元混合氣體
焊接不銹鋼時(shí),在氬氣中加入適量的氧和CO2氣體,可使保護(hù)氣體的氧化性增強(qiáng),當(dāng)焊絲采用噴射形式過渡到焊接熔池時(shí),具有下列優(yōu)點(diǎn):可克服陰極漂移現(xiàn)象,使焊接電弧燃燒穩(wěn)定;焊接過程中飛濺減少,焊縫成形良好,還可以減少咬邊現(xiàn)象,易實(shí)現(xiàn)單面焊背面成形的工藝。
六、二氧化碳(CO2)
二氧化碳是氧化性保護(hù)氣體,有固、液、氣三種狀態(tài)。工業(yè)用CO2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)鋼瓶即可裝入25kg的液態(tài)CO2(按容積的80%計(jì)),剩余約20%的空間則充滿氣化了的CO2。液態(tài)CO2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。這些水在焊接過程中隨CO2一起揮發(fā)并混入CO2氣體中,一起進(jìn)入焊接區(qū),成為主要的有害雜質(zhì),故焊前必須采取下列措施減少水分。
①. 將新灌氣瓶倒置2h,開啟閥門將沉積在下部的水排出(一般排2~3次,每次間隔約30min),放水結(jié)束后將氣瓶放正。
②. 使用前先放氣2~3min,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)置高壓干燥器和低壓干燥器,進(jìn)一步減少CO2中的水分。一般用硅膠或脫水硫酸銅作干燥劑,吸水后可加熱烘去水后多次重復(fù)使用。
④. 當(dāng)瓶中氣壓降低到0.2MPa以下時(shí),不得再使用。焊接用CO2的技術(shù)要求見表2-51。
七、氧氣(O2)
氧在常溫狀態(tài)和大氣壓下,是無色無味的氣體。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,氧氣密度為1.43kg/m3,比空氣重(空氣密度為1.29kg/m3)。氧氣本身不能燃燒,是一種活潑的助燃?xì)怏w。高壓氧與油脂接觸會自燃,并可能爆炸。
氧氣常用作惰性氣體保護(hù)焊的附加氣體,但不超過混合氣體體積分?jǐn)?shù)的2.0%。在熔化極氬氣保護(hù)焊時(shí)加入氧,可以細(xì)化熔滴,降低射流過渡的臨界電流,克服電弧陰極斑點(diǎn)飄移,增加母材輸入熱,從而提高焊接速度。
工業(yè)氧氣的技術(shù)要求見表2-52。