焊接气体：我们使用它的 101 种原因及其类型

什么是焊接气体？

焊接气体的使用方式多种多样。其中包括保护电弧免受空气、灰尘和其他气体等杂质的影响；保持与电弧相对的焊缝底部的焊缝清洁（或吹扫）；和加热金属。焊接后也使用保护气体保护金属。

焊接和切割过程中使用的气体包括：

• 保护气体，例如二氧化碳、氩气、氦气等。
• 乙炔、丙烷、丁烷等燃料气体。
• 氧气，与燃料气体一起使用，在某些保护气体混合物中也少量使用

虽然传统的棒焊工对焊接气体知之甚少，但过去 70 至 80 年 MIG 和 TIG 焊机的兴起导致大多数车间都需要将焊接气体作为一种常见商品。

当我们进入焊接领域使用的主要气体和混合物时，很高兴了解自首次实施以来我们在短时间内取得了多大进展。进步是巨大的，新气体或使用这些气体的新方法的存储是令人兴奋的。

在本文中，我们将探讨不同类型的焊接气体及其用途。

气体在焊接中的用途是什么？

气体在焊接中有一系列不同的用途。这可以包括：保持电弧没有杂质（如灰尘、其他气体、污垢等），

也用于辅助电弧稳定性和确保许多焊接工艺的适当金属转移。确保焊缝下方的焊池保持清洁（这称为清洗），以进行覆盖和加热。

如果您在焊接中未正确使用气体，最终可能会导致焊接薄弱或多孔，或者在焊接时发现飞溅过多。飞溅不会破坏焊缝，但会降低生产率，因为需要努力清理。

1. 惰性和反应性气体

适用于焊接的气体有两种：

惰性气体。 惰性气体是在给定条件下不发生变化的气体。惰性气体通常用于焊接、密封或标记应用，以避免可能导致部件退化的不需要的化学反应。这些不需要的反应包括氧化和水解，它们与氧气和空气中的水分发生反应。

纯化的氮气和氩气由于天然丰度高（空气中 N2 为 78%，Ar 为 1%）且成本相对较低，因此最常用作惰性气体。

活性气体。 也称为惰性气体——是在特定条件下（例如氧化）不发生化学反应的气体。包括氩气、二氧化碳、氦气和氮气。

焊接技术中的还原性保护气体总是由氩气或氮气与氢气组成的混合气体。例如，在不锈钢的 TIG 焊接中使用氩气和氢气。氮气和氢气用作支持气体。注意：如果氢气的比例超过10%，则必须燃烧，因为有火灾和爆炸的危险。

2. 保护气体

当您在焊接时空气进入电弧时，它会导致在熔融金属内形成气泡，从而形成薄弱且非常难看的焊缝。除非使用的填充材料是药芯或药芯涂层的，否则不能在没有保护气体的情况下进行 MIG 或 TIG 焊接。这与保护气体的作用相同，可以防止杂质进入，但方式不同。

大多数保护气体是惰性的，这使得它们非常适合保护焊接过程，因为它们在焊接的极端条件下保持稳定。根据所使用的气体，它们还以不同的方式培育焊缝，包括更高的熔深、更高的熔融流动性以及更光滑的焊道表面。

3. 吹扫气体

吹扫气体用于覆盖您正在焊接的材料的底部，其方式与保护气体相同，只是它与焊接的自然过程分开进行。

当您焊接接头的顶部时，接头的底部会被密封并有一股气流吹扫它。它经常与不锈钢物品一起使用，它可以是与接头顶部使用的气体相同或不同的气体。

4. 加热气体

某些焊接，如气焊和钎焊，需要气体来加热金属或填充棒以实现焊接。这取代了对弧线的需求。

特定类型的焊接需要在焊接前对金属进行预热，这种气体用于此目的。气体只是一种与空气或氧气混合的燃料，被火焰点燃以加热或熔化金属。

5. 保护气体

填充是在罐和密闭空间完成后填充气体的过程，以防止空气和其他污染物损坏或污染成品。

有时它用于完全填充已完成的项目。其他时候，气体被添加到充满空气的罐中，形成一种混合物，以保持罐对其他气体或反应的纯净。

用于焊接的不同类型的气体

前两种保护气体，氩气和氦气是惰性气体，而其他四种保护气体——氢气、氧气、二氧化碳和氮气——是半惰性气体。

请务必评估您的项目目标，以便为手头的焊接选择合适的气体。选择时要记住的是成本、需要哪些准备工作、您将要焊接的基材、完成的焊缝性能以及焊后清理过程中需要做的事情。

MIG 焊接中最常用的四种保护气体是氩气、氦气、二氧化碳和氧气。在任何给定的应用程序中，每一种都提供了独特的优点和缺点。

氩气（Ar）

氩气允许更窄的渗透，这对于对接和角焊很方便。它还拥有平滑且相对流畅的弧线。如果您要焊接有色金属，例如钛、铝或镁，则需要使用纯氩气。

氩气也经常与氢气、氦气或氧气混合。这有助于加强电弧特性并有助于金属转移。

如果焊接质量和美观很重要，那么混合气体很适合使用。您有多种选择，从 75-95% 的氩气到 5-25% 的二氧化碳不等。与 100% CO2 相比，它们产生更好的电弧稳定性并减少飞溅。

混合气体也可用于喷涂转移过程，从而提供更具视觉吸引力的焊缝并提高生产率。氩气/CO2 混合物适用于焊接低合金、一些不锈钢和碳金属。但请注意，较高的 CO2 含量可能会导致飞溅增加。

氦（He）

一般用在有色金属上，氦也可以用在不锈钢上。由于其广泛而深入的穿透能力，它适用于厚金属。通常以25-75%的氦气和75-25%的氩气的比例使用。

通过调整这些比率，您可以改变穿透和焊道轮廓。当用于不锈钢时，氦气通常与 CO2 和氩气混合使用。氦气还用于防止不锈钢、铝、镁和铜合金等金属焊接过程中的氧化。

氦气确实会产生更热的电弧，从而提供更快的行进速度，从而提高生产率。话虽如此，氦气更昂贵，并且确实需要比氩气更高的流速。在考虑使用氦气时，要牢记权衡气体成本与生产率的价值。

二氧化碳 (CO2)

到目前为止，CO2 是最常见的气体，也是唯一一种无需添加惰性气体（如氩气或氦气）即可以其纯净形式使用的气体。正因为如此，二氧化碳是最具成本效益的选择，如果优先考虑项目成本，也是一个不错的选择。

纯 CO2，也称为 100% CO2，可提供较深的焊接熔深，在需要焊接厚材料时非常方便。话虽如此，纯 CO2 仅限于短路焊接过程，产生的电弧不稳定，并且比与其他气体（也称为“混合气体”）结合时产生的飞溅更多。

纯 CO2 适用于焊缝美观不重要或无法看到焊缝的项目，例如汽车底部。焊后清理也涉及更多。

氧气 (O2)

氧气是一种反应性气体，通常在添加到保护气体中时少量使用，通常在 1-9% 之间。这提高了熔池流动性，以及在不锈钢、低碳和低合金金属中的电弧稳定性和熔深。

不建议将氧气与铝、铜、镁或其他稀有金属一起使用，因为它会引起氧化。

氧/氩混合物通常用于不锈钢和普通碳金属。它产生稳定的电弧，飞溅有限。然而，较高的氧气含量可能会使错位焊接变得困难，因为它会增加熔池的流动性。

氮 (N)

另一种廉价的保护气体，氮气在与其他气体混合时可提高焊接熔深和电弧稳定性。这些混合物还可以提高含氮合金的化学性能。

氮气用作焊接不锈钢管的吹扫气体。少量添加于氩气中，也可用作不锈钢的保护气。

氢 (H)

当添加到氩气中时，氢气可提供更深的熔深和更快的焊接速度。氢气、氩气和二氧化碳的混合物可以提高焊接熔深。但是，如果使用不当，氢气可能会导致孔隙率。

氢气在不锈钢等高温应用中用作保护气体。常与氩混合用于奥氏体不锈钢。

焊接中使用的不同类型的混合气体

氩气和二氧化碳

用于焊接保护的最常见混合气体是 CO2 氩气混合物。它可以使用 95% – 80% 的氩气和 5% – 20% 的二氧化碳。在大多数应用中，这将产生令人愉悦的平滑焊缝并将飞溅量降至最低。

您要焊接的钢材越厚，混合物中所需的二氧化碳就越多，而它越薄，您需要的氩气就越多。

焊工将这些气体混合物用于：

• 碳钢上的气体保护金属电弧焊 (GMAW)
• 碳钢药芯焊丝电弧焊 (FCAW)
• 不锈钢药芯焊丝电弧焊 (FCAW)

氩气、二氧化碳和氧气

如果您想在熔池中寻找更多的流动性，那么您可能正在寻找氩气、二氧化碳气体和氧气的混合物。在完成焊接时，您会获得与氩气、二氧化碳混合物相当相似的特性。

然而，除了提高流动性外，它还可以提高焊接过程的行进速度，使焊工的工作效率更高。我们在以下流程中使用它：

• 碳钢上的气体保护金属电弧焊 (GMAW)
• 在某些情况下对不锈钢进行气体保护金属电弧焊 (GMAW)

氩气、氦气、二氧化碳

当您选择的焊接气体是氩气、氦气、二氧化碳混合物时，可以使用多种不同的混合物。取决于它将用于混合的内容，要么以氦气为主，要么以氩气为主。

所使用的气体使这种混合物适用于焊接从碳钢到不锈钢的任何东西，它甚至可以用作铝焊接气体。 （用 MIG 机焊接不锈钢的良好混合物）

氩气/氦气/二氧化碳最适合以下工艺：

• 不锈钢上的气体保护金属电弧焊 (GMAW)
• 碳钢药芯焊丝电弧焊 (FCAW)
• 不锈钢药芯焊丝电弧焊 (FCAW)

氦气和氩气

如果您正在寻找用于焊接铝的气体，那么您可能会将氦气和氩气混合在一起。除铝外，还适用于焊接合金。

为什么？嗯，因为这种混合物提供了更深层次的渗透，并且还提供了焊缝本身的广泛光洁度。

我们最常使用这种组合：

• 铝上的气体保护金属电弧焊 (GMAW)
• 在不锈钢或铝上进行气体钨极电弧焊 (GTAW)

氩气和氧气 (o2)

这种气体混合物不适合不锈钢，如果你用它焊接钢——它通常是轻钢。其目的是帮助钢的材料融合。

在这种氩气混合物中通常不会发现太多氧气，否则会燃烧得太热，而氩气焊接适用于更精细的东西和更薄的材料。

在以下焊接工艺和金属中使用氩气/O2 混合物：

• 不锈钢上的气体保护金属电弧焊 (GMAW)
• 碳钢上的气体保护金属电弧焊 (GMAW)

氩气和氢气

如果您使用气体进行 TIG 焊接，那么当您需要清洁焊接时，氢气和氩气的混合物是理想的选择。氢气可防止空气中的任何氧气进入焊缝并引起氧化。

该反应的废物是水，在焊接热量下会迅速蒸发。它有助于保持窄而精确的电弧，同时增加热传递。

• 在奥氏体钢上进行气体钨极电弧焊 (GTAW)

氮和氢

这种混合物具有相当专业的用途，是制备奥氏体（铬和镍含量高，碳含量低）不锈钢的保护气体。

它可以实现更高水平的熔深，同时使焊接过程更快。它还有助于提高不锈钢最终产品的机械性能。

全氧燃料焊接中的气体

乙炔、丙烷和丙烯以下三种气体用于氧燃料焊接，极易燃烧。

1.乙炔

乙炔非常易燃，在空气中极易燃烧。它很容易制作，而且使用起来相当便宜。

它与氧气结合，在某些类型的焊接中用作燃料源。它会产生非常热的火焰，能够切割或焊接大部分金属。

2.丙烷

丙烷也非常易燃，在空气中极易燃烧。它被更好地称为 LPG（液化石油气），在许多情况下被用作燃料来源。

如果接触到它会灼伤皮肤。然而，令人惊讶的是，它不能用于气焊，因为它不像乙炔在氧气中燃烧时不会产生还原区（在焊接时会清洁钢表面）。

主要用于焊接完成后的钎焊。

3.丙烯

丙烯实际上不是纯气体，它是与氧气的混合物。它的燃烧温度比丙烷和氧气高得多，完全适用于非结构熔焊、钎焊、加热等。

但是，它通常以小型一次性罐的形式提供，这些罐子并不足以在焊接大型物品时加热。

4.压缩空气

正如您所料，压缩空气是用于焊接的气体中最便宜的，因为它是空气。 （虽然它经常被净化一点）。当您将压缩空气与另一种燃料混合时，它可以在比氧气燃料火焰更低的温度下产生强烈的火焰。对于焊工来说，这意味着他们可以更好地控制他们应用于焊缝的碳涂层的厚度。

气体焊接安全

存储和处理

• 使气瓶远离物理损坏、高温和篡改。
• 用链条固定设备以防跌落。
• 远离易燃易爆物品存放。
• 单独存放额外的气瓶和氧气瓶。
• 直立存放。
• 移动前关闭气瓶阀门。
• 应保留保护帽或调节器。
• 在底部边缘滚动圆柱体以移动 - 不要拖动。
• 运输时允许非常少的移动。

一般气体焊接安全提示

• 使用经批准的泄漏测试解决方案检查设备的所有连接处是否存在泄漏。
• 检查软管是否有泄漏和磨损的地方。
• 更换损坏的软管。
• 保护软管和气瓶免受火花、火焰和热金属的伤害。
• 使用打火机点燃火焰。
• 打开气瓶阀门时，站在一边（远离调节器）。
• 非常缓慢地打开气瓶阀门，以防止突然的高压导致调节器爆炸。
• 仅将乙炔钢瓶阀门打开 ¼-¾ 转；将扳手留在原处，以便在紧急情况下可以快速关闭气瓶。
• 先开启并点燃乙炔，然后开启并调节氧气至中性火焰。
• 按照制造商的建议关闭割炬。如果没有现成的指南，普遍接受的做法是先关闭氧气阀。
• 完成后，关闭气瓶阀门，放空管路以减轻调节器的压力，整齐地盘绕软管，并更换设备。
• 在焊接现场准备好灭火器。