焊接气体大全:作用原理、分类与选用指南
什么是焊接气体?
焊接气体用途广泛:保护电弧免受空气/粉尘/杂质气体侵入;保护焊缝背面(吹扫/保护);加热金属。覆盖气体还用于焊后保护金属。
焊割工艺用气包括:
- 保护气:二氧化碳、氩气、氦气等
- 燃料气:乙炔、丙烷、丁烷等
- 氧气:助燃及少量混入保护气混合物
传统药皮焊工鲜涉气体,但近70-80年MIG/TIG普及使焊接气体成为车间常备品。本文将探讨各类焊接气体及其用途。
焊接中气体的作用
用途包括:净化电弧区(防尘/杂气/污垢);辅助电弧稳定与金属过渡;保护焊缝背面熔池洁净(吹扫);覆盖保护与加热。气体使用不当会导致焊缝薄弱/多孔或飞溅过多(虽不破坏焊缝但降低生产效率)。
1. 惰性气体与活性气体
焊接涉及两类气体:
惰性气体。 特定条件下不发生反应,用于焊接/密封/标记避免氧化水解等降解反应。高纯氮、氩因丰度高(空气中N₂ 78%、Ar 1%)成本低而常用。
活性气体。 也称半惰性气体,特定条件下不发生氧化等反应。包括氩、二氧化碳、氦、氮。焊接还原性保护气总是混合气:氩/氮+氢。氩氢用于不锈钢TIG,氮氢作背部保护气。注意:氢超10%须燃烧排放防火爆。
2. 保护气体
空气侵入电弧会在熔融金属中形成气泡,造成软弱丑陋焊缝。MIG/TIG离不开保护气,除非用药芯/药皮填充材料(以不同方式实现同等保护)。多数保护气为惰性气体,极端条件下稳定,并根据气体不同赋予熔深、流动性、成形光滑等特性。
3. 吹扫气体
保护焊缝背面,独立于正面焊接过程。焊接正面时,背面密封并通保护气。常用于不锈钢,可与正面同气或异气。
4. 加热气体
气焊、钎焊需燃料气加热金属/填充丝替代电弧。某些工艺要求预热,即燃料气与空气/氧混合点燃加热熔化金属。
5. 覆盖气体
完工后向罐体/密闭空间充气,隔绝空气污染防止成品损伤变色。有时完全填充,有时混入空气形成保护性混合气。
焊接常用气体详解
氩、氦为惰性;氢、氧、二氧化碳、氮为半惰性。选气需综合考虑成本、前期准备、母材、焊缝性能、后期清理。
MIG四大常用保护气:氩、氦、二氧化碳、氧气,各有利弊。
氩气 (Ar)
熔深窄,利于对接/角焊;电弧平滑流畅。焊钛/铝/镁等有色金属须用纯氩。常与氢/氦/氧混合强化电弧特性助金属过渡。追求质量美观可用混合气:75-95%氩+5-25%二氧化碳,电弧更稳、飞溅少于纯二氧化碳。混合气可实现喷射过渡,提升外观与效率。氩/二氧化碳适合低合金、部分不锈钢、碳钢,但高二氧化碳增加飞溅。
氦气 (He)
主要用于有色金属,亦可焊不锈钢。宽深熔透适合厚件,常用25-75%氦+75-25%氩。调比例可改变熔深、成形、焊速。不锈钢常用氩/氦/二氧化碳三元混合。防止不锈钢/铝/镁/铜合金氧化。氦气电弧更热,焊速快、效率高,但价格贵、流量大,需权衡成本效益。
二氧化碳 (CO₂)
最常用、唯一可纯用无需惰性气混合的反应性气体,成本最低。纯二氧化碳熔深大,利于厚件,但电弧不稳、飞溅多、仅限短路过渡。适合外观不重要或不可见处(如车身底部),后期清理较繁。
氧气 (O₂)
活性气体,通常以1-9%小比例添加于保护气中,改善熔池流动性、电弧稳定性与熔深(不锈钢/低碳钢/低合金钢)。易致氧化,不宜用于铝/铜/镁/特种金属。氩氧混合气用于不锈钢/碳钢,电弧稳飞溅少,但高氧致熔池过流动导致全位置焊困难。
氮气 (N₂)
廉价保护气,混合时增加熔深稳弧,改善含氮合金化学性能。作不锈钢管吹扫气;微量加入氩气作不锈钢保护气。
氢气 (H₂)
加入氩气提供深熔透、快焊速。氩氢二氧化碳三元混合改善熔透,但误用致气孔。高温应用(如不锈钢)作保护气,常与氩混合用于奥氏体不锈钢。
常见混合气体
氩+二氧化碳
最常用保护混合气:80-95%氩+5-20%二氧化碳。多数应用下成形平滑飞溅少。钢厚则增二氧化碳,薄则增氩。用于:碳钢GMAW、碳钢FCAW、不锈钢FCAW。
氩+二氧化碳+氧气
需更好熔池流动性时选用。性能近似氩/二氧化碳,额外提升流动性、焊速与生产率。用于:碳钢GMAW、部分不锈钢GMAW。
氩+氦+二氧化碳
比例范围宽,氩或氦主导。适用碳钢至不锈钢,甚至铝焊(MIG焊不锈钢良方)。用于:不锈钢GMAW、碳钢FCAW、不锈钢FCAW。
氦+氩
焊铝首选,亦适合合金。提供更深熔透、更宽焊缝。常用:铝GMAW、不锈钢/铝GTAW。
氩+氧气
不适合不锈钢,焊钢通常为薄规钢材,促进熔合。氧含量极低避免过热烧穿薄件。用于:不锈钢/碳钢GMAW。
氩+氢气
TIG焊需洁净焊缝时理想选择。氢阻隔氧气防氧化,生成水蒸发。维持窄而精准电弧、增强传热。用于:奥氏体钢GTAW。
氮+氢气
专用于奥氏体不锈钢(高铬镍低碳)制备保护气。提高熔透加快焊速,改善成品力学性能。
氧燃料焊接气体
乙炔、丙烷、丙烯三种极易燃气体用于氧燃料焊。
1. 乙炔
极易燃、空气中极易燃烧,制取易、成本低。与氧混合作燃料,火焰温度极高,能切割/焊接大多数金属。
2. 丙烷
即液化石油气(LPG),易燃、空气中易燃烧。但不可作气焊燃料:氧中燃烧不产生还原区(焊接时清洁钢面)。主要用于焊后钎焊。
3. 丙烯
实为氧气混合气。燃烧热值超丙烷氧,适合非结构熔合焊、钎焊、加热。但常装小型一次性罐,不足大件加热。
4. 压缩空气
最廉价(经净化)。与燃料混合产生低温强焰,利于控制碳层厚度。
气体焊接安全
储存与搬运
- 远离物理损伤、热源、人为破坏
- 链条固定防倾倒
- 隔离易燃可燃物
- 氧气瓶与燃气瓶分开存放
- 直立存放
- 搬运前关闭瓶阀
- 保护帽/调压器保持就位
- 底部滚动搬运—严禁拖拽
- 运输中尽量减少晃动
通用气焊安全贴士
- 用认可检漏液检查所有接头泄漏
- 检查软管泄漏磨损
- 更换损坏软管
- 保护软管瓶体免火花/火焰/热金属
- 用打火石点火器引燃
- 开瓶阀时站在调压器侧面
- 缓慢开阀防止高压冲毁调压器
- 乙炔瓶阀仅开1/4-3/4圈,扳手留在阀上以便急停
- 先开乙炔点燃,再开氧调中性焰
- 关炬按厂家建议;无指引时通常先关氧阀
- 作业完毕:关瓶阀、放空管路泄压、盘好软管、归位设备
- 焊接现场备灭火器
工业技术