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Ar+HeAr+He 稀有混合气体稀有混合气体 TIGTIG 焊接技术十二问焊接技术十二问Ar+He 稀有混合气体 TIG 焊接技术十二问2011-08-19 13:29 Ar+He 稀有混合气体 TIG 焊接技术十二问 1、Ar+He 混合气体 TIG 焊可焊哪些金属?Ar+He 混合气体的电弧具有氩气和氦气的合成性能，有高稳定电弧与高热功率的配合、净化作用，且有利于减少气孔，具有较高的电弧温度，可使工件获得较多的热量，熔深大，焊接速度几乎为氩弧焊的两倍Ar+He 混合气体 TIG 焊适合焊接铝及铝合金、镁及镁合金、铜及铜合金、钛及钛合金等金属，以及金属基(一般为铝、镁、钛等)复合材料2、Ar+He 混合气体电弧有哪些特点?氩气密度比空气大，而比热容和热导率比空气小，这些特性使氩气具有良好的保护作用和稳弧作用与氩气相比，氦气电离电位高，热导率大，在相同的焊接电流和电弧长度条件下，氦弧的电弧电压比氩弧高(即电弧的电场强度高)，使电弧有较大的功率;并且氦气冷却效果好，使得电弧能量密度大，弧柱细而集中，得到的焊缝有较大的熔透率3、Ar+He 混合气体比例对电弧特性有何影响?随着气体配比的变化，电弧形状发生变化。

氦气的体积分数对电弧形态的影响如图 1-6 所示照片是焊接镁合金时，采用数码相机加焊接用滤光镜片所得，相机镜头与电弧的距离不变由图 1-6可以看出，随着氦气在混合气体中比例的增大，电弧逐渐收缩，特别是当为纯氦气时，电弧形态较纯氩气时有明显的改变，电弧收缩严重，弧柱细而集中电弧颜色由白亮逐渐转变为橙黄，这主要是由于纯氦气的谱线位于橙色波长范围内，随着氦气比例的增大，电弧中氦原子电离、复合的数目逐渐增多，其谱线的相对强度也不断增大，宏观上电弧颜色逐渐由白亮向橙色变化图 1-6 氦气的体积分数对电弧形态的影响电弧稳定性随氦气比例的增大而降低，当氦气体积分数超过 70%时，引弧困难，电弧不稳定，保护效果差;当氦气体积分数为 90%时熔池飞溅严重;当氦气体积分数达到 90%以上时，引弧极其困难，且焊接过程电弧极不稳定4、Ar+He 混合气体比例对焊缝熔深有何影响?氦气的体积分数对焊缝熔深的影响如图 1-7 所示该图为镁合金焊缝的熔深照片由图 1-7 中可以看出，随着氦气在混合气体中比例的增大，熔深逐渐增大，形状由蘑菇状变成扁平状，但在氦气体积分数超过 50%时，熔深变化较缓慢这是因为氦弧的功率较氩弧的大，随氦气的增多，电弧能量密度增大，电弧收缩，熔透率增大，导致熔深变大。

但由于受到工件厚度和焊接约束的作用，熔深达到 6.5mm 左右后不再明显变化图 1-7 氦气的体积分数对焊缝熔深的影响5、Ar+He 混合气体比例对焊接的可操作性有何影响?随着氦气比例的增加，熔池飞溅逐渐严重，焊接烟气增加当氦气的体积分数达到 90%时，镁合金蒸发严重，焊接烟气很大，操作者有头晕、胸闷、恶心症状，基本上无法实现正常焊接从焊接的实用性、经济性和环保性出发，Ar+He 混合保护气中，可采用体积分数为 30%～50%的氦气进行镁合金的焊接6、Ar+He 混合气体 TIG 焊接镁合金的接头组织形态如何?当采用体积比为 1∶1 的 Ar+He 混合气体对镁合金进行 TIG 焊时，在焊接过程中电弧稳定，阴极清理作用明显，氧化膜易于破碎，熔池搅拌充分，保护气氛良好与母材相比，热影响区的晶粒较粗大焊缝区组织为细小的等轴晶粒，具有明显的快速凝固组织特点，其晶粒明显比母材区和热影响区细小这主要是与 TIG 焊接热循环过程和镁合金的物理特性有关在焊接过程中，焊缝区的母材吸收大量的热而熔化，凝固时由于镁合金的热导率大，散热快，促进了焊缝区金属的快速凝固结晶，从而导致了焊缝区的晶粒细化此外，熔池搅拌作用也促进了焊缝区等轴晶的生长。

热影响区晶粒粗大，则是由于镁合金的熔点低(一般在 500～600℃范围)，导热快，焊接时造成的热影响区宽且易于过热，吸收的热量使热影响区的组织发生晶粒长大，从而导致了热影响区的组织晶粒粗大7、Ar+He 混合气体 TIG 焊接镁合金的接头显微硬度如何分布?焊缝、热影响区、母材区的显微硬度测量结果如图 1-8 所示从图中可以看出，焊缝区硬度比母材略低，但差别不大焊缝与热影晌区交界处硬度有明显上升，热影响区硬度明显低于母材由于热影响区晶粒较粗大，根据 Hall-Petch 公式可知，热影响区的显微硬度较低在焊缝区，一方面组织的显著细化使其显微硬度提高;另一方面和形成的 Mg17Al12 相比，A1 元素主要以固溶态存在时，将使其显微硬度降低在两种因素的综合作用下，使得焊缝区的显微硬度和母材区接近图 1-8 显微硬度测量结果8、Ar+He 混合气体 TIG 焊接镁合金的接头强度如何?当采用体积比为 1∶1 的 Ar+He 混合气体为保护气氛进行 TIG 焊接时，焊缝的抗拉强度为 184MPa，而母材的抗拉强度为 268MPa，焊缝的抗拉强度达到母材的 68%，接头的伸长率为母材的 58%，明显低于母材。

从宏观断面上看，焊接接头拉伸试件的断裂发生在热影响区，断口表面粗糙不平，颜色灰暗，但断裂前无明显的缩颈;母材的断裂发生在标距中部，且断口与母材成 45°角图 1-9a 为母材的拉伸断口扫描图像，图 1-9b 为接头拉伸断口扫描图像由该图发现母材属于韧性断裂;断口主要由塑坑组成，为延性断裂;而接头的断口是解理和塑坑组成的混合断口，为韧一脆混合断裂图 l-9 拉伸断口形貌9、Ar+He 混合气体 TIG 焊接镁、铝合金有何优缺点?1)充分利用交流氩弧焊设备，扩大其使用范围2)操作简单，焊缝成形美观，质量优良，力学性能满足使用要求3)焊接热输入量较小，焊缝和热影响区组织细小均匀4)对于要求较高的铝合金厚件补焊更为合适，并能减少气孔5)成本较高10、Ar+He 混合气体 TIG 焊对人体有害吗?Ar 和 He 都是惰性气体，本身无毒，混合后也不发生反应，所以用 Ar+He 混合气体进行 TIG 焊不会对人体造成危害但用 Ar+He混合气体 TIG 焊接镁合金时，开始时操作者会感到不适，尤以胃部反应最为强烈这并不是 Ar+He 混合气体的原因，是由于镁蒸气对人体器官的刺激造成的一般操作 1 周后会有明显改善，但需采取戴口罩等措施进行防护。

11、Ar+He 混合气体 TIG 焊接镁合金板材的焊接参数如何确定?由于镁合金具有熔点低、热导率高、线胀系数高、表面张力小等特点，其焊接方法要求严格钨极混合气体 TIG 焊能够实现高品质焊接，得到美观、平滑的优质焊缝1)在 Ar 和 He 为体积比 1∶1 的保护气氛下进行 TIG 焊接2)焊接电流在其他焊接参数不变的条件下，对厚度为 3mm 的镁合金板材选用 40～100A 的焊接电流进行焊接电流较小(≤50A)时，易出现未熔合和未焊透、焊缝表面局部塌陷和突起等现象电流过大(≥60A)时，母材变形大，易产生烧穿，焊缝出现晶粒过烧、气孔、裂纹等缺陷，焊丝在靠近焊缝前就被熔化，熔滴凝固在焊丝端部，阻碍进一步填丝当电流适当(50～60A)时，形成的焊缝表面光滑，无堆高，外形美观，质量优良3)焊接速度在焊接速度小于 10cm/min 时，输入给母材的线能量较多，同时因镁合金的蒸气压力大，表面张力小，在焊接时易出现焊漏、咬边和变形等缺陷，焊缝及近焊缝区附近的晶粒明显长大当用较大的焊接速度(14cm/min)进行焊接时，可以提高电弧的稳定性，得到良好的焊缝外观4)电弧高度焊接时应尽量压低电弧高度，充分发挥电弧阴极破碎作用，并使熔池充分搅拌，以促使氧化物和氢的逸出。

一般情况下，当电弧高度取 4mm 时，可以达到理想的焊接效果，且填丝方便12、Ar+He 混合气体焊接铝合金有何特点?1)焊接厚板铝合金材料时，采用 He+Ar 混合气体作为保护气体可明显增加对焊缝的热输入，增大焊缝的有效熔深，提高金属熔敷效率随着 He 比例的增加，能明显改善焊缝的熔透深度板的厚度增大时，He 的加入量亦应相应增加2)大电流 MIG 焊焊接厚板铝合金材料时，随焊接电流的增大，惰性气体保护失效而使外界空气进入焊接区域(焊接电弧和焊接熔池)，一方面影响焊接电弧，使电弧不能稳定燃烧;另一方面空气中的氧气、氮气进入焊接熔池，并与熔融状态的铝发生化学反应另外，大量的热量使焊接熔池处于严重的过热状态，再加上电弧力的作用，最终会导致焊缝产生皱皮现象采用 He+Ar 混合气体与采用纯 Ar 作为保护气体相比，可显著提高焊缝产生皱皮的临界电流值，减小焊接过程中产生皱皮的倾向。