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第一章 气体保护焊工艺基础(5b)第五节 保护气体 一 单一成分的保护气体 二 混合保护气体 三 常用保护气体的选择 许多材料可以用较多种类的保护气体焊接在选择采用何种保护气体时必须考虑许多因素，进行相互比较，旨在得到高的焊接质量和经济性 表 1-12 给出了几种最基本保护气体的性能，气瓶颜色和连接螺纹在选择保护气体时应注意以下事项： 材料和材料外形尺寸  焊缝准备及其公差  焊接位置  保护作用和防气孔的可靠性  保护气体和焊丝的合理搭配  焊渣量  焊缝金属的性能  耐腐蚀性（尤其是铬镍钢）  可应用的电弧种类和工作点  焊接速度  由一只喷咀或同两只喷咀喷出保护气体  飞溅量和飞溅大小  焊机购置  经济性  由保护气体区出来的有害物质和杂质 保护气体对于焊接影响的大小，不仅决定于保护气体的组成和性能，更主要的影响因素却在于电弧种类和工作点选择、焊丝种类、焊接电源特性、焊炬情况及其它的边界条件表 1-13 介绍了常用保护气体的分类，它是按反应性能来分类的 表 1-12 几种基本保护气体和性能，气瓶颜色和连接螺纹 气体种类 焊接时的反应性 在 15°C 和 1 巴时的比重 公斤/米 3 气瓶颜色 气瓶连接螺纹 氩 Ar 惰性 1.759 灰色 W21.80x 1/4“ 氦 He 惰性 0.176 灰色 W21.80x 1/4“ 二氧化碳 CO2 氧化性 1.849 灰色 x） W21.80x 1/4“ 氧 O2 xx） 氧化性 1.336 兰色 R3/4“ X）二氧化碳气瓶除了颜色外，另外有识别字母 S 或 STXX）氧气只能和其它保护气体混合使用 表 1-13 常用保护气体的分类 各组成成分的体积%氧化性 惰性 还原性 反应惰性 分类 序号 组成气体数 CO2 O2 Ar He H2 N2按 DIN 1910第 4 部分适用的焊接方法 备注 1 1 — — — — 100 — 原子氢焊 还原性 R2 2 — — 其余1） — 1-15 — 钨极氩弧焊 等离子焊 还原性 1 1 — — 100 — — — 2 1 — — — — — — I3 2 — — 其余 — — — 钨极氩弧焊 等离子焊，熔化极惰性气体保护焊，焊根保护 惰性 1 2 — 1-3 其余1） — — — 2 2 2-5 — 其余1） — — — M13 2 6-14 — 其余1） — — — 1 2 15-25— 其余1） — — — 2 3 5-15 1-3 其余1） — — — M23 2 — 4-8 其余1） — — — 1 2 26-40— 其余1） — — — 2 3 5-20 4-6 其余1） — — — M33 2 — 9-12 其余1） — — — MAGMC 1 1 100 — — — — — MAGC弱氧化性 强氧化性 1 2 — — 其余1） — 1-30 — F2 2 — — — — 1-30 其余 焊根保护 在 H2＞10%时呈现还原性 1）此处的氩气可部分由氦气代替 表中的 R 类气体为起还原作用的保护气体。

属于这类的有原子氢焊用的氢气，还有氩气含量达 15%的氩-氢混合气体，用于等离子焊最外层的保护气体和焊镍材时采用，偶尔在钨极氩弧焊也采用这种保护气体 I 类为惰性气体这里多指氩气、氦气和氩-氦混合气体，用于钨极氩弧焊、熔化极惰性气体保护焊和等离子弧焊 M 类属于具有氧化性的保护气体，又可按氧化性的强弱进一步细分为 M1,M2 和 M3 和另外一类完全用 CO2作保护气体的 C 类M 和 C 类同为氧化性保护气体M 类适用于混合气体的熔化极活性气体保护焊（MAGM）主要气体成分为氩气，部分也允许用氦气代替这种混合气体的活性成分为二氧化碳（CO2），在电弧的高温下，二氧化碳分解生成一氧化碳和氧或氧分子（O2）三元混合气体指除氩气外，还有两个活性成分，即 CO2 和 O2完全用二氧化碳作保护气体的焊接称为 MAGC 焊，即二氧化碳熔化极活性气体保护焊，简称为 CO2 气体保护焊 F 类为作焊根保护用的保护气体供单面焊时防止焊根氧化，利于底部焊道的成形一般由氩气和氢气或氢气和氮气组成后一种主要用于焊接非合金和低合金钢 为确保焊接质量，防止产生气孔，除了应正确选择合适的保护气体外，还必须注意保持保护气体的纯净。

具体措施为： 应保持保护气体管道和焊炬的密封和干燥  注意冷却水的密封，使焊炬上无冷凝水  使用干净的和与焊接任务一致的保护气体喷咀  注意正确调节气体喷咀的位置（距离、倾角和对准焊缝）  注意计量好保护气体的流量  选择合适的电弧工作点（指电弧长度等）  注意焊接时气瓶的压力不得低于气体流量表的工作压力（2-4 巴），以确保对焊缝金属的保护效果  注意在旋开减压阀后，必须立即再关闭气瓶阀门，不能让空气跑进“空”瓶内去 此外，应根据焊接方法和材料来选择相应的保护气体（表 1-14） 如表所示，对有色金属、奥氏体不锈钢和高温合金可以用惰性气体（纯氩或纯氦）进行的气体保护焊，既可以用钨极，也可以用焊丝（熔化极） 对铜及铜合金以及用氮合金化的奥氏体钢可用纯氮气进行熔化极气体保护焊对碳钢和合金结构钢一般用CO2 气体保护焊对铝和铝合金、钛有钛合金则常用氩和氦混合气体的气体保护焊此时氦含量应≤75%不锈钢和镍基合金钢则广泛使用氩气加二氧化碳、氩气加氧气和氩气加二氧化碳加氧气的熔化极活性气体保护焊表 1-14 常用保护气体适用的焊接方法和材料 保护气体成分 适用焊接方法 焊丝直径 适用的金属材料 焊件厚度（毫米） 施焊方式 焊接位置 备注 钨极氩弧焊 手工焊，自动焊 0.8-1.6 3-5 全位置 立焊向下焊 喷射过渡 1.6-5.0 5-40半自动焊 平焊 0.8-2.0 1.5-5 全位置 立焊向下焊 纯 Ar熔化极惰性气体保护焊 脉冲喷射过渡 1.6-5.0 6-40自动焊 平焊 钨极氦弧焊 手工焊，自动焊 0.8-1.6 4-6 半自动焊，自动焊 全位置 立焊向下焊 喷射过渡 1.2-4.0 6-40 自动焊 平焊 0.8-1.2 2-5 半自动焊，自动焊 全位置 立焊向下焊 纯 He熔化极惰性气体保护焊 脉冲喷射过渡 2.0-4.0 有色金属，奥氏体不锈钢和高温合金 8-40 自动焊 平焊 纯 N2 熔化极惰性 滴状，短路 0.8-1.2 铜和铜合金， 3-5 半自动焊 全位置 立焊向下焊 气体保护焊 过渡 1.6-4.0 用氮合金化奥氏体不锈钢 5-30 自动焊 平焊 短路过渡 0.5-1.6 0.5-5 半自动焊 全位置 立焊向下焊 纯 CO2 熔化极活性气体保护焊 滴状，短路过渡 1.6-4.0碳钢，合金结构钢 4-10 自动焊 平焊 钨极氩弧焊 手工焊，自动焊 Ar +≤75% He熔化极惰性气体保护焊，喷射过渡 1.6-4.0铝及铝合金，钛及钛合金 8-40 自动焊 平焊 Ar+（5-15）% He钨极氩弧焊 不锈钢，镍基合金 手工焊，自动焊 短路过渡 0.5-1.2 0.8-3.0 全位置 立焊向下焊 Ar+5%CO2 脉冲喷射 0.8-5.0 1.0-5.0 全位置，平焊 立焊向下焊 Ar+20% CO2熔化极惰性气体保护焊 喷射过渡 0.8-5.0碳钢，合金结构钢，不锈钢，高合金钢（CO2少） 2.0-5.0半自动焊，自动焊 平焊 0.7-1.2 1-4 全位置 立焊向下焊 喷射过渡 1.6-4.0 5-50 平焊 0.7-2.0 1-5 全位置 立焊向下焊 Ar+（1-5）%O2熔化极惰性气体保护焊 脉冲喷射过渡 1.6-5.0碳钢，合金结构钢，不锈钢，高合金钢（加1-3% O2） 3-30半自动焊 自动焊 平焊 四 常用保护气体对焊接性能的影响 如表 1-15 所示，纯氩（99.995% Ar）的弧柱电位梯度低，电弧稳定性好，金属过渡特性也不错。

焊缝呈蘑菇形 表 1-15 常用保护气体对焊接性能的影响 保护气体 成分 弧柱电位梯度 电弧稳定性 金属过渡特性 化学性能 焊缝熔深形状 加热特性 Ar 纯度 99.995% 低 好 满意 蘑菇形 He 纯度 99.99% 高 满意 满意 扁平形 焊接热输入比 Ar 高 N2 纯度 99.9% 高 差 差 易在钢中引起气孔和氧化物 扁平形 CO2 纯度 99.9% 高 满意 满意，有些飞溅 强氧化性 扁平形 熔深较大 Ar+He Ar+≤75%He 中等 好 好 扁平形 熔深较大 焊接热输入比 Ar 高 Ar+H2 Ar+（5-15）%H2中等 好 还原性，H2大于 5%时会产生气孔 熔深较大 Ar+5%CO2 好 好 弱氧化性 Ar+CO2Ar+20%CO2低，中等 好 好 Ar+O2 Ar+（1-5）% O2低 好 好 中等氧化性 弱氧化性 Ar+CO2+O2 Ar+20% CO2+5%O2中等 好 好 中等氧化性 蘑菇形，熔深较大（改善焊缝成形）CO2+O2 CO2+≤20% O2 高 稍差 满意 强氧化性 扁平形 熔深较大 而用纯氩气作保护气体时，其电位梯度比用纯氦气时高。

焊缝呈扁平形因为焊接热输入较大，电弧能量分布宽 使用氮气时尽管弧柱电位高，但电弧不稳定，熔滴过渡特性差，易在钢中引起气孔和氮化物，使焊缝金属脆化，较适用于铜和镍的焊接 当用氩加氦的混合保护气体时，按相互所佔比例的不同，又分以氦气为主的和以氩气为主的两种弧柱电位梯度为中等两者间熔滴过渡特性有一些区别熔深均较大同时具有两种惰性气体的性能适合焊大厚度的铝制工件 下面着重介绍熔化极活性气体保护焊（MAG）常用保护气体的一些重要知识，即在表 1-30 中的 C 类和 M 类保持气体对焊接性能的影响总的来讲，使用这些活性保护气体必须注意如下几点： 防气孔的可靠性 由二氧化碳（CO2）分解出的氧或作为保护气体加入的氧和熔池起反应除引起合金元素烧损外，有可能在熔池中形成气体状物质如焊缝金属内有足够的与氧有较大化合力的元素存在的话，可避免产生气体状氧化物产生的氧立即被化合以焊渣形式迅速从熔池分离出去焊接非合金钢时必须采用合金钢焊丝为了避免气孔，应让保护气体与焊丝合理搭配，此外还应确定合理的电弧工作点电弧电压调节不当和熔化功率偏高时均可能引起气孔 烧损和夹渣 如前所述，氧的最重要的化学反应是造成氧化物夹渣。

夹渣沉积在焊缝区内，此外氧还易造成烟气并导致合金元素的烧损在表 1-13 中 M3 类混合保护气体以及用 CO2 保护气体时，其夹渣情况比用 M1 和 M2 时严重一些因为夹渣量随焊丝中的锰和硅含量增加而增加此外，这种夹渣量还随电弧长度（电弧电压）增加，并随电弧功率提高和焊接速度降低而增多必须采用有足够高合金成分的焊丝来弥补合金元素的烧损 焊缝金属中残留的氧化物可导致焊接接头韧性的降低尽管如此，用 CO2 或高含氧量的混合保护气体（如M3.3）所取得的冲击韧性在许多应用范围也是完全可满足要求的 在用强氧化性保护气体进行多道焊时必须注意，不得有夹渣为此，每焊一道焊缝之前必须仔细检查，看看前一首这焊缝内是否有夹渣，如有，必须先清除掉夹渣后再焊 对铬镍钢的耐腐蚀性 不能用纯二氧化碳保护气体焊接低碳奥氏体铬镍钢可以用混合保护气体，但其中的二氧化碳含量应限制在一定范围（CO2＜5%＝当采用的二氧化碳含量小于此5%的富氩的混合保护气体时，可得到基本上无氧化的焊缝表面当用非镇定的铬镍钢焊丝焊接时，保护气体中应完全放弃采用 CO2，而改用含 1-5%氧的富氩的混合保护气体若保护气体中的二氧化碳偏高，熔池内吸收由保护气体中分离出的碳。

那些仅仅微量增高的碳也可能促进产生晶间腐蚀对于没有明显腐蚀应力的铬镍钢，例如低温技术中应用的铬镍钢，用较高二氧化碳含量（＜20%＝）的混合保护气体也没有。