熔化极气保焊资料文档格式.docx
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氧化性
1.849
灰色x）
氧O2xx）
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ST
XX）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
分类
序号
组成气体数
各组成成分的体积%
按DIN1910第4部分适用的焊接方法
备注
还原性
反应惰性
CO2
O2
Ar
He
H2
N2
R
1
—
100
原子氢焊
2
其余1）
1-15
钨极氩弧焊
等离子焊
I
等离子焊，熔化极惰性气体保护焊，焊根保护
3
其余
M1
1-3
MAGM
弱氧化性
强氧化性
2-5
6-14
M2
15-25
5-15
4-8
M3
26-40
5-20
4-6
9-12
C
MAGC
F
1-30
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
纯Ar
有色金属，奥氏体不锈钢和高温合金
手工焊，自动焊
熔化极惰性气体保护焊
喷射过渡
0.8-1.6
3-5
半自动焊
全位置
立焊向下焊
1.6-5.0
5-40
平焊
脉冲喷射过渡
0.8-2.0
1.5-5
自动焊
6-40
纯He
钨极氦弧焊
半自动焊，自动焊
1.2-4.0
0.8-1.2
2.0-4.0
8-40
纯N2
滴状，短路过渡
0.8-1.2
铜和铜合金，用氮合金化奥氏体不锈钢
1.6-4.0
5-30
纯CO2
熔化极活性气体保护焊
短路过渡
0.5-1.6
碳钢，合金结构钢
0.5-5
4-10
Ar+≤75%He
铝及铝合金，钛及钛合金
熔化极惰性气体保护焊，喷射过渡
Ar+（5-15）%He
不锈钢，镍基合金
Ar+5%
0.5-1.2
碳钢，合金结构钢，不锈钢，高合金钢（CO2少）
0.8-3.0
脉冲喷射
0.8-5.0
1.0-5.0
全位置，平焊
Ar+20%CO2
2.0-5.0
Ar+（1-5）%O2
0.7-1.2
碳钢，合金结构钢，不锈钢，高合金钢（加1-3%O2）
1-4
5-50
0.7-2.0
1-5
3-30
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
纯度99.995%
低
好
满意
蘑菇形
纯度99.99%
高
扁平形
焊接热输入比Ar高
纯度99.9%
差
易在钢中引起气孔和氧化物
满意，有些飞溅
熔深较大
Ar+He
Ar+≤75%He
中等
Ar+H2
Ar+（5-15）%H2
还原性，H2大于5%时会产生气孔
Ar+CO2
Ar+5%CO2
低，中等
蘑菇形，熔深较大（改善焊缝成形）
Ar+20%CO2
中等氧化性
Ar+O2
Ar+（1-5）%O2
Ar+CO2+O2
Ar+20%CO2+5%O2
CO2+O2
CO2+≤20%O2
稍差
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问题。
充填（空心）焊丝
这种充填（空心）焊丝不能自已保护。
焊接非合金钢和低合金钢时多用二氧化碳气体保护焊或用混合气体的气体保护焊焊接。
但应控制混合气体中的含氧量不宜过大。
1二氧化碳（CO2）
二氧化碳保护气体多用于焊接非合金钢和部分低合金钢。
氧化碳的最小单位（分子）是由一原子碳和二原子氧组成的化合物。
因这个化合物处于全饱和状态，不和其它物质产生反应。
二氧化碳是一种无色无味的气体。
在市场上二氧化碳被作为碳酸（二氧化碳的水溶液）出售。
和空气相比，二氧化碳的流动性好，比重较大，在电弧区受热后体积和压力增大（分子分解所引起），从而使二氧化碳气体具有良好的保护作用，可以可靠地防止产生气孔。
使用二氧化碳保护气体对焊接性能的影响表现在以下三个方面：
1）对电弧的影响
二氧化碳电弧除了受到金属烟雾的影响外，还在很大程度上受到这种保护气体导热性的影响。
二氧化碳气体导热性好，故导电的电弧截面小，所以二氧化碳电弧中的电压降和电流密度比混合保护气体电弧大一些。
其电弧电压比用混合保护气体时大4伏。
尽管二氧化碳电弧有高的能量密度，用正常焊接参数焊接时在焊缝中心不会产生指状熔池。
二氧化碳的导热性好除了引起分子变化外（CO2
CO+O），在相同的电弧功率下焊缝熔池成形比用富氩混合保护气体时明显宽一些。
故用少量的侧向摆动焊丝，便可以得到较宽的熔池。
二氧化碳气体保护焊特别适用于某些特殊位置的焊接，尤其是厚壁工件下降焊缝的焊接。
2）对熔滴过渡的影响
二氧化碳电弧，由于电流密度和温度较高，靠发热和分子分解时产生的爆炸压力产现熔滴过渡。
此外，在较大电弧功率时的二氧化碳电弧的熔滴过渡有可能引起短路。
这种作用在电弧上的力和短路过程使熔滴过渡变得较困难，往往会造成剧烈飞溅，并会因振动而导致熔池位移。
为减少熔滴过渡的这种困难，可采取下列措施：
∙选择合适的电弧工作点
∙缩短焊丝伸出端的长度
∙选用合适的焊丝材料和直径
∙调节电功率
在二氧化碳气体保护焊时必须非常仔细地调节电压和电流强度（熔化功率）。
电流强度的变化曲线对各个电弧相位有很大的影响。
尤其重要的是短路后再次引弧电功率不宜过高。
只要全面考虑了各种可能的影响因素，可以得到光滑的焊缝和较少的飞溅量。
用二氧化碳保护气体焊接壁厚1毫米以下的薄壁工件比较困难，另外当开I型或V型坡口无铜垫间隙大时其搭桥性能不如用混合气体的气体保护焊。
纯二氧化碳电弧不能用由脉冲电流控制的熔滴过渡。
只有在保护气体区域具有较高的二氧化碳含量（80%），并在焊炬旁通过一附加喷咀向电弧区内喷入纯氢气才能得到喷射电弧和脉冲电弧。
3）对焊渣的影响
二氧化碳气体保护焊产生的焊渣较多。
在焊接小焊缝时焊渣沉积区可能出现不均匀成形的焊道。
当用大电弧功率焊接时，焊渣造成熔池剧烈振动，若焊接参数选择不当将会引起咬边。
2氩气和二氧化碳混合气体
焊接非合金钢和低合金钢时可以应用二氧化碳含量在10-30%的富氩混合保护气体。
可用实心焊丝和充填（空心）焊丝。
一般不宜用于焊接奥氏体铬镍不锈钢。
和用纯氩气时相比较，随着氩气中二氧化碳含量的增加，熔池变深（图1-21），气孔敏感性小，焊渣量大。
只要电弧不是过长，工件表面没有氧化皮和铁锈，产生的焊渣比用纯二氧化碳气体保护焊时明显降低。
当采用二氧化碳短弧、喷射弧和脉冲弧工作时，只要焊接参数合理，焊接时的飞溅很小。
现分述如下：
1）短弧
用氩气和二氧化碳混合气体短弧焊时，适用于薄板连接和间隙大时搭桥。
对于强制位置焊，尤其是厚壁工件下降角焊缝，应优先采用高二氧化碳含量的保护气体。
从而可以减少因焊接速度不均匀和运条不当造成的连接缺陷。
2）喷射弧
在电弧功率大时，用低二氧化碳含量的这种混合保护气体焊接也可得到喷射弧。
当二氧化碳含量超过15%后，熔滴变大，伴随短路，形成部分熔滴过渡。
在二氧化碳含量大于30%以后，其熔滴过渡情况和二氧化碳气体保护焊时的很类似。
防止产生气孔的可靠性增加，由于此时氩气中的二氧化碳气体较多，熔池深度增大，但也同时增加了焊渣量和飞溅。
3）脉冲弧
随着二氧化碳含量增加，脉冲弧焊较困难。
只有在焊炬结构上采取一定措施，让两种保护气体分开来送入电弧区时，才能在采用高二氧化碳含量的混合气体时得到脉冲弧（图1-23），这一点也同样对喷射弧适用。
根据电源的动态特性曲线和其它的焊接条件，在短弧和喷射弧间的工作点可能会引起剧烈的飞溅。
故应避免在这中间区域施焊，应调节成脉冲弧以减少飞溅。
在喷射弧区内，如焊到大间隙或工件边缘，往往会由于偏吹而出现剧烈的飞溅。
3氩气和氧气的混合气体
焊接钢材时，在这种混合气体中的含氧量为1-12%。
这种混合气体和纯氩气相比，熔池较深和烧损较大。
若增加混合气体中的含氧量，可降低熔滴过渡时的表面张力，减小熔化范围。
形成一种平坦而光滑的焊道。
适用于焊接奥氏体铬镍钢。
优点在于焊缝金属不会渗碳。
可通过变化含氧量和焊丝化学成分的措施控制电弧工作点以调节烧损。
尽管含氧量高的这种混合气体焊接后焊缝金属的韧性有一些降低，但一般情况下仍能达到材料要求的冲击韧性。
1）喷射弧和脉冲弧
在这种氩气和氧气的混合气体中喷射弧和脉冲弧很稳定。
和氩气加二氧化碳的混合气体相比，喷射弧的工作范围在较小的电弧功率时便已开始。
由于电弧形状决定于氩气，也由于焊丝端部的表面张力较小，故为一种小体积和无飞溅状的熔滴过渡。
飞溅少是因为较小的体积和较少热焓的缘故。
工件熔池不大，熔滴分离较容易。
在保护气体喷咀上只有少量飞溅，能不间断地焊较长的焊缝，不需要中途中断下来清洁保护气体喷咀。
2）短弧
这种氩气和氧气的混合气体很适合用短弧焊接薄壁工件。
对于强制位置的厚壁工件应改用氩-二氧化碳混合气体或大或小纯二氧化碳气体保护焊，因为这种氩气和氧气的混合气体焊接时熔池的表面张力较小，尤其是焊下降焊缝时，会出现熔池过快前跑的危险。
在上升焊或其它强制位置，当电弧功率足够大时，很难避免出现较大的焊缝拱顶。
4氩气-二氧化碳-氧气的三元混合气体
这种混合气体的组成为3-7%氧气和5-15%二氧化碳气体，其余为氩气。
适合于焊接非合金钢和低合金钢。
只有当二氧化碳含量低于5%时，才允许将这种混合气体用于焊接有腐蚀应力的奥氏体铬镍钢。
这种三元混合气体的优点是兼有氩气-二氧化碳和氩气氧气这两种混合气体的特点。
当采用短弧焊接时，特别适合于薄板和大间隙搭桥焊。
在采用有高熔敷量的喷射弧时，熔滴过渡很细，几乎看不见飞溅。
在这种三元混合气体中若减少二氧化碳含量，增加含氧量，也可勉强用于强制位置厚壁工件的焊接。
图1-22表示熔化极活性气体保护焊（MAG）中三种具有代表性的活性气体组成和V形坡口与角焊缝对焊缝截面形状的影响。
图1-22几种保护气体组成和坡口形状对焊缝截面形状的影响
焊接参数
焊丝SG2DIN8559
焊丝直径1.2毫米
母材：
Rst37.5
试样表面经过机械加工
自动焊焊接
焊接位置：
水平
焊炬调节：
中性
焊丝速度：
9.5米/分
焊接速度：
350毫米/分
保护气体流量：
17±
1升/分
接触管距离：
18±
1毫米
工作电压：
和保护气体相适应伏
备注：
1）在保护气体喷咀外测量
五MAG焊时在电弧和保护气体区分别送入不同保护气体的方法（MAGCI）
图1-23表示一只带有两个气体喷咀的熔化极气体保护焊的焊炬示意图。
用处在内部的一只喷咀向保护区中心区域输送氩气或氩气-氧气混合气体。
而由外喷咀向保护区喷出二氧化碳气体。
中心区域采用何种保护气体主要决定于应用的电弧种类。
当应用喷射弧和脉冲弧时希望最好向电弧区喷出高含氩量的保护气体。
这两种电弧均可调节，使飞溅减少到很小的程度。
外部区域用二氧化碳气体保护不会对熔滴过渡带来不良影响。
图1-23分别将不同保护气体送入内、外保护区的MAG焊焊炬示意图（MAGCI法）
为确保电弧区含氩气多的部位的氩气不流失，内喷咀和电弧间的距离不得过大。
下列情况可能造成二氧化碳侵入电弧区，从而出现问题，即：
焊丝端部和喷咀中民线偏差过大；
喷咀变形或位移；
飞溅粘附于喷咀上；
在高度时选用了不合理的焊接参数；
焊炬倾斜角太大或坡口没开好等。
这种MAGCI法尽管存在着保护气体消耗大，保护气体控制和焊炬结构以及必须确保与这种方法有关的焊接条件等缺点，但还是必须的，因为用它来焊接非合金钢和低合金钢还是完全经济的。
其主要的优点是仅用少量的氩气（15-25%），其余为二氧化碳，应用飞溅很少的喷射弧或脉冲弧。
和纯二氧化碳气体保护焊相比，熔深小和焊渣较少，但若和其它多数混合气体保护焊相比则较大。
焊缝性能和其它MAG焊所达到的差不多。
六焊缝背面保护气体和焊根保护设备
焊缝背面和焊根受到较高的温度加热，但从焊炬喷出的保护气体往往不能对这部分进行保护或保护得不够。
焊接时如焊缝背面暴露在空气下，即未施加保护时会产生氧化。
对钢材来说，会因受热变色，出现粗糙的氧化层。
对某些气体敏感性的材料（如钛、锆和钼），在热影响区会引起严重的脆化。
常用的焊缝背面用的焊根保护气体有氩气、氩气和氢气以及氮气和氢气的混合保护气体。
氩气的价格较贵，只有在有特殊要求时才用于作焊缝背面的保护气体。
常用的焊根保护气体有两种。
当焊缝背面表面质量要求较高时（例如热变色）应用氩气加（1-30%）氢气，一般非合金钢和低合金钢的焊根保护气体均采用氮气加（1-30%）氢气。
由于这些保护气体含有氮气和氢气，对大多数非铁金属材料有不利的影响，故几乎只适用于钢材（铁素体铬钢
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