混合氣體的物理性能及選擇原則
發(fā)布時(shí)間： 2014-3-12 14:02:02
氣體保護(hù)焊時(shí)，保護(hù)氣體既是焊接區(qū)的保護(hù)介質(zhì)，也是產(chǎn)生電弧的氣體介質(zhì)。因此保護(hù)氣體的特性（如物理特性、化學(xué)特性等）不僅影響保護(hù)效果，而且也影響到電弧和焊絲金屬熔滴過(guò)渡特性、焊接過(guò)程冶金特性以及焊縫的成型與質(zhì)量等。
保護(hù)氣體的物理化學(xué)性能，不僅決定焊接金屬（如電極與焊件）是否產(chǎn)生冶金反應(yīng)與反應(yīng)的劇烈程度，且影響到焊絲末端、過(guò)渡熔滴及熔池表面的形態(tài)，從而影響到焊縫成型與質(zhì)量。
因此，在氣體保護(hù)焊工作中，尤其是用熔化極焊接時(shí)，不能僅從保護(hù)作用角度來(lái)選定保護(hù)氣體種類，而應(yīng)根據(jù)上述各方面的要求，綜合地考慮選用合適的保護(hù)氣體，以獲得最好的焊接工藝與保護(hù)性能。所以合理選用保護(hù)氣體是一項(xiàng)很重要且又具有實(shí)際意義的工作。
為了說(shuō)明保護(hù)氣體對(duì)熔化極氣體保護(hù)焊焊接過(guò)程的影響，下面簡(jiǎn)單介紹氣體的一些物理性能。
解離能
由于電弧溫度很高，保護(hù)氣為多原子氣體（由兩個(gè)以上原子組成的氣體分子）在熱的作用下將分解為單原子氣體，這種現(xiàn)象也稱作解離。
氣體分子產(chǎn)生解離所需要的最低能量成為解離能，不同氣體的解離能是不同的。由于氣體解離能低于電離能，氣體分子受熱的作用將首先大量懈離成原子，然后才被電離。氣體的解離度（解離數(shù)／分子總數(shù)）隨著溫度升高而增大。在焊接電弧環(huán)境下分子氣體的解離度是很高的。同時(shí)氣體與金屬之間的反應(yīng)也以解離后的原子形態(tài)進(jìn)行的更為劇烈。
氣體解離是吸熱反應(yīng)，即對(duì)電弧有冷卻作用。解離能越大，說(shuō)明氣體解離時(shí)對(duì)電弧的冷卻作用越強(qiáng)。氣體解離對(duì)電弧的冷卻作用，還要看解離度。解離度大時(shí)，才能有較強(qiáng)的冷卻作用。
電離電壓
在一定條件下，中性氣體分子或原子分離為正離子和電子的現(xiàn)象稱為電離。使中性氣體粒子失去第一個(gè)電子所需要的最低外加能量稱為第一電離能，通常以電子伏為單位。在電子學(xué)中，為計(jì)算方便起見(jiàn)，常把用電子伏為單位的能量轉(zhuǎn)換為數(shù)值上相等的電匪來(lái)處理，單位為伏。因此在實(shí)用中經(jīng)常直接用電離電壓（單位為伏）來(lái)表示氣體電離的難易。電離電壓越大，越難電離。氣體的龜離電壓比金屬的高，所以氣體是難以電離的。熔化極氣體保護(hù)電弧焊時(shí)，電弧中充滿了大量的金屬蒸氣，因?yàn)樗碾婋x勢(shì)低，所以被大最電離。這些電離了的金屬蒸氣對(duì)電弧及熔滴過(guò)渡必然產(chǎn)生很大的影響。
氣體的密度
氣體密度對(duì)熔池的覆蓋保護(hù)能力有很大的影響。氬氣和C02比空氣重，所以在平焊位置焊接時(shí)，保護(hù)效果較好。而氦氣正相反，在仰焊位鼴時(shí)顯示出良好的保護(hù)效果。氣體密度對(duì)熱傳導(dǎo)的影響也是很大的。氫氣和氨氣的密度小，容易以擴(kuò)散的方式帶走電弧的熱量，所以熱傳導(dǎo)率大。而氨氣的熱導(dǎo)率卻很低。熱傳導(dǎo)率大，說(shuō)明從弧柱向周同散失的熱量多，對(duì)電弧的冷卻作用強(qiáng)；反之，熱傳導(dǎo)率小，對(duì)電弧的冷卻作用就小。
綜上所述可見(jiàn)，不論是氣體的解離能、解離度、電離電壓，還是氣體密度，都表現(xiàn)出對(duì)電弧的電場(chǎng)強(qiáng)度有影響。
隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，尤其是熔化極氣體保護(hù)焊的發(fā)展和應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，選擇保護(hù)氣體時(shí)要考慮的因素也隨之增加，一般考慮如下幾方面：
①保護(hù)氣體應(yīng)對(duì)焊接區(qū)中的電弧與金屬（包括電極、填充焊絲、熔池與處于高溫的焊縫及其鄰近區(qū)域）起到良好的保護(hù)作用；?、诒Ｗo(hù)氣體作為電弧的氣體介質(zhì)應(yīng)有利于引燃電弧和保持電弧穩(wěn)定燃燒（如穩(wěn)定電弧陰極斑點(diǎn)、減小電弧飄移等）；
③保護(hù)氣體應(yīng)有助于提高對(duì)焊件的加熱效率，改善焊縫成型；
?、苋刍瘶O氣體保護(hù)焊時(shí)，保護(hù)氣體應(yīng)促使獲得要求的熔滴過(guò)渡特性，減少飛濺；
?、荼Ｗo(hù)氣體在焊接過(guò)程中的有害冶金反應(yīng)能進(jìn)行控制，以減少氣孔和裂紋等缺陷；
⑥保護(hù)氣體應(yīng)容易制取和價(jià)格低廉，以降低焊接生產(chǎn)成本。 根據(jù)上述原則，目前可供選用的保護(hù)氣體除了單一成分的氣體外，還廣泛采用由不同成分氣體組成的混合保護(hù)氣，其目的是使混合保護(hù)氣具有良好的綜合性能，以適應(yīng)不同的金屬材料和焊接工藝的需要，促使獲得最佳的保護(hù)效果、電弧特性、熔滴過(guò)渡特性以及焊縫成型與質(zhì)量等。因此，熔化極氣體保護(hù)焊時(shí)采用混合氣作焊接保護(hù)氣的趨向愈來(lái)愈強(qiáng)，對(duì)混合氣性能與作用的研究也越來(lái)越深入。 本文參考《焊接工藝》一書(shū)。 相關(guān)鏈接
