二氧化碳氣體保護焊接生氣系統

2025-03-11 19:01:44

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　　焊接用氣體主要是指氣體保護焊（二氧化碳氣體保護焊、惰性氣體保護焊）中所用的保護性氣體和氣焊、切害時用的氣體，包括二氧化碳（CO2）、氬氣（Ar）、氦氣（He）、可燃氣體、混合氣體等。焊接時保護氣體既是焊接區域的保護介質，也是產生電弧的氣體介質；氣焊和切割主要是依靠氣體燃燒時產生的熱里集中的高溫火焰完成，因此氣體的特性（如物理特性和化學特性等）不僅影響保護效果，也影響到電弧的引燃及焊接、切割過程的穩定性。
　　傳統方式是手動設置流量閥刻度，一般在焊接過程中，即使焊接電流發生變化，也不改變該設置，對于傳統方式，由于同一個產品有不同的焊道，即焊接電流也有不同，為了達到焊接品質，必須確保足夠大的氣體流量。傳統方式造成了焊接氣體的嚴重浪費，并且氣體使用率較低。

　　1.焊接用氣體的分類
　　根據各種氣體在工作過程中的作用，焊接用氣體主要分為保護氣體和氣焊、切割時所用的氣體。
　　1.1保護氣體
保護氣體主要包括二氧化碳（CO2）、氬氣（Ar）、氦氣（He）。國際焊接學會指出，保護氣體統一按氧化勢進行分類，并確定分類指標的簡單計算公式為：分類指標=02%+1/2C02%。在此公式的基礎上，根據保護氣體的氧化勢可將保護氣體分成五類。I類為惰性氣體或還原性氣體，M1類為弱氧化性氣體，Me類為中等氧化性氣體，M和C類為強氧化性氣體。保護氣體各類型的氧化勢指標見表1。焊接黑色金屬時保護氣體的分類見表2。
表1保護氣體各類型的氧化勢指標

類型	I	M1	M2	M3	C
氧化勢指標	<1	1~5	5～9	9~16	>16

表2焊接黑色金屬時保護氣體的分類

分類	氣體數目	混合比（以體積百分比表示）%					類型	焊縫金屬中的含氧量/%
		氧化性		惰性		還原性
		CO2	O2	Ar	He	H2
I	1 1 2	— — —	— — —	100 — 27~75	— 100 余	— — —	惰性	<0.02
I	2 1	— —	— —	85~95 —	— —	余 100	還原性	<0.02
M1	2 2	2~4 —	— 1~3	余余	— —	— —	氧化性	0.02~0.04
M2	2 3 2	15~30 5~15 —	— 1~4 4~8	余余余	— — —	— — —	中等氧化性	0.04~0.07
M3	2 2 3	30~40 — 5~20	— 9~12 4~6	余余余	— — —	— — —	強氧化性	>0.07
C	1 2	100 余	— <20	— —	— —	— —	強氧化性	>0.07

　　1.2氣焊、切刻用氣體
　　根據氣體的性質，氣焊、切割用氣體又可以分為兩類，即助燃氣體（02）和可燃氣體。
可燃氣體與氧氣混合燃燒時，放出大里的熱，形成熱量集中的高溫火焰（火焰中的最高溫度一般可達2000~3000℃），可將金屬加熱和熔化。氣焊、切割時常用的可燃氣體是乙炔，目前推廣使用的可燃氣體還有丙烷、丙烯、液化石油氣（以丙烷為主）、天然氣（以甲烷為主）等。幾種常用可燃氣體的物理和化學性能見表3。
表3幾種常用可燃氣體的物理和化學性能

氣體		乙炔（C2H2）	丙烷（C3H8）	丙烯 (C3H6)	丁烷 (C4H10)	天然氣（CH4）	氫（H2）
分子相對質量		26	44	42	58	16	2
密度（標準狀態下）/kg.m-3		1.17	1.85	1.82	2.46	0.71	0.08
15.6℃時相對于空氣質量比（空氣=1）		0.906	1.52	1.48	2.0	0.55	0.07
看火點/℃		335	510	455	502	645	510
總熱值	kj/m3	52963	85746	81182	121482	37681	10048
總熱值	kg/m3	50208	51212	49204	49380	56233	—
理論需氧量（氧-燃氣體積比		2.5	5	4.5	6.5	2.0	0.5
實際耗氧量（氧-燃氣體積比）		1.1	3.5	2.6	—	1.5	0.25
中性焰溫度/℃	氧氣中燃燒	3100	2520	2870	—	2540	2600
中性焰溫度/℃	空氣中燃燒	2630	2116	2104	2132	2066	2210
火焰燃燒速度/m.s-1	氧氣中燃燒	8	4	—	—	5.5	11.2
火焰燃燒速度/m.s-1	空氣中燃燒	5.8	3.9	—	—	5.5	11.0
爆炸范圍（可燃氣體的積分數/%）	氧氣中	2.8~93	2.3~55	2.1~53	—	5.5~62	4.0~96
爆炸范圍（可燃氣體的積分數/%）	空氣中	2.5~80	2.5~10	2.4~10	1.9~8.4	5.3~14	4.1~74

　　2焊接用氣體的特性
不同焊接或切割過程中氣體的作用也有所不同，并且氣體的選擇還與被焊材料有關，這就需要在不同的場合選用具有某一特定物理或化學性能的氣體甚至多種氣體的混合。焊接和切割中常用氣體的主要性質和用途見表4，不同氣體在焊接過程中的特性見表5。
表4焊接常用氣體的主要特征和用途

氣體	符號	主要性質	在焊接中的應用
二氧化碳	CO2	化學性質穩定，不燃燒、不助燃，在高溫時能分解為CO和O，對金屬有一定氧化性。能液化，液態CO2蒸發時吸收大量熱，能凝固成固態二氧化碳，俗稱干冰	焊接時配用焊絲可用為保護氣體，如CO2氣體保護焊和CO2+O2、CO2+Ar等混合氣體保護焊
氬氣	Ar	惰性氣體，化學性質不活潑，常溫和高溫下不與其他元素起化學作用	在氬弧焊、等離子焊接及切割時作為保護氣體，起機械保護作用
氧氣	O2	無色氣體，助燃，在高溫下很活潑，與多種元素直接化合。焊接時，氧進入熔池會氧化金屬元素，起有害作用	與可燃氣體混合燃燒，可獲得極高的溫度，用于焊接和切割，如氧-乙炔火焰、氫-氧焰。與氬、二氧化磁等按比例混合，可進行混合氣體保護焊
乙炔	C2H2	俗稱電石氣，少溶于水，能溶于酒精，大量溶于丙酮，與空氣和氧混合形成爆炸性混合氣體，在氧氣中燃燒發出3500℃高溫和強光	用于氧-乙炔火焰焊接和切割
氫氣	H2	能燃燒，常溫時不活潑，高溫時非常活潑，可作為金屬礦和金屬氧化物的還原劑。焊接時能大量熔于液態金屬，冷卻時析出，易形成氣孔	焊接時作為還原性保護氣體。與氧混合燃燒，可作為氣焊的熱源
氮氣	N2	化學性質不活潑，高溫時能與氫氧直接化合。焊接時進入熔池起有害作用。與銅基本上不反應，可作保護氣體	氮弧焊時，用氮作為保護氣體，可焊接銅和不銹鋼。氮也常用于等離子弧切割，作為外層保護氣

表5不同氣體在焊接過程中的特性

氣體	成分	弧柱電位梯度	電弧穩定性	金屬過度特性	化學性能	焊縫熔深形狀	加熱特性
CO2	純度 99.9%	高	滿意	滿意，但有些飛濺	強氧化性	變形狀熔深較大	_
Ar	純度 99.995%	低	好	滿意	_	蘑菇形	_
He	純度 99.99%	高	滿意	滿意	_	扁形狀	對焊件熱輸入比純A高
N2	純度 99.9%	高	差	差	在鋼中產生氣孔和氨化物	扁形狀	_

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