混合气体的物理性能及选择原则

气体保护焊时，保护气体既是焊接区的保护介质，也是产生电弧的气体介质。因此保护气体的特性（如物理特性、化学特性等）不仅影响保护效果，而且也影响到电弧和焊丝金属熔滴过渡特性、焊接过程冶金特性以及焊缝的成型与质量等。保护气体的物理化学性能，不仅决定焊接金属（如电极与焊件）是否产生冶金反应与反应的剧烈程度，且影响到焊丝末端、过渡熔滴及熔池表面的形态，从而影响到焊缝成型与质量。因此，在气体保护焊工作中，尤其是用熔化极焊接时，不能仅从保护作用角度来选定保护气体种类，而应根据上述各方面的要求，综合地考虑选用合适的保护气体，以获得最好的焊接工艺与保护性能。所以合理选用保护气体是一项很重要且又具有实际意义的工作。为了说明保护气体对熔化极气体保护焊焊接过程的影响，下面简单介绍气体的一些物理性能。解离能由于电弧温度很高，保护气为多原子气体（由两个以上原子组成的气体分子）在热的作用下将分解为单原子气体，这种现象也称作解离。气体分子产生解离所需要的最低能量成为解离能，不同气体的解离能是不同的。由于气体解离能低于电离能，气体分子受热的作用将首先大量懈离成原子，然后才被电离。气体的解离度（解离数／分子总数）随着温度升高而增大。在焊接电弧环境下分子气体的解离度是很高的。同时气体与金属之间的反应也以解离后的原子形态进行的更为剧烈。气体解离是吸热反应，即对电弧有冷却作用。解离能越大，说明气体解离时对电弧的冷却作用越强。气体解离对电弧的冷却作用，还要看解离度。解离度大时，才能有较强的冷却作用。电离电压在一定条件下，中性气体分子或原子分离为正离子和电子的现象称为电离。使中性气体粒子失去第一个电子所需要的最低外加能量称为第一电离能，通常以电子伏为单位。在电子学中，为计算方便起见，常把用电子伏为单位的能量转换为数值上相等的电匪来处理，单位为伏。因此在实用中经常直接用电离电压（单位为伏）来表示气体电离的难易。电离电压越大，越难电离。气体的龟离电压比金属的高，所以气体是难以电离的。熔化极气体保护电弧焊时，电弧中充满了大量的金属蒸气，因为它的电离势低，所以被大最电离。这些电离了的金属蒸气对电弧及熔滴过渡必然产生很大的影响。气体的密度气体密度对熔池的覆盖保护能力有很大的影响。氩气和C02比空气重，所以在平焊位置焊接时，保护效果较好。而氦气正相反，在仰焊位鼹时显示出良好的保护效果。气体密度对热传导的影响也是很大的。氢气和氨气的密度小，容易以扩散的方式带走电弧的热量，所以热传导率大。而氨气的热导率却很低。热传导率大，说明从弧柱向周同散失的热量多，对电弧的冷却作用强；反之，热传导率小，对电弧的冷却作用就小。综上所述可见，不论是气体的解离能、解离度、电离电压，还是气体密度，都表现出对电弧的电场强度有影响。随着焊接技术的发展，尤其是熔化极气体保护焊的发展和应用范围逐步扩大，选择保护气体时要考虑的因素也随之增加，一般考虑如下几方面：①保护气体应对焊接区中的电弧与金属（包括电极、填充焊丝、熔池与处于高温的焊缝及其邻近区域）起到良好的保护作用；
　　②保护气体作为电弧的气体介质应有利于引燃电弧和保持电弧稳定燃烧（如稳定电弧阴极斑点、减小电弧飘移等）；
　　③保护气体应有助于提高对焊件的加热效率，改善焊缝成型；
　　④熔化极气体保护焊时，保护气体应促使获得要求的熔滴过渡特性，减少飞溅；
　　⑤保护气体在焊接过程中的有害冶金反应能进行控制，以减少气孔和裂纹等缺陷；
　　⑥保护气体应容易制取和价格低廉，以降低焊接生产成本。根据上述原则，目前可供选用的保护气体除了单一成分的气体外，还广泛采用由不同成分气体组成的混合保护气，其目的是使混合保护气具有良好的综合性能，以适应不同的金属材料和焊接工艺的需要，促使获得最佳的保护效果、电弧特性、熔滴过渡特性以及焊缝成型与质量等。因此，熔化极气体保护焊时采用混合气作焊接保护气的趋向愈来愈强，对混合气性能与作用的研究也越来越深入。本文参考《焊接工艺》一书。