混合氣體的物理性能及選擇原則

氣體保護焊時，保護氣體既是焊接區的保護介質，也是產生電弧的氣體介質。因此保護氣體的特性（如物理特性、化學特性等）不僅影響保護效果，而且也影響到電弧和焊絲金屬熔滴過渡特性、焊接過程冶金特性以及焊縫的成型與質量等。保護氣體的物理化學性能，不僅決定焊接金屬（如電極與焊件）是否產生冶金反應與反應的劇烈程度，且影響到焊絲末端、過渡熔滴及熔池表面的形態，從而影響到焊縫成型與質量。因此，在氣體保護焊工作中，尤其是用熔化極焊接時，不能僅從保護作用角度來選定保護氣體種類，而應根據上述各方面的要求，綜合地考慮選用合適的保護氣體，以獲得最好的焊接工藝與保護性能。所以合理選用保護氣體是一項很重要且又具有實際意義的工作。為了說明保護氣體對熔化極氣體保護焊焊接過程的影響，下面簡單介紹氣體的一些物理性能。解離能由于電弧溫度很高，保護氣為多原子氣體（由兩個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，這種現象也稱作解離。氣體分子產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／分子總數）隨著溫度升高而增大。在焊接電弧環境下分子氣體的解離度是很高的。同時氣體與金屬之間的反應也以解離后的原子形態進行的更為劇烈。氣體解離是吸熱反應，即對電弧有冷卻作用。解離能越大，說明氣體解離時對電弧的冷卻作用越強。氣體解離對電弧的冷卻作用，還要看解離度。解離度大時，才能有較強的冷卻作用。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象稱為電離。使中性氣體粒子失去第一個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。在電子學中，為計算方便起見，常把用電子伏為單位的能量轉換為數值上相等的電匪來處理，單位為伏。因此在實用中經常直接用電離電壓（單位為伏）來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。熔化極氣體保護電弧焊時，電弧中充滿了大量的金屬蒸氣，因為它的電離勢低，所以被大最電離。這些電離了的金屬蒸氣對電弧及熔滴過渡必然產生很大的影響。氣體的密度氣體密度對熔池的覆蓋保護能力有很大的影響。氬氣和C02比空氣重，所以在平焊位置焊接時，保護效果較好。而氦氣正相反，在仰焊位鼴時顯示出良好的保護效果。氣體密度對熱傳導的影響也是很大的。氫氣和氨氣的密度小，容易以擴散的方式帶走電弧的熱量，所以熱傳導率大。而氨氣的熱導率卻很低。熱傳導率大，說明從弧柱向周同散失的熱量多，對電弧的冷卻作用強；反之，熱傳導率小，對電弧的冷卻作用就小。綜上所述可見，不論是氣體的解離能、解離度、電離電壓，還是氣體密度，都表現出對電弧的電場強度有影響。隨著焊接技術的發展，尤其是熔化極氣體保護焊的發展和應用范圍逐步擴大，選擇保護氣體時要考慮的因素也隨之增加，一般考慮如下幾方面：①保護氣體應對焊接區中的電弧與金屬（包括電極、填充焊絲、熔池與處于高溫的焊縫及其鄰近區域）起到良好的保護作用；
　　②保護氣體作為電弧的氣體介質應有利于引燃電弧和保持電弧穩定燃燒（如穩定電弧陰極斑點、減小電弧飄移等）；
　　③保護氣體應有助于提高對焊件的加熱效率，改善焊縫成型；
　　④熔化極氣體保護焊時，保護氣體應促使獲得要求的熔滴過渡特性，減少飛濺；
　　⑤保護氣體在焊接過程中的有害冶金反應能進行控制，以減少氣孔和裂紋等缺陷；
　　⑥保護氣體應容易制取和價格低廉，以降低焊接生產成本。根據上述原則，目前可供選用的保護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氣，其目的是使混合保護氣具有良好的綜合性能，以適應不同的金屬材料和焊接工藝的需要，促使獲得最佳的保護效果、電弧特性、熔滴過渡特性以及焊縫成型與質量等。因此，熔化極氣體保護焊時采用混合氣作焊接保護氣的趨向愈來愈強，對混合氣性能與作用的研究也越來越深入。本文參考《焊接工藝》一書。