氣體保護焊保護氣體的種類及選用

在熔化極和非熔化極氣體保護焊（GMAW/GTAW）中，根據焊接母材選擇焊絲，選擇保護氣體種類或選用精確配製的混合氣體尤為重要。本文分析了採用實心焊絲時的十餘種氣體的選擇及工藝應用案例。

隨著焊接技術的日益發展，為了提高焊接接頭質量，降低焊接成本，減少電弧煙塵污染，凈化焊接環境；GMAW焊接領域出現三大發展趨勢：一是混合氣體替代CO2氣體；二是實心焊絲替代葯芯焊絲；三是脈衝焊接替代傳統焊接。

在熔化極和非熔化極氣體保護焊（GMAW/GTAW）中，根據焊接母材選擇焊絲，選擇保護氣體種類或選用精確配製的混合氣體尤為重要。

2.常用的氣體種類有：氬（Ar）、氦（He）、氧（O2）、二氧化碳（CO2）、氫（H2）、氮（N2）等。這些氣體具有不同的電離能量、導熱係數、化學反應性能、工藝特性及不同的用途（如表一）。

表一常用的氣體種類及性能用途

氣體	電離能量	導熱係數	化學反應	工藝特性及用途
氬	低	較低	無	電弧穩定性好，焊縫成形美觀，適用各種金屬。
氦	高	高	無	電弧電壓高，熔深大，焊速高。與Ar混合焊接鋁、銅及TIG焊不鏽鋼增加熔深。
氧	低	低	強	降低表面張力.提高熔滴過渡頻率和電弧穩定性. 與Ar混合焊接鋼、不鏽鋼。
CO2	較高	較高	較強	成本低. 適用低碳鋼。與Ar混合焊接低合金鋼等。
氫	低	很高	弱	與Ar混合TIG焊不鏽鋼，焊速高，焊縫表面光亮。
氮	較高	低	無	與Ar混合TIG/MIG焊雙相不鏽鋼

3.碳鋼及普通低合金鋼CO2/MAG焊的氣體選擇：

3.1. 常用的100%CO2氣體屬於活性氣體，在電弧高溫的作用下，分解為CO+O，在熔滴和熔池兩個反應區中，由焊絲H08Mn2SiA進行脫氧反應，形成氧化物渣（MnO+SiO2）浮出熔池。所以CO2焊接容易獲得無氣孔和缺陷的焊縫並保證了焊接接頭具有良好的機械性能。

CO2氣體不適和脈衝焊接；熔滴為短路過渡和顆粒過渡，有飛濺。採用波形控制的CO2焊機或選用二元/三元混合氣體（MAG）會降低短路過渡的飛濺率。

3.2. 二元混合氣體：

a、 70%Ar+30%CO2 （C-30）

適合於短路過渡下的全位置焊接；如某公司（大亞灣殼牌工地）ASTM（美）A335 P11管道TIG打底焊+MAG填充蓋面焊工藝，合格率100%。

b、 80%Ar+20%CO2 （C-20）

最常用的典型混合氣體，適合於碳鋼、低合金鋼材料的短路過渡、噴射過渡及脈衝過渡條件下的焊接，電弧穩定，熔池易於控制，焊縫成形美觀，生產效率高，可用於高速焊。

c、 Ar + 5~10%CO2

隨著CO2含量的降低，焊絲中合金元素過渡係數提高；但熔池的表面張力增加，焊縫表面的潤濕性降低，焊道呈"駝峰"狀。適合於低合金鋼焊絲的噴射過渡及脈衝過渡；適合於平焊及平角焊。

d、 Ar + 2~;5%O2

氬氣中加入微量的氧可提高電弧的穩定性，明顯降低熔滴和熔池的表面張力，熔池液態金屬流動性得到改善，增強了焊縫表面的潤濕性，減少咬邊缺陷。適合於碳鋼及低合金鋼焊絲的噴射過渡及脈衝過渡；適合於平焊及平角焊。

3.3. 三元混合氣體：

a、Ar + 5~10%CO2 + 1~3%O2

此類三元混合氣體集中了Ar、CO2、O2三種氣體各自的優點，電弧更加穩定，焊縫熔深、熔寬適中，成形美觀。焊接各種厚度的碳鋼、低合金鋼、不鏽鋼，不論哪種過渡形式都具有多方面的適應性，稱為"萬能"混合氣體。

b、Ar + 10~20%CO2 + 5%O2

適合於碳鋼及低合金鋼焊絲的噴射過渡及脈衝過渡。

4.不鏽鋼MIG焊的氣體選擇：

用純氬只能適合TIG焊接不鏽鋼，而不能適用於MIG焊接不鏽鋼。因為純氬氣體下熔化極氣體保護焊時，不鏽鋼的熔滴和熔池的表面張力較大，熔池液態金屬流動性很差，焊縫表面無法鋪展潤濕，焊道成形較差。應該使用下列幾種混合氣體：

4.1. Ar + 1~2%O2 （O-1）（O-2）

加入1-2%氧，不鏽鋼的熔滴和熔池的表面張力降低，熔池液態金屬流動性增強，提高了焊縫表面的鋪展潤濕性，焊縫熔深、熔寬適中，焊道成形美觀。O-1適合於奧氏體不鏽鋼，O-2適合於鐵素體不鏽鋼；O-2較比O-1熔池具有更好的流動性，適合於不鏽鋼焊絲的噴射過渡及脈衝過渡；適合於不鏽鋼焊件的平焊及平角焊。

4.2. Ar + 2~5%CO2（C-2）（C-5）

加入2-5%CO2，擔心有增碳傾向；試驗證明CO2≤5%，焊縫含碳量≤0.03%，仍在超低碳的水準以下。電弧的穩定性好，氧化性減弱，合金元素燒損少，無增碳傾向；適合於不鏽鋼焊絲的短路過渡、噴射過渡及脈衝過渡。

4.3. Ar + 25%CO2 （C-25）

適合於不鏽鋼管道的TIG打底焊（純氬保護、背後充氬）+MAG填充蓋面焊的組合工藝，全位置焊接，短路過渡，焊縫平整美觀。

4.4. Ar + 5%CO2 + 2%O2

三元混合氣體優點更加突出，電弧集中性強，焊縫單面焊雙面成型好，適合於技術要求較高的不鏽鋼焊接。

4.5. Ar + He + CO2

加入氦氣可增加焊縫的熔深，提高焊接速度，減少焊件的變形量。

4.6. Ar + CO2 + N2

歐美開發的新工藝，加入氮氣可增加焊縫的熔深和熔寬。

4.7. Ar + He（25%）

適合焊接鎳合金實心焊絲（鎳625）MIG焊接。

5. 上述分析是採用實心焊絲時的氣體選擇及應用，當選用藥芯碳鋼、葯芯合金鋼及葯芯不鏽鋼焊絲時，請採用100%CO2氣體或80%Ar+20%CO2混合氣體。