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藥芯焊絲氣保焊的保護氣的選擇

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藥芯焊絲氣保焊的保護氣的選擇

發布日期:2021-08-31 00:00 來源:http://www.dachidudu.com 點擊:

藥芯焊絲氣保焊(簡稱FCAW-G)是一種應用非常廣泛的焊接工藝。它廣泛應用於重型製造、建築、造船、海上設施等行業中低碳鋼、低合金鋼和其它各種合金材料的焊接。FCAW-G焊接工藝經常采用100%的純CO2或者75%~80%的Ar和20%~25%的CO2混合氣體作為保護氣。


那麽在實施藥芯焊絲氣保焊時,究竟該選擇哪一種保護氣,CO2還是Ar/CO2混合氣呢?每種類型的保護氣都有各自的優點和缺陷。選擇焊接保護氣的時候,要重點考慮成本、質量、生產率等因素。有時候保護氣的選擇和這些因素是相矛盾的。本文主要闡述了FCAW-G在焊接鋼材中兩種基本保護氣選擇的優缺點。


在具體討論保護氣選擇利弊之前, Z好回顧一些基本知識。需要說明的是本文隻是討論少數幾種保護氣。更全麵的介紹,請參考ANSI/AWSA5.32/ A5.32M,焊接保護氣規範中具體規定了保護氣的技術要求,包括試驗、包裝、鑒定、驗收等方麵。此外,它還包括焊接過程中通風透氣等一些有用信息,全麵考慮安全要求。


保護氣工作原理


所有保護氣的一個主要作用是隔絕空氣中氧氣、氮氣和水蒸氣,保護焊接熔池和電極。保護氣通過焊槍進入,從焊嘴噴出,包圍在電極的四周, 置換掉電極四周的空氣,在熔池和電弧四周形成一個臨時的保護氣罩。CO2 氣體和Ar/CO2混合氣都能實現這個目的。


這些保護氣促進了電弧等離子區的形成,電弧等離子區是焊接電弧的電流通道。保護氣類型也影響著電弧熱的傳導以及在熔池上施加電弧力大小。在這些問題上,CO2和Ar/CO2混合氣的表現並不相同。


保護氣的特點


CO2和Ar在電弧熱中的反應各異。分析這些差異能幫助了解每種氣體的特性是如何影響焊接工藝和焊接熔敷的。


電離電勢。電離電勢是氣體電離所需能量的大小(比如,將氣體轉換成帶電的離子狀態),使氣體能夠導電。電離電勢越低,電弧越輕易引燃並保持穩定。CO2的電離電勢為14.4eV, Ar的電離電勢為15.7eV。因此,CO2保護氣比Ar保護氣更輕易引燃電弧。


熱傳導。氣體的熱傳導是指氣體傳導熱能的能力大小,它的好壞將影響到熔滴過渡的方式(比如射流過渡和大滴過渡)、電弧外形、焊縫熔深和電弧溫度分布等。CO2氣體比Ar氣和Ar/CO2混合氣體具有更高的熱傳導能力。


反應性。氣體的反應性是指氣體是否與熔融的焊接熔池發生化學反應。氣體可以大體分成兩類:惰性氣體和活性氣體。惰性氣體,在焊接熔池中不和其它元素發生反應。Ar就屬於惰性氣體。活性氣體,在焊接熔池中會與其它元素結合或反應,形成新的化合物。在室溫下,CO2屬於惰性氣體, 但在電弧等離子區,CO2會被分解,形成一氧化碳(CO),氧氣(O2)和一些獨立的氧原子(O)。因此,CO2在電弧下就變成了活性氣體,能夠與其它金屬發生氧化。Ar/CO2混合氣體也屬於活性氣體,不過比CO2的活性要低。


當其它焊接規範參數一致時,不同的保護氣產生的焊接煙塵大小也不同。具體說,與CO2保護氣相比,Ar/ CO2保護氣產生焊接煙塵較少,這是因為CO2具有氧化性。此外,由於具體的焊接場合和焊接順序的不同,焊接煙塵的多少也不一樣。


惰性氣體介紹


盡管惰性氣體能夠為焊接熔池提供保護,但它們本身卻並不適合鐵基金屬(比如低碳鋼、低合金鋼、不鏽鋼等)藥芯焊絲氣保焊的焊接。比如, 假如僅用Ar作為保護氣焊接不鏽鋼,焊縫性能會變得非常差。這是因為采用惰性氣體保護會造成電弧長度加長和焊條外部鋼皮過早熔化。電弧範圍增大且難以控製,導致焊縫堆積。因此,采用藥芯焊絲氣保焊焊接鐵基母材金屬時,通常采用惰性氣體與活性氣體相結合的混合氣體保護。


CO2/Ar混合氣體介紹


在北美,不鏽鋼藥芯焊絲氣保焊的焊接常采用Ar/CO2混合氣體作為保護氣,其中Ar占75%和CO2占25%。有時也采用80%的Ar和20%的CO2混合, 不過這種混合比例不常用。有一些氣保護藥芯焊絲需要采用90%的Ar和10% 的CO2混合氣進行保護。但是,假如混合保護氣中的Ar含量小於75%時,就會對電弧性能產生破壞,因此必須確保保護氣中Ar的百分比。此外,Ar /CO2非標準百分比配置的混合氣罐通常要比標準百分比配置混合氣罐(比如75%Ar/25%CO2或80%Ar/20%CO2)更難獲取。


由於CO2的活性本質,當采用Ar/ CO2混合氣體保護進行藥芯焊絲保護焊時,比采用單純的CO2氣體保護,焊條合金在焊縫金屬中的熔敷程度更高。這是因為CO2和合金發生反應,生成氧化物,與焊劑中的氧化物一起,形成熔渣。焊條的藥芯必須包括一些活性元素,比如錳(Mn)和矽(Si)等,除了其它的用途外,還可用作脫氧劑。這些合金的一部分和CO2電離獲得的遊離氧發生反應,生成氧化物滯留在熔渣中而不是滯留在焊縫金屬中。因此, 采用Ar/CO2混合氣體比采用CO2氣體保護的焊接熔敷金屬中的Mn和Si含量更高。


焊接熔敷金屬中Mn和Si含量越高, 焊縫強度就越高,焊縫延伸率就越低, 同時夏普V型缺口衝擊韌性也會隨之改變。簡單地將保護氣從CO2換成Ar/CO2 混合氣體,拉伸和屈服強度就會提高7~10ksi,延伸率下降2%。理解這一點非常重要,隨著保護氣中Ar含量的增加,焊縫強度會增加,韌性會降低。


由於保護氣會影響焊縫的Z終性能,AWS D1.1/D1.1M:2008,鋼結構焊接規程規定了確保焊縫性能的一係列具體要求。對於所有的焊接來說,保護氣的選擇必須與AWS A5.32/A5.32M 的標準一致。FCAW-G的焊接消耗品(A5.20/A5.20M和A5.29/A5.29M)的AWS 分類規定了焊縫熔敷金屬的強度上限。所選擇的焊接保護氣必須確保焊接結果不超過這些規定的強度上限,這也取決於焊條和焊接工藝的設計。對於未修改前焊接工藝規範,D1.1:2008 要求具體的填充物和保護氣組成支持測試數據。


D1.1:2008的3.7.3條目規定了兩種支持形式:一種是保護氣的使用用於焊條分類目的;一種是填充金屬製造商的數據與AWS A5要求一致,且與WPS規定的保護氣一致。假如這兩種條件都不滿足,D1.1:2008要求混合保護氣要進行評定試驗。


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