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“TIG焊中加入氫氣，原理是什么？”

如題，TIG焊中加入氫氣的目的是增加焊接速度，其原理是什么？

回

答

在氬氣中加入定量的氫氣可提高電弧電壓，提高熱輸入。

正

文

氫氣的概述

氫氣（H2）是無色無味的氣體，常溫時不活躍，高溫時非常活躍。氫氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度為0.0841kg/m3，與空氣的比密度約0.07。氫氣的電離電位為13.5V。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氫氣導(dǎo)熱系數(shù)相對較高，氫氣導(dǎo)熱系數(shù)為0.197W/(m·K），氬氣（Ar）的導(dǎo)熱系數(shù)0.016W/(m·K），氬氫混合氣的熱輸入大于純氬氣。

氬弧焊的概述

與其他常用焊接方法相比，由于氬弧焊的填充焊絲本身不通電，因此焊接過程中飛濺得以減少，可以獲得良好的焊縫成型。由于氬弧焊的焊接電流較小，其焊接熱輸入較小，焊接時焊縫在敏感溫度區(qū)停留時間較短，所以焊縫通常具有更為優(yōu)良的耐腐蝕性能和穩(wěn)定的力學(xué)性能。同時由于熱輸入較小，則由焊接導(dǎo)致的變形量較小。

當(dāng)采用惰性氣體如氬氣進(jìn)行保護(hù)時，焊絲的合金元素沒有氧化燒損，幾乎可以全部過渡到焊縫中。但是氬氣本身沒有脫氧去氫的作用，焊接前對待焊件的清理要求非常嚴(yán)格，否則會影響焊接質(zhì)量。

氬弧焊加入氫氣的作用

在氬氣中混入一定量的氫氣的混合氣體，將顯著且線性的提高電弧電壓，提高熱功率和增加熔深。氫氣的熱導(dǎo)率高于氬氣，在電參數(shù)不變的前提下，氬氫混合氣的熱輸入高于純氬氣，提高焊接速度，改善熔池熔融金屬的流動性，減少咬邊的產(chǎn)生，減少一氧化碳?xì)饪椎漠a(chǎn)生，氫的還原作用對氧化起抑制作用，使成型焊縫表面光亮和平整。

氬弧焊加入氫氣的注意事項(xiàng)

氫氣可燃，安全相關(guān)的問題應(yīng)被考慮。

氫氣混入量需進(jìn)行考慮，若混入比例過高可能導(dǎo)致氫氣孔。理論上混合氣中氫氣占比可為5%-15%，通常手工氬弧焊所使用混合氣中的氫氣占比約2%-5%。

通常情況下，氬氫混合氣更適用于單道焊。當(dāng)應(yīng)用于多道焊時需注意可能產(chǎn)生氫氣孔。

現(xiàn)有理論技術(shù)條件下，常用金屬焊接所用保護(hù)氣體之中，混入氫氣的氬弧焊對奧氏體不銹鋼和鎳基合金相對適用。

結(jié)束語

由氬弧焊的焊接保護(hù)特性決定其在焊接過程中需要使用保護(hù)氣體以隔絕大氣防止高溫氧化。同時，保護(hù)氣體兼具有改善電弧特性，改善焊接效率等功能。不同的保護(hù)氣體成分及比例取決于包括成本考慮，效果考慮等因素。

注：氬弧焊為習(xí)慣用語，由于相對其他保護(hù)氣體類型，使用氬氣作為保護(hù)氣體較為常見。本文并未描述此焊接方法的保護(hù)氣體僅氬氣適用，實(shí)際常用保護(hù)氣體有氬氣和氦氣，且有時會加入活性氣體作為混合保護(hù)氣對焊接效果進(jìn)行改善，如本文提及的加入氫氣改善保護(hù)氣體的導(dǎo)熱性從而增加母材金屬的熱輸入，提高電弧電壓增加熔深，進(jìn)而提高焊接效率。如增加氧氣或二氧化碳改善陰極漂移現(xiàn)象，提高電弧穩(wěn)定性，細(xì)化熔滴。溫度增加的熔池流動性隨之增加，減輕咬邊傾向改善焊道成型。本文僅描述不同保護(hù)氣體對焊接的影響，并未描述意指以上觀點(diǎn)可直接用于實(shí)際焊接生產(chǎn)。如改變保護(hù)氣體的流量或保護(hù)氣體的類型改善焊縫成型，應(yīng)參考已批準(zhǔn)焊接工藝及其執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中的重要變素。