铝材焊接氩气体流量自动控制省气系统

2025-03-11 19:02:04

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供稿：网友

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　　焊接用气体主要是指气体保护焊（二氧化碳气体保护焊、惰性气体保护焊）中所用的保护性气体和气焊、切害时用的气体，包括二氧化碳（CO2）、氩气（Ar）、氨气（He）、氧气（02）、可燃气体、混合气体等。焊接时保护气体既是焊接区域的保护介质，也是产生电弧的气体介质；气焊和切割主要是依靠气体燃烧时产生的热里集中的高温火焰完成，因此气体的特性（如物理特性和化学特性等）不仅影响保护效果，也影响到电弧的引燃及焊接、切割过程的稳定性。
　　传统方式是手动设置流量阀刻度，一般在焊接过程中，即使焊接电流发生变化，也不改变该设置，对于传统方式，由于同一个产品有不同的焊道，即焊接电流也有不同，为了达到焊接品质，必须确保足够大的气体流量。传统方式造成了焊接气体的严重浪费，并且气体使用率较低。
　　1.焊接用气体的分类
　　根据各种气体在工作过程中的作用，焊接用气体主要分为保护气体和气焊、切割时所用的气体。
　　1.1保护气体
保护气体主要包括二氧化碳（CO2）、氩气（Ar）、氨气（He）、氧气（02）和氢气（He）。国际焊接学会指出，保护气体统一按氧化势进行分类，并确定分类指标的简单计算公式为：分类指标=02%+1/2C02%。在此公式的基础上，根据保护气体的氧化势可将保护气体分成五类。I类为惰性气体或还原性气体，M1类为弱氧化性气体，Me类为中等氧化性气体，M和C类为强氧化性气体。保护气体各类型的氧化势指标见表1。焊接黑色金属时保护气体的分类见表2。
表1保护气体各类型的氧化势指标

类型	I	M1	M2	M3	C
氧化势指标	<1	1~5	5～9	9~16	>16

表2焊接黑色金属时保护气体的分类

分类	气体数目	混合比（以体积百分比表示）%					类型	焊缝金属中的含氧量/%
		氧化性		惰性		还原性
		CO2	O2	Ar	He	H2
I	1 1 2	— — —	— — —	100 — 27~75	— 100 余	— — —	惰性	<0.02
I	2 1	— —	— —	85~95 —	— —	余 100	还原性	<0.02
M1	2 2	2~4 —	— 1~3	余余	— —	— —	氧化性	0.02~0.04
M2	2 3 2	15~30 5~15 —	— 1~4 4~8	余余余	— — —	— — —	中等氧化性	0.04~0.07
M3	2 2 3	30~40 — 5~20	— 9~12 4~6	余余余	— — —	— — —	强氧化性	>0.07
C	1 2	100 余	— <20	— —	— —	— —	强氧化性	>0.07

　　1.2气焊、切刻用气体
　　根据气体的性质，气焊、切割用气体又可以分为两类，即助燃气体（02）和可燃气体。
可燃气体与氧气混合燃烧时，放出大里的热，形成热量集中的高温火焰（火焰中的最高温度一般可达2000~3000℃），可将金属加热和熔化。气焊、切割时常用的可燃气体是乙炔，目前推广使用的可燃气体还有丙烷、丙烯、液化石油气（以丙烷为主）、天然气（以甲烷为主）等。几种常用可燃气体的物理和化学性能见表3。
表3几种常用可燃气体的物理和化学性能

气体		乙炔（C2H2）	丙烷（C3H8）	丙烯 (C3H6)	丁烷 (C4H10)	天然气（CH4）	氢（H2）
分子相对质量		26	44	42	58	16	2
密度（标准状态下）/kg.m-3		1.17	1.85	1.82	2.46	0.71	0.08
15.6℃时相对于空气质量比（空气=1）		0.906	1.52	1.48	2.0	0.55	0.07
看火点/℃		335	510	455	502	645	510
总热值	kj/m3	52963	85746	81182	121482	37681	10048
总热值	kg/m3	50208	51212	49204	49380	56233	—
理论需氧量（氧-燃气体积比		2.5	5	4.5	6.5	2.0	0.5
实际耗氧量（氧-燃气体积比）		1.1	3.5	2.6	—	1.5	0.25
中性焰温度/℃	氧气中燃烧	3100	2520	2870	—	2540	2600
中性焰温度/℃	空气中燃烧	2630	2116	2104	2132	2066	2210
火焰燃烧速度/m.s-1	氧气中燃烧	8	4	—	—	5.5	11.2
火焰燃烧速度/m.s-1	空气中燃烧	5.8	3.9	—	—	5.5	11.0
爆炸范围（可燃气体的积分数/%）	氧气中	2.8~93	2.3~55	2.1~53	—	5.5~62	4.0~96
爆炸范围（可燃气体的积分数/%）	空气中	2.5~80	2.5~10	2.4~10	1.9~8.4	5.3~14	4.1~74

　　2焊接用气体的特性
不同焊接或切割过程中气体的作用也有所不同，并且气体的选择还与被焊材料有关，这就需要在不同的场合选用具有某一特定物理或化学性能的气体甚至多种气体的混合。焊接和切割中常用气体的主要性质和用途见表4，不同气体在焊接过程中的特性见表5。
表4焊接常用气体的主要特征和用途

气体	符号	主要性质	在焊接中的应用
二氧化碳	CO2	化学性质稳定，不燃烧、不助燃，在高温时能分解为CO和O，对金属有一定氧化性。能液化，液态CO2蒸发时吸收大量热，能凝固成固态二氧化碳，俗称干冰	焊接时配用焊丝可用为保护气体，如CO2气体保护焊和CO2+O2、CO2+Ar等混合气体保护焊
氩气	Ar	惰性气体，化学性质不活泼，常温和高温下不与其他元素起化学作用	在氩弧焊、等离子焊接及切割时作为保护气体，起机械保护作用
氧气	O2	无色气体，助燃，在高温下很活泼，与多种元素直接化合。焊接时，氧进入熔池会氧化金属元素，起有害作用	与可燃气体混合燃烧，可获得极高的温度，用于焊接和切割，如氧-乙炔火焰、氢-氧焰。与氩、二氧化磁等按比例混合，可进行混合气体保护焊
乙炔	C2H2	俗称电石气，少溶于水，能溶于酒精，大量溶于丙酮，与空气和氧混合形成爆炸性混合气体，在氧气中燃烧发出3500℃高温和强光	用于氧-乙炔火焰焊接和切割
氢气	H2	能燃烧，常温时不活泼，高温时非常活泼，可作为金属矿和金属氧化物的还原剂。焊接时能大量熔于液态金属，冷却时析出，易形成气孔	焊接时作为还原性保护气体。与氧混合燃烧，可作为气焊的热源
氮气	N2	化学性质不活泼，高温时能与氢氧直接化合。焊接时进入熔池起有害作用。与铜基本上不反应，可作保护气体	氮弧焊时，用氮作为保护气体，可焊接铜和不锈钢。氮也常用于等离子弧切割，作为外层保护气

表5不同气体在焊接过程中的特性

气体	成分	弧柱电位梯度	电弧稳定性	金属过度特性	化学性能	焊缝熔深形状	加热特性
CO2	纯度 99.9%	高	满意	满意，但有些飞溅	强氧化性	变形状熔深较大	_
Ar	纯度 99.995%	低	好	满意	_	蘑菇形	_
He	纯度 99.99%	高	满意	满意	_	扁形状	对焊件热输入比纯A高
N2	纯度 99.9%	高	差	差	在钢中产生气孔和氨化物	扁形状	_

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