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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。氫氣標準狀態下密度為0.0841kg/m3，與空氣的比密度約0.07。氫氣的電離電位為13.5V。標準狀態下氫氣導熱系數相對較高，氫氣導熱系數為0.197W/(m·K），氬氣（Ar）的導熱系數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停留時間較短，所以焊縫通常具有更為優良的耐腐蝕性能和穩定的力學性能。同時由于熱輸入較小，則由焊接導致的變形量較小。

當采用惰性氣體如氬氣進行保護時，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格，否則會影響焊接質量。

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。氫氣的熱導率高于氬氣，在電參數不變的前提下，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，減少咬邊的產生，減少一氧化碳氣孔的產生，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

氫氣可燃，安全相關的問題應被考慮。

氫氣混入量需進行考慮，若混入比例過高可能導致氫氣孔。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。當應用于多道焊時需注意可能產生氫氣孔。

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

結束語

由氬弧焊的焊接保護特性決定其在焊接過程中需要使用保護氣體以隔絕大氣防止高溫氧化。同時，保護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：氬弧焊為習慣用語，由于相對其他保護氣體類型，使用氬氣作為保護氣體較為常見。本文并未描述此焊接方法的保護氣體僅氬氣適用，實際常用保護氣體有氬氣和氦氣，且有時會加入活性氣體作為混合保護氣對焊接效果進行改善，如本文提及的加入氫氣改善保護氣體的導熱性從而增加母材金屬的熱輸入，提高電弧電壓增加熔深，進而提高焊接效率。如增加氧氣或二氧化碳改善陰極漂移現象，提高電弧穩定性，細化熔滴。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氣體對焊接的影響，并未描述意指以上觀點可直接用于實際焊接生產。如改變保護氣體的流量或保護氣體的類型改善焊縫成型，應參考已批準焊接工藝及其執行標準中的重要變素。