在焊接中，惰性气氛是一种保护性气体屏障，故意充斥在焊弧和熔池周围。这种气体屏障排开了周围的空气，特别是氧气和氮气，它们与热金属的反应性极强。通过创造这种受控环境，惰性气氛可以防止污染和缺陷，确保成品焊缝坚固清洁。
惰性气氛的核心目的不是气体本身，而是它的功能：在熔融焊缝周围创造一个无菌区域。通过物理上排开反应性的大气气体，这种保护层保持了最终焊件的化学完整性和结构强度。
为什么保护性气氛是不可或缺的
要理解惰性气氛的作用，首先必须认识到熔融金属的脆弱性。它处于高度反应状态，随时准备与它接触的任何元素结合。
大气污染的威胁
如果没有保护性屏障，焊弧的强烈热量会导致熔融金属立即与空气发生反应。
氧气是主要的敌人，它会导致快速的氧化（如生锈），产生夹渣和气孔（困在焊缝中的微小气泡），这两者都会严重削弱接头。
氮气虽然通常被认为是稳定的，但可能会被某些熔融金属吸收，导致焊缝脆化，并急剧降低其延展性和韧性。
保持机械性能
适当的惰性气氛可确保焊缝金属在冷却和凝固时具有预期的化学成分。
这保持了关键的机械性能，如拉伸强度、延展性和耐腐蚀性。受污染的焊缝，从定义上讲，就是失败的焊缝。
稳定电弧
除了单纯的保护作用外，保护气体本身也成为电路的一部分。
使用的气体类型会影响电弧的稳定性、焊道的形状以及热量从电弧传递到工件的方式。
用于形成保护层的气体
虽然存在许多气体，但只有少数几种气体具有形成焊接气氛的适当特性。它们大致分为惰性气体、非反应性气体或活性混合气体的一部分。
真正的惰性气体：氩气 (Ar)
氩气是贵族气体，这意味着它在任何焊接条件下都是化学惰性的。
它是铝、镁和钛等有色金属的通用标准。它能产生非常稳定、安静的电弧和清洁的焊缝外观。
非反应性气体：氮气 (N2)
尽管氮气在技术上不是贵族气体，但由于它在许多高温情况下不发生反应，因此常被用来创造惰性气氛。
它在吹扫（将气体充满管道或容器内部以保护焊缝背面免受氧气侵害的过程）方面特别有效且经济。它也可以用作某些不锈钢的主要保护气体。
“伪惰性”和活性气体：二氧化碳 (CO2)
有些气体并非真正的惰性，但在特定情况下表现得像惰性气体。二氧化碳是最常见的例子。
虽然它可能与电弧的高温发生反应，但在钢材焊接中，它与熔融焊池的反应性很低。它通常与氩气混合以改善焊透性，并且成本明显更低。
了解权衡
气体选择是一个关键决定，受冶金学、成本和预期结果的驱动。没有一种气体适用于所有应用。
惰性气体与活性气体混合物
像氩气这样的纯惰性气体对于对任何形式的氧化高度敏感的有色金属是必需的。
焊接钢材时，通常使用含有少量CO2或氧气的氩气活性气体混合物。对于这些材料，“活性”成分实际上可以改善电弧稳定性和焊道形状，提供比纯惰性气体更好的性能。
成本与性能的平衡
气体纯度与成本之间存在直接关系。纯氩气的价格明显高于粗制二氧化碳。
对于大批量的钢结构制造，使用Ar/CO2混合物甚至纯CO2可以在较低的运营成本下提供可接受的焊接质量。对于涉及钛的航空航天或医疗应用，纯氩气的高成本是不可妥协的要求。
对焊接过程的影响
气体选择直接影响焊工的体验。氩气保护的电弧平稳且易于控制。
使用高浓度CO2保护的工艺往往会产生更湍动、飞溅更多的电弧，这需要操作员具备更高的技能来控制。
为您的焊缝选择合适的气氛
您选择的保护气体必须是经过深思熟虑的，并与您焊接的材料和质量要求保持一致。
- 如果您的主要重点是焊接有色金属（如铝或钛）： 需要使用纯惰性气体，通常是 100% 氩气，以防止任何化学反应并确保焊缝清洁。
- 如果您的主要重点是焊接碳钢或低合金钢： 活性气体混合物，例如 75% 氩气和 25% 二氧化碳，通常能提供焊接质量、深层焊透性和成本效益的最佳平衡。
- 如果您的主要重点是防止焊缝背面的氧化（吹扫）： 氮气是创造惰性背部气氛的极好且经济的选择，特别是对于不锈钢。
最终，理解气氛的作用将焊接从一个简单的过程转变为一门受控的科学。
总结表：
| 目的 | 主要气体 | 常见应用 |
|---|---|---|
| 防止氧化和污染 | 氩气（惰性）、氮气（非反应性） | 铝、钛、不锈钢 |
| 改善焊透性和成本效益 | 二氧化碳 (CO2)、氩气/CO2 混合物 | 碳钢、低合金钢 |
| 保护焊缝背面（吹扫） | 氮气 | 管道、容器焊接 |
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