为什么在焊接中需要氦气来产生惰性气氛？实现更深的熔透和更快的速度

从根本上说，氦气在焊接中的用途是创造一个真正的惰性气氛，以保护熔融的焊池免受污染。它属于“惰性气体”家族，这些气体在化学上不活泼。这种惰性保护罩至关重要，因为熔融金属极易与周围空气中的氧气、氮气和氢气发生反应，否则会导致成品焊缝出现气孔和脆性等严重缺陷。

任何保护气的核心目的，无论是氦气、氩气还是混合气体，都是将活泼的大气气体从焊接区域置换出去。选择使用氦气本身，不仅仅是因为它的惰性，更是因为它能利用其独特的热性能来控制焊接电弧的热量、速度和熔透深度。

保护气的基本作用

要理解氦气的具体作用，我们必须首先确定为什么在大多数电弧焊过程中，保护气是不可或缺的。我们周围的大气层本质上对熔融金属是有害的。

我们呼吸的空气中大约有 78% 的氮气和 21% 的氧气，以及痕量的水蒸气和其他气体。在焊接电弧的高温下，这些气体会与熔融焊料发生剧烈反应。

这种反应会产生氧化物和氮化物，导致焊缝强度低、有气孔且易碎，在应力下会失效。保护气在电弧和焊池周围形成一个保护罩，物理上将大气推开。

保护气不仅仅是一个被动的屏障；它是电弧流过的介质。在电弧内部，气体会被电离（形成等离子体）。

气体的化学和物理特性——例如其电离的难易程度和导热性能——直接影响电弧的稳定性、形状和温度。这反过来决定了最终的焊缝质量。

在这个背景下，“惰性”一词有特定的含义。虽然有些气体是真正的惰性气体，但有些被使用的气体具有受控的、有时是有益的反应性。

氦气 (He) 和氩气 (Ar) 是惰性气体。它们在任何焊接条件下都不会发生化学反应。

它们不会与焊接电弧或熔融金属结合，因此是焊接高活性金属（如铝、镁和钛）的唯一选择。使用任何其他类型的气体都会污染这些敏感材料。

有时会使用二氧化碳 (CO2) 等气体，尤其是在焊接钢材时。正如参考资料正确指出的那样，CO2 不是真正的惰性气体，可能会与电弧发生反应。

在电弧的强烈热量下，CO2 可能会分解并释放出少量的氧气。对于碳钢来说，这种轻微的反应性实际上是有益的，可以改善电弧的稳定性和焊缝熔池的流动性，从而获得形状更好的焊道。

如果氩气和氦气都是惰性气体，那么选择使用氦气就取决于其独特的物理特性，主要是其高导热性。

氦气的热量传递效率远高于氩气。这会产生一个更热、更宽的焊接电弧。

当您需要高效地将更多能量输入工件时，这一特性是一个显著的优势。

氦气产生的更热的电弧可以实现更深的母材熔透。它还可以实现更快的焊接速度，因为金属熔化得更快。

这使得氦气或氦气-氩气混合物成为焊接厚金属部件的首选，特别是那些快速散热的高导电性材料，如铝和铜。

选择氦气是一个工程决策，涉及重大的权衡，主要围绕成本和操作。

氦气是一种有限的资源，比氩气贵得多。其价格可能是主要因素，限制了其应用范围，仅限于性能优势绝对必要的场合。

氦气比空气轻得多，也比氩气轻。为了提供同等程度的保护覆盖范围，需要更高的气体流量。

这意味着您不仅要为每立方英尺的气体支付更高的费用，而且使用量也更大，从而进一步增加了运营成本。

由于其较高的电离电位，与氩气相比，在纯氦气中启动电弧可能更困难。产生的电弧也可能不太稳定，尤其是在低电流下，这使其不太适合焊接非常薄的材料。

保护气的选择是在冶金要求、期望性能和经济现实之间取得平衡。

如果您的主要重点是焊接高活性、有色金属，如铝或钛： 从纯氩气开始，以获得稳定的电弧和出色的控制，但在需要对厚部件进行更大热输入时，将氦气添加到混合物中。
如果您的主要重点是对厚材料进行高速或深熔透焊接： 高氦含量混合物（例如 75% 氦气 / 25% 氩气）是其热性能方面的上佳技术选择。
如果您的主要重点是经济高效地焊接碳钢： 氩气/CO2 混合物甚至纯 CO2 几乎总是正确的选择，因为它能以较低的成本提供出色的效果。

最终，您选择的保护气是直接控制您的焊接操作的质量、速度和成本的关键变量。