气体保护焊技术

江河水编译


 



第一章 气体保护焊工艺基础

第二章 原子氢焊

第一节 原子氢焊的发展历史

原子氢焊是一种最古老的气体保护焊方法。它是1925年由美国物理学家朗根姆依尔发时,并由他命名为原子氢焊。若干年后,这种方法传到了德国,因为氢是一种相对来说便宜的保护气体,一直沿用到前几年才最后被淘汰。
随着空气液化技术的大规模工业化应用,冶金工业的发展对氧气耗量的增加和化学工业对氮气的大量需要,伴生出许多佔大气含量1%左右的氩气,氩气的价格不断降低,钨极氩弧焊便越来越多地代替了原子氢焊。

第二节 原子氢焊的原理

在DIN 1910 第4部分对原子氢焊的原理作了如下的说明:
电弧在两个钨极间燃烧。采用氢气为保护气体。如图2-1所示,两只钨极间成一锐角,各与电源的一极相连接。一般用交流电焊接。由于母材不通电,工件受在两只钨极间产生电弧的辐射热加热而熔化。焊接填充材料一般为焊棒形状用手握持送进。母材的熔池深度由它与钨极的距离来决定。故增大该距离可以得到小的熔深,但是也会产生轻微的连接缺陷。

图2-1 原子氢焊原理示意图

图2-2 原子氢焊时的电弧形状

由喷咀喷出的氢气保护焊接部位免受氧气和氮气的侵入。可是焊缝金属中的含氢量增加。但增加的氢量不得过高,否则会造成焊缝金属气孔。原子氢焊常用于焊接软的铁质材料。因不必担心会出现氢脆和产生裂纹。总而言之,较高强度的钢材不能用这种焊接方法。
加进去的分子氢(H2)在电弧中分解和电离成原子氢(2H),吸收热量,使电弧由其最热的部分偏离。在焊接区域较冷的区域,即靠近母材的附近原子氢(2H)重新结合成分子氢(H2)。原先吸收的热量又再次以结合热量的形式释放出来,正好利用在这里释放出的热能熔化母材和焊接填充材料。这种热量传递赋于这种焊接方法高的热效率。

第三节 原子氢焊的电源

原子氢焊采用交流电电源进行焊接。氢气传热性能较大,故要求用较高的引弧电压。在引弧的那一瞬间,变压器放出300伏的空载电压。为了保持焊工,采用一保护电路在断后工电弧后直接降低到24伏的安全电压。电流特性是呈下降的曲线。电弧电压随电源调节和钨极距离在25和80伏之间选择。一般常用的焊接电流分为两个调节区,即12-60安和60-120安。每个调节区均可无级调节电流。

第四节 焊接实施

原子氢焊原则上应用纯钨棒为电极。两钨极和一可产生300伏空载电压的辅助电路连接。电极相互分开引弧。然后焊工打开保护气体阀。电弧便在电极距离附近燃烧。由于输入热量大,可适用于较厚的工件焊接。两只钨极的布置方式一种是在焊缝方向,另一种是在焊缝方向垂直的方向(图2-3)。
这种焊接常用于焊接捲边焊缝、角焊缝、角接头的对接焊缝,以及不需要填充材料的对接焊缝。在此,宜应用一焊接夹具。如果需要填充材料,可用焊棒,手动送进。将其插进保护气体罩内,在那里熔化成熔滴落下。
原子氢焊最好是用平焊进行焊接。当然若采取一定的技术措施也可以用于立焊和其它姿势的焊接。


图2-3 原子氢焊两只钨极的位置
a)两只钨极在焊缝方向;b)两只钨极在与焊缝垂直的方向

第五节 原子氢焊的应用

原子氢焊这种古老的制造工艺已基本被淘汰。目前只有极个别特殊的地方还在应用原子氢焊。如某些薄板连接和刀具的堆焊等。过去由原子氢焊进行的绝大部分工作现在均由钨极氩弧焊代替。