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铝合金焊接气体规范

铝合金焊接过程中，保护气体的合理选择与规范使用是确保焊缝质量的关键要素之一。由于铝及铝合金具有化学性质活泼、表面氧化膜熔点高、热导率大等特性，焊接时易出现氧化、气孔、热裂纹等缺陷，保护气体需通过隔绝空气、稳定电弧、控制熔池行为等多重作用，有效抑制上述缺陷产生。以下从气体种类选择、纯度控制、流量调节、保护方式优化、特殊工艺适配及安全操作要点等方面，系统阐述铝合金焊接气体的应用规范。

一、气体种类的选择依据与适用场景

铝合金焊接常用保护气体为惰性气体，主要包括氩气（Ar）、氦气（He）及二者的混合气体（Ar-He）。选择气体种类时需综合考虑焊接方法（TIG、MIG、激光焊等）、母材厚度、接头形式、焊接速度及质量要求等因素。

氩气是最常用的保护气体，其电离能较低（15.76eV），在焊接电弧中易电离形成稳定的等离子体，引弧和维持电弧的能量消耗较小，适合铝合金TIG焊（钨极惰性气体保护焊）和MIG焊（熔化极惰性气体保护焊）的常规应用。氩气的密度（1.784kg/m3）约为空气的1.38倍，在焊接区易形成层流保护气幕，对熔池的覆盖性良好，尤其适用于薄板（厚度≤6mm）及中厚板（6-20mm）的低速焊接。但氩气的热导率较低（0.0179W/(m·K)），电弧热量集中于阴极斑点，熔池流动性一般，深熔焊时熔深较浅。

氦气的电离能较高（24.58eV），需更高的电弧电压维持电离，但其热导率（0.142W/(m·K)）约为氩气的8倍，电弧热输入更大，可显著提高熔深和焊接速度。氦气密度（0.178kg/m3）仅为空气的0.14倍，保护气幕易受气流扰动，需增大流量或配合专用拖罩使用。氦气主要用于厚板（厚度＞20mm）铝合金的高速焊接（如MIG焊）、变极性TIG焊（VP-TIG）中的深熔需求，或对焊接效率有较高要求的场景。但氦气成本约为氩气的5-8倍，需根据经济性与工艺需求权衡使用。

氩氦混合气体（Ar-He）结合了二者优势，通过调整混合比例（如Ar:He=75:25或50:50），可在保证电弧稳定性的同时提高热输入，扩大熔池尺寸，改善熔池流动性，适用于中厚板（10-30mm）的高效焊接及复杂坡口（如V型、U型坡口）的填充焊接。例如，采用Ar-30%He混合气体进行5083铝合金MIG焊时，熔深较纯氩气提高20%-30%，且焊缝成形更均匀。

二、气体纯度的控制标准与检测方法

保护气体的纯度直接影响焊缝质量，杂质（如O?、H?O、N?、CO?等）会与铝发生化学反应，形成Al?O?、AlN等脆性夹杂，或分解出氢原子溶入熔池，冷却时析出形成气孔。

对于TIG焊，因钨极烧损和熔池暴露时间较长，对气体纯度要求最高。根据GB/T15054.1-2010《焊接用惰性气体》及ISO14175:2011《焊接和相关工艺用气体》，氩气纯度需≥99.99%（体积分数），其中O?≤5×10??、H?O≤5×10??、N?≤50×10??；氦气纯度需≥99.995%，O?≤3×10??、H?O≤3×10??。

MIG焊因焊丝连续送进，熔池更新较快，对气体纯度要求略低，但仍需控制氩气纯度≥99.95%（O?≤15×10??、H?O≤15×10??），氦气纯度≥99.99%。若使用混合气体，各组分需分别满足单一组分的纯度要求，混合后总杂质含量不超过单一组分的最高允许值。

气体纯度的检测可采用气相色谱法（检测O?、N?、CO?）、露点仪法（检测H?O，要求露点≤-50℃）及电化学传感器法（快速检测O?含量）。焊接前需对气瓶进行抽样检测，每批次至少抽检1瓶；焊接过程中若发现焊缝表面发暗、气孔增多等异常，应立即停机检测气体纯度。

三、气体流量的调节原则与参数范围

气体流量需根据焊接电流、喷嘴直径、焊接速度、环境风速及保护方式（正面/背面）综合确定。流量过小，保护气幕无法有效隔绝空气；流量过大，气幕易形成紊流，卷吸空气进入熔池，同时增加气体消耗。

对于TIG焊，常规流量范围为8-15L/min。当喷嘴直径为8-12mm时，流量可取8-12L/min；喷嘴直径12-16mm时，流量需增至12-15L/min。焊接电流增大时（如从100A增至300A），熔池尺寸扩大，需同步增大流量（每增加50A电流，流量增加1-2L/min）。焊接速度提高（如从5mm/s增至10mm/s）时，保护气幕覆盖时间缩短，需将流量提高10%-20%。环境风速＞2m/s时，需使用防风棚或增大流量至20L/min以上，同时降低焊接速度。

MIG焊的气体流量因熔滴过渡方式不同差异较大：短路过渡（电流80-160A）时，熔滴过渡频率高，熔池小，流量可取15-20L/min；喷射过渡（电流200-350A）时，熔池大且高温区扩展，流量需增至20-