第4单元熔化极气体保护焊.ppt

第四单元熔化极气体保护电弧焊 GMAW 知识目标1 掌握熔化极气体保护焊的原理 特点及应用 2 深入了解熔化极气体保护焊的焊接材料 冶金特性和工艺要点 3 了解熔化极气体保护焊设备的工作原理 熟悉常用CO2气体保护焊设备的构造 4 了解熔化极气体保护焊的相关标准 能力目标1 能正确选择熔化极气体保护焊的工艺参数 2 能操作熔化极气体保护焊 能正确选择熔化极气保焊的工艺参数 3 能按焊接安全的要求安装和维护焊机 4 知道熔化极气体保护焊常见缺陷产生的原因 并能提出解决的方法 学习目标 模块一熔化极气体保护焊的特点和应用 熔化极气体保护电弧焊是指使用熔化电极 用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊 英文简称为熔化极气体保护焊 GMAW 其焊接示见图4 1 图4 1熔化极气体保护焊示意图 一 熔化极气体保护焊的分类及特点 1 熔化极气体保护焊的分类作为熔化电极的焊丝 有实心和药芯 管状 两类 前者一般含有脱氧用的和焊缝金属所需要的合金元素 后者的药芯成分及作用与焊条的药皮相似 按使用保护气体和焊丝的种类不同 熔化极气体保护焊分类如图4 2 图4 2熔化极气体保护焊分类 2 熔化极气体保护焊的特点 1 优点 与焊条电弧焊和埋弧焊相比1 焊接生产率高 焊接变形小 2 可以获得含氢量较焊条电弧焊为低的焊缝金属 3 烟雾少 可以减轻对通风的要求 4 在相同电流下 熔深比焊条电弧焊大 5 明弧焊接 可观察到电弧和熔池的状态和行为 6 可以进行全位置焊接 不像埋弧焊只能处在平焊位置焊接 7 无需清渣 2 缺点1 焊接过程受环境制约 为了确保焊接区获得良好的气体保护 在室外操作需有防风装置 2 半自动焊枪比焊条电弧焊焊钳重 不轻便 操作灵活性较差 对于狭小空间的接头 焊枪不易接近 3 设备较复杂 对使用和维护要求较高 二 熔化极气体保护焊的应用 1 适焊的材料熔化极惰性气体保护焊使用惰性气体 既可以焊接黑色金属又可以焊接有色金属 但从焊丝供应以及制造成本考虑主要用于铝 铜 钛及其合金 以及不锈钢 耐热钢的焊接 熔化极活性混合气体保护焊和CO2气体保护焊主要用于焊接碳钢 低合金高强度钢 熔化极活性混合气体保护焊常焊接较为重要的金属结构 CO2气体保护焊则广泛用于焊接普通的金属结构 对低熔点的金属如铅 锡和锌等 不宜采用熔化极气体保护焊 表面包覆这类金属的涂层钢板也不适宜采用这类焊接方法 2 焊接位置熔化极气体保护焊适应性较好 可进行全位置焊接 其中以平焊位置和横焊位置焊接效率最高 其他焊接位置的效率也比焊条电弧焊高 3 可焊厚度熔化极气体保护焊可焊接的金属厚度范围很广 最薄可焊至1mm以下 最厚几乎不受限制 模块二熔化极气体保护焊设备 一设备组成及要求 图4 3半自动熔化极气体保护电弧焊机示意图 熔化极气体保护焊所用的设备有半自动焊机和自动焊机两类 在实际生产中 半自动焊机使用较多 焊机主要由焊接电源 送丝系统 焊枪及行走机构 自动焊 供气系统和水冷系统等部分组成 图4 3为半自动熔化极气体保护焊机示意图 用于推丝式送丝的鹅颈式焊枪 推丝式送丝机 CO2焊机及其推丝式送丝机 枪 熔化极气体保护焊机一般配用直流弧焊电源 各种类型的弧焊整流器均可采用 1 电源外特性1 平特性电源格2 下降外特性电源 2 电源主要技术参数1 电弧电压2 焊接电流 1 焊接电源 2 送丝系统送丝系统通常是由送丝机构 如图4 4 送丝软管 焊丝盘等组成 图4 4送丝机构组成 熔化极气体保护焊焊机的送丝系统根据其送丝方式的不同 通常可分为三种类型 推丝式送丝软管不能太长 一般在3 5m左右 拉丝式它又分为两种形式 一种是焊丝盘和焊枪分开 另一种是将焊丝盘直接装在焊枪上 推拉丝式此方式把上述两种方式结合起来 克服了使用推丝式焊枪操作范围小的缺点 送丝软管可加长到15m左右 图4 5半自动焊机送丝方式示意图a 推丝式b c 拉丝式d 推拉丝式 3 焊枪 推丝式焊枪 推丝式焊枪常用的形式有两种 一种是鹅颈式焊枪 如图4 6 另一种是手枪式焊枪 如图4 7 图4 6鹅颈式焊枪 图4 7手枪式焊枪的构造 拉丝式焊枪 拉丝式焊枪的结构如图4 8 图4 8拉丝式焊枪 自动焊枪自动熔化极气体保护焊机如图4 9所示 图4 9CO2自动焊机示意图 3 焊枪的喷嘴和导电嘴喷嘴形状多为圆柱形 也有圆锥形 喷嘴内孔直径与电流大小有关 通常为12 24mm 电流较小时 喷嘴直径也小 电流较大时 喷嘴直径也大 喷嘴采用紫铜或陶瓷材料制作 导电嘴的材料要求导电性良好 耐磨性好和熔点高 一般选用紫铜 铬紫铜或钨青铜 导电嘴孔径的大小对送丝速度和焊丝伸出长度有很大影响 如孔径过大或过小 会造成工艺参数不稳定而影响焊接质量 喷嘴和导电嘴都是易损件 需要经常更换 所以应便于装拆 并且应结构简单 制造方便和成本低廉 4 供气与水冷系统 1 供气系统熔化极气体保护焊机的供气系统由气瓶 减压器 流量计 电磁气阀等组成 但CO2气体保护焊机一般还需在CO2气瓶出口处安装预热器和干燥器 如图4 10所示 CO2减压流量计 由于液态CO2转变成气态时 将吸收大量的热 再经减压后 气体体积膨胀 会使温度下降 为防止气路冻结 在减压之前要将CO2气体通过预热器进行预热 预热器采用电阻加热式 一般采用36V交流供电 功率约75 100W左右 2 水冷系统用水冷式焊枪 必须有水冷系统 一般由水箱 水泵和冷却水管及水压开关组成 冷却水可循环使用 水压开关的作用是保证当冷却水没流经焊枪时 焊接系统不能启动 以达到保护焊枪的目的 二 典型控制电路 熔化极气体保护焊的控制系统由基本控制系统和程序控制系统两部分组成 基本控制系统的作用主要是在焊前或焊接过程中调节焊接工艺参数 程序控制系统的主要作用是对整套设备的各组成部分按照预先设计好的焊接工艺程序进行控制 以便协调地完成焊接 模块三二氧化碳气体保护焊 二氧化碳气体保护焊是利用CO2作为保护气体的熔化极气体保护焊方法 简称为CO2焊 CO2焊是目前焊接黑色金属材料的重要焊接方法之一 一 CO2焊的特点 1 CO2焊的原理CO2焊是利用CO2气体使焊接区与周围空气隔离 防止空气中的氧 氮对焊接区的有害作用 从而获得优良的机械保护性能 CO2电弧焊的原理示意图如图4 12所示 图4 12CO2焊的原理示意图 2 CO2焊的工艺特点 1 CO2的穿透能力强 厚板焊接时可增加坡口的钝边和减小坡口 焊接电流密度大 通常为100 300A mm2 故焊丝熔化率高 焊后一般无须清渣 所以CO2焊的生产率比焊条电弧焊高约1 3倍 2 CO2气体来源广 价格便宜 而且电能消耗少 故使焊接成本降低 通常CO2焊的成本只有埋弧焊或焊条电弧焊的40 50 3 可实现全位置焊接 并且对于薄板 中厚板甚至厚板都能焊接 由于电弧加热集中 同时CO2气流有较强的冷却作用 所以焊接变形小 特别适宜于薄板焊接 4 对铁锈敏感性小 焊缝含氢量少 抗裂性能好 5 飞溅率较大 并且焊缝表面成形较差 特别当焊接工艺参数匹配不当时 更为严重 6 电弧气氛有很强的氧化性 不能焊接易氧化的金属材料 抗侧向风能力较弱 室处作业需有防风措施 7 焊接弧光较强 特别是大电流焊接时 要注意对操作人员防弧光辐射保护 3 CO2焊的应用CO2电弧焊主要用于焊接低碳钢及低合金钢等黑色金属 只能用于对焊缝性能要求不高的不锈钢工件 CO2焊还可用于耐磨零件的堆焊 铸钢件的焊补以及电铆焊等方面 此外 CO2焊还可以用于水下焊接 CO2焊所能焊接的材料厚度范围较大 最薄的目前焊到0 8mm 最厚的已经焊到250mm左右 二 CO2焊的冶金特性 1 合金元素的氧化 1 直接氧化 2 间接氧化 3 脱氧措施及焊缝金属合金化解决CO2焊氧化性的措施是脱氧 具体做法是在焊丝中 或在药芯焊丝的芯料中 加入一定量的脱氧剂 CO2焊所用的脱氧剂 主要有Si Mn Al Ti等合金元素 Si含量过高会降低焊缝的抗热裂纹能力 Mn含量过高会使焊缝金属的冲击值下降 焊接低碳钢和低合金钢用的焊丝 Si一般含1 左右 焊丝中的Mn含量一般为1 2 左右 2 CO2焊的气孔 1 CO气孔这类气孔通常出现在焊缝的根部或近表面的部位 且多呈针尖状 只要焊丝中有足够的脱氧元素 以及限制焊丝中的含碳量 就能有效地防止CO气孔 2 氮气孔氮气孔产生的主要原因是保护气层遭到破坏 使大量空气侵入焊接区 避免N2气孔 必须改善气保护效果 要选用纯度合格的CO2气体 焊接时采用适当的气体流量参数 要检验从气瓶至焊枪的气路是否有漏气或阻塞 要增加室外焊接的防风措施 3 氢气孔主要原因是由于在高温时溶入了大量氢气 在结晶过程中留在焊缝金属中成为气孔 CO2气体可以抑制氢气孔的产生 只要焊前对CO2气体进行干燥处理 去除水分 清除焊丝和工件表面的杂质 产生氢气孔的可能性很小 3 CO2焊的飞溅及防止措施 1 飞溅产生的原因1 由冶金反应引起 2 由电弧的斑点压力引起 3 由于短路过渡不正常引起 4 当焊接参数选择不当引起 2 减少金属飞溅的措施1 合理选择焊接工艺参数 2 细滴过渡时在CO2中加入Ar气 3 合理选择焊接电源特性 并匹配合适的可调电感 4 采用低飞溅率焊丝 选用药芯焊丝或活化处理焊丝 三 CO2焊的焊接材料 1 CO2气体CO2气体来源广 可由专门生产厂提供 也可从食品加工厂 如酒精厂 的副产品中获得 用于焊接的气体 其纯度要求 99 5 CO2气钢瓶外表涂铝白色 并写有黑色 CO2 字样 气瓶的压力与环境温度有关 当温度为0 20 时 瓶中压力为40 60大气压 4 5 6 8 106Pa 当环境温度在30 以上时 瓶中压力急剧增加 所以气瓶不得放在火炉 暖气等热源附近 也不得放在烈日下爆晒 以防发生爆炸 当厂家生产的CO2气体纯度不稳定时 为确保CO2气体的纯度 可采取提纯的措施 当瓶中气体压力低于1 106Pa 10个大气压 时 CO2气体的含水量急剧增加 这将引起在焊缝中形成气孔 所以低于该压力时不得再继续使用 2 焊丝对焊丝的要求如下 1 焊丝必须含有足够的脱氧元素 2 焊丝的含碳量要低 要求C 0 11 3 要保证焊缝具有满意的力学性能和抗裂性能 通常在焊接低碳钢或低合金钢时 可选用的焊丝较多 一般首选的是H08Mn2SiA 也可选用其它的焊丝 如H10MnSi 比较便宜 与前者相比其含C量稍高 而含Si Mn量较低 故焊缝金属强度略高 但焊缝金属的塑性和冲击韧度稍差 表4 2CO2焊常用的焊丝牌号 化学成分和用途 合金钢用的焊丝冶炼和拔制困难 故CO2焊用的合金钢焊丝逐渐向药芯焊丝方向发展 四 CO2焊工艺1 短路过渡焊接工艺 1 短路过渡焊接的特点因而短路过渡的CO2焊易于在生产中得到推广应用 2 焊接工艺参数的选择l 焊丝直径2 焊接电流3 电弧电压4 焊接速度5 保护气体流量6 焊丝伸出长度7 电源极性 图4 13合适的电弧电压与焊接电流范围 表4 3不同直径焊丝选用的焊接电流与电弧电压 短路过渡时不同直径焊丝相应选用的焊接电流 电弧电压的数值范围 见表4 3 2 细滴过渡焊接工艺 1 细滴过渡焊接的特点所以电弧穿透力强 母材熔深大 适合于进行中等厚度及大厚度工件的焊接 2 焊接工艺参数的选择1 电弧电压与焊接电流 表4 4列出了几种常用焊丝直径的电流下限值 表4 4滴状过渡的电流下限及电压范围 2 焊接速度 细滴过渡CO2焊的焊接速度较高 与同样直径焊丝的埋弧焊相比 焊接速度高0 5 1倍 常用的焊速为40 60m h 3 保护气流量 应选用较大的气体流量来保证焊接区的保护效果 保护气流量通常比短路过渡的CO2焊提高l 2倍 常用的气流量范围为25 50L min 3 CO2焊技术 1 焊前准备CO2焊时 为了获得最好的焊接结果 除选择好焊接设备和焊接工艺参数外 还应做好焊前准备工作 1 坡口形状 如表4 5所示 2 坡口加工方法与清理 加工坡口的方法主要有机械加工 气割和碳弧气刨等 对坡口精度的要求比焊条电弧焊时更高 焊缝附近有污物时 会严重影响焊接质量 用焊条电弧焊焊接的定位焊缝处残留的渣易引起电弧不稳和产生缺陷 所以焊前应清除残渣 3 定位焊 通常CO2焊与焊条电弧焊相比要求更坚固的定位焊缝 焊接薄板时定位焊缝应该细而短 长度为3 10mm 间距为30 50mm 焊接中厚板时定位焊缝间距较大 达100 150mm 为增加定位焊的强度 应增大定位焊缝长度 一般为15 50mm 若为熔透焊缝时 点固处难以实现反面成形 应从反面进行点固 2 起弧与收弧1 起弧工艺 半自动焊时习惯的起弧方式是焊丝端头与焊接处划擦的过程中按焊枪按钮 通常称为 划擦起弧 这时起弧成功率较高 起弧后必须迅速调整焊枪位置 焊枪角度及导电嘴与工件间的距离 起弧处由于工件的温度较低 熔深都比较浅 特别是在短路过渡时容易引起未焊透 为防止产生这种缺陷 可以采取倒退起弧法 如图4 14所示 图4 14倒退起弧法 2 收弧方法 目前主要应用的方法如下 采用带有电流衰减装置的焊机时 填充弧坑电流较小 一般只为焊接电流的50 70 易填满弧坑 最好以短路过渡的方式处理弧坑 这时 电弧沿火口的外沿移动焊枪 并逐渐缩小回转半径 直到中间停止 没有电流衰减装置时 在火口未完全凝固的情况下 应在其上进行几次断续焊接 这时只是交替按压与释放焊枪按钮 而焊枪在弧坑填满之前始终停留在火口上 电弧燃烧时间应逐渐缩短 使用工艺板 也就是把弧坑引到工艺板上 焊完之后去掉它 模块四熔化极惰性气体保护焊 MIG焊 熔化极惰性气体保护焊是采用惰性气体作为保护气 使用焊丝作为熔化电极的气体保护焊方法 英文简称为MIG焊 MIG焊是目前常用的气体保护焊方法之一 一 MIG焊的特点 1 MIG焊的基本原理MIG焊时采用惰性气体 氩气或氦气 或它们的混合气体作为保护气体 由于惰性气体本身既不溶于金属 又不和金属反应 因而具有良好的保护效果 焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出 在电弧周围形成保护层隔绝空气 保护电极和焊接熔池以及临近热影响区 以形成优质的焊接接头 使用的焊丝既作为电极又作为填充金属 在焊接过程中焊丝不断熔化并过渡到熔池中去 成为焊缝金属的一部分 在焊接结构生产中 特别是在高合金材料和有色金属及其合金材料的焊接生产中 MIG焊占有很重要的地位 2 MIG焊的特点由于MIG焊采用的是惰性气体作为保护气体 与埋弧焊 焊条电弧焊等其它熔化极电弧焊相比 它具有如下一些特点 1 焊接质量好 2 焊接生产率高 3 适用材料范围广MIG焊的缺点在于无脱氧去氢作用 因此对母材及丝上的油 锈很敏感 易形成缺陷 所以对焊接材料表面清理要求特别严格 另外MIG焊抗侧向风能力差 不适于野外焊接 焊接设备也较复杂 3 MIG焊的应用MIG焊适合于焊接低碳钢 低合金钢 耐热钢 不锈钢 有色金属及其合金 低熔点或低沸点金属材料如铅 锡 锌等 不宜采用熔化极惰性气体保护焊 目前在中等厚度 大厚度铝及铝合金板材的焊接中 已广泛地应用了MIG焊 MIG焊可分为半自动焊和自动焊两种 自动MIG焊适用于较规则的纵缝 环缝及水平位置的焊接 半自动MIG焊大多用于定位焊 短焊缝 断续焊缝以及铝容器中封头 管接头 加强圈等工件的焊接 二 MIG焊的焊接材料 1 保护气体MIG焊常用的保护气体有氩气 氦气和它们的混合气体 下面将它们的特性及其应用范围介绍如下 1 氩气 Ar 氩气保护的优点是电弧燃烧非常稳定 进行MIG焊时焊丝金属很容易呈稳定的轴向射流过渡 飞溅极小 缺点是焊缝易成 指状 焊缝 2 氦气 He 在相同的焊接电流和弧长条件下 氦气的电弧电压比氩气的高 使电弧具有较大的功率 对母材热输入也较大 但是 由于氦气的比重比空气小 要有效地保护焊接区 需要的流量应比氩气大约高2 3倍 而且 氦气比较仰贵 所以一般很少使用 3 氩气 氦气 Ar He 在焊接大厚度铝及铝合金时 可改善焊缝隙成形 减少气孔及提高焊接生产率 He所占的比例随着工件厚度的增加而增大 在焊接铜及合金时 He所占比例一般为50 70 2 焊丝MIG焊使用的焊丝成分通常应与母材的成分相近 它应具有良好的焊接工艺性 并能提供良好的接头性能 在某些情况下 为了满意的进行焊接并获得满意的焊缝金属性能 需要采用与母材成分完全不同的焊丝 MIG焊使用的焊丝直径一般在0 8 2 5mm范围内 焊丝直径越小 焊丝的表面积与体积的比值越大 即焊丝加工过程中进入焊丝表面上的拔丝剂 油或其它的杂质相对较多 这些杂质可能引起气孔 裂纹等缺陷 因此 焊丝使用前必须经过严格的清理 三 MIG焊工艺 1 熔滴过渡特点MIG焊熔滴过渡的形式主要有短路过渡 射流过渡 脉冲射流过渡 在用MIG焊焊接铝及铝合金时 如果采用射流过渡的形式 因焊接电流大 电弧功率高 对熔池的冲击力太大 造成焊缝形状为 蘑菇 形 容易在焊缝根部产生气孔和裂纹等缺陷 同时 由于电弧长度较大 会降低气体的保护效果 所以为了解决以上问题 在焊接铝及铝合金时 常采用亚射流过渡 亚射流过渡是介于短路过渡和射流过渡之间的一种特殊形式 习惯上称之为亚射流过渡 亚射流过渡采用较小的电弧电压 弧长较短 当熔滴长大并将以射流过渡形式脱离焊丝端部时 即与熔池短路接触 电弧熄灭 熔滴在电磁力及表面张力的作用下产生颈缩断开 电弧复燃完成熔滴过渡 亚射流过渡的特点 1 短路时间很短 短路电流对熔池的冲击力很小 过程稳定 焊缝成形美观 2 焊接时 焊丝的熔化系数随电弧的缩短而增大 从而使亚射流过渡焊可采用等速送丝配以恒流外特性电源进行焊接 弧长由熔化系数的变化实现自身调节 3 由于亚射流过渡时 电弧电压 焊接电流基本保持不变 所以焊缝熔宽和熔深比较均匀 同时 电弧下潜熔池之中 热利用率高 对熔池的底部加热也加强了 从而改善了焊缝根部熔化状态 有利于提高焊缝的质量 4 由于采用的弧长较短 可提高气体保护效果 降低焊缝产生气孔和裂纹的倾向 2 焊接工艺参数的选择MIG焊的焊接工艺参数主要有焊丝直径 焊接电流 电弧电压 焊接速度 保护气流量 焊丝伸出长度 喷嘴直径等 在选择MIG焊的焊接工艺参数时 应先根据工件厚度 坡口形状选择焊丝直径 再由熔滴过渡形式确定焊接电流 并配以合适的电弧电压 其它参数的选择应以保证焊接过程稳定及焊缝质量为原则 各焊接工艺参数之间并不是独立的 而是需要相互之间互相配合 以获得稳定的焊接过程及良好的焊接质量为目的 1 焊丝直径焊丝直径应根据工件的厚度及施焊位置来选择 细焊丝 直径小于或等于1 2mm 以短路过渡为主 较粗焊丝以射流过渡为主 焊丝直径的选择见表4 6 表4 6焊丝直径的选择 2 焊接电流焊丝直径一定时 可以通过选用不同的焊接电流范围以获得不同的熔滴过渡形式 如要获得连续喷射过渡 其电流必须超过某一临界电流值 焊丝直径增大其临界电流值也会增加 在焊接铝及铝合金时 为获得优质的焊接接头 MIG焊一般采用亚射流过渡 此时电弧发出咝咝兼有熔滴短路时的啪啪声 且电弧稳定 气体保护效果好 飞溅少 熔深大 焊缝成形美观 表面鱼鳞纹细密 表4 7列出低碳钢MIG焊所用的焊接电流范围 表4 7低碳钢MIG焊的焊接电流范围 3 电弧电压图4 15表示MIG焊时电弧电压和焊接电流之间的关系 若超出图中所示范围 容易产生焊接缺陷 如电弧电压过高 则可能产生气孔和飞溅 电弧电压过低 则有可能踏弧短接 图4 15MIG焊时电弧电压和焊接电流之间的关系 4 焊接速度和喷嘴直径由于MIG焊对熔池的保护要求较高 焊接速度又高 如果保护不良 焊缝表面便起起皱皮 所以喷嘴直径比钨极氩弧焊的要大 为20mm左右 氩气流量也大 在30L min 60L min范围之内 自动MIG焊的焊接速度一般为25 150m h 半自动MIG焊的焊接速度一般为5 60m h 喷嘴端部至工件的距离也应保持在12 22mm之间 从气体保护效果方面来看 距离是越近越好 但距离过近容易使喷嘴接触到熔池表面 反而恶化焊缝成形 喷嘴高度应根据电流大小选择 见表4 8 表4 8喷嘴高度推荐值 5 焊丝的位置焊丝和焊缝的相对位置会影响焊缝成形 焊丝的相对位置有前倾 后倾和垂直三种 焊丝位置示意见图4 16 图4 16焊丝位置示意图a 前倾焊法 右焊法 b 垂直焊法c 后倾焊法 左焊法 模块五熔化极活性混合气体保护焊 MAG 熔化极活性 氧化性 混合气体保护焊是采用在惰性气体中加入一定量的活性气体 如O2 CO2等作为保护气体的一种熔化极气体保护电弧焊方法 英文简称为MAG焊 一 MAG焊的特点 MAG焊可以采用短路过渡 射流过渡和脉冲射流过渡等形式 可用于平焊 立焊 横焊和仰焊 以及全位置焊 适于焊接碳钢 合金钢和不锈钢等黑色金属 采用活性气体保护的MAG焊具有以下效果 1 提高熔滴过渡的稳定性 2 稳定阴极斑点 提高电弧燃烧的稳定性 3 改善焊缝形状及外观 4 增大电弧的热功率 5 控制焊缝的冶金质量 减少焊接缺陷 6 降低焊接成本 二 常用活性混合气体及其适用范围 1 Ar O2这种混合气体具有一定的氧化性 一方面能降低液体金属的表面张力 具有熔滴细匀 电弧稳定 焊缝成形规则等特点 另一方面由于保护气体具有氧化性 可以在熔池表面不断地生成氧化膜 生成的氧化物可以降低电子逸出功 故能稳定阴极斑点 克服阴极斑点飘忽不定的缺点 增加电弧的稳定性 同时也有利于增加液体金属的流动性 细化熔滴 改善焊缝成形 但是焊接不锈钢时 氧的加入量不能高 一般控制在1 5 范围内 否则合金元素氧化烧损多 引起夹渣和飞溅等问题 焊接低碳钢和低合金钢时 在Ar中O2的加入量可达20 2 Ar CO2在Ar中加入CO2的量 15 时 其作用与氩中加入2 5 的O2相似 若加入CO2量 25 时 其工艺特征就接近纯CO2焊 但飞溅相对较少 可以改善呈蘑菇状的焊缝截面形状 以减少气孔的生成 这种混合气体有电弧稳定 飞溅小 容易获得轴向射流过渡等优点 又因具有氧化性 能稳定电弧 有较好的熔深和焊缝成形 焊接质量好 可用于射流过渡 短路过渡及脉冲过渡形式的熔化极气体保护焊 目前 广泛应用于焊接低碳钢及低合金钢 也可焊接不锈钢 在Ar中加入CO2会提高临界电流 其熔滴过渡特性随着CO2量的增加而恶化 飞溅也增大 通常CO2加入量在5 30 范围内 3 Ar CO2 O2在Ar气中加入适量的CO2和O2焊接低碳钢 低合金钢比采用上述两种混合气体作气体保护焊接的焊缝成形 接头质量 金属熔滴过渡和电弧稳定性好 在熔化极及钨极气体保护焊中 常见的焊接用保护气体及其适用的范围见表4 12 表4 12焊接用保护气体及其适用的范围 三 MAG焊工艺 MAG焊主要适用于碳钢 合金钢和不锈钢等黑色金属的焊接 尤其在不锈钢的焊接中得到广泛的应用 焊接不锈钢时 通常采用直流反接短路过渡或喷射过渡MAG焊 保护气体为Ar O2 1 5 根据具体情况 需决定是否采用预热和焊后热处理 喷丸 锤击等其它工艺措施 表4 13和表4 14分别给出了短路过渡和喷射过渡MAG焊的工艺参数 表4 13短路过渡MAG焊工艺参数 表4 14喷射过渡MAG焊工艺参数 模块六熔化极气体保护焊的其他方法 一 药芯焊丝气体保护焊利用药芯焊丝作熔化极的电弧焊称药芯焊丝电弧焊 英文简称为FCAW 药芯焊丝气体保护焊有两种焊接形式 一种是焊接过程中使用外加气体 一般是纯CO2或CO2 Ar 的焊接称药芯焊丝气体保护电弧焊 它与普通熔化极气体保护电弧焊基本相同 另一种是不用外加保护气体 只靠焊丝内部的芯料燃烧与分解所产生的气体和渣作保护的焊接 称自保护电弧焊 1 药芯焊丝气体保护焊的特点 1 采用气渣联合保护 电弧稳定 飞溅少且颗粒细 容易清理 熔池表面覆有熔渣 焊缝成形美观 2 焊丝熔敷速度快 熔敷效率约为85 90 生产率约为焊条电弧焊的3 5倍 药芯焊丝气保焊熔池表面覆盖有熔渣 焊缝成形类似于焊条电弧焊 焊缝外观比实芯焊丝CO2焊美观 3 焊接各种钢材的适应性强 通过调整焊剂的成分与比例 可提供所要求的焊缝金属化学成分 4 焊丝制造过程复杂 5 送丝较困难 需要特殊的送丝机构 6 焊丝外表容易锈蚀 其内部粉剂易吸潮 图4 17药芯焊丝的截面形状 2 药芯焊丝药芯焊丝的截面形状种类较多 典型的药芯焊丝截面形状如图4 17所示 3 焊接工艺参数的选择 1 焊接电流和电弧电压直流 交流 平特性或下降特性电源均可以使用 通常采用直流平特性电源 当其他条件不变时 焊接电流与送丝速度成正比 纯CO2气体保护时 通常采用长弧焊接 2 焊丝伸出长度焊丝伸出长度太长会使电弧不稳且飞溅过大 焊丝伸出长度太短会使电弧弧长过短 过多的飞溅物易堵塞焊嘴 使气体保护不良 焊缝中会产生气孔 通常焊丝伸出长度为19 38mm 3 保护气体流量通常在静止空气中焊接时流量约在16 21L min范围 若在流动空气环境中或喷嘴到工件距离较长时流量应加大 可能达26L min 二 脉冲熔化极惰性气体保护焊 这种焊接方法的焊接电流持征是在较低的基值电流上周期性地叠加高峰值的脉冲电流 而脉冲电流的波形及其基本参数可以在较宽范围内进行调节与控制 由于采用可控的脉冲电流取代恒定的直流电流 图4 18 图4 18脉冲熔化极惰性气体保护焊电流波形及熔滴过渡示意图 1 脉冲熔化极惰性气体保护焊的特点 1 具有较宽的焊接参数调节范围 2 可以精确控制电弧的能量 3 适于焊接薄板和全位置焊 2 焊接工艺参数的选择 1 脉冲电流 2 基值电流 3 脉冲电流持续时间 4 脉冲频率 5 脉宽比脉冲熔化极惰性气体保护焊特别适合于热敏金属材料和薄 超薄板工件及薄壁管子的全位置焊接 三 窄间隙熔