氩弧焊工艺基础知识

+筑弧焊工艺基础知识

一.鸨极氮弧焊（氮弧焊工艺基础知识）

以下内容是铛极氮弧焊的基础知识，建议用户认真阅读，对正确使用焊机很重要。

鸨极氨弧焊就是把氧气做为保护气体的焊接。借助产生在鸨电极与焊体之间的电弧，加热和熔

化焊材本身（在添加填充金属时也被熔化），而后形成焊缝金属。瞥电极，熔池，电弧以及被

电弧加热的连接缝区域，受筑气流的保护而不被大气污染。

氮弧焊时,焊炬、填充金属及焊件的相对位置如下图：

弧长一般取1-1.5倍铛电极直径。

停止焊接时，首先从熔池中抽出填充金属（填充金属根据焊件厚薄添加），热端部仍需停留在

氨气流的保护下，以防止其氧化。

1.焊枪（焊炬）

鸨极室弧焊枪（也称焊炬）除了夹持鸨电极，输送焊接电流外，还要喷射保护气体。大电流焊

枪长时间焊接还需使用水冷焊枪。因此，焊枪的正确使用及保护是相当重要的。

鸨电极负载电流能力（A）

直流正极（焊枪接焊机输入一）

鸨电极直径（mm）

纯铝仕铛

(p1.020-6015-8020-80

(p1.640-10070-15050-160

(p2.060-150100-200100-200

(p3.0140-180200-300

(p4.0240-320300-400

(p5.0300-400420-520

2.气路

气路由氨气瓶减压阀、流量计、软管及电磁气阀（在焊机内）等组成。减压阀用以减压和调节保

护气体的压力。流量计是标定和调节保护气体流量，筑弧焊机通常采用组合一体式的减压流量

计，这样使用方便、可靠。

3.气气纯度

筑弧焊时材质对氮气纯度的要求

金属材料铭银不锈钢太难熔金属

氧气纯度（％）>99.7>99.98

4.规范参数

鸨极氮弧焊的规范参数主要由电流、电压、焊速、叙气流量，其值与被焊材料种类、板厚及接

头型式有关。其余参数如鸨极伸出喷嘴的长度，一般取1-2倍鸨极直径，鸨电极与焊件距离（弧

长）一般取1.5倍以下鸨电极直径，喷嘴大小等则在焊接电流值确定后再选定。一般不锈钢氮

弧焊规范如下：

焊丝直

板

卷边对接对接加填充焊丝

电流种类径

厚

及极性

mm

焊接电流（A）氧气流量（Umin）焊接电流（A）氧气流量（Umin）

0.530-50435-40401.0

直流正接（焊炬接焊机输出

0.830-50435-40401.0

—）

1.035-60440-70401.6

1.545-804-550-854-501.6

2.075-1205-680-1305-602.0

3.0110-1406-7120-1506-702.0

焊缝表面颜色与气体保护效果

焊件材料效果

最好良好较好不良最坏

不锈钢

银白、金黄蓝色红灰灰色黑色

5.鸨极筑弧焊特有的工艺缺陷及防止措施

缺陷产生原因防止措施

（1）铛极直接（1）采用高频引弧

夹铝接触焊件（2）减少焊接电流或增加鸽极直径

（2）鸨极熔化（3）调换有裂纹的鸨极

（1）采用纯度为99.99%的氨气

（2）有足够的提前送气和滞后停气时间

气保护效果差氨气纯度不高（3）做好焊前清理工作

（4）正确选择保护气流量

（5）增大喷嘴尺寸，电极伸出长度等

（1）焊件上有油污（1）做好焊前清理工作

电弧不稳

（2）鸨电极污染（2）去除污染部分

（3）鸽电极直径过大（3）使用正确尺寸的铸电极及夹头

（4）弧长过长（4）调整喷嘴距离

（5）钩电极端头未磨好（5）重新磨制钙极端圆锥角大小

（1）保护不好，钙电极氧化（1）清理喷嘴，缩短喷嘴距离，适当增加鼠气流量

（2）枪与焊机极性接反（2）更改焊枪与焊机输出的连接

鸨极损耗（3）夹头过热（3）增大夹头直径

（4）铝电极直径过小（4）调大鸨极直径

（5）停焊时铝电极被氧化（5）磨光鸨电极，调换夹头

以上工艺规范仅供参考，如欲更深了解请参阅专业焊接工艺手册。

6.焊前清理

铝极氨弧焊对焊件和填充金属表面的污染相当敏感，因此焊前须清除焊件表面的油脂，涂层，

加工用的润滑剂及氧化膜等。

7.安全技术

鸽极氨弧焊操作者，必须戴好头面罩、手套、穿好工作服、工作鞋，以避免电弧光中的紫外线

和红外线灼伤。

斯泰尔鸽极筑弧焊机均装有高频引弧器，小功率的高频高压电虽不会电击操作者，但当绝缘性

能不良时，高频电会灼伤操作者手的表皮，且很难治愈，所以焊接手把的绝缘性能一定要经常

检查。

铝极筑弧焊接时，应加强焊接区的通风。在不能进行通风的局部空间施焊时，应戴供给新鲜空

气面罩或防毒面具。

手工电弧焊对铸铁轴承座的修复工艺（图）

摘要:介绍了小齿轮座底板的断裂情况,通过对其材料的技术性能、铁的可焊性等性能的分析,

确定了手工电弧冷焊的施工方案，并提出了具体的焊接工艺，顺利完成了该工件的修复。

关键词:手工电弧焊，修复，焊接

中铝山西分公司氧化铝一分厂GM223型管磨机小齿轮座,材质为HT15233，在使用过程中

其底板四个地脚螺丝孔处两个断裂，一个发生裂纹。由于重新订货至少需时三个月,且生产形势较

为紧张，要求管磨机早日投用，因此决定对该小齿轮座进行焊接修复。

1缺陷情况及失效分析

1.1小齿轮座的断裂情况

小齿轮座底板四个地脚螺丝孔有两个断裂（在小齿轮座同1）底板断裂有两处,位置及裂口开

头见图1、图2,断块尺寸270mmx250mmx70mm，断口尺寸270mmx（100mm〜130mm）

2）底板断裂一处，见图1，已裂透。

1.2失效分析

小齿轮座在使用中本身受到的拘束度较大。在管磨机运行过程中承受交变载荷作用。工件本

身存在制造缺陷，在加强筋边缘与底板连接之处存在应力集中。运行中，由于大拘束度及交变载荷

作用，预应力集中处发生破坏，形成裂纹，逐步扩展至筋板处，发生断裂。

2修复方案选择

根据技术手段的现状，选用手工电弧焊方法进行修复。

2.1材料的技术性能参数

1）HT15233的化学成分见表1。

1化学成分％

表1化学成分

CSiMnPs

2.7-3.51-2.70.5-1.2小于0.3小于0.15

2）HT15233r的性能参数见表2。

2性能参数

表2性能参数

抗拉强度抗弯强度硬度"U延展率抗冲击值

147N/mnr323.4N/mm:163〜229小r（）.5%/hp(J.XJ/ninr

2.2铁的可焊性分析

由于铸铁的固有性质及冶金特性,给电弧焊带来了极大的困难，具体如下：

1）熔化后铸铁冷却速度快，在热影响区易出现白口组织，焊接时开裂倾向较大。

2）铸铁组成成分中，碳的含量高，在焊接过程中碳易被气化，容易产生气孔。

3）铸铁强度高,塑性差，焊接时残余应力大，易产生焊接热裂纹。

4）铸铁中C、S、P等元素含量高，并在焊接过程中熔化到焊缝中，会增加金属的硬度，降低塑

性和韧性，易产生裂纹，并降低可加工性。

5）铸铁在冶炼过程中，易出现石墨粗大化，石墨与基体产生间隙，使铸件在使用过程中油、水

渗入形成氧化物，严重阻碍焊接时的熔合，同时，增加产生焊接裂纹和气孔的可能性。

6）铸铁在焊接熔化时,液态金属流动性很差，严重妨碍焊接时的熔合，熔池中熔渣和有害气体

难以逸出,会在焊缝中产生严重缺陷。

针对以上不利因素，必须从焊接工艺、操作方法、焊接程序、焊接材料几方而加以解决。

2.3焊接方法的选择

铸铁手工焊可采用热焊和冷焊两种方法。手工电弧热焊是将工件整体加热到600℃〜

650'C以上开始施焊，焊接过程中工作温度不得低于400°C,焊后马上加热到650°C,以消除应

力退火。

小齿轮座的重量为1.74t,且氧化铝一分厂没有合适的加热装备，故采用手工电弧冷焊法修

复。冷焊法是指用不预热、严格控制层间温度、小线能量的焊接方法进行焊接。

2.4焊接材料的选择

HT15233的可焊性较差且底座的下表面为加工表面，为保证焊接质量及下表面的可加工性

宜采用纯银基焊条Z308进行焊接。但Z308焊条价格昂贵，为节约费用，可采用以Z308焊条焊

隔离层、J507焊条与Z308焊条相互填充、Z308焊条盖面的方法进行修复，这样既可降低成本

又可保证焊接质量及下表面的可加工性能。

Z308焊条的机械性能见表3。

表3焊条的机械性能

煌籍硬度热影响区

煌缝金属的抗拉强度对接强度

nv硬度/IIB

不小P245N/mnr147N/mnr196N/mnr130—170不大J-250

2.5焊接次序

1）裂纹处按非加工面再加工面的次序施焊。

2）断块处先焊筋板侧，保证焊透，再从另一侧清根、施焊。后焊筋板。

3焊接

焊接前要对所有焊接部位进行彻底清理，清除所有结疤、油污等缺陷因素，然后再开始焊接准

备。

3.1裂纹处焊接准备

表面清理干净后，用角向抛光机修磨裂纹处至磨出所要求的双U型坡口。修磨时要求消除所

有裂纹倾向，坡口边缘平滑过渡，钝边、间隙以单边能焊透为准。

3.2断块处焊接准备

两断块断裂口处形状基本规则，表面清理后用角向抛光机将断口按坡口所要求形状、尺寸修

磨成双U型坡口，钝边、间隙以单边能焊透、另一侧以清根为准，然后按尺寸在划线平台上将断块

与小齿轮座本体组对、点固。

3.3焊接

小齿轮座焊接熔敷量较大，为减小焊接应力及焊接变形,保证焊接质量，采用两班工作制，固定

高水平焊工施焊。焊接时环境温度保证在20'C以匕夜班如果温度过低则停止焊接。为防止穿

堂风，在施焊时搭设围篷以防风保温。焊接时先焊裂纹，然后再焊断裂块。焊裂纹时先焊两螺丝孔

中间的裂纹，焊完后再焊外侧裂纹。

1）焊接前,Z308焊条要150℃烘干1h,J507要250℃烘干2h,烘干后放入保温桶中保

温，随用随取。

2）每次焊接时都将焊道放置在水平位置,以利于操作。

3）焊接时采用短道、快速、不摆条、断续、分散焊法，每段长度不超过30mm，收弧时要填

满弧坑。

4）焊完一道马上用钝头小锤锤击整个焊道以释放焊接应力,锤击速度要快，力量由重渐轻。

5）严格控制层间温度，每焊完一道必须冷却到50℃以下方可继续施焊。

6）打底时采用小熔合比进行焊接，填充焊和盖面焊时可适当放大熔合比。

7）清除熔渣后，用五倍放大镜观察，无裂纹,再继续下一步焊接。

浅析CO2气体保护焊焊接电源特性的构成

C02气体保护焊是以C02气体作为电弧介质并保护电弧和焊接

区的电弧焊方法。由于C02源丰富、价格低廉等原因，在现代

生产和工程中应用已经很普遍。C02气体保护焊机的工艺性能（电

弧的稳定性、焊接飞溅和焊缝成形等）都直接受焊接电源特性的

影响。所以C02气体保护焊要求使用平硬特性的直流电源，并

具有良好的动特性，是有科学依据的。

一、C02气体保护焊的工艺特点分析

C02气体保护焊具有焊接效率高、抗锈能力强、焊接变形小、冷

裂倾向小、熔池可见性好、以及适用于全位置焊接等优点。究其

不足主要是：很难使用交流电源，焊接飞溅多。特别是采用短路

过渡形式时，在焊接过程会产生大量的金属飞溅。造成大量金属

的损失，使熔敷率降低，焊后清理工作量增加。同时，飞溅的产

生降低了电弧的稳定性，严重影响焊接质量。此外采用短路过渡

的C02体保护焊还存在焊缝成形差的工艺缺点。主要表现为焊缝

表面不光滑、熔深浅、焊缝成形窄而高，容易出现未熔合的焊接

缺陷。所以要使C02气体保护焊在工业生产中得以广泛推广和应

用，则必须解决和控制这些工艺问题。

二、C02气体保护焊中短路过渡的工艺分析

C02体保护焊中短路过渡的初期和后期都会产生飞溅。每次燃瓠

时，电弧会冲击熔池而产生飞溅；当焊丝熔化形成熔滴与熔池接

触，液桥还没有铺展开时，由于接触面积小，电流密度大，而发

生汽化和爆炸产生“瞬时短路”飞溅；当熔滴与熔池短路金属液桥

铺展开时，在液态金属的表面张力、重力、以及流过液桥的电流

所产生的电磁收缩力的作用下，形成液桥缩径并急剧减小，短路

电流密度剧增，使液态金属在瞬间发生汽化和爆炸而产生飞溅。

同时，液桥金属的汽化和爆炸，不仅产生飞溅，还会引起熔池的

剧烈震荡，从而导致焊缝成形不良和电弧的稳定性降低。

焊接时对母材的加热的热源主要是燃弧能量。C02气体保护焊过

程中，短路时间占了很大的比例，且短路过程几乎不会给母材提

供热能。其燃弧时间比其它焊接工艺都短，所以导致对母材的加

热不足，从而造成焊缝余高大、焊缝窄、熔深浅、未熔合等焊缝

成形缺陷。

三、CO2气体保护焊焊接电源特性的构成

从上述对CO2气体保护焊短路过渡特点的分析可知，焊接电

弧的工艺效果将取决于电源特性的不同。电源特性包括电源静特

性和动特性。

1、焊接电源的静特性构成

焊接电源的静特性即电源输出电压与输出电流之间的变化关系，

表达这一关系的曲线称为电源静特性曲线。不同的焊机有不同的

静特性，分别有平硬特性和下降特性。电源静特性的确定离不开

焊接电弧的特性（在弧长不变状态下，电弧电压与电弧电流之间

的关系）。电弧具有很高的动态响应，故一般可以认为电弧动态

特性与其静态特性相同，其静特性曲线呈U形。U形曲线分为下

降段、水平段和上升段，（D2气体保护焊的电弧静特性处于上

升段。电源静特性与电弧特性的交点，为焊接电弧的工作点，图

1为两种电源特性和电弧负载特性曲线图，图中P1是平硬特性,

P2是下降特性。CO2气体保护焊过程有两种负载状态：熔滴

短路时为电阻状态，其特性为L1;燃弧时为压缩电弧状态，

其特性为L20现在我们来分析哪一种电源静特性适合于CO

2气体保护焊。

小)H132I/A

图一

对于静特性分别为P1,P2的焊接电源（图1）,如果焊接电流

均为IH,在短路负载L1的状态下，由于静特性曲线斜率不同，

平硬特性的焊机输出短路电流IS1比下降特性的焊机输出短路

电流IS2高得多，所以平硬特性P1的焊机的短路液桥爆断电

流和焊接飞溅比下降特性焊机要大。在燃弧状态下，即电弧特性

为L2,平硬特性的焊机输出电流和电弧电压最低，即IA1CIA2,

UA1<UA2,所以下降特性焊机具有较大的熔深和较好的焊缝成

形。一般工艺条件下，都希望增加燃弧能量和改善焊缝成形，但

要使CO2气体保护焊能适应全位置焊接，就要求燃弧能量不

能太大。如果燃弧能量太大，则液体金属容易流淌，那么，在进

行立焊、横焊、仰焊时就难以控制熔滴的下淌，所以不能采用下

降的电源静特性。

CO2气体保护焊中，依靠弧长变化引起的电流和焊丝熔化速度

的变化，使弧长得到恢复。电弧这种自调作用的强弱，会影响电

弧长度在干扰下的恢复能力和弧长的稳定性。恢复电弧长度的决

定因素，是焊接电流和焊丝熔化速度的变化量。而不同的电源静

特性曲线决定了焊接电流的变化量不同。也就是说，电源静特性

将影响弧长调节的灵敏度。图2所示，P1是平硬特性，P2下

降特性。当电弧受到外界干扰，使弧长从正常电弧长度L0变短

为L1,则平硬特性P1焊机输出电流增加了2,则焊丝熔

化速度增快，使弧长恢复正常。故平硬特性P1焊机的电流和焊

丝熔化速度变化量较大，弧长恢复到正常值所需时间短；同样，

当电弧长度变化至L2时，平硬特性焊机的电流和焊丝熔化速度

的变化量也比下降特性P2焊机大，其恢复时间较短。故无论是

弧长变短还是变长，平硬特性焊机总比下降特性焊机的弧长恢复

时间短，电弧自调性能更好。所以CO2气体保护焊焊接电源

的静特性应选平硬特性。

图二

2、焊接电源动特性的构成

所谓弧焊电源的动特性，是指焊接电源对焊接电弧这样的动负载

所输出的电流和电压与时间的关系，是衡量焊接电源对负载瞬变

的反应能力。对CO2气体保护焊来说，由于存在金属熔滴的

短路过渡，使负载状态常在燃弧和短路之间切换。并且，从燃弧

到短路以及从短路到燃弧的过渡过程，造成输出电流和电压的瞬

时变化，对焊接飞溅和焊缝成形都存在着重大的影响。

焊接飞溅受到电源动特性直接影响的原因是：短路电流峰值的高

低和增长率的快慢直接受焊机动态反应快慢的影响。若动态响应

太快，则短路电流峰值过高，增长率过快，在短路液桥形成之前,

就引起爆断和飞溅，而形不成短路过渡形式，这种飞溅的特点是

频率较高、颗粒小；若动态响应太慢，则短路电流增长率慢，峰

值小，电流生产的磁收缩力不足以保证短路液桥的顺利过渡，短

路过渡时间长，产生的飞溅特点是：频率较低，颗粒粗大。因此,

要求焊接电源要具有恰当的短路电流增长速度，以避免较大的飞

溅。

短路电流对焊接接头的加热、焊缝的熔深和成形的作用不大，影

响焊缝的熔深和成形主要是燃弧能量，即燃弧的电流和电压。由

于焊接时存在短路过程，故电源电压不能太高，则稳态时的燃弧

电流较小，所以短路结束后的电流变化过程是燃弧能力的重要组

成部分。也就是说，焊机的动态特性对焊缝成形和熔深有重要的

影响。动特性越慢，短路结束后电流过渡时间越长，所提供的燃

弧能力越大，焊缝成形越好，熔深越大。但过慢的动特性又会使

电流增长率过缓，而导致飞溅严重，甚至破坏电弧的稳定性。所

以，必须选用适当的动特性电源来保证焊接工艺的要求。

总之，从熔滴过渡形式、焊接工艺特点、电弧自身调节作用、电

弧静特性与焊接电源静特性的匹配情况几方面的分析探讨可知，

动特性良好、静特性为平硬特性的直流焊接电源，最适合的co

2气体保护焊焊接电源。

改善细丝CO2气体保护焊接引弧性能的一种方

(1.山西省工业设备安装公司，山西太原030012；2.临汾地区建筑工程总公司，山西临汾

041000)

[table=98%,#ffffff][tr][td]摘要：介绍了CO2气体保护焊收弧时焊接规范、参数进行

自动切换，减小收弧后焊丝端头形成的固态金属熔球直径，改善了再次引弧时的

引弧性能。关键词：CO2气保护焊；性能；短路

中图分类号：TG444+.73文献标识码：A

[/td][/tr][tr][td]

引言细丝CO2焊常采用焊丝直接与工件接触短路的方法引弧，收弧后常在

焊丝端头形成一个几倍于焊丝直径的固态金属熔球。这个粗大的金属熔球一方面

减少了焊丝与工件短路时的接触电阻，另一方面增大了焊丝伸出长度部分的热容

量，所以再次引弧时，往往不能一次短路爆断就引燃电弧，而要重复短路n次才

将电弧引燃。细丝CO2焊电弧引燃所经历的重复短路次数和建立电弧所需时间

的长短是衡量CO2焊引弧性能如何的两个重要指标。它们直接影响焊道开始区

段的熔深和飞溅量的大小，所以在细丝CO2焊收弧时尽量抑制粗大固态金属熔

球的形成，对缩短电弧再引燃时重复短路次数和建立电弧所需时间、改善引弧性

能和提高焊道开始区段焊接质量意义重大。改善细丝002焊引弧性能的方法很

多，本文就在焊接按下停止按钮时将焊接规范参数自动切换成短路过渡规范参数

收弧进行试验总结。

1试验条件及方法

1.1试验条件

焊接电源：NBC-500气体保护焊机；

焊丝直径(mm)：61.2；

焊丝伸出长度(mm)：25；

保护气体：C02：

气体流量(L/min)：13；

试验电弧电压(V)：35；

试验电流(A)：200,250,300-

1.2试验方法

对气体焊机中的送丝电路和调节电源外特性电路进行适当改造。焊接过程中

按下停止按钮时，焊接规范参数将自动切换成电弧电压18V,焊接电流160A进

行收弧。收弧后，分别测量不同电流情况下焊丝末端固态金属熔球尺寸，然后再

引弧，同时用SC-10示波器记录出每种金属熔球尺寸下，引弧时电压和电流的

波形变化情况，最后从所记录的波形上数出引弧重复短路次数，并算出建立电弧

所需时间。

2短路过渡收弧对引弧性能的改善

利用焊接规范参数直接收弧和从焊接规范参数切换成短路过渡规范参数收

弧，焊丝末端固态金属熔球直径大小见表1。

表1两种规范参数收弧时焊丝熔球直径

试验次数收弧条以焊接规范参数直接收弧以短路过渡规范参数收弧

件AA

熔球直径mm200250200200250300

13.143.183.201.891.881.92

23.003.243.161.871.901.90

32.963.103.261.861.901.88

平均值3.303.173.211.871.891.90

利用焊接规范参数直接收弧，焊丝末端固态金属熔球直径大；切换成短路过

渡规范参数后收弧，焊丝末端固态金属熔球直径减少了40%左右，焊接电流为

250A,上述两种规范参数收弧再引弧的参数见表2。重新引

表2两种规范参数收弧再引弧的参数

重复

引弧参数总短路时空载次总空载时建立电弧所经

短路

收弧形式间s数间s历时间s

次数

焊接规范参数30.3420.420.76

直接收弧

短路过渡规范

20.2210.160.38

参数收弧

弧的重复短路次数和试验结果表明，切换成短路过渡规范参数收弧，焊丝末

端固态金属熔球直径小，减少了引弧时的重复短路次数，缩短建立电弧所需时间

50%左右，再引弧时焊缝质量亦得到改善。

一般说来，焊丝末端固态金属熔球直径越大，熔球与工件相接触面积越大，

电阻值越小，接触电阻热也就越小。另外，固态金属熔球直径越大，焊丝伸出长

度部分的热容量也就越大，焊丝与工件短路见图1。图1中A点附近焊丝的温度

也就低。而焊枪导电咀与焊丝的接触点B处电阻热较多，则易在B点附近过热

爆断。这时爆断的焊丝长度大于维持电弧燃烧的长度，所以电弧无法建立。于是

焊丝再短路，再爆断，如此反复几次直至被爆断的焊丝长度等于或小于维持电弧

燃烧长度，电弧建立。焊丝末端固态金属熔球直径小，A点接触面积小，通过接

触面的电流密度增加，电阻热增加。另一方面，熔球尺寸小，热容量减少，这使

得焊丝易在A点附近过热爆断，爆断长度短，电弧易引燃。

图1焊丝与工件短路

3结论

3.1采用短路过渡规范参数收弧，可以减少焊丝末端固态金属熔球的直径,

改善引弧性能。

3.2该方法对焊机中的送丝电路和调节电源外特性电路改造简单，现场操

作方便易行，具有一定的推广

作者简介：

谢亚斌(1965—),男，山西万荣县人，工程师，本科；

景德善(1963—)，男，山西临汾人，工程师，本科。

手工鸨极锯，弧焊

手工铝极氮弧焊

在焊接时为保护焊缝不被空气影响，常采用气体和熔渣联合保护。当独使用外加气体来保护

电弧及焊缝，并作为电弧介质的电弧焊，称为气体保护焊。

氨弧焊是采用氧气作为保护气体的一种气体保护焊方法。在气弧焊应用中，根据所采用的电极类

型可分为非熔化极氧弧焊和熔化极就弧焊两大类。非熔化极气弧焊又称为铝极氨弧焊，是一种常

用的气体保护焊方法。

4.4.1焊接过程

鸨极氮弧焊又称鸨极惰性气体保护焊，它是使用纯鸨或活化铝电极，以惰性气体一叙气作为保护

气体的气体保护焊方法，如图4-25所示。鸨棒电极只起导电作用不熔化，通电后在鸨极和工件

间产生电弧。在焊接过程中可以填丝也可以不填丝。填丝时，焊丝应从鸽极前方填加。鸨极气弧

焊又可分为手工焊和自动焊两种，以手工鸨极筑弧焊应用较为广泛。

图4-25鸨极氮弧焊

图4-26氮弧焊焊接设备

1--极;2-导电嘴;3-绝缘套：4-喷嘴；5-僦气流；

6-焊丝；7-焊缝；8-工件；9-进气管

4.4.2铛极负弧焊的特点

铝极僦弧焊的优点是：由于焊缝被保护得好，故焊缝金属纯度高、性能好；焊接时加热集中，所

以焊件变形小；电弧稳定性好，在小电流（＜10A）时电弧也能稳定燃烧。并且，焊接过程很容

易实现机械化和自动化。

缺点是：氮气较贵，焊前对焊件的清理要求很严格。同时由丁鹤极的载流能力有限，焊缝熔深浅,

只适合于焊接薄板（＜6mm）和超薄板。为了防止鸨极的非正常烧损，避免焊缝产生夹鸨的缺

陷，不能采用常用的短路引弧法，必须采用特殊的非接触引弧方式。

氮弧焊主要被用来焊接不锈钢与其它合金钢，。同时还可以在无焊药的情况下焊接铝、铝合金、

镁合金及薄壁制件。

自动埋弧焊机控制电路及其维修（图）

摘要:对焊机控制电路进行了分析，介绍了常见故障及处置办法.

关键词:白动焊;埋弧焊机;控制电路;维修

前言

MZ-1-1000A.MZ-1-1000B型自动埋弧焊机由弧焊电源、机头2大部件组成。

根据电弧焊理论，电弧之所以能维持燃烧，主要原因是在焊丝的熔化过程中存在着自动调节

过程。对高质量要求的焊缝来说，仅依靠电弧的自身调节作用是不够的。目前，大多数埋弧焊机

都采用了“强迫调节”方式，这种方式是依靠外力改变送丝速度，使弧长在受扰动时“强迫”弧长恢

复。

电弧强迫调节系统，一般是采用电弧电压Ua作为反馈的变速送丝调节系统（采用电弧电压

的原因是，它能间接反映出电弧长度而又容易取出）。图1为电弧电压反馈送丝调节系统的原理

框图。

这是一个闭环控制系统。电弧电压采样，与给定值比较后的差值经放大去控制送丝电机，最

后调节电弧的长度。其调节过程可用图2来说明。

设电弧的原始工作点为a点，由于扰动弧长升高使工作点变化到b点，相应的电弧电压由

Ua升到Ub,这一变量反馈到系统中，送丝电机加快输送焊丝，使弧长降低，工作点恢复到a

点。反之，扰动使弧长变低（至c点）时，系统调节焊丝输送速度变慢，使弧氏升高到原长度。

1电路分析

自动埋弧焊机甩气控制结构原理框图见图3o电路实际弧压反馈式送丝自动调节系统、小车

调速控制及起动与停止控制3大部分。

1.1弧压反馈式送丝系统

该系统的组成为图3虚线框内部分，其中包括“指令电压”、“采样”、“比较”、“换向”、“特

性控制”、“触发”及晶闸管主电路等。该部分的电气原理图如图4所示。

焊丝工作过程

按照焊机的一般工作要求，焊丝在起动前必须先调整到与工件微接触短路状态（空载起弧时,

先慢送丝,使空载刮擦后产生微接触）.焊丝与工件短路时，电弧电压为零.之后送丝系统会控制送丝

电机进行下面的工作过程:快速反抽起弧一弧压升高,反抽速度逐步减慢下送一弧压继续升高至

稳定值，送丝速度逐步增加至V送=丫熔.

1.1.2信号处理

电路中，"指令电压"、“采样”与“比较”等部分为信号处理环节。电位器RP*1输出电弧电压手

指令值UgoUa为电压实际值，通过电阻R3、R4、R

、及二极管VD6组成的“采样”电路将Ua转换成反馈信号Uf。指令电压Ug与反馈电压Uf在RP*1

、R4及VC、VD19、R6等组成的电路中“比较”即反向叠加后，在a、b点及c、d点输出2种

信号Uab与Ucd»Uab.Ucd同Ug,Ua的关系如图五所示。

1.1.3换向电路

该电路的作用是当焊丝在反抽起弧结束转入到送丝焊接时，由继电器K4切换送丝电机方向。

晶体管V2、V1的作用是将Uba信号放大，驱动K4动作。在起弧开始阶段，“比较电路”中

Ug>UfoUba为“+”，V1导通V2截至，K4处于释放状态，K4常闭触头接通送丝电机电枢回路,

送丝电机转向为抽丝状态。随着电弧电压的建立，Uf升高并逐步抵消Ug,Uba亦随之减小至零。

这时V1因无基极电流而截至，V2导通，K4吸合，电机得主电路由K4常闭触点转为常开触点

接通，电机电枢电压方向改变，转向随着改变，使焊丝转入下送状态，正常焊接时Uf>Ug,Uba

为负，K4维持在吸合状态。

1.1.4特性控制电路

比较电路的另输出信号Ucd主要用来控制送丝电机的速度。在这个信号输出至触发电路前

必须考虑2个问题：一是电弧电压对焊丝输送控制灵敏度，因为这是一个闭环控制系统，系统

灵敏度必须恰当，灵敏度过高会造成系统振荡，无法焊接，过低则弧长稳定性能差。二是换向继

电器K4在起弧的翻转过程中触点不带电流，以防烧坏触头。这就要求Uba为0附近区域触发

电路不工作。图6表示了Ug、Ua与转速n之间的关系，显然在Ua与Ug1（或Ug2）近似相等的

附近区域，转速n为0。

电路中电位器RP*13、RP*14控制图6中特性曲线的斜率，即△n/^Ua,它反映出系统的控

制灵敏度。开关二极管VD19由Ucd控制其开通与关断，在Uba为。的附近区域VD19关断，

使触发器不工作。

1.1.5触发电路

由单结晶体管VF4与电容C6等元件组成移相振荡器，移相角度由晶体管V3按特性要求控

制。触发器的输出脉冲由脉冲变压器T3耦合至晶闸管VT1。

1.1.6晶闸管回路

电路中晶闸管VT1接受T3的触发脉冲，移相触发导通，控制送丝电机M1的转速，K4的触头

状态决定M1的方向。

电路中的电阻印9、电位器RP*59组成电枢电压负反馈，以提高电机的机械特性硬度。

1.2焊车调速电路

该电路见图7。它与送丝电路不同之处是：

a.电机M2转速由焊接速度电位器RP*2人为调节决定。

b.电路除电枢电压负反馈外还增加了电流正反馈，反馈量分别由电位器RP*49与RP*51调

节。电源电压负反馈提高高速时的机械特性硬度，电流正反馈则主要为了改善低速特性。

1.3起停控制电路

该电路具有空载刮擦起弧与定电压熄弧功能。如图8所示。

起弧分2种状态。短路起弧时，按住启动按钮SB*1,继电器K2.K3吸合，焊机即进入正

常起弧。空载起弧时焊丝不接触工作，按住SB*1后K3吸合，电源输出空载电压，较高的空载

电压使干簧继电器K1吸合，K1的常开触头将继电器K2线圈短路，K2不能吸合，K2常开触点

切断R4.RP*1"比较回路”，使该电路输出减小，焊丝以正常速度的1/5左右缓慢下送（由RP*46

调整），直至焊丝与工件短路，甩弧电压跌落至0,K1释放，K2吸合，甩路进入正常的起弧与

焊接状态。

停止焊接时，按下“停止”按钮SB*2,其常闭触点SB*2-1切断送丝与小车行走的主电路，焊

丝停送后，电弧拉长，电弧电压升高。SB2-2常开触头短接电阻R2,使K1的吸合电压降至52V

电弧电压，K2线圈被K1常开触头短路而释放，焊接停止。电弧在52V时熄灭，使焊丝既不会

烧坏导电嘴又不会粘在工件上。

2维护修理

焊机的安装，接线应严格按规定进行，焊机在使用一段时间后应进行检查与护理，当主控板

元件有更换时应能按要求进行工作点调整，这些内容在产品使用说明书中已有详细介绍。

气体保护焊技术操作规程

1、主题内容和适用范围

本标准规定了CO2气体保护焊操作规程

本标准适用于本厂钢结构件的CO2气体保护焊

2、引用标准

YB/JQ101.10钢铁企业机修设备制造通用技术条件焊接结构件

3、准备工作

3.1熟悉图纸和工艺文件，弄清焊缝尺寸和技术要求。

3.2按工艺要求取用焊丝，无要求的则按焊件材质，焊缝质量要求取用焊丝，焊丝应符合

国标，一般结构钢可选H08Mn2sA焊丝。焊丝用前去油去锈。

3.3焊前对C02气体进行去水处理。

3.3.1气瓶倒置1-2小时，开阀放水，每隔3分钟放一次，连续2—3次。

3.3.2经放水的气瓶正立2小时，放出杂气即可使用。

3.3.3在输入焊枪的气路中设置干燥器。定时检查干燥剂。

3.4检查坡口及间隙是否符合要求，不符合者予以返修或报废，重要工件要检查引、熄弧

板是否齐全。

3.5清除工件坡口两侧10mm内的铁锈、油污。

3.6准备好焊接用的工具和保护用品。

3.7c02焊机，检查焊机甩源的运转检查CO2焊机头是否正常。

3.8c02焊的气路应保证通畅，瓶压降至1兆帕应更换。

4、焊接

4.1CO2焊焊接工艺规范按工艺要求执行，无要求的可以通过工艺试验确定。

4.1.1根据板厚，焊接位置坡口形式选择焊丝直径（表1）

4.1.2要根据焊丝直径各所需的熔滴过渡形式及生产率的要求选择焊接电流及电压（表

1）

4.1.2.1短路过渡的规范小，适用于薄板的全位置焊接。

4.1.2.2熔滴过渡的规范大，适用于焊接中等厚度及大厚度工件。

4.1.2.3焊丝伸出长度、CO2气体流量可参考表1。

4.2对于钢结构焊件，C02焊一般采用直流反有接法。

4.3焊前要按确定的规范进行焊机调核，不允许在工件上进行。

表1

焊丝直径

(mm)

熔滴过

渡形式

板厚

(mm)

电流

(安)

电压

(伏)

伸出长度

(mm)

气体流量

升/分

焊接位置

0.8

短路

1.5—2.5

60—100

18—19

8—10

6—10

全位置

1.0

短路

2—8

80—120

18—21

8—12

6—10

全位置

1.2

短路

2—8

100—150

19—23

10—12

8—10

全位置

颗粒

2—12

160—400

25—38

水平

1.6

短路

3—12

140—200

20—24

10—14

15—20

全位置

颗粒

>6

200—500

26—40

水平

4.4引弧前将焊丝端部球状部分剪去，焊丝端部与工件保持2—3mm的距离，引弧用短路

法引弧，引弧位置距焊缝端路2—4mm,然后移向端部，金属熔化后再正常焊接。重要件

在引弧板上进行引弧。

4.5对于有预热要求的，要按工艺规定预热后再进行焊接。

4.6焊缝位置不同要用不同的操作方法。

4.6.1平焊时可按焊件结构，用左焊法或右焊法，与不平板的夹角分别为800—90o和

600—750»平角焊缝，枪与水平板的夹角为40o—500。

4.6.2立焊时可上焊或下焊，焊枪与竖板的夹角为45~500。

4.6.3横焊时焊枪应作适当的直线往返运动，焊枪与水平的夹角为50—15。。

4.6.4仰焊应用较小的电流和电压，焊枪可作小幅度的直线往返运动。

4.7为获一定的焊缝宽度，焊丝可摆动，但摆动时不得破坏CO2气体保护效果。

4.8收弧时须填满弧坑，熔池凝固前不得停气，平板时一般用熄弧板收弧。

4.9c02焊焊接时应尽可能量避风施焊，且环境温度不得低于-10。。

4.10焊接时要随时检查规范是否稳定，有问题时要做及时调整。

5、焊后对焊缝进行检查、清除熔渣、飞溅。

6、焊接过程或焊后发现不允许的缺陷要进行返修。

6.1对缺陷进行分析，找出原因，制订返修措施，对裂纹必须找出首尾。

6.2用碳弧气刨清除缺陷，易淬钢刨前要预热150oC以上。

6.3焊件要在热处理前返修，否则返修后要重新热处理。

6.4重要件返修时同一部位不超过两次，两次不合格者,重订返修措施并报有关部门批准。

6.5焊前预热的工作返修，也要预热返修，温度高于原预热温度50-100oC,焊后焊缝局

部加热至250—3500C,保温2—3小时。缓冷至常温。

CO2焊短路信号的检测

CO2焊短路信号的检测

摘要：根据CO2气体保护焊短路过渡的特点，利用电压比较器、微分电路、数字电子线路,

设计了短路检测电路和短路液桥缩颈检测电路。对所设计的电路成功地进行了仿真和实际焊接试

验验证。

河南科技大学材料科学与工程学院，河南洛阳471003

河南科技大学电子信息工程学院，河南洛阳471003

关键词：短路检测；缩颈检测；电子电路

一、前言

Co2气体保护焊是一种易于实现自动化的焊接方法，具有高效、节能、抗锈、低氢、低成本以

及可全位置焊接等优点，因此在中、薄板和全位置焊接中得到了广泛的应用。短路过渡是Co2气

体保护焊中采用的最重要的熔滴过渡形式，易于实现全位置焊接，但普遍存在飞溅大和成形不好

2个问题。飞溅大恶化工作环境，焊丝消耗量增大，而且增加了清理的工作量，降低了工作效率。

随着焊机自动化程度的不断提高，对焊接电源的改进提出了更高的要求。

近年来，对Co2焊短路过渡过程的控制也越来越趋于电子化控制，在此基础上发展了多种控制

方法，如能量控制和波形控制等，这些控制方法都要求准确检测出短路初期和短路末期。文献⑴

指出：检测到短路信号后，减小焊接电流至10A并维持0.75ms,用微分信号检测到液桥缩颈信

号后，在5us内将电流降至50A。目前，通过在短路初期和液桥缩颈即将爆断时减小焊接电源

的输出电流来控制飞溅已成为一种共识。

二、Co2焊短路过渡过程电弧电压波形

在Co2焊中，焊丝端部熔化形成熔滴，熔滴长大与熔池发生短路接触后，成为连接焊丝与熔池

的金属液桥。液桥主要受到表面张力和电流产生的电磁收缩力的作用，在此作用下，液桥金属出

现失稳现象，发生收缩、破断并向熔池过渡，这一过程称为短路过渡过程。典型的表面张力过渡

的电压波形如1图所示，整个过渡过程分为短路前期他切)、短路中期(t1-t2)、短路后期。2附近)、

表面张力过渡区(t2-t3)、燃弧前期(t4-t5)、燃弧中期(t4-t5)、燃弧后期(t5-t6)、基值电流区(t6-t7)。

实验中采用ZP7逆变焊机，焊接电压23V,焊接电流200A,焊丝H08Mn2SiA。图2是试验中

测得的焊接波形。在第一个短路过渡周期中,t0时刻(约2ms处)为正常熔滴短路时刻，这时电

压由23V陡降至5V左右;t2时亥ij(约％3.2ms处)为小桥缩颈即将爆断时刻，从短路开始到这一

时刻，电压首先基本保持在3V左右，大约在2.5ms处电压迅速上升至6V后，电压有一个很短

的下降过程。短路结束t3时刻(约4ms处)，此时电压由短路时的6V左右猛然上升到25V以

上。小桥的缩颈和爆断是两个完全不同的物理现象，尽管两者之间有联系，时间上也非常接近，

但必须把它们区分开，因为当液体小桥爆断、电弧再引燃时，电弧电压才出现陡升，此时刻对于

判断液体小桥是否产生缩颈已无意义，但对于熔滴过渡是否结束的判断还是十分有效的。该研究

检测的是短路前期的熔滴短路t0时刻和小桥缩颈即将爆断t2时刻以及短路结束的t3时刻。

图2实际焊接短路过渡电压波形

三、Co2的检测和引弧短路区分

焊接电压输入到短路检测电路后，检测电路要及时检测熔滴与熔池的接触时刻。通常有2种情

况存在：一是熔滴短路，它是焊接完全正常时电压由25V左右陡降到5V左右；二是在焊接刚开

始或者在焊接过程中断弧以后再引弧时才有的，此时电压由65V左右陡降至5左右，此时如果

降低焊接输出甩流，会导致熄弧。

在实际焊接实验时，难以抓到空载、燃弧、短路同时存在的情况，因此在此采用0RCAD9.1进

行了仿真，如图3所示。

图3仿真焊接输入波形

图中第一个周期2-3MS期间是空载阶段，电压在65V左右；3-8ms为短路阶段，此为引弧短路;

8-15是燃弧阶段。第二个周期中15-18ms为正常熔滴短路阶段。针对短路过渡的特点，设计的

电路必须满足以下要求：a.正确区分引弧短路和熔滴短路；b.发出的信号应是单片机能够接受

的数字信号；c.具有一定的抗干扰能力。

短路前期熔滴短路的检测电路如图4所示。输入信号经过稳压管限幅，为使集成比较器能正常

工作同时不影响波形检测，将空载电压值限制在28V内。限幅后的电压信号输入窗口比较器（由

2个LM324比较器A1和A2组成），比较器的输出为检测电路的输入。因短路甩压一般不超过

10V,燃弧电压在17-25V之间，而空载电压超过30V,设计比较器的两个给定电压值LH和U2

分别为12V和25V。当被比较的信号Uin位于门限电压之间时（U1<Uin<U2,焊机正常焊接），

输出为高电位；当Uin不在门限电位范围之间时（Uin>U2或Uin<U1焊机开路、短路），输出为

低电位。

图4短路前期熔滴短路的检测电路

从图5中可知，15.2ms处的下降沿为熔滴短路t。时刻的检测侑号。图4中在3ms处的电压波

形为引弧短路过程的模拟。由于短路前后弧焊电压分别为65V、5V,所以弧焊电压从50V过渡

到5V的过程中处于25-12V之间的时间很短，造成检测电路的输出脉冲很窄，因此很容易去掉

此尖峰脉冲，实现对引弧短路的区分。该研究选择用软件滤掉这一干扰脉冲：检测到上升沿后，

若高电平持续1ms以上检测到的下降沿为t0时刻检测信号，否则为短路引弧过程。

图5区分熔滴短路与引弧短路仿真结果

该电路能够准确检测到t0时刻（输出波形的下降沿15.2ms处），同时将熔滴短路与引弧短路明

显区分开来，具有很强的抗干扰能力，完全可以在实际焊机中使用。

四、小桥缩颈即将爆断t2时刻和短路结束t3时刻的检测

经过大量的试验研究表明：在液体小桥缩颈即将爆断时，除电弧电压的一阶微分、二阶微分信号

品质较好外，其余信号均因品质一•般或太差而无法利用。采用一阶微分和二阶微分联合的检测电

路原理图如图6所示。

R6样弱US我髓M电H

由于短路电压一般都小于10V而燃弧电压一般在17-25V之间，为去除干扰保证电路正常工作,

首先用稳压管VS1把输入信号Uin限制在12V以内，然后经微分放大器A1捕捉输入信号的下

降跳变，经比较器处理后送给光电耦合CLC6隔离得到输出Uout2。输入信号的一阶微分信号（A1

输出）经A2二阶微分，把缩颈处的下降跳变信号放大，经过比较器A3进行比较及光耦输出形

成输出信号Uout2»

图7为实际焊接实测波形。通过综合观察检测电路的输出Uoutl、Uout2可以看出熔滴过渡过程

中的不同关键时刻。Uoutl的第一个下降沿是短路的开始时刻t0；Uout2上升沿为短路结束时刻

t3：当波形3处于低电平时，延时200us后查询波形2的状态，查到的下降沿为小桥缩颈即将

爆断时刻t2。

图7小桥缩颈检涎电路实验结果

图8有瞬时短路时检测电路实验结果

另外，由于短路时间小于1.5ms时，焊接电弧并没有明显的缩颈过程，在这种情况下，若发出

缩颈控制信号使电源输出电流减小，则可能造成断弧。该电路对输入电压的下降跳变很敏感，但

对短时短路不会检测到缩颈信号即!Uoutl不会输出第二个下降沿。如图8波形2所示，在第三

个短路过渡周期中无缩颈信号产生（波形2只有一个下降沿）。因此该电路具有较强的抗干扰

能力。

五、结论

短路检测电路利用焊接输出电压的变化确定熔滴短路的状态和时刻，该研究所采用的电路可准确

检测短路前期熔滴短路tO时刻、小桥缩颈即将爆断t2时刻和短路结束t3时刻，并具有较强的抗

干扰能力，为研制波形控制逆变式Co2焊机奠定基础

C02焊接电流波形的模糊控制

摘要根据减少C02焊接过程飞溅对焊接电流波形的要求，提出双模糊控制方

法，并在LINCOLN逆变焊机上进行实验，证实了控制方法的可行性，达到了抑制

C02焊接飞溅率的目的。

关键词：C02焊接模糊控制飞溅

TheFuzzyControlofCurrentWaveforminCO2Welding

WuAiguoLiTeyiHuangRixiangYuanHao

(TianjinUniversity300072China)

AbstractAccordingtotheweldingcurrentwaveformrequirementfrom

suppressionofCO2weldingspatter,thedouble-modelfuzzycontrolstrategyis

employed,whichisalsotestinLICONLNinvertingwelder.Theresultapprovesthe

effectivenessofthecontrolstrategy,andtheexpectedsuppressionofCO2welding

spatterisachieved.

Keywords:CO2weldingFuzzycontrolSpatter

1前言

目前我国的焊接设备与技术同国外相比还有相当距离，表现在设计能力落后

且制造工艺水平低。由于对焊接过程的电弧物理本质认识不足，产品设计一般均

采用简单的类比方法或采用经验公式。国内焊接界大部分仍着眼于逆变器的工作

原理及可靠性的研究，而对逆变器的综合控制尚未涉及，所以C02焊接过程飞溅

率高的问题始终没有得到很好的解决。因此必须搞清C02焊接产生飞溅的原因，

从而采取有效地降低飞溅率的控制方法，才能根本解决问题。本文正是基于此目

的，提出了一种新的控制方法。

2理想焊接电流波形的给出

C02气体保护焊是一种高效节能、优质的焊接工艺。据统计，C02气体保护

焊比手工电弧焊节电1/2〜1/3。在生产率方面，C02焊的生产率比手工电弧焊高

1〜2.