材料成形装备及自动化 第3版 课件 第四章 3 熔化极氩弧焊设备

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EquipmentandAutomationofMaterialsProcess2024-2025学年第二学期EAMP

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2目录第一章

绪

论（2学时）

第二章金属液态成形装备及自动化（10学时）

第三章

金属塑性成形装备及自动化（10学时）第四章

金属连接成形装备及自动化（10学时）第五章

高分子材料成形设备及自动化（2学时）

第六章

快速成形装备及控制（6学时）第七章

其它材料成形装备（4学时）第八章热处理工业炉及其控制（2学时）第九章材料加工中的环境保护装备（2学时）4.1概述4.2电弧焊设备及自动化4.2.3熔化极氩弧焊设备4.2.4CO2气体保护电弧焊设备4.3电阻焊装备及自动化4.4激光焊接设备（自学、不考试）4.5焊接机器人（自学、不考试）第四章

金属连接成形装备及自动化EAMP

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34.2.3熔化极氩弧焊设备熔化极氩弧焊的基本原理：MIG焊：以氩气作保护气体(metalinert-gasarcwelding)MAG焊：以Ar-O2、Ar-CO2、Ar-CO2-O2作保护气体

(metalactivegasarcwelding)

图4-13熔化极氩弧焊示意图1.焊丝盘2.送丝滚轮3.焊丝4.导电嘴5.保护气体喷嘴6.保护气体7.熔池8.焊缝金属9.电弧10.母材EAMP

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4熔化极氩弧焊分类：按操作方式：自动焊、半自动焊按电弧电流形式：连续电弧焊、脉冲电弧焊按送丝方式：等速送丝、变速送丝半自动焊机：细丝，等速送丝控制系统自动焊机：粗丝，弧压反馈调节变速送丝控制系统应用：广泛用于铝及铝合金、铜及铜合金、不锈钢及钛合金等中等厚度以上的金属材料的焊接。尤其是对铝及铝合金的焊接，当采用直流反接时，由于电弧的“阴极雾化”清理作用，不需要焊前特别清洗工件，就可获得优质的焊缝。EAMP

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54.2.3熔化极氩弧焊设备图4-14熔化极氩弧焊机组成示意图熔化极氩弧焊设备组成：焊接电源、焊枪及行走机构（半自动焊无行走机构）、送丝机构、供气系统、供水系统和控制系统。福尼斯TPS系列MIG/MAG焊机EAMP

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64.2.3熔化极氩弧焊设备1.焊接电源通常采用直流电源，有硅弧焊整流电源、晶闸管弧焊整流电源、晶体管弧焊整流电源、逆变式弧焊整流电源。当焊丝直径≥2.0mm时（粗丝），应选择陡降外特性电源，配以弧压反馈调节变速送丝机构。当焊丝直径＜1.6mm时（细丝），应选择平外特性电源，配以等速送丝机构。采用脉冲熔化极氩弧焊工艺时，配脉冲弧焊电源。EAMP

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74.2.3熔化极氩弧焊设备2.焊枪自动焊枪半自动焊枪1-铜管2-镇静室3-导流体4-铜筛网

5-分流套6-导电嘴7-喷嘴8-帽盖

9-进水管10-进气管图4-15双层气流保护自动焊枪EAMP

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84.2.3熔化极氩弧焊设备

半自动焊枪结构图4-16鹅颈式气冷焊枪EAMP

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94.2.3熔化极氩弧焊设备焊枪的冷却方式：气冷水冷当焊接电流大于200A时采用水冷方式，冷却效果好。图4-17典型的手枪式半自动焊枪EAMP

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104.2.3熔化极氩弧焊设备3.供气供水系统供气系统由氩气瓶、减压阀、流量计、电磁气阀等组成，采用混合气体还需要O2气瓶、CO2气瓶、气体配比器，减压阀将气瓶中的高压气体（15MPa）降至焊接所需的压力，流量计调节保护气体的流量（10～25L/min），电磁气阀控制保护气的通断。供水系统是用在大电流焊接时冷却焊枪中的电缆及发热部件，以保护和延长焊枪的使用时间。图4-18供气系统组成

1-高压气屏2-减压阀3-流量计4-电磁气阀EAMP

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114.2.3熔化极氩弧焊设备4.送丝机构焊接生产中广泛应用的送丝方式如下：图4-19熔化极半自动焊机送丝方式

a)推丝式b）、c）拉丝式d）推拉丝式直径大于1.0mm的钢焊丝、直径大于2.0mm的铝焊丝直径小于1.0mm的钢焊丝直径小于2.0mm的铝焊丝直径小于1.0mm的钢焊丝（无送丝软管，可靠，生产中常采用）EAMP

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124.2.3熔化极氩弧焊设备5.控制系统

电子控制型熔化极气体保护焊机为通用型，既可用于MIG、MAG，也可用于CO2焊。控制系统包括焊接电源控制电路、送丝控制电路和焊接程序控制电路。国产NB系列熔化极气体保护焊机控制系统：电源控制电路，包括移相与触发控制电路、外特性控制电路和焊接电流波形控制电路。送丝电机驱动主电路及控制电路。焊接参数（焊接电流、焊接电压）一元化调节电路。引弧控制电路：电源电压控制电路和慢送丝引弧控制电路。焊接程序控制电路。EAMP

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134.2.3熔化极氩弧焊设备图4-20焊接参数一元化调节电路原理图焊接参数一元化调节电路：是NB系列焊机的主要特点之一。送丝速度（焊接电流）能够和电源输出电压自动配合调整。可以根据不同的焊接材料、保护气体和焊丝直径，进行焊接工艺参数的优化选择配合，使调节更简单。EAMP

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144.2.3熔化极氩弧焊设备一元化调节电路主要由运算放大器N7、N8、N9和晶体管VT8、VT9等组成。给定信号Ug经R88，+Vcc由R89和R90分压后经R91输入到N7的反相端，经N7反相放大后输入到N8的反相端。电源输出电压Uf和偏置电压-VCC经VD19、VD20组成的或门电路运算后，输出电压经R95、R96和R97送至N8的同相端，与反相端输入Ug差动积分后输出至VT8的基极。另一路电压从R95、R96之间取出，送至VT8的集电极，作为VT8的电源，则VT8集电极与发射极间的电压U6决定于Uf的大小。EAMP

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154.2.3熔化极氩弧焊设备N9和VT9组成负反馈放大电路，U6与从“电流微调”电位器RP3上取出的U7为N9的反相输入信号，则该负反馈放大电路的输出电压U5可用下式表示：U5决定了送丝机的送丝速度，从而控制了焊接电流的大小。电路中除了RP2阻值和电压U6可变外，其余参数均为固定值。RP2的阻值可根据预置的焊接材料类型、保护气体以及焊丝直径确定。因此，通过检测电源输出电压Uf，可确定相对应的送丝速度（焊接电流），从而实现以电源输出电压优先的焊接参数一元化调节。EAMP

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164.2.3熔化极氩弧焊设备电路中VD19和VD20的作用：当焊机输出电压的绝对值|Uf|＜|-Vcc|时，VD20截止，U6受控于-Vcc，使小工艺参数下的U6不至于太小，送丝速度不至于太低或停止送丝，

即VD19和VD20的作用是决定送丝速度的下限。稳压管VS1的作用：当Uf较高时，VS1被反向击穿将Uf箝位于VS1的稳定值，使U6不至于太高，送丝速度不至于太快，即VS­1的稳压值决定送丝速度的上限。EAMP

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174.2.3熔化极氩弧焊设备图4-21熔化极气体保护焊的程序循环图Q-保护气体U-电弧电压I-焊接电流Vf

-送丝速度V

-焊接速度熔化极气体保护焊程序控制：提前送气→慢送丝引弧→正常焊接→停焊丝返烧熄弧→滞后停气终止焊接EAMP

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184.2.3熔化极氩弧焊设备4.2.4CO2气体保护电弧焊设备保护气体：CO2气体特点：成本低、效率高、焊接质量好应用：船舶、车辆、石油化工、机械等钢结构的制造分类：按操作方式：自动焊和半自动焊按送丝方式：等速送丝和变速送丝通常采用半自动焊，细焊丝（≤1.6mm），等速送丝系统配以平特性弧焊电源。半自动CO2焊机的组成：焊接电源、送丝机、焊枪、供气系统和控制系统等部分。EAMP

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191.焊接电源通常细丝CO2焊时，金属熔滴为短路过渡方式，过渡频率一般为30~150Hz。短路过渡时，熔滴会产生飞溅，不仅影响金属的熔敷率，而且还会烧伤焊件表面，因而成为CO2焊的主要工艺问题之一。图4-22两种短路形态示意图a）正常短路b）瞬时短路产生飞溅的原因：冶金因素，力学因素冶金因素可通过调整焊丝成份和清理焊丝或焊件的油、锈及水分去解决。力学因素与熔滴短路瞬间（100~150µS）产生的爆炸力有关，爆炸力的大小由焊接电源的动特性决定，因此为了控制这一动态过程，减少飞溅，需要电源具有很高的响应速度，以控制短路电流上升速度di/dt和短路峰值电流Im不要过大。EAMP

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204.2.4CO2气体保护电弧焊设备CO2焊机采用直流电源，主要有抽头式整流弧焊电源、晶闸管整流弧焊电源、逆变式弧焊电源。改善电源动特性的方法：改变直流输出电抗器的电感量法、控制电流和电压的波形控制法、电子电抗器控制法及表面张力控制法。电子电抗器控制法及表面张力控制法以逆变式弧焊电源为基础，利用其快速响应实现对电流波形的控制。带有电子电抗器控制电流波形的逆变式CO2焊机电路原理如下：图4-23带有电子电抗器控制的逆变式CO2焊机原理在直流电感的副线圈采样得到

，然后将该信号反馈到控制回路与电压给定值和

给定值相比较后，输入PWM控制器产生控制信号用于控制逆变器，从而实现控制电源的

输出。EAMP

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214.2.4CO2气体保护电弧焊设备2.控制系统电源控制电路：外特性控制、动特性控制。送丝控制电路：送丝速度控制。程序控制电路：模块化软件控制系统，包括系统初始化程序、主程序、触发中断服务子程序、电源特性控制算法子程序、信号采样与处理子程序、电源输出参数调节与显示子程序、故障自诊断与显示报警子程序等。程序控制电路的特点：主要是