教学材料《焊接》-极惰性气体保护焊

1.能够正确描述MIG焊的原理、特点及应用。2.能够正确描述MIG焊设备和工具的构成及作用。3.能够准备MIG焊操作的各种劳动保护及焊前准备。4.能够使用MIG焊设备规范地进行焊接操作。学习目标随着现代汽车制造技术的飞速发展，汽车制造企业在车身生产中开始逐步使用新材料。在众多采用新材料的车辆中，铝合金材料以其低密度、高耐磨性、强抗腐蚀性、优异的导热性、加工成型性好和再生性高等优点脱颖而出，成为了使汽车轻量化的首选材料。有些车辆已经在车身局部或整体采用了铝质板材。案例分析相关知识

一、铝合金的焊接特性1.铝及铝合金纯铝是银白色的轻金属。它的熔点为658℃，密度为2.7g／cm3。导电性好，塑性好，但强度低。在汽车工业中，应用最广泛的其实是铝合金。变形铝合金又可以分为非热处理强化型和热处理强化型。铝合金变形铝合金铸造铝合金超强的氧化能力。较大的热导系数和比热容

。热裂纹倾向性大

。容易形成气孔。焊接热对基体金属有影响

。无色泽变化。2．铝及铝合金的焊接特点二、熔化极惰性气体保护焊的基本原理1—焊丝盘2—送丝滚轮3—焊丝4—导电嘴5—保护气体喷嘴6—惰性气体7—熔池8—焊缝9—母材10—电弧采用Ar、He或Ar+He作保护气，电弧稳定，几乎可以焊接所有的金属。由于用焊丝作为电极，可采用高密度电流，因此母材熔深大，填充金属熔敷速度快。在焊接铝、铜等金属时，要优于TIG焊。MIG焊可采用直流反接，焊接铝及和合金时有良好的阴极雾化作用。焊接时采用明弧和使用的电流密度较大，电弧光辐射较强。MIG焊比手工电弧焊的焊接设备更复杂，价格高；并且使用惰性保护气体，增加了成本。进行室外焊接时，常常受到天气或防护措施的限制。三、熔化极惰性气体保护焊的特点阴极雾化作用的机理

1—焊接电源2—保护气体3—送丝轮4—送丝系统5—气源6—控制系统四、焊接设备、工具与材料1.焊接设备（1）氩气Ar

密度大、缺少活性、导热系数很小（2）氦气He

密度小（1/7）、缺少活性、导热系数大（3）氩气和氦气的混合气体Ar+He保护气体2.焊接材料（4）氮气氮（N）与铜及钢合金不起化学作用，因而对于铜及铜合金，N2相当于惰性气体，因此可用于铜及其合金的焊接焊丝铝及铝合金焊丝用作铝合金惰性气体保护焊和气焊时的填充金属SAlMg-1SAlMg-2SAlMg-3焊丝直径一般为0.8～2.5mm。焊丝的直径越小，焊丝的表面积与体积的比值越大。技能学习

一、劳动安全与卫生铝合金板MIG焊的作业处应当适当通风，但风速不得大于0.5m／s，以防破坏气体保护效果。1．焊前清理化学清理：化学清理的方式随材质的不同而异。机械清理：机械清理有打磨、刮削和喷砂等，用以清理金属表面的氧化膜。二、焊前准备2．其他准备（1）设备检查一般应先检查焊接设备外部有无明显受伤的痕迹、电焊机部件有无缺损，并了解其维修史、使用年限、观察使用场所环境和焊接工艺等，然后再对电焊机进行检查。先检查电焊机的种类、接线、接地、配电容量以及使用的焊接工艺是否正确，当确定电焊机没有问题之后再检查其他设备。（2）焊件坡口的准备与组装①厚度不大于3mm的碳钢、低合金钢、不锈钢、铝的对接接头，一般开I形坡口或不开坡口。对于汽车车身焊接来说，由于车身板件的厚度较小，一般不需开坡口进行焊接。②厚度在3～12mm的上述材料，可开U形、Y形坡口。③厚度大于12mm的上述材料，可开双U形或双Y形坡口。3．焊接工艺参数的选择板厚/mm接头形式/mm焊接次数焊接位置焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/（cm/min）送丝速度/（cm/min）氩气流量/

（L/min）21全0.870～8514～1540～60—151平1.2110～12017～18120～140590～62015～1811全0.84014～1550—1421全0.87080～9014～1517～1830～4080～90—950～1

0501014根据焊接工件材料牌号，选用相同焊丝材料牌号进行焊接。1～2mm薄板可以采用短路过渡焊4．安装好焊丝盘熔化极气体保护电弧焊都是利用短路引弧法进行引弧。1．引弧及试焊三、焊接施工以同样材质和厚度的试板进行试焊。进行钢质车身焊接时，电压和送丝速度调整到正常值，焊接部位会发出平稳清脆的“吱吱”声，而铝材焊接时会发出乎稳沉闷的“嗡嗡”声。焊后观察焊缝的成形情况，再进行适当调整。2．板件定位

实施定点焊接可使两片铝板先定位，并且可以减少主焊接产生的热变形

3．主焊接（1）焊枪与焊接部位应接近垂直，稳定地支撑焊枪，电弧对准目标中心点,将焊枪喷嘴末端靠近板件。（2）使焊枪开关置于“ON”，将焊线末端接触板件以产生电弧。（3）对准定点焊接的末端。重复地将开关置于“ON”和“OFF”，使用焊枪时间歇性地打开和关闭（间歇操作），以防止出现热蓄积，以及减少焊接烧穿表面的可能，（4）以稳定的姿势移动，防止焊枪晃动。焊枪向前移动，保持大约10～15°角。（5）最终以焊缝连接定位焊接的点4.焊接结束后，关闭电源和气源。四、焊接质量检查

以肉眼观察为主，观察焊缝外观，评估焊接的完整性。有条件的也可以使用超声波探伤检验。五、焊后处理用研磨机研磨去除焊珠和焊珠周围的区域。注意不要过度研磨，否则可能会减弱铝板的强度。总结与思考MIG焊的施焊过程是如何进行的，每一步骤需要注意的问题有哪些？(30min)任务三钨极惰性气体保护焊【学习目标】1．能够正确描述TIG焊的原理、特点及应用2．能够正确描述TIG焊设备的构成与连接原理3．能够正确描述各种TIG焊设备和工具的作用4．能够准备焊接操作的各种劳动保护5．能够使用TIG焊设备规范地进行焊接操作汽车上的不锈钢制件在修复的过程中通常是使用更换的方法，但是在一些有特殊需要的位置，还需要使用焊接方法。通常我们都使用惰性气体保护焊来修复不锈钢制件。案例分析二、相关知识

（一）不锈钢的焊接特性不锈钢是一种通俗称呼，按用途来讲能抗大气腐蚀就叫不锈钢；能抵抗化学介质酸腐蚀的称为不锈耐酸钢；能耐高温的称为抗氧化热强钢。按组织状态分为马氏体、铁素体、奥氏体、奥氏体—铁素体及沉淀硬化型不锈钢。不锈钢中最重要的元素是铬，按性能需要还添加一些其它合金元素如Ni、Mo、Ti、Nb等。氧化铬的致密薄膜对钢起保护作用，防止内部继续腐蚀。（二）TIG焊的基本原理钨极惰性气体保护焊（TIG焊），是以高熔点的纯钨或钨合金作电极，用惰性气体（氩气、氦气）或其混合气体作保护气的一种非熔化极电弧焊方法。（三）TIG焊的分类1．直流TIG焊极性优点缺点应用电极载流能力强、焊缝成形好、钨极烧损少、引弧容易稳定没有阴极破碎作用用于大多数的焊接场合（除Al、Mg外容易有阴极破碎作用电极载流能力弱、熔深小、钨极烧损严重、引弧困难实际很少采用钨极电流承载能力及阴极雾化作用的机理

反接时如左图，工件为阴极，正离子向工件运动。大量电子从工件向钨极运动，把大量能量交给钨极，导致其温度升高而烧损。要避免烧损，只有减小电流！正接时如右图，这时电子向工件运动，虽数量多，但体积、质量太小，不能击碎氧化膜，没有清理作用。但此时大量电子从钨极上发射，带走大量能量（对钨极产生冷却作用），所以钨极烧损少、电流承载能力大。交流是周期性变化的，在交流正极性半周，因钨极的承载能力强，电弧稳定，集中，使焊缝有足够的深度，而在反极性半周，则可以利用“阴极破碎”，彻底清除熔池及附近的氧化膜。所以它兼有直流正、反极性的优点。此外，交流TIG焊设备简单，成本低，维修方便。DCENDCEP2．交流TIG焊交流的电流形式⑶变极性方波交流itit⑴正弦波交流⑵变脉宽方波交流ti

正弦波交流：设备简单，但电弧稳定性差（要有特别稳弧措施）、有直流分量（要有特别措施消除）。

变脉宽方波交流：设备复杂，但电流参数灵活、电弧稳定、钨极烧损少，比正弦波交流有优势。

变极性方波交流：特点与变脉宽方波交流相同，但更好（因负半周电流大小对阴极清理作用影响更大）3.脉冲TIG焊

脉冲TIG焊使用脉冲电流（通常多用方波）。

脉冲钨极氩弧焊的特点

1、脉冲式加热，高温停留时间短、金属冷凝快，易于焊接热敏感材料；

2、热输入小、电弧能量集中，利于薄板焊接；

3、可精确控制热输入及熔池尺寸，适于单面焊双面成形和全位置焊；

4、高频电弧震荡利于细化晶粒、消除气孔，提高接头性能；

5、适合高速焊、提高生产率。直流脉冲电流波形itti交流脉冲电流波形脉冲TIG焊与直流TIG焊的区别保护效果好焊接过程稳定适宜于各种位置施焊容易实现自动化应用范围广需要特殊的引弧措施。对工件清理要求高生产率低生产成本高（四）TIG焊的特点材料：多用于有色金属及其合金厚度：多用于薄件（从生产效率考虑，以3mm以下为宜）位置：多用于打底（单面焊双面成形），薄件及管-管、管-板、也用于填充和盖面（五）TIG焊的应用（六）钨极惰性气体保护焊的设备TIG焊的设备一般由焊接电源、引弧及稳弧装备、焊枪、供气系统、水冷系统和焊接控制系统等部分组成。对于自动TIG焊还应增加焊车行走机构及送丝装置。1.焊接电源

焊接电源有直流、交流、或直流交流两用三种电源形式。常见的电源包括动圈漏磁式弧焊变压器、晶闸管整流式电源、磁饱和电抗器式硅整流电源2.引弧及稳弧装置接触引弧：钨极与引弧板或焊件接触引燃电弧。高频引弧：利用高频振荡器产生的高频高压击穿钨极与焊件之间的气体间隙（约3mm）而引燃电弧。高压脉冲引弧：在钨极与焊件之间加一个高压脉冲，使两极之间气体介质电离而引燃电弧。3.焊枪及电极能可靠夹持电极具有良好的导电性能及时输送保护气体具有良好的冷却性能可达性好，适用范围广结构简单，重量轻，使用可靠，维修方便TIG焊焊枪按冷却方式可分为气冷（QQ）和水冷（QS）两种形式。QQ形式的焊枪适用的焊接电流范围为10～150A；QS形式适用的焊接电流范围为150～500A。1—电极2—陶瓷喷嘴3—导气套筒4—电极夹头5—枪体（有冷却水腔）

6—电极帽7—导气管8—导水管9—控制开关10—焊枪手柄焊枪进气部分的结构形式气体的保护效果

喷嘴有陶瓷、纯铜、石英喷嘴。陶瓷喷嘴焊接电流不能超过350A，纯铜喷嘴使用电流可达500A。常用的以陶瓷喷嘴比较多见。

喷嘴孔径与钨极尺寸之间的相应数值关系大致为：

喷嘴孔径/mm钨极直径/mm6.40.581.09.51.6或2.411.13.2纯钨----应用最早，适用交流焊接，综合性能欠佳钍钨----传统电极，综合性能较好，国外多用，有放射性。铈钨----在低电流下有优良的起弧性能，维弧电流较小，常用于管道、不锈钢制品和细小精致部件的焊接。放射性剂量极低，在直流小电流时，是钍钨电极的首选替代品。镧钨----焊接性能优良，耐用电流高而烧损率低；导电性能接近于2％钍钨（无论交直流，对习惯了钍钨的焊工，无需改变任何焊接操作程序就能方便地使用这种钨极，以免受放射性危害）。钨极锆钨----在交流条件下，焊接性能良好，尤其在高负载电流时，电极端部能保持圆球状而减少渗钨现象，并有良好的抗腐蚀性。（抗氧化性强，可用于空气等离子弧切割）钇钨----焊接时弧束细长，压缩程度大，在中、大电流时其熔深最大。目前主要用于军事工业和航空航天工业。复合电极----在钨基中添加两种（以上）稀土氧化物，全面提高电极的综合性能。（目前未见定型产品，已列入国家新产品开发计划，应密切关注）。钨极的端部形状为适应不同场合的焊接要求，钨极端部要磨成不同的形状，常见的有：尖锥状适用于直流（正接），交流亦可。锐角（通常为30°左右）尖锥状----适用于小直径钨极、小电流焊接的场合钝角尖锥状（通常>90°）----适用于大直径钨极、大电流焊接的场合

尖锥状的电极为防止尖端烧损，可把尖端磨成一个小平台。(半)球状适用于交流焊接。打磨钨极应注意使端部形状均匀一致、磨痕方向正确。打磨钨极的安全措施

磨削钨极应采用密封式或抽风式砂轮机（有专用的钨极磨尖机），焊工应带口罩，磨削完毕，应用肥皂洗净手脸，最好下班后淋浴。钍钨极和铈钨极应放在铝盒内保存。

气体1、氩气----应符合GB∕T4842-1995《纯氩》的要求，纯度≥99.99％（V∕V）焊接用的氩气常以气态形式装于气瓶中。气瓶的最高工作压力为15MPa，瓶身涂色为灰色并注有绿色“氩”字样。2、氦气----应符合GB4844.2-1995《纯氦》的要求，纯度≥99.99％（V∕V）（合格品）以上均为惰性气体（惰性在此的意义：既不与金属发生反应，也不溶解于液态金属中）

TIG焊既可以用纯氩气，也可以用氦气（电弧热量大）但价格昂贵，同时也可以用混合气体包括惰性混合气（如Ar-He混合气）和活性混合气（如Ar-CO2等）。焊材TIG焊的焊材主要为实芯焊丝。钢类焊丝①实芯焊丝②药芯焊丝，TIG焊有时也可以用药芯焊丝（有专用的TIG焊打底用药芯焊丝），打底时可以免去反面充氩保护。有色金属焊丝手工TIG焊时，可以用以上的焊丝截成段，也有商品焊棒。4.供气及供水系统供气系统气瓶（灰色）－减压／流量计－电磁气阀→焊枪水冷系统（用于焊接电流＞150A时）开放式（国产机多见，浪费水）循环式（进口机多见，节约水）5.控制系统

控制系统由引弧器、稳弧器、行车（或转动）速度控制器、程序控制器、电磁气阀和水压开关等构成。①控制电源的通断。②焊前提前供气1.5～4s，焊后滞后停气5～15s。③自动控制引弧器、稳弧器的起动和停止。④焊接结束前电流能自动衰减，以消除火口和防止弧坑开裂，这点对于环缝焊接及热裂纹敏感材料尤为重要。6.典型焊机

焊接主电路一般由脉冲旁路（防止高压脉冲窜入变压器中对焊机造成危害）、消除直流分量电路、延时电路（控制保护气体提前供气和滞后停气的时间）、脉冲引弧和脉冲稳弧电路组成。钨极氩弧焊机的常见故障及排除方法技能学习

（一）焊前准备1．接头及坡口形式一般薄板（＜3mm）对接接头常用卷边焊接的形式，不加填充金属一次焊透；板厚6～25mm对接，建议采用V形坡口；板厚大于12mm时，则可采用双Y形坡口的双面焊接2．焊前清理

对油污、水分、氧化皮等比较敏感。这样，焊前必须对焊丝、焊件坡口及坡口两侧至少20mm范围内的油污、水分等进行彻底清理。（1）清除油污（2）去除氧化膜（二）气体保护效果1．影响气体保护效果的主要因素（1）气体种类（2）气体流量和喷嘴直径（3）喷嘴端面到焊件表面的距离（4）焊接速度（5）焊接接头形式2．气体保护效果的评定最好良好较好不良最坏不锈钢银白金黄蓝红灰灰色黑色钛合金亮银白色橙黄色蓝紫青灰白色粉末TIG焊时，评定气体保护效果的方法有焊点试验法、焊缝表面色泽比较法和激光纹法3．加强气体保护效果的措施（三）工艺参数的选择TIG焊的工艺参数有焊接电流、电弧电压（电弧长度）、焊接速度、钨极直径及端部形状、填丝速度与焊丝直径、保护气流量及喷嘴孔径等。①根据焊件的材料性质、板厚和结构特点确定焊接电流和焊接速度。②根据焊接电流的大小选择合适的钨极直径。③根据喷嘴口径（D）与钨极直径（d）之间的关系（D=2d+（2～5）mm）确定喷嘴尺寸。④根据喷嘴与气体流量之间的配合关系，即保护效果来确定气体流量的大小。工艺参数的选择流程2．电弧电压

电弧电压是随着弧长的变化而变化的。一般在不短接的情况下，尽量采用较短电弧进行焊接。不加填充焊丝焊接时，弧长一般控制在l～3mm；加填充焊丝焊接时，弧长约3～6mm。1．焊接电流

焊接电流是决定焊缝熔深的最主要工艺参数。电流太大，易造成焊缝咬边、焊漏等缺陷；反之，焊接电流太小，易造成未焊透。3．焊接速度

在其他焊接参数不变的情况下，焊接速度的大小决定了单位长度焊缝热输入量的大小（焊接线能量）。焊接速度选择越大，线能量越小，焊接凹陷深度（d1）、熔透深度、熔宽（f）都相应地越小，焊缝可能还会出现未焊透、气孔、夹渣和裂纹等；同时气体保护效果可能会变差。反之，焊接速度越小，上述成形参数都增大，焊缝易出现咬边和焊穿的缺陷。4．钨极直径和端部形状

钨极直径的选择取决于焊件的厚度、焊接电流大小、电源种类和极性。通常焊件厚度越大，焊接电流越高，所采用的钨极直径越大。对相同直径的钨极，采用不同的电源种类或极性时，所允许的电流范围也不同。其中直流正极性时电流值最大，交流次之，直流反极性最小。焊接时，钨极直径一定要选择适当，否则会影响焊缝质量。5．填丝速度与焊丝直径

通常焊接电流、焊接速度和接头间隙大时，填丝速度要快；焊丝越粗，填丝速度要越慢。焊丝直径的选择与母材的板厚、间隙有关。当板厚、间隙大时，焊丝可选粗一点的；反之，则选细一些的。6．保护气体流量和喷嘴孔径

保护气体量和喷嘴之间的选择主要考虑气体保护效果的好坏，同时也要考虑焊接电流和电弧长度的影响。（一）熔化极活性混合气体保护焊

熔化极活性气体保护电弧（MetalActiveGas，MAG）焊是采用在惰性气体中加入一定量的活性气体，如O2作为保护气体的一种熔化极气体保护电弧焊方法知识与能力拓展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改善焊缝熔深形状及外观成形。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。1．MAG焊的特点及应用MAG焊可采用短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行焊接，能获得稳定的焊接工艺性能和良好的焊接接头，可用于各种位置的焊接，尤其适用于碳钢、合金钢和不锈钢等黑色金属材料的焊接。（二）钨极惰性气体保护焊的其他方法1．脉冲钨极氩弧焊2．钨极氩弧点焊3．热丝钨极氩弧焊【思考与练习】一、思考题1．气体保护焊可分为哪几种？试述每种方法的原理、特点及其应用范围？2．气体保护焊时为什么要提前供气和滞后停气？3．什么是“阴极破碎”？4．MIG焊焊设备通常包括哪几个主要部分?试说明各部分的作用以及对它们的要求。5．TIG焊时主要工艺参数有哪些?如何选择?6．惰性气体保护焊的焊前清理有何作用?常用的清理方法有哪些?二、单项选择1.不属于熔化极气体保护焊的焊接方法（）。A.MIG焊B.MAG焊C.TIG焊D.CO2焊2.按GB∕T4842-1995《纯氩》的要求，焊接用氩气的纯度应≥（）％（V∕V）。A.99.3B.99.5C.99.7D.99.93.Ar气瓶的正确涂色应是（）色。A.灰B.白C.蓝D.红4.从焊接的角度看，氩气的惰性是指（）。A.不与金属有化学反应B.不溶于金属C.既不反应也不溶解D.以上说法都不对5.铝及铝合金焊接时生成的气孔主要是（）气孔。COB.CO2C.H2D.N26.钨极氩弧焊时，采用（）接法钨极烧损最小。A直流正接B直流反接C交流D脉冲7.电流相同时，为获得相同的保护效果，MIG焊所用的气体流量与TIG焊相比（）。A.更大B.更小C.相等D.不能确定8.手工钨极氩弧焊设备中没有()。A.控制系统B.行走机构C.气路系统D.水路系统9.当用氩弧焊、等离子弧切割等工艺时，为减少放射性的危害及电子发射对人的危害，应当选用的电极是（）。A.纯钨极B.铈钨极C.钍钨极