焊接方法與設(shè)備 熔化極氬弧焊的知識

課題二熔化極氬弧焊MetalInertGasArcWelding（MIG）MetalActiveGasArcWelding（MAG）本章重點：補充內(nèi)容：MAG——熔化極活性混合氣體保護焊②脈沖MIG焊本章難點：①MAG焊混合氣體的選擇；②脈沖工藝參數(shù)的確定學(xué)習(xí)建議：①MAG焊比MIG焊應(yīng)用更廣、發(fā)展更快、發(fā)展?jié)摿Ω?，?yīng)給予更多的關(guān)注；②MAG焊（包括脈沖MAG焊）可以選用的熔滴過渡形式較多，應(yīng)注意熔滴過渡形式對MAG焊是工藝的一個重要問題。③脈沖MIG、MAG焊的參數(shù)較復(fù)雜，注意緊緊抓住“四個基本參數(shù)”。④可通過練習(xí)制訂相應(yīng)的焊接工藝等實踐環(huán)節(jié)來培養(yǎng)和提高工藝能力和經(jīng)驗。

根據(jù)GB/T5185-1985《金屬焊接與釬接方法在圖樣上的表示方法》，MIG焊的標(biāo)注代號為131。

定義：MIG焊是利用外加的惰性氣體作為電弧介質(zhì)、利用焊絲作熔化電極的電弧焊。第一節(jié)MIG焊的特點及應(yīng)用一、MIG/MAG焊的原理、特點及應(yīng)用1.MIG/MAG焊的原理以惰性氣體或混合氣體作為保護氣體，采用與母材相近材質(zhì)的焊絲作為電極，焊絲熔化后形成熔滴過渡到熔池中，與熔化的母材共同形成焊縫。MIG/MAG屬于GMAWMIG（Ar，He）MAG（Ar＋O2、Ar＋CO2）2.MIG/MAG焊的特點惰性氣體保護，焊縫純凈度高，力學(xué)性能好；電弧燃燒穩(wěn)定；熔滴細小，過渡穩(wěn)定；飛濺小。與TIG焊比：生產(chǎn)效率高；焊接板厚比TIG焊大，焊接電流大，焊接熱輸入大，熔深大與SAW埋弧焊比：焊縫的[H]低，抗冷裂能力高與CO2焊比：成本高3.MIG/MAG焊的應(yīng)用材料：50年代初應(yīng)用于鋁及鋁合金，以后擴展到銅及銅合金的焊接實際上適用于幾乎所有的材料常用黑色和有色金屬均可（但由于成本的原因，多用于有色金屬的焊接）厚度：厚、薄均可（薄板除短路過渡外，還可用脈沖）位置：可全位置結(jié)構(gòu)：中、厚板的有色金屬結(jié)構(gòu)，尤其是鋁合金結(jié)構(gòu)，如鋁罐等。MIG/MAG焊的應(yīng)用4.MIG/MAG焊的對比MIG以Ar或He作為保護氣體MAG在Ar或He中加入活性氣體，如O2，CO2MAG焊在電弧形態(tài)、熔滴過渡、電弧特性等方面與氬弧相似，活性氣體的量一般小于30%可消除指狀熔深由于氧化性氣體的存在金屬的氧化是不可避免的，在選擇焊絲時應(yīng)注意在成分上給與補充。MAG焊主要用于高強鋼及高合金鋼的焊接。

熔化極氣體保護焊機的型號編制請參見GB/T10249-1998《電焊機型號編制方法》，如：NB-400、NBC-250等一、組成及要求組成：電源、控制系統(tǒng)、送絲系統(tǒng)、焊槍及行走系統(tǒng)（自動焊）、供氣系統(tǒng)、（水冷系統(tǒng)）等。實際生產(chǎn)中有CO2專用焊機，但一般不做專用于MIG焊的焊機，而是MIG/MAG/CO2焊通用，統(tǒng)稱熔化極氣體保護焊設(shè)備。第二節(jié)MIG焊設(shè)備Fronius，Lincoln，Panasonic，ESBA……..焊接電源：當(dāng)焊鋁時，普通等速送絲系統(tǒng)配恒流源很難順利實現(xiàn)亞射流過渡，必須要求焊機帶有焊接電流與送絲速度同步控制（或自動優(yōu)化）功能。焊接設(shè)備：焊接設(shè)備：焊接設(shè)備：供氣裝置：氣瓶、軟管、調(diào)節(jié)器等送絲機構(gòu)：（拉絲機構(gòu)、推絲機構(gòu)、推拉絲機構(gòu)）

手槍式焊槍鵝頸式焊槍焊槍：有水冷和空冷兩種，同等條件下空冷的允許電流小于水冷焊槍許用電流導(dǎo)電嘴要有良好的導(dǎo)電性、耐磨性、耐熱性；一般由銅合金制成；直徑為焊絲直徑＋0.2mm注意經(jīng)常檢查更換二、典型控制電路（略）Al＋O2→Al2O3Fe+CO2→FeO+CO↑Si+2CO2→SiO2+2CO↑Mn+CO2→MnO+CO↑Si+2O→SiO2

Mn+O→MnOC+O→COFe+O→FeOMIG/MAG焊：由于蒸發(fā)造成的合金損失第三節(jié)MIG/MAG焊工藝一、MIG/MAG焊的冶金特點MIG焊：以Ar或He為保護氣體，不與金屬發(fā)生冶金反應(yīng)氬氣是制氧的副產(chǎn)品，如果氧含量超標(biāo)會引起氧化反應(yīng)MAG焊含有氧化性氣體O2，CO2，金屬發(fā)生氧化反應(yīng)二、MIG/MAG焊的熔滴過渡MIG/MAG焊的熔滴過渡形式主要有：短路過渡，滴狀過渡，噴射過渡，亞射流過渡熔滴過渡形式主要取決于電流、電弧長度、極性、氣體介質(zhì)、焊絲材質(zhì)、直徑、伸出長度等參數(shù)。

1.影響熔滴過渡的因素（1）電弧長度的影響：同樣在小電流條件下，熔滴過渡可能是顆粒過渡、短路過渡，顆粒過渡需要長電弧，短路過渡需要短電弧。

小于臨界電流I1，顆粒過渡，過渡頻率低；大于臨界電流I1，噴射過渡，過渡頻率高。（2）電流的影響：焊絲材質(zhì)：相同條件下鋼焊絲的噴射臨界電流高于鋁焊絲。鋁焊絲更容易從滴狀過渡變到射滴過渡，而鋼焊絲則存在更容易從滴狀過渡變到射流過渡。焊絲直徑：焊絲直徑越小，臨界電流越低

伸出長度：伸出長度增加使得電阻熱增加，有利于熔滴過渡影響臨界電流的因素氣體介質(zhì)：在Ar中加入少量的O2，表面張力降低，減小了熔滴過渡阻力，噴射臨界電流減??；但是過多的O2會因O2的電離使電弧收縮，臨界電流提高；加入CO2使得噴射臨界電流提高

（3）電流極性的影響DCRP：跳弧，熔滴根部，形成射流過渡DCSP：跳弧，焊絲端部，通過熔滴電流減小，電磁力減小，靠重力過渡

大滴狀過渡短路過渡射滴過渡射流過渡亞射流過渡福尼斯焊機提供形成條件：一般是MIG焊鋁時出現(xiàn)，電流必須達到射滴過渡臨界電流，射滴過渡是小電流滴狀過渡和大電流射流過渡之間的一種過渡形式。2.射滴過渡原理：射滴過渡時電弧成鐘罩形，弧根面積大，包圍整個熔滴，斑點力不僅作用在熔滴底部，同時也作用于熔滴上部，推動熔滴的過渡，由于電流是發(fā)散狀的，電磁收縮力會形成較強的推力，阻礙熔滴過渡的僅是表面張力，所以熔滴過渡的加速度大于大滴過渡的重力加速度射滴過渡射滴過渡特點：電弧成鐘罩形斑點力促進熔滴過渡熔滴小，過渡頻率快電流必須達到射滴過渡臨界電流3.射流過渡形成條件：鋼焊絲MIG焊時出現(xiàn)，直流反極性接法，高弧壓（長?。┩?，焊接電流大于某一臨界值。射流過渡原理：首先跳弧。跳弧后第一個較大的熔滴脫落，電弧成錐狀，很容易形成等離子流，使液態(tài)金屬熔滴成鉛筆尖狀，直徑很小，熔滴的表面張力很小，再加上等離子流的作用細小的熔滴以很快的速度一個一個過渡，形成射流過渡。射流過渡特點：鋼焊絲MIG焊電弧成錐形有射流過渡臨界電流。斑點力、等離子流力促進熔滴過渡熔滴小，過渡頻率快射流過渡熔透能力高，可能產(chǎn)生指狀熔深問題4.亞射流過渡焊縫起皺的問題：鋁等有色金屬及其合金焊接電流遠大于射流過渡臨界電流焊接區(qū)保護不良陰極斑點游動到弧坑底部并穩(wěn)定存在

結(jié)果：弧坑底部受到強大電弧力作用，將被猛烈地“挖掘”而濺出，并產(chǎn)生嚴(yán)重的氧化和氮化，這些金屬濺落在近縫區(qū)及表面，造成焊縫金屬熔合不良和表面粗糙起皺，并覆蓋有一層黑色粉末，即為焊縫起皺現(xiàn)象。

亞射流過渡防止措施：加強保護，增大氣流量減小電流、采用亞射流過渡亞射流過渡：介于短路過渡與射滴過渡之間的亞射滴過渡

形成條件：鋁合金焊接，短弧，直流反極性接法，焊接電流大于某一臨界值。短路頸縮原理：弧長比較短，熔滴形成、長大，在電磁收縮力的作用下形成頸縮，在以射滴過渡形式脫離之前，熔滴與熔池短路，電弧熄滅，在電磁收縮力和表面張力的共同作用下細頸破斷，電弧重新引燃，完成過渡。鋁及其合金焊絲MIG焊電弧成碟狀，陰極清理區(qū)大電弧短，2－8mm介于短路過渡與射滴過渡之間電弧的固有調(diào)節(jié)作用強烈在亞射流過渡區(qū)中焊絲熔化系數(shù)隨可見弧長的縮短而增大無焊縫起皺與短路過渡的區(qū)別：先有頸縮后短路，且短路時間短，短路電流小與射滴過渡的區(qū)別：有短路現(xiàn)象特點特點5.旋轉(zhuǎn)射流過渡形成條件：鋼焊絲MIG焊時，如果伸出長度較長，或焊接電流遠大于射流臨界電流，液態(tài)金屬長度增加，射流過渡的細滴高速噴出產(chǎn)生較大的反作用力，一旦偏離軸線將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流過渡。特點：鋼焊絲MIG焊伸出長度較長或焊接電流遠大于射流臨界電流焊縫不均勻電弧不穩(wěn)定飛濺大應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的焊接，克服窄間隙焊和角焊縫時側(cè)壁的熔合不良等缺陷

三、MIG/MAG保護氣體

1.Ar：應(yīng)符合GB/T4842-1995《純氬》的要求比空氣重，用于厚度不大的鋁、銅（合金）的焊接2.He:應(yīng)符合GB4844.2-1995《純氦》的要求電弧發(fā)熱量大但比空氣輕，價格昂貴，一般不單獨使用3.Ar+He:常用于大厚度的鋁、銅（合金）的焊接另外，N2對于銅（合金）而言是惰性的，可以用Ar+N2焊接銅（合金）。最后，需要指出的是，現(xiàn)在對于鋁、銅（合金）的焊接，已不再單純限于用惰性氣體，正越來越多地采用微量活性的混合氣體，即鋁、銅（合金）的焊接也正在由MIG向MAG焊發(fā)展，如奧地利Fronius公司鋁合金角焊縫雙面成形MIG焊用的四元混合氣體就是微量活性氣體（0.5％O2、8％CO2、26.5％He、65％Ar）。MAG常用活性混合氣體及其適用范圍混合氣體參考配比適用范圍Ar+O21~2%O2不銹鋼或高合金鋼O2max≤20%碳鋼和低合金鋼Ar+CO2配比可任意調(diào)整（CO2≥25%時呈CO2電弧特性）碳鋼和低合金鋼Ar+CO2+O22%O2、5%CO2不銹鋼或高合金鋼（焊不銹鋼時CO2僅用微量/焊超低碳不銹鋼不推薦含CO2）80：15：5碳鋼和低合金鋼注：①表中的配比為參考值，在實際焊接中成分、配比均可以變化；②焊接碳鋼、低合金鋼時混合氣體不必用精氬，用粗氬即可。

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MIG焊的焊接參數(shù)計有：焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、（焊接速度）、保護氣流量等。1、焊絲直徑：

應(yīng)根據(jù)焊件的厚度、焊接層次及位置、接縫間隙大小、所選熔滴過渡形式等因素來綜合考慮確定。細焊絲通常多用于短路過渡的薄板/全位置焊，粗絲多用于噴射過渡的中厚板的平位置填充、蓋面焊。需要特別指出的是，鋁合金的MIG焊對雜質(zhì)敏感，而且鋁的材質(zhì)較軟，為最大限度保證焊縫質(zhì)量和送絲穩(wěn)定可靠，追求選用盡可能粗的焊絲進行焊接?，F(xiàn)在的技術(shù)已可以使鋁合金MIG焊時，以粗絲焊薄板。如Fronius的全數(shù)字化焊機就可以用Ф1.2mm的鋁焊絲MIG對接焊0.8mm的鋁板。下面是用冷金屬過渡技術(shù)以Ф1.2mm的鋁焊絲MIG對接焊0.8mm鋁板的照片。焊縫截面焊縫正面焊縫背面（實芯焊絲焊接，背面無保護）2、焊接電流

應(yīng)根據(jù)焊件的厚度、焊接層次及位置、焊絲直徑大小、所需熔滴過渡形式等因素來綜合考慮確定。焊絲直徑一定時，可以通過改變電流的大小來獲得不同的熔滴過渡形式。鋁合金MIG焊時各種熔滴過渡的參數(shù)區(qū)間可參考下圖。注意圖中電流是連續(xù)電流，而脈沖噴射過渡的電流是指它的平均電流。3、電弧電壓

短路過渡的電弧電壓較低，噴射過渡的電弧電壓相對較高。MIG焊時的I—U關(guān)系可參考右圖（板A1-Mg2.5%，焊絲A1-g3.5%）。4、焊接速度

焊接速度要與焊接電流相匹配，尤其是自動焊時更應(yīng)如此。鋁合金焊接一般用較快的焊接速度，半自動焊常在5～60m/h之間，自動焊約在25～150m/h之間。鋁合金對接條件下各種焊接位置的I—V關(guān)系可參考下圖。5、MIG焊所需的氣體流量比TIG焊的要大，通常在30～60L/min，噴嘴孔徑也相應(yīng)地應(yīng)有所增加，有時甚至要用雙層噴嘴、雙層氣流保護。同時要注意焊絲的伸出長度對保護效果、電弧穩(wěn)定性和焊縫成形的影響。鋁材T形接頭MIG焊的焊接工藝參數(shù)

a)平焊b)立焊、橫焊、仰焊

五、MAG焊參數(shù)選擇

主要用于各種鋼的焊接，尤其是不銹鋼和各種高合金鋼。

1、焊前準(zhǔn)備

坡口：參照GB/T985-1988《氣焊、焊條電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式與尺寸》來選定。焊前清理：常規(guī)選材：常規(guī)2、工藝參數(shù)

內(nèi)容：與MIG焊相似，但應(yīng)著重考慮熔滴過渡形式。

選擇的一般方法：材質(zhì)、厚度、層次、位置→→氣體成分和配比、Φ、Ｉ、過渡形式←←Ｕ、氣流量。對有專家系統(tǒng)的焊機，可以直接用專家系統(tǒng)推薦的參數(shù)或在此基礎(chǔ)上結(jié)合經(jīng)驗或工藝評定試驗作適當(dāng)修正。

★MAG的一些新發(fā)展：

1、T.I.M.E焊（TransferredIonisedMoltenEnergy）：用四元氣體（0.5％O2、8％CO2、26.5％He、65％Ar），達到50m/min的送絲速度、450g/min的熔敷率（CO2焊一般為2～16m/min）

２、高速雙絲MAG焊（已有商品焊機，可進一步提高焊接效率）（點擊此處看動畫、電弧圖象及焊接實例）it脈動直流：由交流整流而得（如再經(jīng)濾波，則脈動程度減少）。其幅值可調(diào)，但脈動頻率不可調(diào)。（方波）脈沖電流：由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，其幅值、頻率均可調(diào)，即波峰、波谷的幅值、寬度（持續(xù)時間）均可以方便調(diào)節(jié)。it平均電流第四節(jié)MIG焊的其它方法一、脈沖MIG焊脈沖MIG焊是利用脈沖電流取代通常的脈動直流的MIG焊方法。脈動直流和脈沖電流（方波）的波形如下圖。

由于采用脈沖電流，脈沖MIG焊的電弧是脈沖式的，與通常的連續(xù)電流（脈動直流）焊接相比:1、焊接參數(shù)調(diào)節(jié)范圍更寬；如平均電流小于噴射過渡的下臨界電流I0，只要脈沖峰值電流大于I0，仍然可以獲得噴射過渡。2、可方便、精確控制電弧能量；不僅脈沖或基值電流大小可調(diào)，而且其持續(xù)時間可以10-2S為單位調(diào)節(jié)。3、薄板及全位置、打底焊能力優(yōu)越。熔池僅在脈沖電流時間內(nèi)熔化，在基值電流時間內(nèi)可得到冷卻結(jié)晶。與連續(xù)電流的焊接相比，在熔深相同的前提下，平均電流（對焊縫的熱輸入）更小。2、焊接參數(shù)的選擇脈沖MIG焊焊接參數(shù)的內(nèi)容與連續(xù)電流的普通MIG焊的大致相同，不同的是，其電流分為四個基本參數(shù)：脈沖電流ip、基值電流i0、脈沖（持續(xù)）時間tp、基值（持續(xù)）時間t0，見圖。itipi0t0tp

⑴脈沖電流主要決定熔池形狀（尤熔深大?。┖腿鄣芜^渡形式。⑵基值電流主要作用是維持電弧的燃燒，同時對焊縫的熱輸入、焊絲的預(yù)熱有影響。⑶脈沖持續(xù)時間主要影響焊縫熱輸入和熔池形狀（大小）。⑷基值持續(xù)時間對焊縫的熱輸入、焊絲的預(yù)熱有影響，同時影響焊接效率（焊接速度）。

另外，由以上四個基本脈沖參數(shù)可以推出其它參數(shù)，如周期T=tp+tp、頻率=1/T、脈寬比（占空比）=tp/T、幅比=ip/i0等。這些參數(shù)都是在表述脈沖工藝時常用到的概念。在此需要特別指出的是，并非所有的焊機其脈沖參數(shù)的調(diào)節(jié)都是調(diào)“四個基本參數(shù)”，有的可能是調(diào)“占空比”或“頻率”等。故此要對這些概念及它們之間的關(guān)系準(zhǔn)確、熟練地掌握。

脈沖參數(shù)的選擇：以上的脈沖參數(shù)是互相關(guān)聯(lián)的，比如要增加對焊縫的熱輸入（平均電流），既可以通過增加ip，也可以通過增加i0，甚至還可以通過增加tp或t0來達到（當(dāng)然它們的效果不完全相同）。所以，對脈沖參數(shù)的正確選擇是比較復(fù)雜的，要考慮材質(zhì)、熔深、焊接層次、位置、焊接速度以及焊工個人的操作習(xí)慣以及反應(yīng)速度等許多因素，進行綜合平衡、協(xié)調(diào)一致。建議參考有關(guān)手冊的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，然后通過焊接工藝評定試驗來確定。另外，由于GMAW（熔化極氣體保護電弧焊）工藝參數(shù)（尤脈沖工藝參數(shù)）確定的復(fù)雜多變性，每一次焊接都靠人工試驗來摸索、確定工藝參數(shù)，將會非常不經(jīng)濟，對工藝的推廣也會帶來很大的制約，所以，現(xiàn)在正逐步通過在焊機上建立專家系統(tǒng)來解決這個問題。這就是焊接專家系統(tǒng)的意義所在。關(guān)于“一脈一滴”：所謂一脈一滴，即一個脈沖過渡一個熔滴，這樣的熔滴過渡