焊接工程基礎(chǔ)第四章熔化極氣體保護電弧焊課件

二、熔化極氣體保護焊方法分類及其應(yīng)用依焊絲結(jié)構(gòu)：實心焊絲氣體保護焊、藥芯焊絲電弧焊依保護氣體：CO2氣體保護焊、惰性氣體保護焊(MIG：MetalInertGasArcWelding)

、混合氣體保護焊

(MAG：MetalActive-GasArcWelding)依操作過程：半自動焊、自動焊應(yīng)用：碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、鋁、銅及其合金2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊6第一節(jié)熔化極氣體保護焊原理及分類第一節(jié)熔化極氣體保護焊原理及分類三、熔化極氣體保護焊的特點與焊條電弧焊和埋弧焊相比優(yōu)點：生產(chǎn)率高、焊接變形小、焊縫含氫量比焊條電弧焊少、煙霧少、熔深大、明弧焊接可觀察電弧熔池的狀態(tài)和行為、可進(jìn)行全位置焊接、無需清渣。缺點：焊接過程受環(huán)境制約（防風(fēng)）、焊槍重，靈活性差、狹小空間不易焊接、設(shè)備較復(fù)雜、使用維護要求高。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊8第一節(jié)熔化極氣體保護焊原理及分類三、熔化極氣體保護焊的應(yīng)用1適合焊接的材料：使用惰性保護氣體，可焊接鋼鐵材料和非鐵材料。但從焊絲供應(yīng)和成本考慮主要用于鋁銅鈦及其合金、不銹鋼、耐熱鋼的焊接?；旌蠚怏w和CO2氣體保護焊用于碳鋼、低合金高強度鋼的焊接。2焊接位置：可進(jìn)行全位置焊接，以平焊和橫焊效率最高。3可焊厚度：薄至1mm以下，最厚不受限制。第二節(jié)保護氣體選擇與冶金特性保護氣體作用：保護（隔離空氣，使高溫焊接區(qū)免遭空氣侵害）；改善工藝性能（一定程度上影響甚至決定著電弧的能量特性、形態(tài)特征、工藝特性）；冶金作用。一、熔化極氣體保護焊的氣體選擇按組元數(shù)量：單一氣體、混合氣體按氣體化學(xué)性質(zhì)：氧化性氣體、還原性氣體、惰性氣體2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊9保護氣體選擇原則對焊縫性能無害原則

黑色金屬(低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼)可以采用氧化性氣體(如CO2、O2)做焊接氣氛；有色金屬必須采用惰性氣體做焊接氣氛。改善工藝及焊縫質(zhì)量原則

焊接碳鋼或低合金高強鋼時，常用Ar+CO2等混合氣體；焊接不銹鋼時常用Ar+O2混合氣體。提高工藝技術(shù)水平原則

提高電弧溫度、能量密度、電弧的挺度以及電弧的導(dǎo)熱速度以提高焊接生成率和焊接工藝質(zhì)量2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊10第二節(jié)保護氣體選擇與冶金特性二、MIG及MAG焊的冶金特性MIG焊的特點惰性氣體純Ar或He：不與熔融金屬發(fā)生化合；不會向熔滴和熔池金屬溶解，焊縫金屬純凈度高，氣孔、缺陷少。

注意：控制焊接熱輸入避免焊縫及焊接熱影響區(qū)的塑、韌性降低；細(xì)滴、射流或旋轉(zhuǎn)射流過渡可能發(fā)生低熔點元素蒸發(fā)。MAG焊的特點少量金屬發(fā)生一定的氧化。在焊絲的選擇時，焊絲的化學(xué)成分應(yīng)給予一定的損失補償量。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊11第二節(jié)保護氣體選擇與冶金特性三、CO2焊接的冶金特性1、CO2的特性在電弧高溫作用下，CO2→CO+1/2O2－Q

O2→2O－QCO2、O2和O具有強烈的氧化性，使Fe及其它合金元素氧化。氧化反應(yīng)產(chǎn)物：SiO2、MnO、FeO、CO等。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊12以熔渣形式浮于熔池表面具有表面性質(zhì)不會引起氣孔部分成熔渣；部分溶入液態(tài)金屬(K)第二節(jié)保護氣體選擇與冶金特性2、脫氧措施

FeO帶來的問題：氧化產(chǎn)物FeO進(jìn)入熔滴會引起C和合金元素?zé)龘p，甚至導(dǎo)致熔滴爆炸而產(chǎn)生飛濺；FeO進(jìn)入熔池會引起C和合金元素?zé)龘p和CO氣孔。熔池結(jié)晶后，殘留在焊縫金屬中的FeO將使焊縫中的含氧量增加而降低其力學(xué)性能。

解決措施：在焊絲或藥芯焊絲的藥粉中加入脫氧劑合金元素，將FeO還原并補充熔池中的合金元素含量。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊13第二節(jié)保護氣體選擇與冶金特性脫氧原則：脫氧產(chǎn)物不能有氣體；生成物密度要小，熔點要低。主要有Al、Ti、Si、Mn等。采用Si、Mn聯(lián)合脫氧生成復(fù)合化合物MnOSiO2(硅酸鹽)，易浮出熔池，凝固后成為渣殼覆蓋在焊縫表面。碳含量的問題：

為了防止氣孔和減少飛濺以及降低焊縫產(chǎn)生裂紋的傾向，焊絲中的C一般都限制在0.15％以下。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊14第二節(jié)保護氣體選擇與冶金特性3、氣孔問題CO氣孔

FeO溶于熔池與C反應(yīng)生成CO。

CO氣孔常出現(xiàn)在焊縫根部與表面，且多呈針尖狀。控制措施：提高焊絲中脫氧元素Si和Mn含量、限制焊絲中的含碳量。氮氣孔保護氣層遭到破壞時空氣侵入焊接區(qū)所致

控制措施：增強氣體的保護效果、選用含固氮元素（如Ti和Al）的焊絲。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊15第二節(jié)保護氣體選擇與冶金特性氫氣孔氫的來源：電弧區(qū)的氫主要來自焊絲、工件表面的油污及鐵銹，以及CO2氣體中所含的水分，在電弧高溫下都能分解出H2氣?？刂拼胧簻p少熔池中氫的溶解量；焊接區(qū)氧化性的CO2存在減弱氫的有害作用；直流反接法。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊16第二節(jié)保護氣體選擇與冶金特性四、CO2氣體及焊絲氣體純度對焊縫質(zhì)量的影響液態(tài)CO2中可溶解約占質(zhì)量0.05％的水分，還有部分沉于鋼瓶底部。水分會影響到焊縫金屬的致密度。CO2氣體的提純方法將新灌氣瓶倒立靜置1~2h，然后打開閥門，把沉積在下部的自由狀態(tài)的排出。

然后在使用前先放氣2~3次，放掉氣瓶上部的氣體。

在氣路系統(tǒng)中設(shè)置高壓和低壓干燥器。

氣壓降到100kPa不再使用。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊17第二節(jié)保護氣體選擇與冶金特性CO2焊絲2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊18第二節(jié)保護氣體選擇與冶金特性第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊一、熔化極惰性氣體保護焊(MIG焊)1、特點電弧燃燒穩(wěn)定、熔滴細(xì)小、熔滴過渡穩(wěn)定、焊縫質(zhì)量高；電流密度高、母材熔深大、焊絲熔化速度快、生產(chǎn)率高；直流反接時具有陰極清理作用（鋁合金）；亞射流過渡電弧具有很強的固有自調(diào)節(jié)作用；幾乎可焊所有金屬，尤其適合鎂鋁銅鈦鋯鎳等有色金屬及不銹鋼材料的焊接。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊192、MIG焊的質(zhì)量控制熔滴過渡類型的合理選擇噴射過渡：中厚板和大厚板的水平對接及角接焊(平角焊)

脈沖射流過渡：上述情況+全位置焊接；短路過渡：薄板及全位置焊接。焊縫起皺現(xiàn)象的控制焊接電流過大、焊接區(qū)保護不良，導(dǎo)致陰極導(dǎo)電區(qū)集聚在弧坑底部，則容易產(chǎn)生焊縫起皺。

控制方法：加強焊接區(qū)的保護；正確選擇焊接工藝參數(shù)。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊20射流第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊3、亞射流過渡MIG焊

亞射流過渡的電弧形態(tài)亞射流過渡區(qū)介于射流過渡區(qū)與短路過渡區(qū)之間。亞射流電弧的弧長很短，在焊絲端頭逐漸向外擴展成蝶狀，并發(fā)出輕輕的“啪啪”聲。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊21射流過渡：電弧較長，呈鐘罩形，發(fā)出“咝咝”聲第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊在亞射流過渡區(qū)中焊絲熔化系數(shù)隨可見弧長的縮短而增大。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊22鋁焊絲熔化特性與電弧形態(tài)間的關(guān)系亞射流過渡電弧的固有自調(diào)節(jié)特性第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊

亞射流過渡時電弧的固有自調(diào)節(jié)特性等速送絲焊機匹配恒流外特性電源的弧長自調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊23第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊亞射流過渡時的焊接特性（與射流過渡形式相比）

弧長變短，電弧呈蝶形，陰極清理區(qū)大，鋁、鎂合金焊接時焊縫起皺及形成黑粉傾向降低。由于采用了恒流電源，受外界干擾而發(fā)生了弧長或送絲速度波動時，焊縫幾何尺寸（熔深、熔池形狀、熔寬）的波動要小。指狀熔深傾向減小，未熔合未熔透缺陷幾率降低。

焊接參數(shù)匹配，可實現(xiàn)自身調(diào)節(jié)。

2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊24第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊

亞射流過渡時的參數(shù)匹配對于給定的焊接電流，其對應(yīng)的最佳送絲速度范圍很窄，不能僅僅依靠等速送絲配恒流電源自動調(diào)節(jié)，必須要求焊機帶有焊接電流與送絲速度同步控制功能。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊25第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊焊接工藝參數(shù)的選擇（1）焊絲直徑細(xì)絲以短路過渡為主，薄板與全位置焊接；粗絲以射流過渡為主，厚板平位置焊接。（2）焊接電流根據(jù)工件厚度、焊接位置焊絲直徑和熔滴過渡形式選擇。（3）焊接電壓影響熔滴過渡和焊縫成形，需與焊接電流匹配。過高產(chǎn)生氣孔與飛濺、過低容易短路。（4）焊接速度自動25-150m/h;半自動5-60m/h。（5）噴嘴直徑比TIG大，約20mm左右，距離工件12-22mm。（6）焊絲位置分前傾、后傾、垂直，前傾熔深大、余高大、焊道窄，后傾相反，垂直居中。二、熔化極混合氣體保護焊（MAG）1、工藝優(yōu)點克服了單組元氣體對焊接過程穩(wěn)定性或焊接質(zhì)量的某些不利影響，使焊接過程和焊接質(zhì)量更可靠。Ar+CO2、Ar+CO2+O2、Ar+O2等混合氣體常用來焊接黑色金屬。(單純Ar氣保護，熔池粘度大、潤濕性差、氣孔、咬邊、指狀熔深傾向性大、陰極斑點穩(wěn)定性差，焊縫幾何尺寸均勻性差)增大電弧的熱功率，提高焊接生產(chǎn)率。Ar+CO2等混合氣體有提高電弧熱功率和能量密度的特性。氧化性氣氛可以改善熔滴的過渡特性、熔深及電弧的穩(wěn)定性。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊27第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊2、混合氣體種類Ar+He：He的傳熱系數(shù)大，電弧電壓和電弧溫度比氬弧高得多。Ar+H2：利用氫還原性抑制和消除CO氣孔；提高電弧溫度，增加母材熱量輸入。Ar+N2：電弧溫度高，但飛濺大。Ar+O2：克服陰極飄移，降低液態(tài)金屬粘度及表面張力，細(xì)化熔滴，改善熔滴過渡和焊縫形狀。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊28第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊Ar+CO2：克服陰極漂移和焊縫成形不良問題。Ar+CO2+O2：焊縫成形、接頭質(zhì)量、熔滴過渡、電弧穩(wěn)定性較好。CO2+O2：熔池溫度提高、熔深增大，焊縫金屬含氫量較低，能采用強規(guī)范焊接、電弧穩(wěn)定、飛濺很小，必須配用強脫氧能力的焊絲。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊29第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊三、熔化極氣體保護焊設(shè)備組成：焊接電源、送絲系統(tǒng)、焊槍和(行走系統(tǒng))、供氣系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊30第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊1、焊接電源GMAW所需求的電流為50～500A，特種應(yīng)用1500A，電源負(fù)載持續(xù)率60%～100%，空載電壓55～85V。焊絲直徑小于1.6mm，采用緩降或平特性電源配等速送絲系統(tǒng)（等速送絲電弧自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)）；焊絲直徑大于2mm，采用陡降外特性配變速送絲系統(tǒng)（變速送絲弧壓反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)）。鋁、鎂焊絲采用亞射流熔滴過渡（電弧電壓較?。r，采用恒流特性電源配等速送絲系統(tǒng)（等速送絲電弧固有自調(diào)節(jié)系統(tǒng)）。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊31第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊2、控制裝置：基本控制系統(tǒng)+程序控制系統(tǒng)基本控制系統(tǒng)：在焊前或焊接過程中調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)；程序控制系統(tǒng)：對焊接電源、送絲系統(tǒng)、焊槍和行走系統(tǒng)、供氣和供水系統(tǒng)等各組成部分按照預(yù)先設(shè)計好的焊接工藝程序進(jìn)行控制。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊32第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊3、焊槍：送絲、送氣、導(dǎo)電分為自動和半自動焊槍要求：送絲穩(wěn)定、連續(xù)、準(zhǔn)確且抗干擾能力強導(dǎo)電嘴導(dǎo)電性能好、耐磨，熔點高。對焊接區(qū)保護可靠半自動焊槍需要輕便、靈活、易于觀察焊接區(qū)可根據(jù)焊接電流、保護氣氛和焊接時間等選擇水冷卻或氣冷卻2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊33第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊4、送絲系統(tǒng)送絲系統(tǒng)由送絲機構(gòu)、送絲軟管及焊絲盤等組成。要求：電動機機械性能盡可能硬一點；拖動控制電路具有較高的控制精度和抗干擾能力送絲軟管盡可能短一些，軟管內(nèi)徑與焊絲直徑相配合，摩擦系數(shù)要小。導(dǎo)絲孔的加工精度高、孔徑長度尺寸適合。第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊35焊絲直徑0.8-2.0mm軟管長度2-5m焊絲直徑≤0.8mm15m第三節(jié)惰性及混合氣體保護焊第四節(jié)CO2氣體保護焊一、CO2焊接方法的特點及應(yīng)用

優(yōu)點：電弧弧柱直徑較小。焊接區(qū)保護效果良好、密度高，分解后體積膨脹。CO2電弧熔透能力較大，焊絲熔化系數(shù)大，生產(chǎn)率高。焊接生產(chǎn)成本低，節(jié)約電能。焊接區(qū)可見度好；焊接熱影響區(qū)和焊接變形較??；熔池體積較小結(jié)晶速度較快，全位置焊接性能良好；對銹污敏感性低等優(yōu)點。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊36缺點：焊縫外觀成形欠美觀；焊接飛濺較大，抗風(fēng)能力差，不能焊接易氧化性的材料。解決措施：采用新型的焊接材料、波形控制電源與熔滴過渡控制技術(shù)。應(yīng)用前景：在黑色金屬薄板及中厚板焊接領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間。在一些發(fā)達(dá)國家中，CO2焊接方法的應(yīng)用已占整個焊接生產(chǎn)的60％左右，廣泛用于汽車、造船、石油化工、機械等領(lǐng)域。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊37第四節(jié)CO2氣體保護焊二、CO2焊接工藝技術(shù)熔滴過渡類型的選擇（短路、細(xì)熔滴、潛弧射滴）焊絲直徑選擇極性選擇焊縫坡口尺寸熔敷控制技術(shù)焊件的焊前及焊后處理2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊38第四節(jié)CO2氣體保護焊1、短路過渡工藝工藝特點：

通常采用細(xì)焊絲（0.6～1.6mm）、低電壓、小電流工藝。電弧電壓低、焊接電流小、熱輸入功率小，熔透能力和熔池體積較小，結(jié)晶速度快，再加上熄弧與燃弧交替進(jìn)行，適用于薄板及全位置焊接場合。熱輻射與光輻射低，煙塵較小。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊39第四節(jié)CO2氣體保護焊工藝參數(shù)的選擇原則：

電弧電壓和焊接電流（需配合，電壓過低引弧困難，過高短路過渡變成大滴過渡，焊接過程不穩(wěn)定）焊接主回路電感L(控制焊接電流增長速率di/dt，過大小滴飛濺，過小大滴飛濺）焊接速度：一般視焊縫成形而定，過快出現(xiàn)咬邊、駝峰焊道，過慢產(chǎn)生燒穿、焊道變寬、組織變粗等缺陷。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊40第四節(jié)CO2氣體保護焊焊絲伸出長度（10～20mm）直接影響熔化速度。過小，噴嘴易堵，焊絲回?zé)?，氣保護效果變差，不便觀察。過大，電弧穩(wěn)定性變差，易產(chǎn)生大顆粒飛濺，熔深變小，氣保護效果變差。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊41第四節(jié)CO2氣體保護焊極性選擇：直流反極性氣體流量：小規(guī)范：5～15L/min；中規(guī)范：20L/min；大規(guī)范：25～50L/min。一般先根據(jù)板厚、坡口形式、焊接位置等選定焊絲直徑；然后選擇焊接電流及電弧電壓；焊接速度視焊縫成形而定。再調(diào)節(jié)主回路L值，以使飛濺最小。焊絲伸出長度、氣體流量、極性等據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊42第四節(jié)CO2氣體保護焊2、（細(xì)）顆粒(滴）過渡焊接工藝顆粒過渡大都采用較粗（1.6mm和2.0mm）的焊絲，選擇較大的焊接電流和適當(dāng)?shù)碾娀‰妷?。顆粒過渡焊接電流比短路過渡的高1倍以上，電弧電壓高50％以上。顆粒過渡時的電弧功率較大，穿透力較強，母材熔深大，適合于焊接中等厚度及大厚度工件。電源仍采用直流反極性接法，回路電感對抑制飛濺不起作用。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊43第四節(jié)CO2氣體保護焊3、半短路過渡/混合過渡介于短路過渡和細(xì)顆粒過渡之間的過渡形式。以短路過渡為主，伴隨少量顆粒過渡。焊接電流和電弧電壓介于兩者之間。用于中等厚度工件的焊接。4、潛弧射滴過渡粗絲（3～5mm）、大電流、低電壓電弧下潛進(jìn)入金屬蒸氣，電弧氣氛改變，熔滴細(xì)化，飛濺減小適合于厚板平焊。2023/7/27第四章熔化極氣體保護電弧焊44第四節(jié)