4章熔化極氣體保護焊

2016年10月27日第四章熔化極氣體保護電弧焊簡介該類方法的連接原理、熔滴過渡、焊接區(qū)冶金保護及其氣體選擇等基本原理，著重介紹焊接生

產(chǎn)上常用的惰性、

混合氣體保護電弧焊、CO2

氣體保護焊、藥芯焊絲電弧焊的基本工藝技術及其相關的

特別技術。第一節(jié)熔化極氣體保護電弧焊原理及分類具有熔敷率高，適用材料廣泛、可全位置焊接、焊接區(qū)的冶金作用相對簡單和易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點D一、熔化極氣體保護焊原理(4-1)電弧建立在連續(xù)送進的焊絲與熔池之間。熔化的焊絲金屬與母材金屬混合而成的熔池在電弧熱源移走

后結晶而形成焊縫，并把分離的母材通過冶金方式連

接起來，熔化極氣體保護焊方法對焊接區(qū)的保護是依

賴專門送入的保護氣體來實現(xiàn)的。

GMAW

方法常用半

自動和自動焊兩種形式。法

-

1好

化

校

工

體

保

護中

原

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登

密1

—

年

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2

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—于

9

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畢

王

全二、熔化極氣體保護焊方法分類及其應用依據(jù)焊絲結構，熔化極氣體保護焊方法可分為實芯焊絲氣體保護焊和藥芯焊絲電弧焊兩大類；

依據(jù)

保護氣體類別可分為

CO?氣體保護焊、混合氣體保

護焊和惰性氣體保護焊。通過合理地選擇焊絲和保護氣體，

GMAW

方法可用于碳鋼、低合金結構鋼、不銹鋼、鋁、銅及其合

金等金屬的焊接。第二節(jié)熔化極氣體保護焊的氣體選擇與冶金特性保護氣體隔離空氣，使高溫焊接區(qū)免遭空氣侵害外，還一定程度上影響甚至決定著電弧的能量特性

、形態(tài)特征、工藝特性以及焊縫的冶金特性。依據(jù)工件鋼種、板厚、焊縫空間位置、焊接接頭質量要求、焊接生產(chǎn)率要求等，合理選擇保護氣體

及焊絲，是熔化極氣體保護焊應用中的重要工藝設計

內(nèi)容。一、熔化極氣體保護焊的氣體選擇1.

對焊縫性能無害原則2.

改善工藝及焊縫質量原則3.

提高工藝技術水平原則提高焊接生產(chǎn)率、工藝質量、可靠性，需提高電弧的溫度、能量密度、電弧的挺度以及電弧的熱傳導

速度等。如焊接高導熱率的銅及其合金時，采用

Ar

+He

或

Ar+N2混合氣體，顯著提高電弧溫度和

挺度，增大母材的熱輸入，

改善焊縫的潤濕性。二、

MIG

及

MAG

焊的冶金特性及焊絲選擇。MIG焊合金元素不燒損；同時惰性氣體也不會向熔滴和熔池中溶解。僅金屬發(fā)生熔化，缺陷的幾率

極小。但要注意以下兩個冶金問題：1)

依據(jù)材料的熱敏感程度，注意控制焊接熱輸入，過大的焊接熱輸入將導致焊縫及HAZ韌性降低。2)細顆粒、射流或旋轉射流過渡時，電弧熱高，發(fā)生低熔點元素的大量蒸發(fā)，影響到焊縫的化學成分。MAG

焊接區(qū)高溫階段少量金屬發(fā)生一定的氧化三、

二氧化碳焊接的冶金特性(一)合金元素的氧化采用

CO2

氣體作為保護介質，有效地防止空氣侵入焊接區(qū)域但在電弧高溫作用下

CO?

氣體會分解

成

CO、02和0,生成的

CO

氣體，引起

C

燒損，F(xiàn)e0

則按分配律：

一部分以熔渣形式浮出熔池表面；另一部分則溶入液態(tài)金屬中，并會進一步與熔

池及熔滴中的合金元素發(fā)生反應使其氧化。(二)脫氧措施和焊縫金屬的合金化通常采取的措施是在焊絲中氧的親和力比

Fe大的合金元素)脫氧劑作為合金元素留在焊縫中，以彌

補氧化燒損損失并保證焊縫的化學成分；脫氧成分密

度要小，熔點要低，并以熔渣形式浮出熔池表面。實

踐表明，采用

Si、Mn聯(lián)合脫氧得到滿意的結果，國內(nèi)應用最廣泛的

H08Mn2SiA

焊絲，其反應方程式：2Fe0

+Si2Fe

+Si02Fe0+Mn

Fe+MnO能結合成復合化合物

MnO·Si02(硅酸鹽)(

三

)

氣

孔1.

一氧化碳氣孔多是由于焊絲的化學成分選擇不當造成。

當焊絲金屬中含脫氧元素不足時，

Fe0

溶于熔池金屬中

,

并與

C反應

生成CO

氣體不易逸出在焊縫根部

與表面，且多呈針尖狀。足夠的脫氧元素

Si

和Mn,

以及限制焊絲中的含碳量，就可以抑制上述的反應過程。(三)氣孔2.

氮氣孔焊縫中的氮氣孔主要是由于保護氣層遭到破壞，

大量空氣侵入焊接區(qū)所致。主要措施是應增

強氣體的保護效果。3.氫氣孔電弧區(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。焊前要適當清除工件和焊絲表面的油污及鐵銹,并應盡可能使用含水分低的

CO2

的氣體。所以直

流反接時，

焊縫中含氫量僅為正接時的1/3

~1/5四、

CO2

氣體及焊絲1.CO2

氣體2.CO2焊焊絲表

4

-

1

,

其中

H08Mn2SiA

是目前CO2

焊中應用最廣泛的一種焊絲。從近幾年國內(nèi)外焊絲發(fā)展

情況看，很多新品種焊絲中進一步降低了含碳量

wC

=0.03%～0.06

%,并添加了鈦、鋁、鋯等元素

。不僅可減少飛濺，還有利于提高抗氣孔能力及焊

縫力學性能。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(一)熔化極惰性氣體保護焊方法特點也稱熔化極氬弧焊。

該方法主要特點如下1)電弧燃燒穩(wěn)定，熔滴細小，熔滴過渡過程穩(wěn)定，飛濺小，焊縫冶金純凈度高，力學性能好。2)焊絲作為熔化電極，電流密度高，母材熔深大，焊絲熔化速度和焊縫熔敷速度高，焊接生產(chǎn)率高，

尤其適用于中等厚度和大厚度結構的焊接。3)鋁及合金的

MIG

焊時，

一般采用直流反極性，具有良好的陰極清理作用

，用亞射流過渡時，

電弧具有很強的固有自調(diào)節(jié)作用。4)幾乎可焊所有金屬，尤其適用于鋁、鎂及其合金、銅及其合金，鈦、鋯、鎳及其合金，不銹鋼等材

料的焊接。(二)熔化極惰性氣體保護焊的質量控制1.熔滴過渡類型選擇MIG

焊常用的熔滴過渡形式主要有連續(xù)射流過渡、射流過渡、亞射流過渡和旋轉射流過渡，射流

過渡主要用于中厚板和大厚板的水平對接及水平角

接焊，脈沖射流過渡用于上述情況外，還可用于全

位置焊接；短路過渡一般用于薄板及全位置焊接。2.

焊縫起皺現(xiàn)象在焊接鋁、鎂、銅及其合金，焊接電流遠大于對應焊絲直徑的射流過渡臨界電流時，

若焊接區(qū)

保護不良，

將導致陰極導電區(qū)集聚在弧坑底部，受

到強大電弧力作用的熔池金屬，

將被猛烈地“挖掘

”而濺出，

并產(chǎn)生嚴重的氧化和氮化，

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。二

、熔化極混合氣體保護焊熔化極混合氣體保護焊在方法原理、焊接系統(tǒng)構成、焊接區(qū)的保護原理方面與熔化極惰性氣體保

護焊沒有區(qū)別，

唯一不同的是采用的保護氣體是多

組元氣體，

而具有更大的優(yōu)越性，

主要有以下兩

點：1)克服了單種氣體對焊接過程穩(wěn)定性或接質量的某些不利影響，使焊接過程和焊接質量更可靠。2)增大電弧的熱功率，提高焊接生產(chǎn)率第四節(jié)

C02

氣體保護焊一、CO2焊接方法特點及其應用1)在焊接電弧高溫作用下的

CO2

氣體會發(fā)生吸熱分解反應，飛濺率大2)對焊接區(qū)保護效果良好3)能量相對集中，熔透能力較大；許用電流密度大4)焊接生產(chǎn)成本低，

節(jié)約電能。電能消耗僅為焊條電弧焊的40

%~70

%,其成本僅為埋弧焊和

焊條電弧焊的40

%~50

%。二、C02

焊接工藝技術三、CO2焊接的飛濺控制CO2焊接的飛濺最為嚴重第五節(jié)藥芯焊絲電弧焊一、藥芯焊絲的結構及分類藥芯焊絲按其生產(chǎn)工藝分為有縫和無縫兩類。有縫藥芯焊絲是由低碳冷軋薄鋼帶最廣泛的一類

,

按其橫截面上鋼帶與藥芯的相對位置和形狀，