第四章-熔化極氣體保護(hù)電弧焊

第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊2第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握熔化極氣體保護(hù)焊的原理、熔滴過渡、焊接區(qū)冶金保護(hù)及其氣體選擇；熟悉影響焊接質(zhì)量的因素和保證焊接質(zhì)量的措施；了解熔化極氣體保護(hù)焊設(shè)備的基本組成；掌握常用的MIG焊、MAG焊、CO2氣體保護(hù)焊的基本工藝技術(shù)。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊3第五章熔化極氣體保護(hù)電弧焊主要內(nèi)容第一節(jié)熔化極氣體保護(hù)電弧焊原理及分類第二節(jié)熔化極氣體保護(hù)焊的氣體選擇與冶金特性第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)焊第四節(jié)CO2氣體保護(hù)焊第五節(jié)藥芯焊絲電弧焊第六節(jié)熔化極氣體保護(hù)焊的特別技術(shù)不講2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊4第一節(jié)熔化極氣體保護(hù)焊原理及分類

熔化極氣體保護(hù)焊是指使用熔化電極，用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊方法，英文簡稱GMAW（GasMetalArcWelding）。一、熔化極氣體保護(hù)焊原理

熱源：電?。ń⒃诤附z與熔池間）

焊縫：熔化焊絲+母材金屬

保護(hù)：氣體保護(hù)、氣-渣聯(lián)合保護(hù)2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊5第一節(jié)熔化極氣體保護(hù)焊原理及分類二、熔化極氣體保護(hù)焊方法分類及其應(yīng)用依焊絲結(jié)構(gòu)：實(shí)心焊絲氣體保護(hù)焊、藥芯焊絲電弧焊依保護(hù)氣體：CO2氣體保護(hù)焊、惰性氣體保護(hù)焊(MIG：MetalInertGasArcWelding)

、混合氣體保護(hù)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、銅及其合金第一節(jié)熔化極氣體保護(hù)焊原理及分類2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊6返回2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊7第二節(jié)保護(hù)氣體選擇與冶金特性保護(hù)氣體作用：保護(hù)（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(hù)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2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊8第二節(jié)保護(hù)氣體選擇與冶金特性保護(hù)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氣氛。改善工藝及焊縫質(zhì)量原則焊接碳鋼或低合金高強(qiáng)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2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊9第二節(jié)保護(hù)氣體選擇與冶金特性二、MIG及MAG焊的冶金特性MIG焊的特點(diǎn)惰性氣體純Ar或He：不與熔融金屬發(fā)生化合，無合金元素?zé)龘p問題；不會向熔滴和熔池金屬溶解。

注意：控制焊接熱輸入避免焊縫及HAZ塑、韌性降低；細(xì)顆粒、射流或旋轉(zhuǎn)射流過渡可能發(fā)生低熔點(diǎn)元素蒸發(fā)。MAG焊的特點(diǎn)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(bǔ)償量。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊10第二節(jié)保護(hù)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－QO2→2O－QCO2和O具有強(qiáng)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。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)2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊11第二節(jié)保護(hù)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燒損，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燒損和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(bǔ)充熔池中的合金元素含量。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊12第二節(jié)保護(hù)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(diǎn)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MnO

SiO2(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。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊13第二節(jié)保護(hù)氣體選擇與冶金特性3、氣孔問題（自己復(fù)習(xí)）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?？刂拼胧禾岣吆附z中脫氧元素Si和Mn含量、限制焊絲中的含碳量。氮?dú)饪妆Ｗo(hù)氣層遭到破壞時空氣侵入焊接區(qū)所致

控制措施：增強(qiáng)氣體的保護(hù)效果、選用含固氮元素（如Ti和Al）的焊絲。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊14第二節(jié)保護(hù)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。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊15第二節(jié)保護(hù)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。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊16第二節(jié)保護(hù)氣體選擇與冶金特性CO2焊絲返回2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊17第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)焊一、熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG焊)1、特點(diǎn)電弧燃燒穩(wěn)定；電流密度高；具有陰極清理作用；亞射流過渡電弧具有很強(qiáng)的固有自調(diào)節(jié)作用；幾乎可焊所有金屬。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊18第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)焊2、惰性氣體保護(hù)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(hù)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(qiáng)焊接區(qū)的保護(hù)；正確選擇焊接工藝參數(shù)。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊19第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)焊3、亞射流過渡惰性氣體保護(hù)焊

亞射流過渡的電弧形態(tài)亞射流過渡區(qū)介于射滴過渡區(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(kuò)展成蝶狀，并發(fā)出輕輕的“啪啪”聲。射流過渡：電弧較長，呈鐘罩形，發(fā)出“咝咝”聲2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊20第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)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。鋁焊絲熔化特性與電弧形態(tài)間的關(guān)系2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊21第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)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(jī)匹配恒流外特性電源的弧長自調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊22第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)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，與恒壓電源相比，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，未熔合缺陷幾率降低。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊23第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)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，必須要求焊機(jī)帶有焊接電流與送絲速度同步控制功能。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊24第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)焊二、熔化極混合氣體保護(hù)焊（MAG）1、工藝優(yōu)點(diǎn)克服了單組元?dú)怏w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。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。氧化性氣氛還可以改善熔滴的過渡特性、熔深及電弧的穩(wěn)定性。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊25第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)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。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊26第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)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(qiáng)規(guī)范焊接、電弧穩(wěn)定、飛濺很小，必須配用強(qiáng)脫氧能力的焊絲。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊27第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)焊三、熔化極混合氣體保護(hù)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)。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊28第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)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，采用平特性電源配等速送絲系統(tǒng)；焊絲直徑大于2mm，采用下降外特性配變速送絲系統(tǒng)。鋁、鎂焊絲采用亞射流熔滴過渡（電弧電壓較小）時，采用恒流特性電源配用等速送絲。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊29第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)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(jì)好的焊接工藝程序進(jìn)行控制。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊30第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)焊3、焊槍：送絲、送氣、導(dǎo)電4、送絲系統(tǒng)送絲系統(tǒng)由送絲機(jī)構(gòu)、送絲軟管及焊絲盤等組成。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊31第三節(jié)惰性及混合氣體保護(hù)焊焊絲直徑0.8-2.0mm軟管長度2-5m焊絲直徑≤0.8mm15m返回2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊32第四節(jié)CO2氣體保護(hù)焊一、CO2焊接方法的特點(diǎn)及應(yīng)用

優(yōu)點(diǎn)：電弧弧柱直徑較小，熔滴過渡阻力較大，飛濺率大。焊接區(qū)保護(hù)效果良好。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)和焊接變形較小；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(diǎn)。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊33第四節(jié)CO2氣體保護(hù)焊缺點(diǎn)：焊縫外觀成形欠美觀；焊接飛濺較大；抗風(fēng)能力較差。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。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊34第四節(jié)CO2氣體保護(hù)焊二、CO2焊接工藝技術(shù)熔滴過渡類型的選擇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2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊35第四節(jié)CO2氣體保護(hù)焊1、短路過渡工藝工藝特點(diǎn)：

通常采用細(xì)焊絲（0.6～1.6mm）、低電壓、小電流工藝。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。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊36第四節(jié)CO2氣體保護(hù)焊工藝參數(shù)的選擇原則：

電弧電壓和焊接電流焊接主回路電感L(控制焊接電流增長速率di/dt）焊接速度：一般視焊縫成形而定。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊37第四節(jié)CO2氣體保護(hù)焊焊絲伸出長度（10～20mm）2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊38第四節(jié)CO2氣體保護(hù)焊極性選擇：直流反極性氣體流量一般先根據(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(yàn)數(shù)據(jù)。2024/8/30第四章熔化極氣體保護(hù)電弧焊39第四節(jié)CO2氣體保護(hù)焊2、（細(xì)）顆粒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(qiáng)，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。第四節(jié)CO2氣體保護(hù)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