熔化極氣體保護(hù)焊

1、第二章 熔化極氣體保護(hù)焊1熔化極氣體保護(hù)焊方法的原理熔化極氣體保護(hù)焊英文簡(jiǎn)稱GMAW采用可熔化的焊絲與被焊工件之間的電弧作為熱源來(lái)熔化焊絲與母材金屬，并向焊接區(qū)輸送保護(hù)氣體，使電弧、熔化的焊絲、熔池及附近的母材金屬免受周圍空氣的有害作用。連續(xù)送進(jìn)的焊絲金屬不斷熔化并過(guò)度到熔池，與熔化的母材金屬融合形成焊縫金屬，從而使工件相互連接起來(lái)，如下圖。圖2.1 熔化極氣體保護(hù)焊的工作原理2熔化極氣體保護(hù)焊的分類 熔化極氣體保護(hù)焊根據(jù)保護(hù)氣體的種類不同可分為：熔化極惰性氣體保護(hù)焊英文簡(jiǎn)稱MIG、熔化極氧化性混合氣體保護(hù)焊英文簡(jiǎn)稱MAG和CO2氣體保護(hù)電弧焊三種。熔化極惰性氣體保護(hù)焊MIG：保護(hù)氣體采用氬氣

2、、氦氣或氬氣與氦氣的混合氣體，它們不與液態(tài)金屬發(fā)生冶金反響，只起保護(hù)焊接區(qū)使之與空氣隔離的作用。因此電弧燃燒穩(wěn)定，熔滴過(guò)度平穩(wěn)、安定，無(wú)劇烈飛濺。這種方法特別適用于鋁、銅、鈦等有色金屬的焊接。熔化極氧化性混合氣體保護(hù)焊MAG：保護(hù)氣體由惰性氣體和少量氧化性氣體混合而成。由于保護(hù)氣體具有氧化性，常用于黑色金屬的焊接。在惰性氣體中混入少量氧化性氣體的目的是在根本不改變惰性氣體電弧特性的條件下，進(jìn)一步提高電弧的穩(wěn)定性，改善焊縫成型，降低電弧輻射強(qiáng)度。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊CO2：保護(hù)氣體是CO2，有時(shí)采用CO2+O2的混合氣體。由于保護(hù)氣體的價(jià)格低廉，采用短路過(guò)度時(shí)焊縫成型良好，加上使用含脫氧劑的焊

3、絲可獲得無(wú)內(nèi)部焊接缺陷的高質(zhì)量焊接接頭，因此這種方法已成為黑色金屬材料的最重要的焊接方法之一。3熔化極氣體保護(hù)焊設(shè)備的主要構(gòu)成 熔化極氣體保護(hù)焊設(shè)備主要由下局部構(gòu)成：焊接電源及控制裝置送絲裝置焊槍氣體流量調(diào)整器連接電纜和軟管 其中，控制裝置和焊接電源一般是做成一體的。焊接電源有關(guān)焊接電源的內(nèi)容將在下面各種焊接方法中分別介紹。送絲裝置送絲裝置由以下局部構(gòu)成:焊絲送進(jìn)電機(jī)保護(hù)氣體開(kāi)關(guān)電磁閥送絲滾輪 焊絲供應(yīng)裝置是專門(mén)向焊槍供應(yīng)焊絲的，在機(jī)器人焊接中主要采用推絲式單滾輪送絲方式。即在焊絲繞線架一側(cè)設(shè)置傳送焊絲滾輪，然后通過(guò)導(dǎo)管向焊槍傳送焊絲。在鋁合金的MIG焊接中，由于焊絲比較柔軟，所以在開(kāi)始焊接時(shí)

4、或焊接過(guò)程中焊絲在滾輪處會(huì)發(fā)生扭曲現(xiàn)象,為了克服這一難點(diǎn),采取了各種措施。焊槍熔化極氣體保護(hù)電弧焊焊槍大致有空冷式和水冷式兩種形式，空冷式焊槍一般用于中小焊接電流，水冷式焊槍用于大電流焊接。MIG焊槍與CO2/MAG焊槍形狀相似，但有以下的差異：1.為了無(wú)故障地傳送比較柔軟的鋁焊絲，有專用鋁焊接MIG焊槍。2.為了順利地傳送如不銹鋼、鎳合金、高強(qiáng)度鋼等硬質(zhì)材質(zhì)的焊絲，有專用焊接合金的MIG焊槍?？傊?，對(duì)應(yīng)不同的使用目的和不同用途，其焊槍的結(jié)構(gòu)也不同。圖給出了幾種焊槍的照片。圖為CO2氣體保護(hù)焊焊槍結(jié)構(gòu)示意圖。2.2 熔化極氣體保護(hù)焊焊槍圖2.3 CO2氣體保護(hù)焊焊槍結(jié)構(gòu)示意圖氣體流量調(diào)整器 氣

5、體流量調(diào)整器安裝在氣瓶出口處，設(shè)定焊接時(shí)所必須的氣體流量，氣體流量調(diào)整器包括用以降低氣瓶?jī)?nèi)高壓的“壓力調(diào)整器和讀取氣體流量的“流量計(jì)等。小型CO2氣體流量調(diào)整器中，由于氣路不會(huì)結(jié)冰，所以使用非加熱式氣體流量調(diào)整器，而在大型CO2氣體流量調(diào)整器中，由于能把氣瓶?jī)?nèi)高壓減壓至0.2Mpa(約2kgf/cm2)，氣體的快速膨脹帶走熱量導(dǎo)致氣路結(jié)冰，所以在CO2氣體流量調(diào)整器中要附上加熱裝置，如下圖。圖2.4 CO2氣體流量調(diào)整器4熔化極氣體保護(hù)焊的熔滴過(guò)渡形式 影響熔滴過(guò)渡的主要因素影響熔化極氣體保護(hù)焊的熔滴過(guò)渡形式的主要因素有：電流的大小和種類焊絲直徑焊絲成分焊絲干伸長(zhǎng)保護(hù)氣體的種類熔滴過(guò)渡形式1.

6、短路過(guò)渡熔化極氣體保護(hù)焊當(dāng)焊絲較細(xì)、電流較小時(shí)，熔滴過(guò)渡形式一般為短路過(guò)渡。只有在焊絲與熔池接觸的瞬間，熔滴才過(guò)渡到熔池，而在電弧空間那么沒(méi)有熔滴的過(guò)渡。熔滴的短路過(guò)渡頻率一般為20200次/秒，短路過(guò)渡時(shí)對(duì)應(yīng)的電流和電壓波形如下圖。懸掛在焊絲端頭的熔滴直接和熔池接觸，弧隙短路，焊絲與熔池之間形成液橋，焊接電流提高圖A，B，C，D。在短路電流產(chǎn)生的電磁力和液態(tài)金屬的外表張力的作用下，液橋形式縮頸變細(xì)，液橋斷開(kāi)，熔滴過(guò)渡到熔池，電弧重新引燃圖E，F(xiàn)。短路電流的上升速度應(yīng)足夠使焊絲加熱和促使熔滴過(guò)渡，但又不能太高，以防止由于熔滴的暴斷產(chǎn)生飛濺。短路電流的上升速度可以通過(guò)調(diào)節(jié)電源的回路電感來(lái)控制。最

7、正確的電感量的設(shè)置取決于焊接回路的電阻和焊絲的熔化溫度。電弧燃燒后，焊絲端頭的熔滴逐漸增大并送進(jìn)，再次和熔滴接觸，開(kāi)始下一個(gè)短路過(guò)程圖2.5(H)。圖2.5 CO2短路過(guò)渡時(shí)的電流及電壓波形保護(hù)氣體的成分對(duì)短路過(guò)渡的熔滴尺寸及過(guò)渡頻率有較大的影響，同時(shí)影響電弧特性和熔深。CO2與惰性氣體相比產(chǎn)生較大的飛濺，但熔深較大。在焊接碳鋼和低合金鋼時(shí)常常采用CO2和Ar的混合氣體來(lái)降低飛濺和取得較大的熔深。在焊接有色金屬時(shí)為了提高熔深在Ar氣中常參加He氣。短路過(guò)渡形成的熔池小，冷卻速度快，適于薄板的全位置以及根部間隙較大的焊縫的焊接。2.滴狀過(guò)渡惰性氣體保護(hù)焊當(dāng)電流較小時(shí)，熔滴的過(guò)渡形式為滴狀過(guò)渡。此

8、時(shí)，熔滴的直徑大于焊絲的直徑，熔滴主要依靠重力過(guò)渡到熔池，因此在平焊位置熔滴才能較好地過(guò)渡到熔池中。滴狀過(guò)渡的電弧電壓要比短路過(guò)渡的電壓高，以保證熔滴在與熔池接觸之前脫離焊絲端部，但由于電壓過(guò)高，使得熔深缺乏，加強(qiáng)高過(guò)大，在實(shí)際生產(chǎn)中的惰性氣體保護(hù)焊一般不采用這種過(guò)渡形式。在CO2氣體保護(hù)焊中，當(dāng)焊接電壓和電流大于短路過(guò)渡時(shí)的電壓和電流時(shí)，熔滴的過(guò)渡為滴狀過(guò)渡。由于斑點(diǎn)壓力的阻礙作用，CO2氣體保護(hù)焊的滴狀過(guò)渡是非軸向的，飛濺較大，如下圖。與短路過(guò)渡相比，CO2滴狀過(guò)渡熔深較大，特別適于碳鋼的中、厚板的焊接。圖2.6 CO2氣體保護(hù)焊的滴狀過(guò)渡形式3.噴射過(guò)渡在純Ar或富Ar氣體中，對(duì)于給定的

9、焊絲直徑，當(dāng)焊接電流增大到某一數(shù)值時(shí)，熔滴即從滴狀過(guò)渡轉(zhuǎn)變成噴射過(guò)渡。這個(gè)電流稱為臨界電流。噴射過(guò)渡時(shí)，焊絲金屬以細(xì)滴小于焊絲直徑沿電弧軸線方向進(jìn)入熔池，電弧穩(wěn)定，飛濺極少，如下圖。圖2.7 熔滴的噴射過(guò)渡形式噴射過(guò)渡臨界電流值與液態(tài)金屬的外表張力有關(guān)，與焊絲直徑成反比，焊絲的干伸長(zhǎng)對(duì)其也有一定的影響。它隨著焊絲的熔化溫度及保護(hù)氣體成分的變化而變化，表給出了常用焊絲的臨界電流值。 表2.1 常用焊絲的臨界電流值。焊絲材料焊絲直徑mm保護(hù)氣體最小的噴射電流A碳鋼98%Ar+2%O2150165220275不銹鋼170225285鋁Ar95135180無(wú)氧銅180210310硅青銅16520527

10、0圖2.8 脈沖噴射過(guò)渡噴射過(guò)度的熔深較深，呈指狀，適于中、厚板的平焊和橫焊位置。為了適應(yīng)薄板及全位置焊接，采用脈沖噴射過(guò)渡。脈沖噴射過(guò)渡是一種有規(guī)律的斷續(xù)性噴射過(guò)渡，如下圖。焊接電流是脈沖電流，包括恒定的基值電流和脈沖峰值電流兩局部，基值電流使焊絲末端預(yù)熱并局部熔化，但不形成熔滴。脈沖峰值電流作用期間那么產(chǎn)生熔滴的噴射過(guò)渡。脈沖的幅值和頻率決定電弧的能量，通過(guò)改變脈沖的幅值和頻率就能實(shí)現(xiàn)薄板和厚板的全位置焊接。 4.亞射流過(guò)渡 鋁及其合金的焊接通常采用射滴和短路相混合的過(guò)渡形式，這種過(guò)渡稱為“亞射流過(guò)渡“(mesosprag)，如下圖。其特點(diǎn)是弧長(zhǎng)較短,電弧電壓較低，電弧略帶輕微爆破，焊絲端

11、部的熔滴大到大約等于焊絲直徑時(shí)，便沿電弧線方向一滴一滴過(guò)渡到熔池，間有瞬時(shí)短路發(fā)生。研究指出，在噴射過(guò)渡下，常易出現(xiàn)各種缺陷，如熔深呈“指形，容易產(chǎn)生熔透不良等。此外，在噴射過(guò)渡下由于電弧較長(zhǎng)，保護(hù)效果降低，焊縫起皺及外表易產(chǎn)生黑粉。而采用亞射流過(guò)渡，陰極霧化區(qū)大，溶池的保護(hù)效果好，焊縫成形好，焊接缺陷也較少。在相同的焊接電流下，亞射流過(guò)渡的焊絲熔化速度和熔深都較射流過(guò)渡大。電弧的固有自調(diào)節(jié)作用特別強(qiáng)，當(dāng)弧長(zhǎng)受外界干擾而發(fā)生變化時(shí)，焊絲的熔化速度發(fā)生變化較大，促使弧長(zhǎng)向消除干擾的方向變化，因而可以迅速恢復(fù)到原來(lái)的長(zhǎng)度。圖2.9 熔滴的亞射流過(guò)渡形式影響焊接結(jié)果的工藝參數(shù)下面的一些參數(shù)影響焊縫的

12、熔深、焊道的幾何形狀和焊接質(zhì)量：焊接電流送絲速度電源極性電弧電壓電弧長(zhǎng)度焊接速度焊絲干伸長(zhǎng)焊槍角度接頭位置焊絲直徑保護(hù)氣體的成分和流量焊接電流當(dāng)其它參數(shù)不變時(shí)，焊接電流隨著送絲速度的變化呈非線性變化。在平特性電源中，焊接電流的改變與送絲速度的變化行為相似，碳鋼焊絲的焊接電流與送絲速度的關(guān)系如下圖。各種直徑的焊絲當(dāng)焊接電流較小時(shí)二者之間的關(guān)系都近似呈線性關(guān)系，焊接電流的增加，特別是小直徑焊絲，曲線為非線性，隨著焊接電流的增加焊絲的熔化速率提高，這主要是焊絲干伸長(zhǎng)上的電阻熱的奉獻(xiàn)。圖2.10 碳鋼焊絲的焊接電流與送絲速度的關(guān)系如下圖，當(dāng)送絲速度保持不變時(shí)，較大的焊絲直徑需要較大的焊接電流。焊絲的化

13、學(xué)成分對(duì)二者之間的關(guān)系影響可以比較圖、。不同的焊絲對(duì)應(yīng)不同的曲線位置和斜率，是由于焊絲的熔點(diǎn)和電阻率的不同。焊絲的干伸長(zhǎng)對(duì)它們的關(guān)系也有一定的影響。圖2.11 ER4043鋁合金焊絲焊接電流和送絲速度的關(guān)系圖2.12 300系列不銹鋼焊絲送絲速度與焊接電流的關(guān)系圖2.13 Ecu銅焊絲焊接電流與送絲速度的關(guān)系當(dāng)其它參數(shù)保持不變時(shí)，焊接電流的增加對(duì)焊縫熔深的影響最為顯著，幾乎呈正比關(guān)系，如下圖。焊縫寬度、余高等有增加的傾向，如下圖。圖2.14 焊接電流與焊縫熔深的關(guān)系圖2.15 焊接電流與焊縫斷面形狀焊接電流對(duì)熔滴過(guò)渡頻率和熔滴的體積有較大的影響，隨著焊接電流的增大，熔滴過(guò)渡頻率提高，熔滴體積變

14、小。電弧電壓電弧長(zhǎng)度電弧電壓和電弧長(zhǎng)度通常是可以互換的兩個(gè)術(shù)語(yǔ)，但應(yīng)該指出它們是不同的。對(duì)于G電弧長(zhǎng)度是一個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，而電弧電壓除了與電弧長(zhǎng)度有關(guān)外，還與其它參數(shù)有關(guān)，如保護(hù)氣體、焊接方法、甚至焊接電纜。電弧電壓是對(duì)電弧長(zhǎng)度的近似描述，它還應(yīng)該包括焊絲干伸長(zhǎng)上的電壓降。電弧電壓的設(shè)定取決于焊接材料、保護(hù)氣體和熔滴過(guò)渡類型。為了獲得最正確的電弧特性和焊道形狀，進(jìn)行工藝試驗(yàn)是非常必要的，因?yàn)樽钫_的電弧電壓取決于多種因素, 如金屬厚度、接頭類型、焊接位置、焊絲直徑、保護(hù)氣體成分和焊接方法等。電弧電壓與焊縫形狀的關(guān)系如下圖。電弧電壓越高，電弧就越長(zhǎng)，焊縫余高越小，焊縫熔寬將增加，熔深略有減小。但電

15、弧電壓過(guò)大將產(chǎn)生氣孔、飛濺和咬邊；反之電弧電壓越低，那么電弧長(zhǎng)度越短，焊縫余高越大，熔深將增加，焊縫寬度變窄。但過(guò)低的電弧電壓會(huì)導(dǎo)致焊絲插入熔池。圖2.16 電弧電壓與焊縫形狀的關(guān)系焊接速度當(dāng)其它條件不變時(shí)，適宜的焊接速度可以使焊縫熔深取得最大值。當(dāng)焊接速度降低時(shí)，單位長(zhǎng)度上填充金屬的熔敷量增加。焊接速度如果過(guò)慢，電弧將主要作用在熔池上，使得熔深降低，焊縫增寬，而且容易產(chǎn)生燒穿和焊縫組織粗大等焊接缺陷。在焊速較小時(shí)，電弧力的作用方向幾乎是垂直向下的，隨著焊接速度的提高，弧柱后傾有利熔池液態(tài)金屬在電弧力作用下向尾部流動(dòng)，使熔池底部暴露，因而有利于熔深的增加，當(dāng)焊接速度提高到某一數(shù)值時(shí)焊縫熔深到達(dá)

16、最大值。隨后隨著焊接速度的提高，每單位長(zhǎng)度的母材金屬?gòu)碾娀〉玫降臒崃恐饾u減少，焊縫的熔寬、熔深及余高都將減少。焊接速度過(guò)快會(huì)引起焊縫兩側(cè)咬邊。極性用“極性這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述焊槍與直流電源的連接方法。當(dāng)直流電源的正極與焊槍相連時(shí)DCEP，稱為反極性；當(dāng)直流電源的負(fù)極與焊槍相連時(shí)DCEN，稱為正極性。GMAW焊接方法一般使用反極性。因?yàn)檫@種連接方法電弧穩(wěn)定，熔滴過(guò)渡平穩(wěn)，飛濺少，焊縫成形美觀，在較大的電流范圍內(nèi)都能獲得較大的熔深。但在堆焊和補(bǔ)焊焊件時(shí)，那么采用正極性比較適宜。因?yàn)殛帢O發(fā)熱量比較陽(yáng)極大，焊絲的熔化系數(shù)大，約為反極性的倍，金屬熔敷效率高，可以提高生產(chǎn)率，由于熔深淺，對(duì)保證熔敷金屬的性能有利

17、。保護(hù)氣體的成分及流量保護(hù)氣體的種類對(duì)焊縫成形有較大影響，如下圖。各種保護(hù)氣體的特點(diǎn)極其對(duì)電弧特性、焊接質(zhì)量的影響將在下面各種焊接方法中介紹。圖2.17 保護(hù)氣體的種類對(duì)焊縫成形的影響氣體流量的選擇與焊接電流、焊接速度、焊絲干伸長(zhǎng)以及作業(yè)環(huán)境等因素有關(guān)。一般細(xì)絲小標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，氣體流量的范圍通常為515l/min，中等標(biāo)準(zhǔn)焊接時(shí)約為20l/min，粗絲大標(biāo)準(zhǔn)一般為2550l/min。焊絲直徑焊絲直徑對(duì)焊縫的熔深有較大影響。在相同的焊接標(biāo)準(zhǔn)下，隨著焊接直徑的減小，焊縫熔深增加。當(dāng)焊絲干伸長(zhǎng)度較大時(shí)，焊絲直徑對(duì)焊絲的熔化速度也有影響，隨著焊絲直徑的變小，焊絲的熔化速度提高。在選擇焊接標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，一般應(yīng)根據(jù)板

18、厚、坡口形狀及焊接位置，選擇焊絲直徑，然后在確定焊接電流。表為各種直徑焊絲的適用范圍。 表2.2 各種焊絲直徑的適用范圍焊絲直徑mm短路過(guò)渡顆粒狀過(guò)渡焊接電流A焊接電壓V焊接電流A焊接電壓V30701719-501001821-701201822-901501923160400253814020020242005002640焊絲的干伸長(zhǎng)如下圖，焊絲的干伸長(zhǎng)是導(dǎo)電嘴的末端到焊絲端部的距離。增加干伸長(zhǎng)即增加焊絲的電阻。由于短路過(guò)渡焊接所采用的焊絲較細(xì)，焊絲干伸長(zhǎng)產(chǎn)生的電阻熱便成為不可忽略的因素。當(dāng)其它標(biāo)準(zhǔn)不變時(shí)，隨著干伸長(zhǎng)的增加，焊絲的熔化速度提高，焊接電流和焊縫熔深都有減小的趨勢(shì)。從保護(hù)氣體效果

19、看，該距離應(yīng)盡量短，但由于飛濺容易堵塞噴嘴和難以觀察熔池情況，所以還必須保持適當(dāng)?shù)母叨葹楹谩Ｔ谛‰娏骱附訒r(shí)短路過(guò)度，焊絲干伸長(zhǎng)一般為615mm；大電流焊接時(shí)其它過(guò)渡形式，該距離在1525mm之內(nèi)?？傊摼嚯x應(yīng)隨焊接姿勢(shì)、電弧的穩(wěn)定性和作業(yè)環(huán)境的不同進(jìn)行調(diào)整。圖2.18 焊絲的干伸長(zhǎng)焊槍的操作 焊槍的操作對(duì)焊縫的形狀及熔深的影響較大。焊槍操作有兩種方法：前進(jìn)焊和后退焊。前進(jìn)焊焊槍的指示方向與焊接方向相同，后退焊焊槍的指示方向與焊接方向相反。焊槍操作對(duì)焊縫熔寬和熔深的影響如圖A、B、C所示。圖2.19 焊槍操作對(duì)焊縫熔寬和熔深的影響 前進(jìn)焊的特點(diǎn)：熔融金屬向前流動(dòng)，焊道寬、熔深小。后退焊的特點(diǎn)：焊

20、道窄、熔深大；易形成凸形焊縫；電弧穩(wěn)定；飛濺少；在深坡口內(nèi)熔渣較多時(shí)效果良好。 在焊接中，一般采用前進(jìn)焊，這種方法不會(huì)使空氣混入保護(hù)氣體內(nèi)，從而獲得穩(wěn)定的電弧，在焊接比較深的焊縫時(shí)，為了防止過(guò)多的飛濺，有時(shí)也采用后退焊。焊槍的前進(jìn)角保持在1015以內(nèi)，為了使電弧有較強(qiáng)的硬直性，和增強(qiáng)在焊絲傳送方向上的電弧力，如果焊槍過(guò)于傾斜的話，在焊槍前進(jìn)方向上推動(dòng)熔化金屬的力就增大，從而使飛濺增多，出現(xiàn)熔化不好的結(jié)果。對(duì)于一些材料，如鋁焊接時(shí)最好采用前進(jìn)焊，對(duì)前面熔融金屬有清潔作用，提高潤(rùn)濕性，減少金屬氧化物。水平角焊縫焊接時(shí)，除了焊槍角度以外，還必須注意焊接的目標(biāo)位置。在大電流情況下進(jìn)行焊接時(shí)，如下圖，焊

21、槍與垂直板的夾角為3545，讓焊槍在水平板上偏離13mm，否那么，不僅會(huì)使焊縫成形惡化，還會(huì)造成垂直板側(cè)的咬邊現(xiàn)象。圖2.20 水平角焊縫中焊槍角度與目標(biāo)位置由于水平角焊縫限制焊腳尺寸在89mm之間，所以偏離目標(biāo)位置的距離為2mm左右，但在利用短路過(guò)渡焊接小焊腳的角焊縫中，垂直板與水平板的交點(diǎn)就是目標(biāo)位置。焊縫位置噴射過(guò)渡一般用于平焊和橫焊位置，脈沖噴射過(guò)渡可用于全位置的焊縫。在立焊和仰焊位置為了克服重力的作用，一般采用較細(xì)的焊絲，對(duì)于短路過(guò)渡和脈沖噴射過(guò)渡，直徑小于的焊絲那么較適合全位置焊接。薄板的立焊縫采用向下焊接可取得較好的效果。工件傾斜時(shí)，焊縫成形可因焊接方向的不同而有明顯的不同。當(dāng)上

22、坡焊時(shí)，熔池液態(tài)金屬在重力和電弧力的作用下流向熔池尾部，電弧能深入地加熱熔池底部的金屬，使熔深和余高都增加。同時(shí)，熔池前部加熱作用減弱，電弧斑點(diǎn)飄動(dòng)范圍減小，熔寬減小。上坡角度越大，影響也越顯著。上坡角度工件與水平面的夾角大于612時(shí)，焊縫就會(huì)因余高過(guò)大，兩側(cè)出現(xiàn)咬邊而明顯惡化。下坡焊時(shí)，情況與上述正好相反，即熔深和余高略有減少，而熔寬將略有增加。因此傾角小于68時(shí)可使焊縫外表成形得到改善，如果傾角過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致未焊透和焊縫流溢等缺陷。兩種焊接方法的對(duì)焊縫成形的影響如下圖。圖2.21 上坡焊和下坡焊對(duì)焊縫成形的影響2.6 MIG焊接方法 焊接方法的主要特征 1.電弧穩(wěn)定、飛測(cè)少、焊縫外觀漂亮。圖

23、2.22 鋁MIG焊接的焊縫外觀 2.焊絲的熔化速度快、熔化深度大，熔敷效率高，與鎢極氬弧焊相比，可大大提高生產(chǎn)效率，尤其適用于中等厚度和大厚度板材的焊接。3.廣泛用于鋁材、不銹鋼、銅合金、合金鋼等金屬的焊接 4.由于使用了惰性氣體，所以能取得不混入雜質(zhì)的良好的焊縫金屬.。 MIG焊接方法的缺點(diǎn)是“有大風(fēng)存在的地方不能使用、“氣體本錢高等， 這些缺點(diǎn)是氣體保護(hù)焊接方法的通病，可采取防風(fēng)對(duì)策，MIG焊接方法大多用于有色金屬的焊接。焊的熔滴過(guò)渡形式表2.3 MIG焊接焊接時(shí)的過(guò)渡現(xiàn)象與所適用的作業(yè)關(guān)系焊 機(jī) 型 號(hào)焊絲直徑(mm)過(guò)渡 現(xiàn) 象所適用的作業(yè)200500A射流過(guò)渡或亞射流過(guò)渡用于中板、

24、厚板焊接(向下、水平角焊接)短路過(guò)渡用于薄板、中板的全方位焊接200400A脈沖016介于顆粒過(guò)渡和射流過(guò)渡之間的混合過(guò)渡用于薄板、中板的全方位焊接100125A細(xì)絲0408短路過(guò)渡用于薄板全方位焊接MIG焊中存在的熔滴過(guò)渡形式主要有滴狀,短路和噴射過(guò)渡。滴狀過(guò)渡使用的電流較小,熔滴直徑比焊絲直徑大,飛濺較大,焊接過(guò)程不穩(wěn)定,因此在生產(chǎn)中很少采用。短路過(guò)渡電弧電壓較低,電弧功率比較小,通常僅用于薄板焊接。生產(chǎn)中用的最廣泛了是噴射過(guò)渡。表列舉了MIG焊接時(shí)的過(guò)渡形式與所適應(yīng)的作業(yè)的關(guān)系。焊接材料 1.保護(hù)氣體主要有Ar、Ar+He、He、N2及Ar+H2，各種氣體的適用范圍及其特點(diǎn)如表所示。表2

25、.4 不同材料焊接時(shí)的保護(hù)氣體及其適用范圍被焊材料保護(hù)氣體混合比附注鋁及鋁合金Ar直流反接有陰極破碎作用Ar+He2690%He電弧溫度高。適于焊接厚鋁板，可增加熔深，減少氣孔。隨著He的比例增大，有一定飛濺鈦、鋯及其合金ArAr+HeAr/He 75/25可增加熱輸入。適于射流電弧、脈沖電弧及短路電弧銅及其合金Ar板厚大于56mm時(shí)需預(yù)熱Ar+HeAr/He 50/50或30/70輸入熱量比純Ar大可以減小預(yù)熱溫度N2增大了輸入熱量，可降低或取消預(yù)熱溫度，但有飛濺及煙霧Ar+N2Ar/N2 80/20輸入熱量比純Ar大，但有一定的飛濺不銹鋼及高強(qiáng)度鋼Ar焊接薄板鎳基合金Ar對(duì)于射流、脈沖及短

26、路電弧均適用，是焊接鎳基合金的主要?dú)怏wAr+He加1520%He增加熱量輸入Ar+H2H26%加H2有利于抑制CO氣孔 2.焊絲 MIG焊絲化學(xué)成分通常應(yīng)和母材的成分相近,但有些情況下,為了滿意地進(jìn)行焊接并獲得滿意的焊縫金屬性能,需要采用與母材成分完全不同的焊絲,如焊接高強(qiáng)度鋁合金和合金鋼的焊絲在成分上通常完全不同于母材,其原因在于某些合金在焊縫金屬中將產(chǎn)生不利了冶金反響,從而產(chǎn)生缺陷或顯著降低焊縫金屬性能。MIG焊絲在使用前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的化學(xué)或機(jī)械清理,去除外表的油脂。脈沖MIG焊接方法概述 理想的MIG焊接的熔滴過(guò)渡形式是射流過(guò)渡，但是這種過(guò)渡形式需要很大的電流，因而不適宜進(jìn)行薄板的焊接，

27、此外，短路過(guò)渡形式難以焊接鋁、銅合金和特殊鋼等金屬材料，這時(shí)使用“脈沖焊接法是有效的。在脈沖MIG焊接方法中，周期地流過(guò)大的脈沖電流(Ip)，利用該電流產(chǎn)生的夾緊力使熔滴部進(jìn)行過(guò)渡，基值電流(IB)使 焊絲端部熔化,脈沖電流使熔滴脫離，如下圖，脈沖焊接方法適用于薄板的焊接、特殊金屬的焊接和全位置焊接等。圖2.23 脈沖電流波形與熔滴過(guò)渡脈沖MIG焊接方法(MIGP)的特點(diǎn) MIGP的峰值電流及熔滴過(guò)渡是間歇而又可控的,與連續(xù)電流MIG焊相比,在工藝上具有如下特點(diǎn): 1.具有較寬的電流調(diào)節(jié)范圍 普通的射流過(guò)渡和短路過(guò)渡焊接,因受熔滴過(guò)渡形式的限制,它們所能采用的焊接電流范圍都是有限的。而采用脈沖

28、電流后,由于可在平均電流小于臨界電流值的條件下獲得射流過(guò)渡,因而同一種直徑焊絲,隨著脈沖效率的變化,能在高至幾百安培,低至幾十安培的電流范圍內(nèi)穩(wěn)定地進(jìn)行焊接。所以熔化極脈沖氬弧焊的工作電流范圍包括了從短路過(guò)渡到射流過(guò)渡所有的電流區(qū)域,可用于射流過(guò)渡和短路過(guò)渡所能焊接的一切場(chǎng)合。既能焊接厚板,又能焊接薄板,焊接薄板時(shí),熔透情況較短路過(guò)渡焊接好。與鎢板氬弧焊焊接薄板相比,生產(chǎn)率高,變形小。 有意義的是可以用粗絲來(lái)焊接薄板,采用焊絲,焊鋁和不銹鋼時(shí),前者只要40A,后者只要90A就可以使電弧穩(wěn)定燃燒,熔滴成細(xì)滴過(guò)渡。粗焊絲焊接薄板有如下優(yōu)點(diǎn):對(duì)于鋁等軟質(zhì)焊絲,粗絲送絲容易,且不偏擺,另外焊絲本錢低。

29、由于外表積與體積之比減少,從而產(chǎn)生氣孔的傾向減少。表一為脈沖氬弧焊焊接不同材料時(shí),出現(xiàn)射流過(guò)渡的最小電流值。 2.有利于實(shí)現(xiàn)定位焊接 采用脈沖電流后,可用較小的平均電流進(jìn)行焊接,因而溶池體積小,加上溶滴過(guò)渡和金屬的加熱是間歇性的,所以不發(fā)生淌流。 另外,在脈沖峰值電流作用下,熔滴的軸向性相當(dāng)好,無(wú)論在什么位置都能使金屬熔滴沿著電弧軸線向熔池過(guò)渡,焊縫成形好,飛濺損失小。 3.可有效地控制輸入熱量,改善接頭性能脈沖MIG焊,既可使母材得到較大的熔深,又可控制總的平均焊接電流在較低的水平,對(duì)于焊接高強(qiáng)鋼以及鋁合金等熱敏感性材料非常有利,焊縫金屬和近縫區(qū)金屬過(guò)熱都比較小,從而使焊接接頭具有良好的韌性

30、,并減少了產(chǎn)生裂紋的傾向。此外,脈沖電弧具有加強(qiáng)熔池?cái)嚢枳饔?可以改善溶池冶金性能以及有助于消除氣孔等。去除氧化物的作用 在MIG焊接中，當(dāng)焊絲為陽(yáng)極時(shí)，電弧的陰極點(diǎn)產(chǎn)生在母材外表殘存的氧化物處，該陰極斑點(diǎn)的電流密度非常高，外表的氧化物可以被被簡(jiǎn)單除去。在焊絲的移動(dòng)過(guò)程中不斷地除去的氧化物，這就是去除氧化物的作用，該作用在焊接鋁金屬時(shí)，對(duì)除去外表比較厚的氧化物是非常重要的工序。如下圖，焊縫兩邊的白色局部是已去除氧化物的區(qū)域。圖2.24 鋁合金的MIG焊接結(jié)果在鋁金屬外表覆蓋有熔點(diǎn)極高的厚氧化物層，靠電弧去除該氧化物層不夠徹底時(shí)，必須在進(jìn)行焊接前洗凈被焊鋁材的外表，例如用鋼刷進(jìn)行拋光研磨。焊接電

31、源MIG焊接電源大致可分為直流電源和直流脈沖電源兩種，各有所長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)于不同的用途。直流電源 MIG焊接直流電源的靜態(tài)特性有恒電壓特性和恒電流特性兩種，一般來(lái)說(shuō)MIG焊接電源使用恒電壓特性，當(dāng)設(shè)定了焊接電流后，就以恒定的速度供應(yīng)焊絲(定速供應(yīng))。 1.使用恒電壓特性電源實(shí)現(xiàn)電弧的自適應(yīng)控制如下圖，穩(wěn)定的焊接狀態(tài)為A0點(diǎn)， 對(duì)應(yīng)交點(diǎn)K0電流I0，電弧長(zhǎng)l0，假設(shè)由于焊槍的振動(dòng)，電弧長(zhǎng)度變長(zhǎng)，于是移動(dòng)到A1的狀態(tài)，電弧長(zhǎng)l0l1，電弧的發(fā)生點(diǎn)移至k1，那么電流減至I1，由于電流的減少，所以焊絲的熔化速度下降，而焊絲的供應(yīng)速度為恒定的，所以電弧自動(dòng)地返回穩(wěn)定的A0狀態(tài)， 相反，假設(shè)移到A2狀態(tài)電弧變短

32、時(shí)，由于焊接電流增加，會(huì)自動(dòng)地返回穩(wěn)定狀態(tài)A0。使用恒電壓特性電源，實(shí)現(xiàn)了電弧的自適應(yīng)控制，即使焊槍有振動(dòng)，也能獲得穩(wěn)定的電弧。圖2.25 恒壓特性與電弧特性 2.利用恒流特性的電源實(shí)現(xiàn)電弧的自適應(yīng)控制 恒電流特性電源的外部特性如下圖，即使輸出電壓有所變化，而焊接電流能保持恒定，電弧的發(fā)生點(diǎn)在電源的外部特性與電弧特性的交點(diǎn)處(圖中的l0，l1，l2)，在恒電流特性電源中，不管電弧長(zhǎng)度怎么變動(dòng)，其焊接電流幾乎不改變，因此這種電源的特點(diǎn)是能取得均勻的熔化深度，適宜在焊接時(shí)使用比較大的電流的厚板MIG焊接。圖2.26 恒電流特性與電弧特性直流脈沖電源 脈沖電源用于進(jìn)行脈沖焊接，正如前面所述的那樣，通

33、過(guò)使用脈沖焊接電流，即使是小電流也能獲得穩(wěn)定的射流電弧，因此脈沖焊接適用于下述各方面： (1)焊接薄板(使用比較小的電流)(2)焊接特殊金屬或不同種類的金屬 (3)全方位焊接中、厚板金屬，不用擔(dān)憂熔化深度不均勻利用逆變控制方式與模糊控制方式的脈沖MIG焊機(jī)的特點(diǎn)脈沖MIG焊機(jī)，具有高質(zhì)量和高性能的特點(diǎn)，特別適合焊接鋁金屬。波脈沖焊機(jī)的特點(diǎn)波脈沖(wave pulse)法利用逆變?cè)砀咚倏刂戚敵鲭娏?，進(jìn)行鋁金屬脈沖MIG焊接，圖表示波脈沖法的原理。圖2.27 波脈沖法的原理利用波脈沖法能得到TIG焊接的波浪形鱗狀焊縫外觀，如下圖。圖2.28 使用波脈沖法焊接的鋁金屬鱗片狀焊縫外觀2.6.7.2.

34、模糊控制逆變式脈沖MIG焊機(jī)的特點(diǎn)利用模糊控制能簡(jiǎn)便地設(shè)定焊接條件，能監(jiān)視焊接中的電弧狀態(tài)，并自動(dòng)地將其控制在最正確狀態(tài)，能自動(dòng)地調(diào)整輸出電壓以保持與輸出電流相對(duì)應(yīng)的最正確電弧長(zhǎng)度。圖表示“沒(méi)有模糊控制和“有模糊控制的焊縫外觀。 這種焊機(jī)能自動(dòng)地監(jiān)視由于焊接過(guò)程中母材的溫度、清理作業(yè)和保護(hù)氣體等變化引起的電弧狀態(tài)，能自動(dòng)控制該電弧狀態(tài)經(jīng)常保持最正確。圖表示普通的MIG焊接和模糊控制焊接的熔深剖面，利用模糊控制能得到穩(wěn)定而又均勻的熔深。圖2.30 模糊控制能得到穩(wěn)定均勻的熔深常用金屬材料的焊接 MIG焊接方法適用于鋁、鎂、不銹鋼、銅與銅合金、鎳、鈦、鉻合金、鉬合金等金屬的焊接，下面介紹常用的典型

35、金屬鋁、不銹鋼、銅在MIG焊接中的考前須知。 鋁及其合金的焊接 鋁金屬的焊接要比鋼焊接要困難，這是由下述鋁的性質(zhì)所決定的。熔化溫度和熱容量鋁的散熱速度比鋼要快四倍，所以局部加熱很難，另外熔化溫度低(約660)，所以熔化快；氧化膜鋁的外表有一層很薄、很密、熔點(diǎn)溫度很高(2021)的氧化膜，該氧化膜阻礙與母材的融合，因此在進(jìn)行焊接前要進(jìn)行去除氧化膜的作業(yè)(預(yù)處理)；吸氣性鋁在熔化時(shí)容易吸收氧氣等氣體，這是焊縫產(chǎn)生氣孔的原因，會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度和耐腐蝕性；熱脹冷縮鋁的膨脹系數(shù)約為鋼材的兩倍，凝固時(shí)容易產(chǎn)生裂紋；熱量引起母材性質(zhì)的改變由于焊接熱量的影響，會(huì)降低與焊縫相鄰接的母材的機(jī)械和冶金性能，熱量越大

36、,性能的降低程度或范圍越顯著。 上述內(nèi)容是進(jìn)行鋁焊接時(shí)最根本的特征，因此施工時(shí)必須加以注意。此外焊絲對(duì)焊接品質(zhì)和焊縫的各種性質(zhì)有很大的影響，因此與母材的組合是很重要的。焊絲外表的污垢、附著的水分也是焊縫缺陷(例如氣孔)的原因，使用前后要注意處理和保管在枯燥場(chǎng)所。不銹鋼 不銹鋼有奧氏體系列、鐵素體系列、馬氏體系列等，下面介紹其特性及焊接施工時(shí)的考前須知。馬氏體系列(13Cr等)：有淬火硬化性質(zhì)，容易產(chǎn)生裂紋，不好焊接，焊接時(shí)必須進(jìn)行充分的預(yù)熱和后熱處理鐵素體系列(18Cr)：沒(méi)有淬火硬化性質(zhì)，高溫時(shí)(475左右)會(huì)產(chǎn)生粒長(zhǎng)大現(xiàn)象奧氏體系列(18Cr8Ni)：焊接性能比上兩種要好，高溫時(shí)會(huì)析出鉻的

37、碳化物，從而會(huì)降低耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度。 不銹鋼的熱傳導(dǎo)率是低碳鋼的1/31/2，熱膨脹率大，焊接時(shí)容易變形，因此在焊接時(shí)盡量少輸入熱量。另外，或使用夾具，或使用冷卻板等都是好方法。 選擇焊絲時(shí)，原那么上是焊絲與母材具有相同的組成局部，但如果考慮焊縫的可焊性和使用性能時(shí)，不一定使用相同的成分，總之，選擇焊絲的標(biāo)準(zhǔn)由可焊性和使用性能來(lái)決定。 MIG焊接不銹鋼所使用的保護(hù)氣體有：“Ar+O2、“Ar+CO2、“Ar+O2+CO2 ，使用純Ar氣體時(shí)，陰極斑點(diǎn)在母材外表漂移，影響電弧的穩(wěn)定，焊縫成形也不好。就保護(hù)氣體的混合比例而言，當(dāng)Ar+25%O2時(shí)能得到穩(wěn)定的電弧，當(dāng)Ar+510%CO2時(shí)，由于焊

38、縫金屬中含碳量增加，最好不要用于超低碳型不銹鋼(例如SUS304L)等要求焊接質(zhì)量高的地方。銅與銅合金 1.銅一般所謂的銅有脫氧銅、粗銅、無(wú)氧銅等，銅的傳導(dǎo)率大約是低碳鋼的倍(表2.5)，由于能把電弧熱量快速地?cái)U(kuò)散，使焊縫金屬熔化時(shí)的流動(dòng)性很差，產(chǎn)生融合不良。表2.5 各種金屬材料的物理性質(zhì)比較物 理 性 質(zhì)低 碳 鋼鋁銅 比重熔點(diǎn)(熱(cal/g/)膨脹系數(shù)(10-6/)1224熱傳導(dǎo)率(cal/cm/s/) 在MIG焊接中，一般用來(lái)焊接板厚3mm以上的金屬對(duì)56mm板厚的金屬必須進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度視母材材質(zhì)而定，差異較大，大概在200700左右，保持氣體一般使用A

39、r氣，但在厚板的焊接中使用Ar+He的混合氣體能提高焊接效率，此外，粗銅中一般都含有氧氣，所以在焊接時(shí)容易產(chǎn)生氣孔，故在施工前要選好適宜的焊絲，并進(jìn)行清洗等前處理工序。 2.銅合金銅合金有黃銅、青銅、鋁青銅、鎳青銅 、青銅等，銅合金的熱傳導(dǎo)率雖然比純銅要小，但如果要焊接的局部的體積較大時(shí)，必須將其預(yù)熱，由于鋅蒸氣的影響，黃銅的焊接性能不好，要用青銅焊絲，對(duì)于鈹青銅要注意在焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，表列舉了焊接銅合金時(shí)如何選擇焊絲。表2.6 銅和銅合金的焊絲選擇碳素鋼鋁青銅硅青銅黃銅銅銅121213121黃銅122312312硅青銅12233按照AWS規(guī)格的焊絲標(biāo)準(zhǔn)1ECu2ECuA1A2鋁青銅22

40、3ECuSiA典型的MIG焊接工藝參數(shù) 2.7 MAG焊接方法概述MAG焊是采用在惰性氣體中參加一定量的氧化性氣體(活性氣體)如Ar+CO2、Ar+O2、Ar+CO2+O2等,作為保護(hù)氣體的一種熔化極氣體保護(hù)電弧焊方法?？刹捎枚搪愤^(guò)渡、噴射過(guò)渡和脈沖噴射過(guò)渡進(jìn)行焊接,可用于點(diǎn)焊、立焊、橫焊和仰焊以及全位置焊等。尤其適用于碳鋼、合金鋼和不銹鋼等黑色金屬材料的焊接。氧化性混合氣體的作用 1.提高熔滴過(guò)渡的穩(wěn)定性 鋼中的C在焊接過(guò)程中與O2或CO2反響生成較大量的CO，促使液體表現(xiàn)活潑地運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)也將促使電弧空間在較大的長(zhǎng)度時(shí)方形成短路金屬液柱，因此更容易使短路狀態(tài)破壞立即轉(zhuǎn)變?yōu)槿蓟。虼藢?duì)短路

41、過(guò)渡電弧的穩(wěn)定有利。同時(shí)參加氧化性氣體后，有利于金屬熔滴的細(xì)化,降低了射流過(guò)渡的臨界電流。 2.穩(wěn)定陰極班點(diǎn),提高電弧燃燒的穩(wěn)定性 用純Ar來(lái)焊接不銹鋼、碳鋼等金屬時(shí)，電弧陰極班點(diǎn)不穩(wěn)定，產(chǎn)生所謂陰極飄移現(xiàn)象，參加O2或CO2后陰極飄移現(xiàn)象可被消除。 3.改善焊縫熔深形狀及外觀成形，消除焊接缺陷 用純Ar焊接不銹鋼、低碳鋼及低合金鋼時(shí)，液體金屬的粘度及外表張力較大，易產(chǎn)生氣孔。焊縫金屬潤(rùn)濕性差，焊縫兩側(cè)容易形成咬肉等缺陷。由于阻極飄移現(xiàn)象，電弧根部不穩(wěn)定，會(huì)引起焊縫熔深及焊縫成形不規(guī)那么。另外，純Ar做保護(hù)氣體時(shí)，焊縫形狀為蘑菇形(亦稱指形)，這種熔深的根部往往容易產(chǎn)生氣孔，對(duì)接焊時(shí)還容造成焊

42、縫根部熔透缺乏的缺陷，采用氧化性氣體,上述問(wèn)題都能得到解決。 4.增大電弧熱功率 在Ar中參加CO2和O2后，加劇了電弧區(qū)的氧化反響，氧化反響放出的這局部熱量，可以使母材這局部熔深增加，焊絲的溶化系數(shù)提高。CO2氣體在電弧中心分解對(duì)電弧有冷卻作用，使電弧放電溫度提高。另外在弧柱高溫區(qū)分解時(shí)吸收了一定的熱量在電弧的斑點(diǎn)附近時(shí)又重新釋放出來(lái)。這種物理化學(xué)過(guò)程,對(duì)焊接熔池和焊絲起著一種增大輸入熱量的作用。因而提高了電弧的熱功率，從而增加了母材的熔深和焊絲的熔化速度。5.降低焊接本錢常用氧化性氣體及其適用的焊接材料 1.Ar+CO2 Ar+CO2混合氣體分兩種類型。一種為Ar+CO215%，用于焊接不

43、銹鋼等高合金鋼及級(jí)別較高的高強(qiáng)度鋼。另一種為Ar+CO220%，用于焊接低碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼。焊接不銹鋼時(shí)，O2的含量不應(yīng)超過(guò)2%，否那么焊縫外表氧化嚴(yán)重,接頭質(zhì)量下降。Ar+20%O2焊接碳素鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，抗氮?dú)饪仔阅鼙華r+20%CO2及純CO2好，焊縫缺口韌性較Ar+CO2氣體焊接的焊縫稍有提高。 2.Ar+CO2 常用的配比為 Ar+CO22030%，用來(lái)焊接低碳鋼和低合金鋼。用Ar+CO2混合氣體焊接不銹鋼時(shí)，CO2的比例不能通過(guò)5%。否那么，焊縫金屬有增碳的可能，從而降低接頭的抗腐蝕性能。 3.Ar+CO2+O2據(jù)試驗(yàn)，80%Ar+15%CO2+5%O2對(duì)于焊接低碳鋼、低合金

44、鋼是最正確的。無(wú)論焊縫成形，接頭質(zhì)量以及金屬熔滴過(guò)渡和電弧穩(wěn)定性方面都非常滿意。其焊縫斷面形狀如下圖，比較理想,熔深呈三角形焊接不銹鋼及高強(qiáng)鋼的常用氣體為Ar+CO225%+O2%，但焊縫有增碳現(xiàn)象。表2.7 常用氧化性混合氣體的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍被焊材料保護(hù)氣體特點(diǎn)和應(yīng)用范圍碳鋼及低合金鋼Ar+O21%5%Ar+O220%采用射流過(guò)渡，使熔滴細(xì)化，降低了射流過(guò)渡的臨界電流值，提高了熔池的氧化性，提高抗N2氣孔的能力，降低焊縫含H2量、含O2量及夾雜物，提高焊縫的塑性及抗冷裂的能力。用于焊縫要求較高的場(chǎng)合。Ar+CO22030%可采用各種過(guò)渡形式，飛濺小，電弧穩(wěn)定，焊縫成型好，有一定的氧化性，克服

45、了單一Ar保護(hù)時(shí)陰極漂移及金屬粘稠的現(xiàn)象，改善蘑菇形熔深，焊縫力學(xué)性能優(yōu)于純Ar保護(hù)Ar+CO215%+O25%可采用各種過(guò)渡形式可采用各種過(guò)渡形式，飛濺小，電弧穩(wěn)定，焊縫成型好，有較好的焊接質(zhì)量，焊縫斷面形狀及熔深理想。是焊接碳鋼及低合金鋼的最正確混合氣體。不銹鋼及高強(qiáng)度鋼Ar+O212%提高熔池的氧化性，降低焊縫金屬含氫量，增大熔深，成型好，液體金屬粘度及外表張力有所降低，不易產(chǎn)生氣孔及咬邊，克服陰極漂移現(xiàn)象。Ar+CO25%+O2%提高了氧化性，熔深大，焊縫成型較好，但焊縫可能有少量增碳。鋁極其合金Ar+CO22%可簡(jiǎn)化焊前清理工作，電弧穩(wěn)定，飛濺小抗氣孔能力強(qiáng)，焊縫力學(xué)性能較高。常用的

46、焊接標(biāo)準(zhǔn)2.8 CO2焊接方法2電弧焊特點(diǎn) 1.焊接本錢低，CO2氣體是釀造廠和化工廠的副產(chǎn)品,來(lái)源廣、價(jià)格低。 2.生產(chǎn)率高，CO2電弧的穿透力強(qiáng)，熔深大而且焊絲的熔化率高，熔敷速度快。 3.適用范圍廣，薄板、中厚板甚至厚板都能焊接，薄板焊接時(shí)變形小，并能進(jìn)行全位置施焊。 4.抗銹能力強(qiáng)，焊縫含氫量低，抗裂性好。 5.焊后不需清渣。6.由于是明弧，焊接過(guò)程中便于監(jiān)視和控制。2電弧焊存在的主要問(wèn)題及解決措施合金元素?zé)龘p問(wèn)題 CO2電弧可以從兩個(gè)方面使Fe及其它合金元素氧化。一種是與CO2直接作用: 如: 另一種是和高溫分解出的原子氧作用: 第一種反響一般認(rèn)為是在低于金屬熔點(diǎn)溫度下進(jìn)行的，在金屬

47、氧化中不占主要地位。合金元素的氧化燒損主要是產(chǎn)生于第二種反響。反響產(chǎn)物MnO、SiO2成為熔渣浮于熔池外表。生成的CO2氣體逸出到氣中去，不會(huì)引起焊縫氣孔。而FeO那么熔入液態(tài)金屬，并進(jìn)一步和熔池及熔滴中的合金元素發(fā)生反響使其氧化。在CO2電弧焊中，合金元素的燒損與合金元素與氧的親合力成正比。Ni、Cr、Mo過(guò)渡系數(shù)最高，燒損最少。Si、Mn的過(guò)渡系數(shù)那么較低，因?yàn)樗鼈冎械南喈?dāng)一局部要耗于熔池中的脫氧。Al、Ti、N2等元素的過(guò)渡系數(shù)更低，燒損比Si、Mn還要多。合金元素的燒損主要與電弧氣氛的氧化性有關(guān)，因此必須在冶金上采取措施。目前，在焊絲設(shè)計(jì)中參加一定量的脫氧劑(如Al、Ti、Si、Mn等

48、)，脫氧劑在完成脫氧任務(wù)之余，所剩余的量便作為合金元素留在焊縫中。氣孔問(wèn)題 CO2電弧焊，由于熔池凝固比較快，容易在焊縫中產(chǎn)生氣孔。可能產(chǎn)生的氣孔主要有：CO氣孔、H2氣孔和N2氣孔三種。氣孔 產(chǎn)生CO氣孔的原因主要是熔池中的FeO和C反響 這個(gè)反響在熔池中處于結(jié)晶溫度時(shí)，進(jìn)行得比較劇烈，由于這時(shí)熔池已開(kāi)始凝固，CO氣體不易逸出，于是在焊縫中形成氣孔。 如果焊絲中有足夠的脫氧元素Si和Mn，以及限制焊絲中的含碳量就可以抑制上述的氧化反響，有效地防止CO氣孔的產(chǎn)生。2氣孔 電弧區(qū)的氫主要來(lái)自焊絲、工件外表的油污、鐵銹以及CO2氣體中所含的水份。其中CO2氣體中的水份常常是引起氫氣孔的主要原因，所

49、以焊前要適當(dāng)去除工件和焊絲外表的油污和鐵銹,另一方面盡可能使用含水分低的CO2氣體。2氣孔焊縫中產(chǎn)生N2氣孔的主要原因，是由于保護(hù)氣層遭到破壞，大量空氣浸入焊接區(qū)所造成的。保護(hù)氣層失效的因素主要有：CO2氣體流量過(guò)小，噴嘴被飛濺局部堵塞，噴嘴與工件的距離過(guò)大，電弧電壓過(guò)高，以及焊接場(chǎng)地有側(cè)向風(fēng)等。因此在焊接過(guò)程中保證保護(hù)氣層穩(wěn)定可靠是防止N2氣孔的關(guān)鍵。飛濺問(wèn)題 CO2電弧焊產(chǎn)生飛濺的原因主要有: 1.熔入熔滴中的FeO與碳元素作用產(chǎn)生的CO氣體，在電弧高溫下急劇膨脹，使熔滴爆破而引起金屬飛濺; 2.溶滴短路過(guò)渡后，當(dāng)電弧再引燃時(shí)產(chǎn)生的對(duì)熔池的過(guò)大沖擊力使液體金屬濺出。 3.采用顆粒狀過(guò)渡時(shí),

50、飛濺主要是由于熔滴非軸向過(guò)渡造成(電流不大時(shí))，或由于熔滴瞬時(shí)短路而造成(大電流潛弧時(shí))。降低飛濺主要有工藝措施和冶金措施兩個(gè)方面。工藝方面主要是采用盡量小的焊絲直徑，適宜的焊接電流與電壓參數(shù)的匹配，和適宜的短路電流上升速度,以及峰值短路電流。短路電流上升速度和峰值短路電流可以通過(guò)焊接回路串接的電感來(lái)調(diào)節(jié)。冶金方面主要是采用適宜的焊絲和保護(hù)氣體成分，適宜的焊絲和工件外表清理來(lái)減少因液體金屬內(nèi)部冶金反響生成的CO氣體膨脹爆炸而造成的飛濺。2焊接的溶滴過(guò)渡形式 CO2焊的溶滴過(guò)渡形式主要有顆粒過(guò)渡、短路過(guò)渡和介于兩者之間的混合過(guò)渡。 1.滴狀過(guò)渡 當(dāng)電弧電壓較高，焊接電流較大時(shí)，常出現(xiàn)這種過(guò)渡形式

51、CO2焊的顆粒狀過(guò)渡是非軸向的。主要是由于CO2氣體在高溫下的分解和解離，對(duì)電弧產(chǎn)生的強(qiáng)烈的冷卻作用，造成電弧和斑點(diǎn)面積收縮使電流密度提高，電弧的電場(chǎng)強(qiáng)度提高，并集中在溶滴的下部,熔滴將受到較大的斑點(diǎn)壓力，迫使熔滴上撓，使熔滴不能軸向過(guò)渡，嚴(yán)重時(shí)電弧不穩(wěn)定，產(chǎn)生飛濺隨著電流的增加(焊絲，電流大于300A時(shí))，斑點(diǎn)面積增加，電弧收縮力由阻力變?yōu)橥屏Γ谷鄣渭?xì)化，過(guò)渡頻率也隨之增加,飛濺較小，電弧較穩(wěn)定，焊縫成形較好。 顆粒過(guò)渡電弧穿透力強(qiáng)，母材熔深大，適于中厚板的焊接。 2.短路過(guò)渡 當(dāng)電弧電壓較低，電流較小時(shí)，熔滴過(guò)渡為短路過(guò)渡形式。短路過(guò)渡電弧的燃燒、熄滅和溶滴過(guò)渡過(guò)程均很穩(wěn)定，飛濺小，適于

52、薄板的全位置焊接。 短路過(guò)渡焊接主要采用細(xì)焊絲，特別是范圍內(nèi)的焊絲，隨著焊絲直徑增大，飛濺顆粒和飛濺數(shù)量都相應(yīng)增大。 除短路過(guò)渡和顆粒過(guò)渡以外，還有一種介于二者之間的過(guò)渡形式，即混合過(guò)渡，熔滴過(guò)渡頻率較低，顆粒較大，飛濺也較大，用于中等厚度板的焊接。焊接電源 2.8.4.1逆變控制方式和模糊控制方式的CO2/MAG焊機(jī)的特點(diǎn) 1.逆變控制CO2/MAG焊機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 逆變方式CO2/MAG焊機(jī)能快速地進(jìn)行幾KH到幾10KH的控制，所以能大幅度地改良其性能，這是可控硅方式及其它控制方式所不能比較的。具體說(shuō)來(lái)有如下特長(zhǎng):提高電弧的起弧性能減少飛濺能進(jìn)行穩(wěn)定的高速弧焊 2.模糊控制逆變方式CO2/MAG

53、焊機(jī)的特長(zhǎng)模糊控制逆變方式CO2/MAG焊機(jī)除具有上面介紹的特長(zhǎng)外，還有如下特長(zhǎng):能自動(dòng)調(diào)整最正確電弧電壓(電壓模糊控制)能保持穩(wěn)定的焊縫熔深(電流模糊控制)能大幅度改良電弧的穩(wěn)定性及焊縫外觀(多種特性控制)直流電源 1.恒壓特性電源的電弧自適應(yīng)控制 CO2/MAG焊接方法不僅操作簡(jiǎn)單，而且能得到穩(wěn)定的電弧，這是因?yàn)楹銐禾匦噪娫从须娀￠L(zhǎng)自適應(yīng)控制作用，如下圖。 假設(shè)在穩(wěn)定的焊接狀態(tài)S1，即焊接電流為200A，電弧長(zhǎng)為3mm的狀態(tài)下進(jìn)行焊接，現(xiàn)在由于焊槍的振動(dòng)等原因，電弧長(zhǎng)度變短移動(dòng)到S3狀態(tài)。電弧長(zhǎng)與電弧電壓之間有一種比例關(guān)系(電弧越短，電弧電壓就越低，反之電弧越長(zhǎng)電壓越高)，這時(shí)由于電弧長(zhǎng)變

54、短，于是電弧電壓變低，變成20V，因?yàn)槭呛銐禾匦裕娏骶图彼僭黾?，由于不能改變焊絲大小和傳送速度，所以在S3的狀態(tài)下電流密度變高，焊絲的熔化速度變高，于是恢復(fù)到S1狀態(tài)。相反，如果電弧變長(zhǎng)，使處于S2狀態(tài)時(shí)的電弧電壓變成24V，于是焊接電流下降，而焊絲的送進(jìn)速度為常數(shù)，所以焊絲的熔化速度下降，電弧就自動(dòng)地回到S1狀態(tài)處。上述就是恒壓特性電源的電弧自適應(yīng)控制。圖2.31 恒壓特性電源的電弧自適應(yīng)控制2焊接材料2氣體 CO2氣體是一種無(wú)色、無(wú)味的氣體，在0和1 個(gè)大氣壓下，它的比重為，為空氣的倍，所以焊接過(guò)程中能有效地將空氣隔開(kāi)。在常溫下很穩(wěn)定，在高溫時(shí)CO2發(fā)生分解，其反響方程式為:，因此，在高

55、溫的焊接區(qū)域內(nèi)，常常是三種氣體(CO2、CO、O2)同時(shí)存在。 CO2由液態(tài)變成氣態(tài)的沸點(diǎn)為-78，在0和1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，1公斤液態(tài)CO2可以變化成409升的氣態(tài)CO2。容量為40公斤的標(biāo)準(zhǔn)鋼瓶可以灌入25公斤的液態(tài)CO2。氣瓶壓力表上指示的壓力值為鋼瓶中的飽和壓力，室溫時(shí)20時(shí)，氣體的飽和壓力約105N/m2左右。 液態(tài)CO2中約可溶解0.05%(Wt%)的水，這些水在揮發(fā)成水汽后便混入CO2氣體中一起進(jìn)入焊接區(qū)，CO2氣體純度對(duì)焊縫的致密性和塑性有較大影響。隨著CO2氣體中水分增加，焊縫中含氫量增加，使焊縫的塑性降低。當(dāng)焊縫質(zhì)量要求較高時(shí)，要求CO2氣體露點(diǎn)低于-40。為降低水分含量，在

56、焊接氣路系統(tǒng)中，需串聯(lián)枯燥器或預(yù)熱器。有時(shí)在CO2氣體中參加2025%O2來(lái)焊接鋼材，以獲得較大的熔深和提高焊接速度。 對(duì)焊接用CO2氣體純度的要求，目前我國(guó)尚無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，表為日本焊接用CO2氣體標(biāo)準(zhǔn)。 表2.8 日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K1106CO2(容量%)水分(重量%)氧含量一級(jí)99.0%以上無(wú)氧二級(jí)99.5%以上以下三級(jí)99.5%以上以下: 注明焊接用或符合JIS三級(jí)以上的氣體可用于焊接。焊絲CO2/MAG焊接中使用的焊絲有實(shí)芯焊絲和藥芯焊絲兩大類, 如下圖。圖2.32 焊絲種類 1.實(shí)芯焊絲 含有適量的脫氧劑的實(shí)心焊絲的特征如下: 小電流區(qū)域(短路過(guò)渡)1.熔化深度較淺，適宜焊接薄板2.容易進(jìn)

57、行全位置焊接和打底焊接 大電流區(qū)域(滴狀過(guò)渡焊接)1.電弧比較集中，熔化深度較深2.焊接速度快，焊接效率高 缺點(diǎn)是飛濺多，與其他焊接方法相比焊縫外觀較差。常用國(guó)產(chǎn)焊絲牌號(hào)、化學(xué)成分和用途見(jiàn)表。表2.28 常用國(guó)產(chǎn)焊絲牌號(hào)、化學(xué)成分和用途焊絲牌號(hào)合金元素%用途CSiMnCrNiMoSPH10MnSi-焊接低碳鋼和低合金鋼H08MnSi-H08MnSiA-H08Mn2SiA-焊接低合金鋼和低合金高強(qiáng)鋼H04Mn2SiTiA-H10MnSiMo焊接低合金高強(qiáng)鋼H08Cr3Mn2MoA-焊接貝氏體鋼H0Cr18Ni918-20-焊接1Cr18Ni9Ti薄板H1Cr18Ni918-20-H1Cr18Ni

58、9Nb18-20 日本CO2焊絲的化學(xué)成份及熔敷金屬的力學(xué)性能,見(jiàn)表3。焊絲外表的清潔程度影響到焊縫金屬中的含氫量，焊接合金鋼或大厚度低碳鋼時(shí),應(yīng)采用機(jī)械、化學(xué)或加熱方法消除掉焊絲上的水份和污染雜物。2.藥芯焊絲 加焊料的焊絲稱之為藥芯焊絲flux cored wire，有時(shí)簡(jiǎn)稱芯型焊絲，圖中的(b)是典型的加焊料的焊絲例子，為了使電弧穩(wěn)定，減少飛濺，改善焊縫的外觀，有各種形狀的加焊料的焊絲。 按焊料的成分對(duì)其進(jìn)行分類，以氧化鈦為主要成份的“焊劑類焊絲和以金屬粉為主要成分的“金屬類焊絲，各種焊絲的特征如下: 焊劑類焊絲的特征 1.氣渣聯(lián)合保護(hù)，電弧穩(wěn)定性好，飛濺小，顆粒細(xì)小，焊縫外觀漂亮。 2

59、.焊接速度比實(shí)心焊絲快 金屬類焊絲的特征與其他焊絲比較，焊接速度最快產(chǎn)生的飛濺少焊接各種鋼材的適應(yīng)性強(qiáng)，通過(guò)調(diào)整焊劑的成分與比例可提供所需要的焊縫金屬化學(xué)成分。 缺點(diǎn)： 1.焊絲制造過(guò)程復(fù)雜。送絲較實(shí)芯焊絲困難，需要采用降低送絲壓力的送絲機(jī)構(gòu)。焊絲外外表容易銹蝕，焊劑易 潮濕。 表表示各種實(shí)心焊絲與藥芯焊絲的特性比較。表2.29 實(shí)心焊絲與藥芯焊絲的特性比較 焊絲種類實(shí) 心 焊 絲藥芯焊絲大電流用小電流用焊劑類(用于全位置焊)金屬類焊絲直徑標(biāo)準(zhǔn)電流范圍(A)22035025055080220120300200450250500作熔渣量極少極少極少多多少脫渣性不好不好不好好好一般業(yè)焊縫外觀一般一

60、般一般好好一般焊縫形狀凸凸稍凸接近平坦接近平坦稍凸性飛濺量稍多稍多少少少少電弧穩(wěn)定性一般一般一般好好一般能熔深深深淺很深很深深噪音一般一般稍小稍大稍大稍大全位置焊接不能不能一般一般能不能焊接性耐冷裂性能好好好一般一般好耐熱裂性能好好好，一般一般好X射線探傷好好一般好好好效熔敷速度g/min(焊絲干伸長(zhǎng)度)60120(25)55180(25)1550(20)30110(25)45140(25)75180(25)率熔敷效率(%)909590959598859085909095注: 焊機(jī)使用直流恒電壓特性的電源(極性:焊絲正極)典型的CO2焊接工藝7熔化極氣體保護(hù)焊常見(jiàn)缺陷及對(duì)策熔化極氣體保護(hù)焊焊接