氣體保護(hù)電弧焊(氬弧焊)知識

一、氬弧焊氬弧焊按照電極的不同分為熔化極氬弧焊和非熔化極氬弧焊兩種。1．非熔化極氬弧焊的工作原理及特點非熔化極氬弧焊是電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，在焊接電弧周圍流過一種不和金屬起化學(xué)反應(yīng)的惰性氣體(常常用氬氣)，形成一個保護(hù)氣罩，使鎢極端頭，電弧和熔池及已處于高溫的金屬不與空氣接觸，能防止氧化和吸收有害氣體。從而形成致密的焊接接頭，其力學(xué)性能非常好。如圖3-9所示。鎢極氬弧焊的特點如下。(1)可以焊接化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷慕饘偌昂辖?。惰性氣體氬或氦即使在高溫下也不與化學(xué)性質(zhì)活潑的鋁、鈦、鎂、銅、鎳及其合金起化學(xué)反應(yīng)，也不溶于液態(tài)金屬中。用熔渣保護(hù)的焊接方法(如手弧焊或埋弧焊等)很難焊接這些材料，或者根本不能焊接。(2)可獲得體質(zhì)的焊接接頭。用這種焊接方法獲得的焊縫金屬純度高，氣體和氣體金屬夾雜物少，焊接缺陷少。對焊縫金屬質(zhì)量要求高的低碳鋼、低合金鋼及不銹鋼常用這種焊接方法來焊接。(3)可焊接薄件、小件。(4)可單面焊雙面成形及全位置焊接。(5)焊接生產(chǎn)率低。鎢極氬弧焊所使用的焊接電流受鎢極載流能力的限制，電弧功率較小，電弧穿透力小，熔深淺且焊接速度低，同時在焊接過程中需經(jīng)常更換鎢極。2．熔化極氬弧焊的工作原理及特點焊絲通過絲輪送進(jìn)，導(dǎo)電嘴導(dǎo)電，在母材與焊絲之間產(chǎn)生電弧，使焊絲和母材熔化，并用惰性氣體氬氣保護(hù)電弧和熔融金屬來進(jìn)行焊接的。它和鎢極氬弧焊的區(qū)別：一個是焊絲作電極，并被不斷熔化填入熔池，冷凝后形成焊縫；另一個是保護(hù)氣體，隨著熔化極氬弧焊的技術(shù)應(yīng)用，保護(hù)氣體已由單一的氬氣發(fā)展出多種混合氣體的廣泛應(yīng)用，如Ar80％＋CO220％的富氬保護(hù)氣。通常前者稱為MIG，后者稱為MAG。從其操作方式看，目前應(yīng)用最廣的是半自動熔化極氬弧焊和富氬混合氣保護(hù)焊，其次是自動熔化極氬弧焊。熔化極氬弧焊與鎢極氬弧焊相比，有如下特點。(1)效率高因為它電流密度大，熱量集中，熔敷率高，焊接速度快。另外，容易引弧。(2)需加強(qiáng)防護(hù)因弧光強(qiáng)烈，煙氣大，所以要加強(qiáng)防護(hù)。3．保護(hù)氣體(1)最常用的惰性氣體是氬氣。它是一種五色無味的氣體，在空氣的含量為0．935％(按體積計算)，氬的沸點為－186℃，介于氧和氦的沸點之間。氬是氧氣廠分餾液態(tài)空氣制取氧氣時的副產(chǎn)品。我國均采用瓶裝氬氣用于焊接，在室溫時，其充裝壓力為15MPa。鋼瓶涂灰色漆，并標(biāo)有“氬氣”字樣。純氬的化學(xué)成分要求為：Ar≥99．99％；He≤0．01％；O2≤0．0015％；H2≤0．0005％；總碳量≤0．001％；水分≤30mg／m3。氬氣是一種比較理想的保護(hù)氣體，比空氣密度大25％，在平焊時有利于對焊接電弧進(jìn)行保護(hù)，降低了保護(hù)氣體的消耗。氬氣是一種化學(xué)性質(zhì)非常不活潑的氣體，即使在高溫下也不和金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而沒有了合金元素氧化燒損及由此帶來的一系列問題。氬氣也不溶于液態(tài)的金屬，因而不會引起氣孔。氬是一種單原子氣體，以原子狀態(tài)存在，在高溫下沒有分子分解或原子吸熱的現(xiàn)象。氬氣的比熱容和熱傳導(dǎo)能力小，即本身吸收量小，向外傳熱也少，電弧中的熱量不易散失，使焊接電弧燃燒穩(wěn)定，熱量集中，有利于焊接的進(jìn)行。氬氣的缺點是電離勢較高。當(dāng)電弧空間充滿氬氣時，電弧的引燃較為困難，但電弧一旦引燃后就非常穩(wěn)定。(2)氦氣(He)。氦氣在空氣中的含量很少，按體積計算只占0．0005％，密度約為氬氣的1／10。因而為了獲得良好的保護(hù)效果，就要加大流量。用氦氣保護(hù)時，電弧電壓比氬要高得多，氦弧的發(fā)熱量要比氬弧大得多。因此，氦氣保護(hù)焊可焊接大厚度工件及導(dǎo)熱性好的材料，如銅及銅合金，也用于不銹鋼管的高速機(jī)械化焊接。但是，氦氣提取的成本費用昂貴，因而應(yīng)用很少。(3)混合氣體。在一種氣體中加人少量的另外一種或兩種氣體后，對細(xì)化熔滴、減少飛濺、提高電弧穩(wěn)定性、改變?nèi)凵罴疤岣唠娀囟鹊扔幸欢ê锰?。因而，以氬為主的混合氣體熔化極氣體保護(hù)焊應(yīng)用十分廣泛，如Ar80％＋CO2(5～20)％，Ar95％＋O2(1～5)％，Ar80％＋N220％，Ar＋H2，Ar＋He，Ar80％＋CO215％＋O25％等。4．非熔化電極(1)非熔化極氣體保護(hù)焊對電極材料的要求①耐高溫，在焊接過程中本身不熔化。②電極要有較高的電子發(fā)射能力，要易于引弧及維持電弧的穩(wěn)定燃燒。從這些要求來看，鎢是比較理想的電極材料。(2)常用鎢極材料的特點鎢極氬弧焊用的非熔化極材料有純鎢極、釷鎢極、鈰鎢極、鑭鎢極、鋯鎢極、釔鎢極等。其中前三種是最常見的。①純鎢極是使用歷史最長的一種非熔化電極。但其有一些缺點：一是電子發(fā)射能力較差，要求電源有較高的空載電壓；二是抗燒損性差，使用壽命較短，需要經(jīng)常更換重磨鎢極端頭。目前主要用于交流電焊接鋁、鎂及其合金時，利用其破碎氧化膜的作用好的特點。②釷鎢極在鎢中加入一定量的氧化釷(ThO2)后就成為釷鎢極。其電子發(fā)射能力高，所需電弧電壓低，引弧容易而且穩(wěn)定，大大延長鎢極的使用壽命。但氧化釷(THO2)有微量放射性。③鈰鎢極在鎢中加入2％以下的氧化鈰(CeO)，就制成了鈰鎢極。其主要特點是：沒有放射性，許用電流增大，熱電子發(fā)射能力強(qiáng)，電弧穩(wěn)定，熱量集中，使用壽命長，端頭形狀易于保持。5．電流種類和極性氬弧焊既可以使用直流電又可以使用交流電。而在使用直流電時，直流正極性應(yīng)用最廣。電流種類及極性不同時，電弧的特點也截然不同。(1)直流反極性產(chǎn)生兩種極重要的物理現(xiàn)象，即“陰極破碎作用和鎢極過熱問題”。(2)①陰極破碎作用。電流在直流反極性時，由于焊件是陰極，電弧空間的正離子飛向焊接熔池及其附近的區(qū)域，質(zhì)量大的正離子帶著很大的動力撞擊其表面，釋放出很多能量，正離子撞擊陰極釋放出的能量要比電子撞擊陽極表面釋放出的能量多。在正離子的撞擊作用下，金屬表面氧化膜被破壞，甚至發(fā)生分解、蒸發(fā)而消失，液態(tài)金屬附近的母材表面清潔而光亮。冷卻以后，焊縫表面無氧化膜，成形美觀。這就是陰極破碎作用，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷慕饘伲玟X、鎂及其合金的焊接。②鎢極過熱由于鎢極是陽極，電子以很高的速度轟擊鎢極，放出大量的熱量，造成鎢極溫度升高，降低鎢極使用壽命，因而除了焊接鋁鎂合金外，一般很少使用。(3)直流正極性①焊件為正極，經(jīng)受電子轟擊時放出的全部能量轉(zhuǎn)變成熱能，焊接熔池深而窄，有利于金屬的連接，焊接內(nèi)應(yīng)力和變形都小，焊接生產(chǎn)率高。②鎢極不易過熱，使用壽命長，許用電流值大。③鎢極發(fā)射電子能力強(qiáng)，電弧穩(wěn)定。④沒有陰極破碎作用，因而不能焊接鋁、鎂及其合金，但廣泛用于碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鎳基合金、鈦合金、銅合金等的焊接。二、操作流程1．準(zhǔn)備工作(1)熟悉圖樣及工藝規(guī)程，掌握施焊位置、尺寸和要求，合理地選擇施焊方法及順序。(2)清理好工作場地，準(zhǔn)備好輔助工具和防護(hù)用品。(3)檢查設(shè)備。焊機(jī)上的調(diào)整機(jī)構(gòu)、導(dǎo)線、電纜及接地是否良好；手把絕緣是否良好，地線與工件連接是否可靠；水路、氣路是否暢通；高頻或脈沖引弧和穩(wěn)弧器是否良好。(4)檢查工件。坡口內(nèi)不得有熔渣、泥土、油污、砂粒等物存在，在焊縫兩側(cè)20mm范圍內(nèi)不得有油、銹，焊絲應(yīng)進(jìn)行除油除銹工作。(5)不要在風(fēng)口處或強(qiáng)制通風(fēng)的地方施焊。(6)依據(jù)工藝文件和產(chǎn)品圖樣要求，正確選擇焊絲。2．安全技術(shù)(1)穿戴好個人防護(hù)用品，應(yīng)在通風(fēng)良好的環(huán)境下工作，工作場地嚴(yán)防潮濕和存有積水，嚴(yán)禁堆放易燃物品。(2)工件必須可靠接地，用直流電源焊接時要注意減少高頻電作業(yè)時間，引弧后要立即切斷高頻電源。(3)冬季施焊時，一定要用壓縮空氣將整個水路系統(tǒng)中的水吹凈，以免凍壞管道。(4)修磨鎢極時要戴手套和口罩。3．工藝參數(shù)的選擇鎢極氬弧焊的工藝參數(shù)主要有焊接電流種類及極性、焊接電流、鎢極直徑及端頭形狀、保護(hù)氣體流量等。(1)焊接電流種類及大小一般根據(jù)工件材料選擇電流種類。焊接電流的大小是決定焊縫熔深的最主要參數(shù)，它主要根據(jù)工件材料、厚度、接頭形式、焊接位置選擇，有時還考慮焊工技術(shù)水平(手工焊時)等因素。(2)鎢極直徑及端頭形狀鎢極直徑根據(jù)焊接電流大小、電流極性選擇，鎢極端頭形狀是一個重要工藝參數(shù)。根據(jù)所用焊接電流種類，選用不同的端頭形狀，如圖3-11所示，尖端角度。的大小會影響鎢極的許用電流、引弧及穩(wěn)弧性能，表3-15列出了鎢極不同尖端尺寸推薦的電流范圍。(3)氣體流量和噴嘴直徑氬弧焊質(zhì)量在很大程度上取決于氬氣的保護(hù)效果。在一定條件下，氣體流量和噴嘴直徑有一個最佳范圍，此時，氣體保護(hù)效果最佳，有效保護(hù)區(qū)最大。表3-16列出焊接電流和噴嘴直徑、氣體流量的關(guān)系。4．操作技術(shù)鎢極氬弧焊的操作技術(shù)包括引弧、填絲焊接、收弧等過程。(1)引?、俣搪芬》?接觸引弧法)，即在鎢極與焊件瞬間短路，立即稍稍提起，在焊件和鎢極之間便產(chǎn)生了電??；②高頻引弧法，是利用高頻引弧器把普通工頻交流電(220V或380V，50Hz)轉(zhuǎn)換成高頻(150～260