銅陵學(xué)院焊接原理5熔化極氬弧焊

Metal

Inert

Gas

Arc

Welding(MIG)Metal

Active

Gas

Arc

Welding(MAG)熔化極氬弧焊定義：

MIG焊是利用外加的惰性氣體作為電弧介質(zhì)、利用焊絲

作熔化電極的電弧焊。第一節(jié)

MIG

焊的特點(diǎn)及應(yīng)用Metal—InertgasMIG

Metal

Inert

Gas

WeldingWorkpieceWeldPoolWeld

MetalBaseMetalContact

TubeShielding

Gas/Arc一

、MIG/MAG焊的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用GasNozzleElectrode以惰性氣體或混合氣體作為保護(hù)氣體，采用與母材相近材質(zhì)的焊絲作為電極，

焊絲熔化后形成熔滴過渡到熔池中，與

熔化的母材共同形成焊縫?！?/p>

MIG/MAG

屬

于GMAW■

MIG(Ar,He)■MAG(Ar+02

、Ar+CO2)1.MIG/MAG焊的原理2.MIGAMAG

焊的特點(diǎn)情性氣體綠護(hù)，結(jié)縫純凈斑高，力學(xué)性假好；電弧尷燒穩(wěn)定；格商細(xì)小，過渡穩(wěn)定；飛濺小。□與TIG焊比：生產(chǎn)效率高；焊接板厚比TIG焊大，焊接電流大，焊接熱輸入大，熔深大□

與SAW埋弧焊比：焊縫的[H]

低，抗冷裂能力高■

與CO2焊比：

成本高材

料

：50年代初應(yīng)用于鋁及鋁合金，以后擴(kuò)展到銅及銅合金的焊接實(shí)際上適用于幾乎所有的材料常用黑色和有色金屬均可(但由于成本的原因，多用于有色金屬的焊接)厚度：厚、薄均可(薄板除知路過渡外，還可用脈沖)位置：可全位置結(jié)構(gòu)：中、厚板的有色金屬結(jié)構(gòu)，尤其是鋁合金結(jié)構(gòu)，如鋁罐等。3.MIC/MAC

焊的應(yīng)用母材：

Al

Mg

3管徑：

225

mm壁厚：

15

mm焊絲：

Al

Mg

5直徑：

1,2

mm焊接速度：

50cm/min焊接電流1+2:

340

A焊接位置：

PA保護(hù)氣體：

50/50

Ar/HeMIG/MAG

焊的應(yīng)用●鋁質(zhì)離心機(jī)部件A.MTC/MAC

焊的對比MIG

以Ar或He作為保護(hù)氣體■M

AG在Ar或He中加入活性氣體，如02,

CO2■MAG焊在電弧形態(tài)、熔滴過渡、電弧特性等方面與氬弧

相似，活性氣體的量一般小于30%■可消除指狀熔深■由于氧化性氣體的存在金屬的氧化是不可避免的，在選

擇焊絲時應(yīng)注意在成分上給與補(bǔ)充。

MAG

焊主要用于高強(qiáng)鋼及高合金鋼的焊接。一、組成及要求組成：電源、控制系統(tǒng)、送絲系統(tǒng)、焊槍及行走系統(tǒng)(自動焊)、供氣系統(tǒng)、

(水冷系統(tǒng))等。

實(shí)際生產(chǎn)中有CO2專用焊機(jī)，但一般不做專用于

MIG焊的焊機(jī)，

而是MIG/MAG/CO2焊通用，統(tǒng)稱

熔化極氣體保護(hù)焊設(shè)備。第二節(jié)

MIG焊設(shè)備送絲機(jī)

氣瓶和氣體調(diào)節(jié)器72Hassmby8焊接電源

冷卻水箱Shie

cing

g3

rsgulslar

andfowmaterWn

ectrodeuPpycocg

unit(ootisa)Shisicing

gas

IRpyWeldngortoghPnmru焊槍工件中

pSxAkh2314焊按設(shè)備：焊接電源：當(dāng)焊鋁時，普通等速送絲系統(tǒng)配恒流源很難順利實(shí)現(xiàn)亞射流過渡，必須要求焊機(jī)帶有

焊接電流與送絲速度同步控制(或自動優(yōu)化)功

能。Fronius,Lincoln,Panasonic,ESBA焊接設(shè)各

·二世氣裝置；氣瓶、軟管、調(diào)節(jié)器等■

送絲機(jī)構(gòu)：(拉絲機(jī)構(gòu)、推絲機(jī)構(gòu)、推拉絲機(jī)構(gòu))手槍式焊槍焊

槍

，有水冷和空冷兩種，同等條件下空冷的允許電流小于水冷焊槍許用電流導(dǎo)電嘴要有良好的導(dǎo)電性、耐磨性、耐熱性；■

一般由銅合金制成；■直徑為焊絲直徑+0.2mm■

注意經(jīng)常檢查更換導(dǎo)電嘴第三節(jié)

MIG/MAG

焊工藝一

、MIG/MAG

焊的指金特點(diǎn)

MIG

焊

：以

Ar或He為保護(hù)氣體，不與金屬發(fā)生冶金反應(yīng)

氬氣是制氧的副產(chǎn)品，如果氧含量超標(biāo)會引起氧化反應(yīng)口

M

AG焊

含有氧化性氣體02,

CO2

,

金屬發(fā)生氧化反應(yīng)Al+O?→Al?O?Fe

+CO?→FeO+CO1Si

+2CO?→

SiO,+2GOMn

+CO?Mna

+coiSi

+20

→SiO?Mn+O

MnoC

+O

→COFe+

O一

FeO●MIG/MAG焊：由于蒸發(fā)造成的合金損失■熔滴過渡形式主要取決于電流，電弧長度，極性氣體棄質(zhì)、焊絲腦質(zhì)，直徑，伸出長度等參數(shù)。

MIG/MAG焊的熔滴過渡形式主要有：迅路過道，

滴狀過渡，噴射過渡，亞射流過渡二

、MIG/MAG

焊的熔滴過渡(

1

)

電

它

度

的

遞

響：

同樣在小電流條件下，熔滴過渡可能是顆粒過渡、短路過渡，顆粒過渡需要長電弧，短路過渡需要短電弧。1.影響熔滴過渡的因素小于臨界電流I?,

顆粒過渡，過渡頻率低；大于臨界電流I,噴射過渡，過渡頻率高。(2)電流的影響：熔滴體積

V/mm3過渡

頻

率

/

(

個

/

s

)L/A●

焊絲材質(zhì)：一相同條件下鋼焊

絲的噴射臨界電流高于鋁焊絲。

鋁焊絲更容易從滴狀過渡變到射

滴過渡，而鋼焊絲則存在更容易

從滴狀過渡變到射流過渡?！窈附z直徑：

焊絲直徑越小，

臨界電流越低●

伸

出

長

度

：伸出長度增加使

得電阻熱增加，有利于熔滴過渡影響臨界電流的因素瓦體介質(zhì)；在Ar中加入少量的02,表面張力降低，減小了熔滴

過渡阻力，噴射臨界電流

減?。坏沁^多的02會因02的電離使電弧收縮，臨界電流

提高；加入CO2使得噴射臨界電流提

高DCRP(反接):跳弧，熔滴根部，形成射流過渡DCSP

(正接):跳弧，焊絲端部，通過熔滴電流減小，電磁力減小，(3)電流極性的影響■大滴狀過渡■

短路過渡■

射滴過渡■

射流過渡■

亞射流過渡射滴過渡是小電流滴狀過渡和大電流射流過渡之間的一

種過渡形式。■形成條件：

一般是MIG焊鋁時出現(xiàn)，電流必須達(dá)到射滴過渡臨界電流，2

射滴過演福尼斯焊機(jī)提供原

理：射滴過渡時電弧成鐘罩形，弧根面積大，包圍整個熔滴，斑

點(diǎn)力不僅作用在熔滴底部，同時

也作用于熔滴上部，推動熔滴的

過渡，由于電流是發(fā)散狀的，電

磁收縮力會形成較強(qiáng)的推力，阻

礙熔滴過渡的僅是表面張力，所

以熔滴過渡的加速度大于大滴過

渡的重力加速度射滴過演■特點(diǎn)：■電弧成鐘罩形■斑點(diǎn)力促進(jìn)熔滴過渡■熔滴小，過渡頻率快■電流必須達(dá)到射滴過渡臨界電流射滴過演

形成條件：鋼焊絲MIG焊時出現(xiàn)，直流反極性接法，高弧壓(長弧)外，焊接電流大于某一臨3.射流過渡界值。原

出

：首先跳弧。跳弧后第一個較大的熔滴脫落，電弧成錐

狀，很容易形成等離子流，使

液態(tài)金屬熔滴成鉛筆尖狀，直

徑很小，熔滴的表面張力很小，

再加上等離子流的作用，細(xì)小

的熔滴以很快的速度一個一個

過渡，形成射流過渡。射流過渡口數(shù)點(diǎn)：■鋼焊絲MIG焊■電弧成錐形■有射流過渡臨界電流。■斑點(diǎn)力、等離子流力促進(jìn)熔滴

過渡■熔滴小，過渡頻率快■射流過渡熔透能力高，可能產(chǎn)

生指狀熔深問題射流過渡4.亞射流過渡射流過渡的焊縫起破問題；鋁等有色金屬及其合金■焊接電流遠(yuǎn)大于射流過渡臨界電流■

焊接區(qū)保護(hù)不良■陰極斑點(diǎn)游動到弧坑底部并穩(wěn)定存在結(jié)果：弧坑底部受到強(qiáng)大電弧力作用，將被猛烈地“挖掘”而濺出，并產(chǎn)生嚴(yán)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。亞射流過渡■

防止措施：■加強(qiáng)保護(hù)，增大氣流量■

減小電流■

采用亞射流過渡■

亞射流過渡：介于短路過渡與射滴過渡之間的亞射滴過渡形成條件：鋁合金焊接，短弧，直流反極性接法，焊接電流大于某一臨界值。原理：弧長比較短，熔滴形成、長大，在電磁收縮力的作用下形成頸縮，在以射滴過渡形式脫離之前，熔滴

與熔池短路，電弧熄滅，在電磁收縮力和表面張力

的共同作用下細(xì)頸破斷，電弧重新引燃，完成過渡。鋁及其合金焊絲MIG焊■電弧成碟狀，陰極清理區(qū)大■

電弧短，2—8mm■

介于短路過渡與射滴過渡之間■電弧的固有調(diào)節(jié)作用強(qiáng)烈■

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■無焊縫起皺■

與短路過渡的區(qū)別：先有頸縮后短路，且短路時間短，短路電流小■

與射滴過渡的區(qū)別：有短路現(xiàn)象

特點(diǎn)5.旋轉(zhuǎn)射流過渡

形成條件：

鋼焊絲MIG

焊時，如果伸出長度較長，或焊

接電流遠(yuǎn)大于射流臨界電流，液態(tài)金屬長度增加，射流

過渡的細(xì)滴高速噴出產(chǎn)生較大的反作用力，

一且偏離軸

線將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流過渡。

鋼焊絲MIG焊■伸出長度較長或焊接電流遠(yuǎn)大于射流臨界電流■

焊縫不均勻■

電弧不穩(wěn)定

■

飛濺大■

應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的焊接，克服窄間隙焊和角焊縫時側(cè)壁

的熔合不良等缺陷特點(diǎn)：三

、MIG/MAG保護(hù)氣體1.Ar:

比空氣重，用于厚度不大的鋁、銅(合金)的焊接2.He:

電弧發(fā)熱量大，但比空氣輕，價格昂貴，

一般不單獨(dú)使用3.Ar+He:常用于大厚度的鋁、銅(合金)的焊接另外，

N?

對于銅(合金)而言是惰性的，可以用Ar+N?焊接銅(合金)。最后，需要指出的是，現(xiàn)在對于鋁、銅(合金)的焊接，已不再單純限于用惰性氣體，正越來越多地采用微量活性的混合氣

體，即鋁、銅(合金)的焊接也正在由MIG

向MAG

焊發(fā)展，如奧

地利Fronius公司鋁合金角焊縫雙面成形MIG焊用的四元混合氣

體就是微量活性氣體(0.5%0?

、8%CO?

、26.5%He

、65%Ar)。混合氣體參考配比適用范圍Ar+O?1~2%O?不銹鋼或高合金鋼O?max≤20%碳鋼和低合金鋼Ar+CO?配比可任意調(diào)整(CO,≥25%時呈CO,電弧特性)碳鋼和低合金鋼Ar+CO?+O?2%O?

、5%CO?不銹鋼或高合金鋼(焊不銹鋼時CO,僅用微量/焊超低

碳不銹鋼不推薦含CO,)80:15:5碳鋼和低合金鋼炷；①表中的配比為參考值，在實(shí)際焊接中成分、配比均可以變化；②焊接碳鋼、低合金鋼時混合氣體不必用精氬，用粗氬即可。MAG常用活性混合氣體及其適用范圍四

、MIC

焊按參數(shù)的遠(yuǎn)擇MIG

焊的焊接參數(shù)計有：焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、(焊

接速度),保護(hù)氣流量等。1、焊絲直徑：應(yīng)根據(jù)焊件的厚度、焊接層次及位置、接縫間隙大小、所選熔滴過渡形式等因素來綜合考慮確定。細(xì)焊絲通常多用于短路過渡的薄板/全位置焊，粗絲多用于噴射過渡

的中厚板的平位置填充、蓋面焊。需要特別指出的是，鋁合金的MIG焊對雜質(zhì)敏感，而且鋁的材質(zhì)較軟，為最大限度保證焊縫質(zhì)量和送絲穩(wěn)定可靠，追求選用盡可能粗的焊絲進(jìn)行焊接?，F(xiàn)在的技術(shù)已可以使鋁合金MIG焊時，以粗絲焊薄板。如Fronius的全數(shù)字化焊機(jī)就可以用中1.2mm

的鋁焊絲MIG對接焊0.8mm

的鋁板。下面是用冷金屬過渡技術(shù)以φ1.2mm的鋁焊絲MIG對接焊0.8mm鋁板的照片。焊縫截面焊縫背面(實(shí)芯焊絲焊接，背面無保護(hù))焊縫正面2,

焊接電流應(yīng)根據(jù)焊件的厚度、焊接層次及位置、焊絲直徑大小、所需熔滴過

渡形式等因素來綜合考慮確定。焊絲直徑一定時，可以通過改變電流的大小來獲得不同的熔滴過渡形式。3、

電弧電壓短路過渡的電弧電壓較低，噴射過渡

的電弧電壓相對較高。MIG焊時的l—U關(guān)系可參考右圖(板A1-Mg2.5%,

焊絲A1-Mg3.5%

)。4、焊接速度焊接速度要與焊接電流相匹配，尤其是自動焊時更應(yīng)如此。鋁合金焊接一般用較快的焊接速度，半自動焊常在5～60

m/h之間，

自動焊約在25～150m/h

之間。鋁合金對接條件下各種焊接位置的I—V關(guān)系可參考下圖。5、MIG焊所需的氣體流量比TIG焊的要大，通常在30~60L/min,

噴嘴孔徑也相應(yīng)地

應(yīng)有所增加，有時甚至要用吸屬噴信，漢居元硫保護(hù)。同時要注意焊絲的伸出長

度對保護(hù)效果、電弧穩(wěn)定性

和焊縫成形的影響。第本于形接頭G

焊的焊接工藝參數(shù)a)平焊

b)立焊、橫焊、仰焊焊

接

速

度

(

cm

/

m

i

n

)焊

接電

流

(

A

)五、MAG焊

參數(shù)選擇主要用于各種鋼的焊接，尤其是不銹鋼和各種高合金鋼。1、焊前準(zhǔn)備坡口：參照GB/T985-1988

《氣焊、焊條電弧焊及氣體保護(hù)

焊焊縫坡口的基本形式與尺寸》來選定。焊前清理：常規(guī)選材：常規(guī)2、工藝參數(shù)內(nèi)容：與MIG焊相似，但應(yīng)著重考慮熔滴過渡形式。選擇的一般方法：材質(zhì)、厚度、層次、位置→→氣體成分和配

比

、φ、I

、

過渡形式-～U

、氣流量。對有專家系統(tǒng)的焊機(jī)，可以直接用專家系統(tǒng)推薦的參數(shù)或在此基礎(chǔ)上結(jié)合經(jīng)驗(yàn)或工藝評定試驗(yàn)作適當(dāng)修正?！颩AC

的一些新發(fā)展，1、T.I.M.E焊(TransferredIonisedMoltenEnergy):

用四元?dú)怏w(0.5%0,、8%

CO,、26.5%He、65%

Ar),達(dá)到50m/min的送絲速度、450g/min的熔敷率(CO,焊送絲速度一般為2～16m/min)2、

高速雙絲MAG焊(已有商品焊機(jī)，可進(jìn)一步提高焊接效率)第四節(jié)MIG焊的其它方法■

一、脈沖MIG焊脈沖IG

焊是利用脈沖電流取代通常的脈動直流的MIG焊左法脈動直流和脈沖電流(方游》

的

波形如下圖。脈動直流：由交流整流而得(如再

經(jīng)濾波，則脈動程度減少)。其幅

值可調(diào)，但脈動頻率不可調(diào)。(方波)脈沖電流：由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，

其幅值、頻率均可調(diào)，即波峰、波谷的幅

值、寬度(持續(xù)時間)均可以方便調(diào)節(jié)。由于采用脈沖電流，脈沖MIG

焊的電弧是脈沖式的，與通常的

連續(xù)電流(脈動直流)焊接相比：1、焊接參數(shù)調(diào)節(jié)范圍更寬；如平均電流小于噴射過渡的下臨界電流l,

只要脈沖峰值電流大

于l?,

仍然可以獲得噴射過渡。2、

可方便、精確控制電弧能量；不僅脈沖或基值電流大小可調(diào)，

而且其持續(xù)時間可以102

S為單位調(diào)節(jié)。3、薄板及全位置、打底焊能力優(yōu)越。熔池僅在脈沖電流時間內(nèi)熔化，在基值電流時間內(nèi)可得到冷卻結(jié)晶。與連續(xù)電流的焊接相比，在熔深相同的前提下，平均電

流(對焊縫的熱輸入)更小。2、焊接參數(shù)的選擇脈沖MIG

焊焊接參數(shù)的內(nèi)容與連續(xù)電流的普通MIG

焊的大致相同，不同的是，其電流分為四個基本參數(shù)：脈沖電流i。、基值電流l?、脈沖(持續(xù))時間t,

、

基

值

(

持

續(xù))時間t?,

見圖。(1)脈沖電流主要決定熔池形狀(尤指熔深大小)和熔滴過渡形式。(2)基值電流

主要作用是維持電弧的燃燒，同時對焊縫的熱輸入、焊絲的預(yù)熱有影響。(3)脈沖持續(xù)時間

主要影響焊縫熱輸入和熔池形狀(尤指體積大小)。(4)基值持續(xù)時間

對焊縫的熱輸入、焊絲的預(yù)熱有影響，同時影響焊接效率(焊接速度)。另外，由以上四個基本脈沖參數(shù)可以推出其它參數(shù)，如周期T=t。+t,、

頻率=1/T、

脈寬比(占空比)=t,/T、

幅比=

i,/i,等。這些參數(shù)都是在表述脈沖工藝時常用到

的概念。在此需要特別指出的是，并非所有的焊機(jī)其脈沖參數(shù)的調(diào)節(jié)都是調(diào)“四個基本參數(shù)”,有的可能是調(diào)“占空比”或“頻率”等。故此要對這些概念及它們之

間的關(guān)系準(zhǔn)確、熟練地掌握。脈沖參數(shù)的選擇：以上的脈沖參數(shù)是互相關(guān)聯(lián)的，比如要增加對焊縫的熱輸入(平均電流),既可以通過增加i

。,也可以通過增加。,甚至還可以

通過增加t,或，來達(dá)到(當(dāng)然它們的效果不完全相同)。所以，對脈沖參數(shù)

的正確選擇是比較復(fù)雜的，要考慮材質(zhì)、熔深、焊接層次、位置、焊接速

度以及焊工個人的操作習(xí)慣以及反應(yīng)速度等許多因素，進(jìn)行綜合平衡、協(xié)調(diào)一致。建議參考有關(guān)手冊的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后通過焊接工藝評定試驗(yàn)來確定。另外，由于GMAW

(熔化極氣體保護(hù)電弧焊)工藝參數(shù)(尤脈沖工藝參數(shù))確定的復(fù)雜多變性，每