1、第四章 熔化极气体保护电弧焊2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊2第四章 熔化极气体保护电弧焊l学习目标l掌握熔化极气体保护焊的原理、熔滴过渡、焊接区冶金保护及其气体选择；l熟悉影响焊接质量的因素和保证焊接质量的措施；l了解熔化极气体保护焊设备的基本组成；l掌握常用的MIG焊、MAG焊、CO2气体保护焊的基本工艺技术。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊3第五章 熔化极气体保护电弧焊l主要内容l第一节 熔化极气体保护电弧焊原理及分类l第二节 熔化极气体保护焊的气体选择与冶金特性l第三节 惰性及混合气体保护焊l第四节 CO2气体保护焊l第五节 药芯焊丝电弧焊l第六节 熔化
2、极气体保护焊的特别技术不讲2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊4第一节 熔化极气体保护焊原理及分类l 熔化极气体保护焊是指使用熔化电极，用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法，英文简称GMAW（Gas Metal Arc Welding）。l一、熔化极气体保护焊原理l 热源：电弧（建立在焊丝与熔池间）l 焊缝：熔化焊丝+母材金属l 保护：气体保护、气-渣联合保护2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊5第一节 熔化极气体保护焊原理及分类l二、熔化极气体保护焊方法分类及其应用l依焊丝结构：实心焊丝气体保护焊、药芯焊丝电弧焊l依保护气体：CO2气体保护焊、惰性气体
3、保护焊(MIG：Metal Inert Gas Arc Welding)、混合气体保护焊(MAG：Metal Active-Gas Arc Welding)l依操作过程：半自动焊、自动焊l应用：碳钢、低合金结构钢、不锈钢、铝、铜及其合金第一节 熔化极气体保护焊原理及分类2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊6返 回2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊7第二节 保护气体选择与冶金特性l保护气体作用：保护（隔离空气，使高温焊接区免遭空气侵害）；改善工艺性能（一定程度上影响甚至决定着电弧的能量特性、形态特征、工艺特性）；冶金作用。l一、熔化极气体保护焊的气体选择l按组元数量：单
4、一气体、混合气体l按气体化学性质：氧化性气体、还原性气体、惰性气体2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊8第二节 保护气体选择与冶金特性l保护气体选择原则l对焊缝性能无害原则l 黑色金属(低碳钢、低合金结构钢)可以采用氧化性气体(如CO2、O2)做焊接气氛；l 有色金属必须采用惰性气体做气氛。l改善工艺及焊缝质量原则l 焊接碳钢或低合金高强钢时，常用Ar+CO2等混合气体；焊接不锈钢时常用Ar+O2混合气体。l提高工艺技术水平原则2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊9第二节 保护气体选择与冶金特性l二、MIG及MAG焊的冶金特性lMIG焊的特点l 惰性气体纯Ar或He：不
5、与熔融金属发生化合，无合金元素烧损问题；不会向熔滴和熔池金属溶解。l 注意：控制焊接热输入避免焊缝及HAZ塑、韧性降低；l 细颗粒、射流或旋转射流过渡可能发生低熔点元素蒸发。lMAG焊的特点l 少量金属发生一定的氧化。在焊丝的选择时，焊丝的化学成分应给予一定的损失补偿量。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊10第二节 保护气体选择与冶金特性l三、CO2焊接的冶金特性l1、CO2的特性l在电弧高温作用下，CO2CO+1/2O2Ql O22OQlCO2和O具有强烈的氧化性，使Fe及其它合金元素氧化。l氧化反应产物：SiO2、MnO、FeO、CO等。(K)2022-12-26第四章 熔化
6、极气体保护电弧焊11第二节 保护气体选择与冶金特性l2、脱氧措施l FeO带来的问题：l氧化产物FeO进入熔滴会引起C烧损，甚至导致熔滴爆炸而产生飞溅；lFeO进入熔池会引起C烧损和CO气孔。l熔池结晶后，残留在焊缝金属中的FeO将使焊缝中的含氧量增加而降低其力学性能。l 解决措施：在焊丝或药芯焊丝的药粉中加入脱氧剂合金元素，将FeO还原并补充熔池中的合金元素含量。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊12第二节 保护气体选择与冶金特性l脱氧原则：l脱氧产物不能有气体；l生成物密度要小，熔点要低。l主要有Al、Ti、Si、Mn等。采用Si、Mn联合脱氧生成复合化合物MnOSiO2(硅
7、酸盐)，易浮出熔池，凝固后成为渣壳覆盖在焊缝表面。l碳含量的问题：l 为了防止气孔和减少飞溅以及降低焊缝产生裂纹的倾向，焊丝中的C一般都限制在0.15以下。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊13第二节 保护气体选择与冶金特性l3、气孔问题（自己复习）lCO气孔l FeO溶于熔池与C反应生成CO。l CO气孔常出现在焊缝根部与表面，且多呈针尖状。l 控制措施：提高焊丝中脱氧元素Si和Mn含量、限制焊丝中的含碳量。l氮气孔l 保护气层遭到破坏时空气侵入焊接区所致l 控制措施：增强气体的保护效果、选用含固氮元素（如Ti和Al）的焊丝。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊14
8、第二节 保护气体选择与冶金特性l氢气孔l氢的来源：电弧区的氢主要来自焊丝、工件表面的油污及铁锈，以及CO2气体中所含的水分，在电弧高温下都能分解出H2气。l控制措施：减少熔池中氢的溶解量；l 焊接区氧化性的CO2存在减弱氢的有害作用；l 直流反接法。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊15第二节 保护气体选择与冶金特性l四、CO2气体及焊丝l气体纯度对焊缝质量的影响l 液态CO2中可溶解约占质量0.05的水分，还有部分沉于钢瓶底部。水分会影响到焊缝金属的致密度。lCO2气体的提纯方法l 将新灌气瓶倒立静置12h，然后打开阀门，把沉积在下部的自由状态的排出。l 然后在使用前先放气23
9、次，放掉气瓶上部的气体。l 在气路系统中设置高压和低压干燥器。l 气压降到100kPa不再使用。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊16第二节 保护气体选择与冶金特性lCO2焊丝返 回2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊17第三节 惰性及混合气体保护焊l一、熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)l1、特点l电弧燃烧稳定；l电流密度高；l具有阴极清理作用；l亚射流过渡电弧具有很强的固有自调节作用；l几乎可焊所有金属。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊18第三节 惰性及混合气体保护焊l2、惰性气体保护焊的质量控制l熔滴过渡类型的合理选择l 喷射过渡：中厚板和大厚板的
10、水平对接及角接焊(平角焊)l 脉冲射流过渡：上述情况+全位置焊接；l 短路过渡：薄板及全位置焊接。l焊缝起皱现象的控制l 焊接电流过大、焊接区保护不良，导致阴极导电区集聚在l 弧坑底部，则容易产生焊缝起皱。l 控制方法：加强焊接区的保护；正确选择焊接工艺参数。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊19第三节 惰性及混合气体保护焊l3、亚射流过渡惰性气体保护焊l 亚射流过渡的电弧形态l 亚射流过渡区介于射滴过渡区与短路过渡区之间。l 亚射流电弧的弧长很短，在焊丝端头逐渐向外扩展成蝶状，并发出轻轻的“啪啪”声。射流过渡：电弧较长，呈钟罩形，发出“咝咝”声2022-12-26第四章 熔化极
11、气体保护电弧焊20第三节 惰性及混合气体保护焊l在亚射流过渡区中焊丝熔化系数随可见弧长的缩短而增大。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊21第三节 惰性及混合气体保护焊l 亚射流过渡时电弧的固有自调节特性 l等速送丝焊机匹配恒流外特性电源的弧长自调节系统。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊22第三节 惰性及混合气体保护焊l亚射流过渡时的焊接特性（与射流过渡形式相比）l 弧长变短，电弧呈蝶形，阴极清理区大，铝、镁合金焊接时焊缝起皱及形成黑粉倾向降低。l 由于采用了恒流电源，受外界干扰而发生了弧长或送丝速度波动时，与恒压电源相比，焊缝几何尺寸（熔深、熔池形状、熔宽）的波动
12、要小。l 指状熔深倾向减小，未熔合缺陷几率降低。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊23第三节 惰性及混合气体保护焊l 亚射流过渡时的参数匹配l对于给定的焊接电流，其对应的最佳送丝速度范围很窄，必须要求焊机带有焊接电流与送丝速度同步控制功能。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊24第三节 惰性及混合气体保护焊l二、熔化极混合气体保护焊（MAG）l1、工艺优点l克服了单组元气体对焊接过程稳定性或焊接质量的某些不利影响，使焊接过程和焊接质量更可靠。Ar+CO2、Ar+CO2+O2、Ar+O2等混合气体常用来焊接黑色金属。l增大电弧的热功率，提高焊接生产率。Ar+CO2等混合
13、气体有提高电弧热功率和能量密度的特性。l氧化性气氛还可以改善熔滴的过渡特性、熔深及电弧的稳定性。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊25第三节 惰性及混合气体保护焊l2、混合气体种类lAr+He：He的传热系数大，电弧电压和电弧温度比氩弧高得多。lAr+H2：利用氢还原性抑制和消除CO气孔；提高电弧温度，增加母材热量输入。lAr+N2：电弧温度高，但飞溅大。lAr+O2：克服阴极飘移，降低液态金属粘度及表面张力，细化熔滴，改善熔滴过渡和焊缝形状。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊26第三节 惰性及混合气体保护焊lAr+CO2：克服阴极漂移和焊缝成形不良问题。lAr+C
14、O2+O2：焊缝成形、接头质量、熔滴过渡、电弧稳定性较好。lCO2+O2：熔池温度提高、熔深增大，焊缝金属含氢量较低，能采用强规范焊接、电弧稳定、飞溅很小，必须配用强脱氧能力的焊丝。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊27第三节 惰性及混合气体保护焊l三、熔化极混合气体保护焊设备l组成：焊接电源、送丝系统、焊枪和行走系统、供气系统和冷却水系统、控制系统。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊28第三节 惰性及混合气体保护焊l1、焊接电源lGMAW所需求的电流为50500A，特种应用1500A，电源负载持续率60%100%，空载电压5585V。l焊丝直径小于1.6mm，采用
15、平特性电源配等速送丝系统；l焊丝直径大于2mm，采用下降外特性配变速送丝系统。l铝、镁焊丝采用亚射流熔滴过渡（电弧电压较小）时，采用恒流特性电源配用等速送丝。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊29第三节 惰性及混合气体保护焊l2、控制装置：基本控制系统+程序控制系统l基本控制系统：在焊前或焊接过程中调节焊接工艺参数；l程序控制系统：对焊接电源、送丝系统、焊枪和行走系统、供气和供水系统等各组成部分按照预先设计好的焊接工艺程序进行控制。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊30第三节 惰性及混合气体保护焊l3、焊枪：送丝、送气、导电l4、送丝系统l送丝系统由送丝机构、送丝软
16、管及焊丝盘等组成。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊31第三节 惰性及混合气体保护焊焊丝直径0.8-2.0mm软管长度2-5m焊丝直径0.8mm15m返 回2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊32第四节 CO2气体保护焊l一、CO2焊接方法的特点及应用优点：l电弧弧柱直径较小，熔滴过渡阻力较大，飞溅率大。l焊接区保护效果良好。lCO2电弧熔透能力较大，焊丝熔化系数大，生产率高。l焊接生产成本低，节约电能。l焊接区可见度好；焊接热影响区和焊接变形较小；熔池体积较小结晶速度较快，全位置焊接性能良好；对锈污敏感性低等优点。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊33
17、第四节 CO2气体保护焊l缺点：l 焊缝外观成形欠美观；焊接飞溅较大；抗风能力较差。l解决措施：l 采用新型的焊接材料、波形控制电源与熔滴过渡控制技术。l应用前景：l 在黑色金属薄板及中厚板焊接领域有着广阔的应用空间。在一些发达国家中，CO2焊接方法的应用已占整个焊接生产的60左右。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊34第四节 CO2气体保护焊l二、CO2焊接工艺技术l熔滴过渡类型的选择l焊丝直径选择l极性选择l焊缝坡口尺寸l熔敷控制技术l焊件的焊前及焊后处理2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊35第四节 CO2气体保护焊l1、短路过渡工艺l工艺特点：l通常采用细焊丝
18、（0.61.6mm）、低电压、小电流工艺。l熔透能力和熔池体积较小，结晶速度快，再加上熄弧与燃弧交替进行，适用于薄板及全位置焊接场合。l热辐射与光辐射低，烟尘较小。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊36第四节 CO2气体保护焊l工艺参数的选择原则：l电弧电压和焊接电流l焊接主回路电感L(控制焊接电流增长速率di/dt）l焊接速度：一般视焊缝成形而定。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊37第四节 CO2气体保护焊l焊丝伸出长度（1020mm）2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊38第四节 CO2气体保护焊l极性选择：直流反极性l气体流量l一般先根据板厚、坡
19、口形式、焊接位置等选定焊丝直径；l然后选择焊接电流及电弧电压；焊接速度视焊缝成形而定。l再调节主回路L值，以使飞溅最小。l焊丝伸出长度、气体流量、极性等据经验数据。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊39第四节 CO2气体保护焊l2、（细）颗粒过渡l焊接工艺 l 颗粒过渡大都采l用较粗（1.6mm和l2.0mm）的焊丝，选择较大的焊接电流和适当的电弧电压。l 颗粒过渡焊接电流比短路过渡的高1倍以上，电弧电压高50以上。l 颗粒过渡时的电弧功率较大，穿透力较强，母材熔深大，适合于焊接中等厚度及大厚度工件。l 电源仍采用直流反极性接法，回路电感对抑制飞溅不起作用。2022-12-26第
20、四章 熔化极气体保护电弧焊402022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊41第四节 CO2气体保护焊l三、CO2焊接的飞溅控制l1、飞溅机理lCO2气体对电弧有较强的热压缩作用，使得形成阳极(或阴极)斑点，斑点力阻碍熔滴过渡。l焊接回路的感抗XL大小对短路过渡工艺的飞溅率影响极大。l焊丝C含量较高时，熔滴期间的C+OCO反应激烈时会引起熔滴爆炸而产生小颗粒飞溅。l短路小桥和缩颈小桥形成瞬间的电流水平。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊42第四节 CO2气体保护焊l2、飞溅控制技术l 焊接参数(Ia、Ua、vW)及其它工艺条件的匹配与控制l 避开高飞溅率区；l 采用直流反极性；l 严格限制焊丝的碳含量；l 选择合适的焊丝伸出长度；l 选用富Ar气氛MAG焊，纯lCO2气氛下采用药芯焊丝等都可不同程度地减少CO2焊接的飞溅率。2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊43第四节 CO2气体保护焊l 传统波形控制法2022-12-26第四章 熔化极气体保护电弧焊44第四节 CO2气体保护焊l3、表面张力过渡技术l 短路小桥、缩颈小桥形成与存在期间通过了很大的焊接电流是导致飞溅的本质原因。l l熄弧期间，熔滴上没有等离子流l力、电弧推力、斑点力、金属蒸l气反作用力，若不考虑重力和电l磁力，熔滴的过渡完全处于熔池l与熔滴界面的表面张力作用下。返 回
