3焊接工艺_熔化极气体保护焊

第三章熔化极气体保护焊—吴新华第一节慨述熔化极气体保护焊的分类及特点一、熔化极气体保护焊的原理、特点及分类1、熔化极气体保护焊的原理气体保护电弧焊：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。2、熔化极气体保护焊的特点（1）采用明弧焊，不用焊剂，无熔渣，适合全位置焊接。（2）电弧热量集中，熔池和热影响区小，产生缺陷的可能性小。（3）采用惰性气体保护时，焊接质量好。（4）不宜在野外操作。3、熔化极气体保护焊的分类二、熔化极气体保护焊常用气体及应用1、Ar和He不容易与金属发生反应，常用于有色金属的焊接2、N2和H2都是还原性气体，N2主要用于铜及合金的焊接，H2一般不单独使用。3、CO2成本低，主要用于焊接碳钢及低合金钢4、混合气体第二节熔化极惰性气体保护焊一、MIG焊的基本原理定义：MIG焊（metalinert-gaswelding）是利用外加的惰性气体作为电弧介质、利用焊丝作熔化电极的电弧焊（Ar+He,ArHe）另:MAG例如：O2（2%~5%）+Ar根据GB/T5185-1985《金属焊接与钎接方法在图样上的表示方法》，MIG焊的标注代号为131。二、MIG焊的特点优点：①焊接质量好：保护气；过程稳定，变形小；飞溅；阴极破碎；②焊接生产率高:例：TIG1.6mm钨极I=150A，而MIG，I=350A③适用范围广:几乎所有金属，特别适合有色Al、Mg及其合金。④绿色环保MIG焊的特点缺点：①对焊接材料表面清理要求特别严格；？②抗风能力差，不适于野外焊接；③焊接设备也较复杂。④气体价格贵一瓶6000L,流量8~12L/min，80元三、MIG焊的应用材料：常用黑色和有色金属均可（但由于成本的原因，多用于有色金属的焊接）但不适合低熔、沸点金属。厚度：厚、薄（1mm）均可（薄板除短路过渡外，还可用脉冲）位置：可全位置结构：中、厚板的有色金属结构，尤其是铝合金结构，如铝罐、铸铝母线等。焊缝正反面对比焊缝背面（实芯焊丝焊接，背面无保护）焊缝正面欧宝Tigra轿车的活动顶棚支架MIG焊设备一、组成及要求组成：电源、控制系统、送丝系统、焊枪及行走系统（自动焊）、供气系统、（水冷系统）等。实际生产中有CO2专用焊机，但一般不做专用于MIG焊的焊机，而是MIG/MAG/CO2焊通用，统称熔化极气体保护焊设备。1、焊接电源熔化极气体保护焊电源与SAW电源及CO2焊电源相似，细丝通常用平特性电源配等速送丝系统，粗丝通常用陡降外特性电源配变速送丝系统。逆变电源的使用越来越多，是发展方向。2、送丝机构1、与CO2焊的送丝机构相似，有推丝式、拉丝式和推拉式。2、但由于MIG焊较多地用于有色金属，尤其是铝合金的焊接，所以其推丝式送丝机构应是双主动送丝（CO2专用焊机的送丝机构可以用单主动送丝）。3、焊枪可与CO2焊使用的焊枪通用。注意：冷却方式600A;200A4、控制系统预先送气；送丝控制；延迟断气；5、供气、供水系统1、供气系统：气瓶、减压流量计、电磁气阀等MIG焊所用的Ar气瓶涂色为灰色，减压流量计要用Ar气专用的。2、水冷系统：用于大电流(150A)/自动焊枪3送气机构熔化极惰性气体保护焊工艺一、熔滴过渡特点熔滴过渡形式：短路过渡、喷射过渡、脉冲喷射过渡。亚射流过度MIG焊多用来焊接铝合金，这使它对熔滴过渡方式的使用受到限制。1对于短路过渡，由于其处于小参数区间（200A），而（尤其大厚度）铝合金的导热很快，所以较少采用短路过渡。2对于喷射过渡，由于其冲力大，而铝合金密度低，所以打底、盖面的效果均欠佳，用于填充焊尚可。3脉冲喷射过渡的焊接效果较好，厚薄板、打底/填充/盖面、全位置焊均可，但要有带脉冲功能的焊机（普通焊机不可）。4“亚射流”过渡:是一种兼有射流过渡和短路过渡特点的特殊的熔滴过渡形式。亚射流过渡的获得：增加焊接I到大于射流过渡的临界I后，降低电弧U，使之间或出现短路现象，电弧长度8mm.事实上，技术发展到今天，在逆变焊机的基础上通过采用数字技术，已可以对熔滴过渡进行实时、精确的控制，双脉冲:在脉冲的半波内再加以脉冲超脉冲:在一个脉冲周期内，前后两个半波分别采用不同的熔滴过渡形式熔滴过度特点二、保护气体1.Ar：符合GB/T4842-1995《纯氩》要求氩气的物理性质：（1）密度为空气的1.4倍，电离电压15.76V（2）导热系数小，单原子气体，电弧温度和能量密度高。（3）不和金属发生化学反应，也不溶于金属，能起到良好的保护作用。2.He:应符合GB4844.2-1995《纯氦》的要求氦气的物理性质：（1）密度为氩气的0.1倍，比空气小，∴氦气的流量应比氩气约高2-3倍；（2）导热系数大，单原子气体，电离电压24.5V∴焊接时引弧较困难∴在相同的焊接电流和弧长条件下，氦气的电弧电压比氩气的高，使电弧具有较大的功率，对母材热输入也较大。氦气的成本也比氩气高。价格昂贵：40l工业用氦，450元每瓶Ar+He:常用于大厚度的铝、铜（合金）的焊接d=10~20mmHe（50%）d=20mm~，He（75~90%）另外，N2对于铜（合金）而言是惰性的，可以用Ar+N2（20%）焊接铜（合金）。4.活性气体现在对于铝、铜（合金）的焊接，已不再单纯限于用惰性气体，正越来越多地采用微量活性的混合气体，即铝、铜（合金）的焊接也正在由MIG向MAG焊发展，如奥地利Fronius公司铝合金角焊缝双面成形MIG焊用的四元混合气体就是微量活性气体（0.5％O2、8％CO2、26.5％He、65％Ar）。混合气体参考配比适用范围Ar+O21~2%O2不锈钢或高合金钢O2max≤20%碳钢和低合金钢Ar+CO2配比可任意调整（CO2≥25%时呈CO2电弧特性）碳钢和低合金钢Ar+CO2+O22%O2、5%CO2不锈钢或高合金钢（焊不锈钢时CO2仅用微量/焊超低碳不锈钢不推荐含CO2）80：15：5碳钢和低合金钢焊接参数的选择MIG焊的焊接参数计有：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、（焊接速度）、保护气流量等。1、焊丝直径：应根据焊件的厚度、焊接层次及位置、所选熔滴过渡形式等因素来综合考虑确定。GB/T3190-1996细焊丝通常多用于短路过渡的薄板/全位置焊，粗丝多用于喷射过渡的中厚板的平位置填充、盖面焊。铝合金的MIG焊对杂质敏感，而且铝的材质较软，为最大限度保证焊缝质量和送丝稳定可靠，追求选用尽可能粗的焊丝进行焊接。现在的技术已可以使铝合金MIG焊时，以粗丝焊薄板。如Fronius的全数字化焊机就可以用Ф1.2mm的铝焊丝MIG对接焊0.8mm的铝板。焊接参数的选择2、焊接电流应根据焊件的厚度、焊接层次及位置、焊丝直径大小、所需熔滴过渡形式等因素来综合考虑确定。焊丝直径一定时，可以通过改变电流的大小来获得不同的熔滴过渡形式。3、电弧电压短路过渡的电弧电压较低，喷射过渡的电弧电压相对较高。焊接参数的选择4、焊接速度焊接速度要与焊接电流相匹配，尤其是自动焊时更应如此。铝合金焊接一般用较快的焊接速度，半自动焊常在5～60m/h之间，自动焊约在25～150m/h之间。5、焊丝位置前倾：sc小h垂直：sch后倾：sc大h焊接参数的选择5、喷嘴直径和喷嘴端部到焊件距离MIG焊所需的气体流量比TIG焊的要大，通常在30～60L/min，喷嘴孔径也相应地应有所增加，有时甚至要用双层喷嘴、双层气流保护。同时要注意焊丝的伸出长度对保护效果、电弧稳定性和焊缝成形的影响。喷嘴端部到焊件距离：12~22mm总结：MIG焊工艺参数选择的一般方法：板厚→Φ，滴过渡形式→I，最后根据I配以合适的U、V及气体流量。*另外，对铝合金的MIG焊：1.坡口：角度可大至90°,Al、Cu的导热性好，要留足够的钝边；2.焊前清理：MIG焊对杂质非常敏感，对工件、焊丝均应进行严格的焊前清理并尽可能选用粗焊丝、用双主动轮送丝。3、建议尽量选用带脉冲的焊机，用脉冲电流焊接，若需单面焊双面成形时更应如此，并建议用衬垫或双脉冲焊接，注意背面保护。第三节熔化极活性气体保护焊熔化极活性（混合）气体保护焊（MAG:metalactive-gasarcwelding）MIG焊在焊接效果上存在一些不足，所以其应用范围较窄，多用于铝合金的焊接。事实上，近年来，连铝合金的焊接也在向用活性混合气体扩展。MAG比单纯的MIG应用范围要广得多，是熔化极气体保护焊的发展方向。按照GB/T5185-1985《金属焊接及钎接方法在图样上的表示方法》的规定，熔化极非惰性气体保护焊包括二氧化碳气体保护焊，所以，MAG（俗称富氩气体保护焊）包含CO2焊的标注代号都是135。一、MAG的特点优点：混合气体及熔滴过渡形式多样，参数可调范围很宽，适应范围更广，焊接效果更好；便于自动焊接。缺点：要用混合气体而多元气体的混合困难；焊接工艺参数复杂，产生缺陷可能大易引起合金元素的烧损小题论述★目前，由于商品混合气的供应和专家系统的应用，使MAG上述缺点已得以克服。MAG由于焊接质量高、适应性好，对各种金属尤其是钢类的焊接比MIG应用更广，发展很快。二、MAG常用活性混合气体及其适用范围混合气体参考配比适用范围Ar+O21~2%O2不锈钢或高合金钢O2max≤20%碳钢和低合金钢Ar+CO2配比可任意调整（CO2≥25%时呈CO2电弧特性）碳钢和低合金钢Ar+CO2+O22%O2、5%CO2不锈钢或高合金钢（焊不锈钢时CO2仅用微量/焊超低碳不锈钢不推荐含CO2）80：15：5碳钢和低合金钢注：①表中的配比为参考值，在实际焊接中成分、配比均可以变化；②焊接碳钢、低合金钢时混合气体不必用精氩，用粗氩即可。三、MAG焊工艺（一）熔滴过渡形式及规律★用什么熔滴过渡形式在MAG焊中是一个重要的问题。可用的熔滴过渡形式见下表熔滴过渡形式获得特点适用场合短路过渡低电压、较小电流时获得有短路过程、热输入小打底／全位置／薄板喷射过渡电流大于临界电流时易在Ar弧中获得熔滴细、频率高／熔深大、熔敷快中厚板的填充、盖面／可全位置焊脉冲射流过渡脉冲峰值电流大于临界电流时易在Ar弧中获得(要用脉冲焊机)可控性最好（尤一脉一滴）打底／全位置／厚、薄板／填充、盖面均宜Ar-CO2气体混合比焊缝金属含氧量的影响（焊接热输入，2.5MJ/m）△—焊丝A○焊丝—B●—焊丝CAr-CO2气体混合比对合金元素过渡率的影响（焊丝Φ1.2mm，成分：C0.07%、Mn1.13%、Si0.65%、Cr1.42%、Mo0.60%）Ar-CO2气体混合比对短路过渡频率的影响短路过渡时气体混合比对飞溅率的影响1—Φ1.6mm，23V，220A2—Φ1.2mm，22V，140A3—Φ1.6mm，23V，190A4—Φ1.2mm，26V，160AMAG焊熔滴过渡的规律在（富）氩电弧中，在正常的焊接电压的条件下，熔滴过渡形式依次为：粗滴过渡→细滴过渡→射滴过渡→射流过渡→旋转射流过渡电流：小大熔滴体积：大小过渡频率：慢快在（富）氩电弧中，在较低的焊接电压和电流的条件下也可获得短路过渡。由此可见，MAG可以采用不同的熔滴过渡形式，如用脉冲电流，通过（数字机）精确控制，还可以获得一脉一滴的精确可控的脉冲射流过渡，可以满足焊接的不同要求，这是其它焊接方法所不具备的，是MAG优越性的体现，使它得到广泛的应用。论述另一方面，MAG得到什么熔滴过渡形式，除受焊丝直径、电流大小的影响外，焊丝伸出长度、气体的成分和配比也有影响，它们之间组合的结果几乎是无限的，使焊接工艺参数的调节范围大大扩展，但同时又带来工艺参数的复杂性，所以才用专家系统来解决这一矛盾。最后，需要指出的是，专家系统并非MAG工艺参数选择的惟一、全部解决方案，在专家系统之外，MAG工艺参数仍有很大的回旋、发展余地。气体混合比对临界电流的影响Ar-O2混合比对临界电流的影响Ar-CO2混合比对临界电流的影响Ar、CO2、O2二元成分及三元成