MIGMAG焊工艺及设备

MIG/MAG焊工艺及设备什么是熔化极气体保护焊？它有哪些类型？使用熔化电极，以外加气体作为电弧介质，并保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法，称为熔化极气体保护电弧焊。根据焊丝材料和保护气体的不同，可将其分为以下几种方法，如图3-1所示。按焊丝分类可分为实芯焊丝焊接和药芯焊丝焊接。用实芯焊丝的隋性气体（Ar或He）保护电弧焊法称为熔化极隋性气体保护焊，简称MIG焊（MetalInertGasArcWelding）；用实芯焊丝的富氩混合气体保护电弧焊，简称MAG焊（MetalActiveGasArcWelding）。用实芯焊丝的CO2气体保护电弧焊（包括用纯CO2或CO2+O2混合气体）简称CO2焊。用药芯焊丝时，可以用CO2或CO2+Ar混合气体作为保护气体的电弧焊称为药芯焊丝气体保护焊。还可以不加保护气体，这种方法称为自保护电弧焊。如何选用熔化极气体保护焊的保护气体？保护气体的选择主要根据保护气体的作用来决定。主要考虑它的冶金特点、熔滴过渡和焊缝成形等特点。可以采用单一气体，还可以采用二元或多元气体。显然采用单一气体比较简单，如：Ar、He或CO2气。对于铝、镁和钛及其合金等活泼金属，只能选择惰性气体如Ar或He。对于黑色金属，常常采用价廉的活性气体CO2气。但是，上述选择仅仅满足了冶金要求，而考虑到熔滴过渡特点或焊缝成形的要求，往往采用多元气体，如Ar+He二元气体，可以比纯Ar保护提高热输入，能用于焊厚板。Ar+CO2或Ar+O2二元气体，能改善钢液的流动性，可以改善焊缝成形和熔滴过渡。为进一步改善焊接工艺性，焊钢时还采用三元或四元气体，如Ar+CO2+O2三元气体，又如采用Ar+He+CO2+O2四元气体可以作为高熔敷率保护气体（即TIME气体）。根据不同的母材和板厚，保护气体往往有多种选择，请详见表1-11、表1-12和表1-13。附：表1-11喷射过渡时保护气体的选择母材保护气体优点铝Ar0～25mm厚，电弧与熔滴过渡稳定，飞溅小35%Ar+65%He25～75mm厚，比纯的Ar热输入高25%Ar+75%He75mm厚，热输入更高，气孔少镁Ar极好的清理作用碳钢Ar+（3%～5%）O2电弧稳定，熔池流动性好，焊缝成形好，不咬边，可以比纯Ar保护时的焊速更高Ar+（15%～20%）CO2Ar+15%CO2～5%O2电弧稳定，焊缝成形好，可以提高焊速CO2价格低廉，焊接速度高低合金钢Ar+2%O2消除咬边，焊缝韧性良好不锈钢Ar+1%O2改善电弧稳定，改善熔池的流动性，熔池易控制，咬边小Ar+2%O2较好的电弧稳定性和熔池的流动性、不易咬边、可以比1%O2时的焊速更高铜、镍及其合金Ar良好的润湿性，增加熔池金属的流动性（对于厚度小于3mm的不锈钢）Ar+He（50%～70%）He的混合气体的热输入较高，宜焊接厚工件钛Ar良好的电弧稳定性，焊接污染小，应用惰性气体保护焊缝背面，以防止空气污染附：表1-12短路过渡时保护气体的选择母材保护气体（体积分数）优点碳钢Ar+（20%～25%）CO23mm工件，不熔透高速焊，最小的变形和飞溅75%Ar+20%CO2+5%O23mm工件，最小的飞溅，焊缝外观整洁，在立焊和仰焊时能很好的控制熔池CO2较大的熔深，较高的焊速、有飞溅不锈钢90%He+7.5%Ar+2.5%CO2对腐蚀电阻无影响，热影响区小，不咬边，变形小低合金钢（60%～70%）He+（25%～35%）Ar+（4%～5%）CO2氧化性弱，良好的韧性，电弧稳定，润湿性好，焊缝成形好，飞溅少75%Ar+（20%～25%）CO2满意的韧性，良好的稳弧性、润湿性，焊缝成形好，飞溅少铝、铜、镁、镍及其合金Ar适于薄工件Ar+He适于厚工件附：表1-13熔化极气体保护焊的保护气体分类表分类保护气组元数成分（体积分数，%）保护气体的类型熔敷金属中氧的质量分数[焊丝中w（O）=2%]主分类细分类氧化性的惰性的还原性的HCO2O2ArHeI1234112210025～7585～95100余量余量惰性惰性惰性还原性0.020.020.020.02M11232232～52～51～31～3余量余量余量轻氧化性│││↓0.03M223123215～305～151～44～8余量余量余量0.03～0.05M32134223330～405～2015～209～124～61～3余量余量余量余量│││↓强氧化性0.05C1212100余量30MIG/MAG焊各种金属时，应如何选择保护气体？根据保护气体的氧化性强弱和基体金属的冶金性能，来选择合适的保护气体，如表3-1所示（参考表1-13）。表3-1MIG/MAG焊保护气体与基本金属的选配金属保护气体铝I1、I2、I3镁I1钛I1铜、镍I1碳钢M1.1～1.3、M2.1～2.3、M3.1～3.3、C低合金钢M1.1～1.3、M2.1～2.3、M3.1～3.3、C不锈钢M1.1、M2.3、M3.3与CO2焊相比，MIG/MAG电弧焊有何优点？MIG/MAG焊是以惰性气体保护或以富氩气体保护的弧焊方法。而CO2保护焊却具有强烈的氧化性。这就决定了二者的区别和特点。MIG/MAG焊的主要优点如下：1）在氩或富氩气体保护下的焊接电弧稳定。不但射滴过渡与射流过渡时电弧稳定，而且在小电流MAG焊的短路过渡情况下，电弧对熔滴的排斥作用较小，从而保证了MIG/MAG焊短路过渡的飞溅量减少50%以上。2）由于MIG/MAG焊熔滴过渡均匀和稳定，所以焊缝成形均匀、美观。3）电弧气氛的氧化性很弱，甚至无氧化性，MIG/MAG焊不但可以焊接碳钢、高合金钢，而且还可以焊接许多活泼金属及其合金，如：铝及铝合金、镁及镁合金等。4）大大地提高了焊接工艺性和焊接效率。MIG/MAG焊的冶金特点如何？惰性气体（Ar或He）是元素周期表中的0族元素，既不与高温的液体金属发生化学反应也不溶解于金属中。在焊接时它能屏蔽电弧与熔池周围的空气而起到保护作用。所以适合于焊接铝、镁和不锈钢等金属。因MIG焊是利用纯氩或纯氦作为保护气体，所以冶金反应比较单纯，在理想情况下基本金属和焊丝中所含有的各种元素几乎不烧损，但是实际上合金元素总要减少，主要原因如下：1）合金元素的蒸发。在电弧空间和电极斑点处的温度高达几千度，甚至近万度，超过了被焊金属本身和合金元素的沸点。所以能使沸点低而在液体金属中饱和蒸气压高的合金元素蒸发，如Al-Mg合金、Cu-Zn合金和Fe-Mn合金中的Mg、Zn、Mn三种元素是极易蒸发的。2）气体介质的影响。MIG焊中惰性气体的纯度和MAG焊中的氧化性气体，都与熔化的基体金属和焊丝金属发生化学反应。例如，一般工业用氩气是制氧的副产品，虽经提纯，氩中仍含有微量的氧、氮和水分等。它们将与金属发生冶金反应。焊接不锈钢和碳钢时多采用MAG焊，这时保护气体中的氧化性气体有O2和CO2等，它将烧掉一些金属中的合金元素，如Zr、Ti、Al和Cr、Si、Mn等。MIG/MAG焊应怎样选择电流极性？通常MIG焊应采用直流电源。因为交流电源将破坏电弧稳定性，在电流过零时，电弧难以再引燃。大家知道，直流焊接时，电流极性有两种接法，直流正极性接法和直流反极性接法。直流正极性接法是指电极为阴极和工件为阳极；直流反极性接法则恰好相反。MIG/MAG焊多采用直流反极性。主要原因如下：1）电弧稳定。因阳极斑点牢固地出现在焊丝端头，使得电弧不发生飘移。相反，采用直流正极性接法时，焊丝为阴极，因阴极斑点总是寻找氧化膜，所以阴极斑点不断地沿焊丝上、下飘移，移动最大可以达到20～30mm，从而破坏了电弧的稳定性。2）在焊缝附近产生阴极破碎作用。因工件为阴极，所以在焊缝附近的金属氧化膜能被阴极破碎作用而去除。这正适合于焊接铝、镁及其合金。3）焊缝成形美观。焊缝表面平坦、均匀而熔深为指状。相反，直流正极性时，由于焊丝熔化速度大大加快，使得焊缝的余高增大。MIG焊铝及铝合金工艺特点是什么？铝及铝合金比较活泼，与氧的亲合力很大，极易与氧结合而生成Al2O3，其熔点为2050℃，大约为铝的熔点的3倍。另外，在室温下铝表面形成一层牢固而致密的氧化膜。这层氧化膜是不利于焊接的，妨碍接头的结合。为此必须排除氧的影响，首先，MIG焊的保护气体，必须是惰性气体，可以应用纯氩或Al+He混合气体，不得混入氧化性气体（O2或CO2）。其次，应采用直流反极性（DCRP），使工件为阴极，依靠阴极破碎作用将焊缝及其附近的金属氧化膜（Ar2O3薄膜）在焊接过程中去除，同时还能保证熔滴过渡稳定。再次，MIG焊铝时，电弧温度较高（尤其在大电流时），电弧中充满金属蒸气，当该蒸气失去气体保护时，与空气中的氧相作用生成Ar2O3等氧化物，在近缝区，甚至在焊缝表面上将形成黑粉。试验表明，采用脉冲MIG焊，可以大大减少黑粉。熔滴和熔池在液态下极易吸潮而生成气孔。所以焊前应仔细清理焊丝与材料表面，同时应注意保护气体的纯度。因铝及铝合金导热快和热膨胀系数大，使得焊接变形大，易产生未熔合及未焊透。而MIG焊时，恰恰热量比较集中，因此比较适于焊铝。但是焊接大厚度工件时，为了减少变形，应采取预热措施，一般应在夹具中焊接。试述MIG焊铝时，焊缝产生起皱现象的原因及防止措施。大电流熔化极惰性气体保护焊铝或铜时，如果阴极斑点进入熔池之中，且焊接电流超过某一定值，则在电弧力的作用下，熔池液态金属被猛烈地挖掘搅动，并卷进空气，使焊缝金属氧化，形成粗糙皱纹的现象称为起皱现象，如图3-2所示。防止起皱现象的措施从下面3方面着手，一为采用双层喷嘴，加强保护效果，屏蔽风的侵入。二为使用大直径焊丝而减小电弧力。三为采用恒流源而减少电流的变化和电弧力。MIG焊铝前，怎样清洗母材和焊丝？铝及铝合金焊件在焊前应对其表面进行清理。目的是去除氧化膜和油污，以防止在焊缝中产生气孔和夹渣。生产中常用的清理方法有清理油污和去氧化膜两道工序。1、油污的清理对工件表面的油污，可以用汽油、四氯化碳、三氯乙烯和丙酮等擦拭，擦拭时宜采用清洁白布蘸上溶剂清理，注意不得用棉纱。2、氧化膜的清理表面氧化膜利用上述溶剂清理是无效的，只能采用化学清洗和机械清理。化学清洗是使用碱和酸清洗工件表面，该法既可去除氧化膜，还可以除油污，具体工艺过程如下：体积分数为6%～10%的氢氧化钠溶液，在70℃左右浸泡0.5min→水洗→体积分数为15%的硝酸在常温下浸泡1min进行中和处理→水洗→温水洗→干燥。洗好后的表面为无光泽的银白色。机械清理可以采用风动或电动铣刀，还可以采用刮刀、锉刀等工具。对于较薄的氧化膜也可采用不锈钢丝刷或细钢丝刷子刷，直到露出金属光泽。清理后最好立即施焊，如是停放时间超过4h，应重新清理。对于焊丝清理更为重要。焊丝的供应状态应是清理干净和经光亮处理的盘丝焊丝，通常采用塑料袋密封包装。每当开封后应尽快用完。否则污染的焊丝难以再用。试述MIG焊铝及铝合金的焊接参数与熔滴过渡。MIG焊铝及铝合金的焊接参数与溶滴过渡的选用依据是焊件的厚度和空间位置等因素。MIG焊铝可以选用的熔滴过渡形式有短路过渡、交流脉冲MIG焊喷射过渡、脉冲喷射过渡、一般喷射过渡和大电流喷射过渡等。这些熔滴过渡与焊丝直径、焊接电流的关系如图3-3所示。短路过渡主要用于细丝（焊丝直径为φ0.6mm、φ0.8mm、φ1.0mm），因送丝困难，所以总是使用拉线枪施焊。将焊丝装入0.3～0.5㎏的小型焊丝盘中，可以焊接0.8～1.2mm的薄铝板。能用于焊接对接与角接接头的平焊与全位置焊缝。因送丝难度较大，所以一般不用短路过渡形式。交流脉冲MIG焊是近几年最新研究成功的焊接方法，电源的电路图如图3-4，电流波形如图3-5所示。IEN×TEN在一个交流脉冲的反极性时过渡一个熔滴，通过改变EN（电极为负）比例（EN比例=─────×100%）IEP×TEP+TEN就能调节熔深和熔宽，由图3-6可见，随EN比例的提高，熔深变浅，熔宽变窄。这种产生方法可用于焊接薄板和不同厚度工件的搭接接头。脉冲射流过渡通常是指直流脉冲射流过渡，一个脉冲过渡一个熔滴。这种方法适合射流过渡临界电流以下的小电流，如图