第四章-熔化极气体保护焊

重庆公共运输职业学院第四章熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊原理、特点、分类及应用4.14.2二氧化碳气体保护焊4.34.4熔化极气体保护电弧焊熔化极气体保护焊设备4.1熔化极气体保护焊原理、特点、分类及应用一、原理熔化极气体保护焊是以可熔化的焊丝与焊件之间产生的电弧为热源，通过喷嘴向焊接区输送保护气体，并连续送进焊丝的自动或半自动电弧焊方法。常用的保护气体：二氧化碳气（CO2）、氩气（Ar）、氦气（He）及混合气体:CO2+Ar、CO2+Ar+He、Ar+O2+CO2等等。4.1熔化极气体保护焊原理、特点、分类及应用焊接过程：熔化极气体保护焊是使用焊丝来代替焊条,经送丝轮通过送丝软管送到焊枪,经导电咀导电,在熔化极气氛中,与母材之间产生电弧,靠电弧热量进行焊接。气体在工作时通过焊枪喷嘴，沿焊丝周围喷射出来，在电弧周围造成局部的气体保护层使溶滴和溶池与空气机械地隔离开来，从而保护焊接过程稳定持续地进行，并获得优质的焊缝。4.1熔化极气体保护焊原理、特点、分类及应用二、焊接特点溶深大熔深是手弧焊的三倍,坡口加工小。熔敷效率高是焊条电弧焊的1.5倍引弧性能好能量集中，引弧容易，连续送丝电弧不中断。焊接质量好对铁锈不敏感，焊缝含氢量低，抗裂性能好，受热变形小。焊接速度快单位时间内熔化焊丝比焊条电弧焊快3~5倍与手工焊比：抗风能力差，设备较复杂，飞溅大，光辐射较强。4.1熔化极气体保护焊原理、特点、分类及应用焊接范围广可适用各种钢及有色金属三、分类4.1熔化极气体保护焊原理、分类、特点及应用四、应用材料：焊接碳钢和低合金钢、不锈钢、耐热合金、铝及铝合金、镁合金、铜及铜合金等；铅、锡、锌及涂层钢不适宜焊接。厚度：厚薄均可，尤薄板有优势；位置：全位置；结构：车辆、船舶、机械、容器等。4.1熔化极气体保护焊原理、分类、特点及应用熔化极气体保护焊设备主要由焊接电源、送丝系统、焊枪、行走台车（自动焊）、供气系统和水冷系统、控制系统等部分组成。4.2熔化极气体保护焊设备一、焊接电源：直流电源1、平特性电源——用于（短路过渡）0.8～1.6ｍｍ细丝焊接，配用等速送丝系统；2、下降特性电源——用于２ｍｍ粗丝焊接，配用变速送丝系统；3、对动特性的要求细丝短路过渡焊机对动特性有较高要求，即对短路电流上升速度、短路电流峰值、电弧电压恢复速度三个指标有较高的要求，目的是保证短路过渡过程可靠的同时又控制飞溅。4.2熔化极气体保护焊设备二、送丝系统送丝系统直接影响焊接过程的稳定性。送丝系统通常由送丝机构根据送丝方式的不同，熔化极气体保护焊机送丝系统有推丝式、拉丝式、推拉丝式三种基本送丝方式。4.2熔化极气体保护焊设备1.推丝式——焊枪简单、轻巧，以鹅颈式焊枪多见，实际应用较多；送丝距离有限（通常≤5M），送细丝效果欠佳。推丝式送丝机4.2熔化极气体保护焊设备2.拉丝式——焊枪复杂、较重，以手枪式焊枪多见，薄板结构使用较多；适于送细丝/远距离送丝。CO2焊机及其拉丝式焊枪拉丝式焊枪（其小型送丝机构做在焊枪内）焊丝盘送丝电机送丝机构4.2熔化极气体保护焊设备推拉式送丝焊枪（手工焊接用）3.推拉丝式——焊枪结构复杂，适用于远距离送（细、软）丝，多用于机器人焊接和铝的熔化极气体保护焊。4.2熔化极气体保护焊设备三、供气系统由气瓶（铝白色）、预热器、减压／流量计、气管和电磁气阀组成，必要时可加装干燥器。4.2熔化极气体保护焊设备4.2熔化极气体保护焊设备1.气瓶容量为40L的标准钢瓶可灌入25kg的液态CO2，占容积的80%。标准状况下，满瓶压力为5～7MPa，瓶内压力随外界温度升高而增大。因此，气瓶严禁靠近热源，并防止烈日暴晒，以免压力过大发生爆炸。气瓶使用时应直立放置，严禁敲击、碰撞等。气瓶出厂时应戴好瓶帽。4.2熔化极气体保护焊设备2.减压阀减压阀用以调节气体压力，也可以用来控制气体的流量。3.流量计流量计用来标定和调节保护气体的流量大小。4.预热器当打开CO2钢瓶时，瓶中的液态CO2不断汽化，这一过程要吸收大量的热量；另外，经减压后气体体积膨胀，也会使气体温度下降。为了防止CO2气体中的水分在钢瓶出口处及减压表中结冰，使气路堵塞，在减压之前要将CO2气体通过预热器加热。显然，预热器应尽可能装在钢瓶的出气口附近。通常将预热器、减压器、流量计做为一体，叫减压流量计（通常属于焊机的标准随机配备）。不同气体的减压流量计按规定不能互换使用。流量计气压表减压及预热装置开关减压流量计4.2熔化极气体保护焊设备4.2熔化极气体保护焊设备四、水冷系统水冷式焊枪的水冷系统由水箱、液压泵、冷却水管及水压开关组成。水箱里的冷却水经液压泵流经冷却水管，经水压开关后注入焊枪，然后经冷却水管再回流入水箱，形成冷却水循环。也有采用不需水箱、液压泵的直排式非循环水冷系统。显然，非循环式水冷系统将造成大量冷却水的浪费。水冷系统的水压开关，将保证冷却水未流经焊枪或流经的水量不足时焊接系统不能起动，以避免由于未经冷却而烧坏焊枪。4.2熔化极气体保护焊设备五．控制系统熔化极气体保护焊设备的控制系统由焊接参数控制系统和焊接过程程序控制系统组成。焊接参数控制系统主要包括焊接电源输出调节系统、送丝速度调节系统、小车（或工作台）行走调节系统（自动焊）和气体流量调节系统。它们的作用是在焊前或焊接过程中调节焊接电流或电压、送丝速度、焊接速度和气体流量的大小。焊接过程程序控制系统的主要作用是：１）控制焊接设备的起动与停止。２）控制电磁气阀动作，实现提前送气和滞后停气，使焊接区受到良好保护。３）控制水压开关动作，保证焊枪得到良好的冷却。４）控制引弧和熄弧。熔化极气体保护焊的引弧方式一般有三种：①爆断引弧———焊丝接触工件，通电使焊丝与工件接触处熔化，焊丝爆断后引燃电弧。②慢送丝引弧———先通电，然后使焊丝缓慢送向工件直到电弧引燃，然后提高送丝速度。③回抽引弧———焊丝先接触工件，通电后回抽焊丝引燃电弧。熄弧方式有两种：①电流衰减———送丝速度随电流衰减相应的衰减，填满弧坑，防止焊丝与工件粘连。②焊丝返烧———先停止送丝，经过一定时间后切断焊接电源。4.3CO2气体保护焊4.3.1定义利用CO2作为保护气体的熔化极气体保护电弧焊方法称为CO2气体保护焊。CO2气体特点：二氧化碳是一种无色、无味的多原子气体，来源广、成本低。CO2在标准状况下，相对密度为空气的1.5倍，因此能在熔池上方形成一层较好的保护层，防止空气进入熔池。CO2在电弧的高温作用下，将发生吸热分解反应。因此，CO2气体对电弧柱的冷却作用较强，产生的热收缩效应也较强，电弧柱区窄，热量集中，焊接热影响区窄，焊接变形小，特别适用于焊接薄板。CO2气体是一种氧化性气体，在电弧高温作用下,CO2将分解成CO和原子氧。在电弧区中，约有40%～60%左右的CO2气体分解，分解出的原子态氧具有强烈的氧化性，使金属氧化，因此使用CO2气体要解决好对熔池金属的氧化问题。一般是采用含有脱氧剂的焊丝来进行焊接。对二氧化碳纯度的要求焊接用的CO2气体必须有较高的纯度，一般要求不低于99.5%。CO2气体中的水分的含量与气压有关，气体压力越低，含水量越高。在使用压力低的CO2气体焊接时，焊缝中容易出现气孔。所以，要求瓶内压力不低于0.98MPa。4.3.2CO2焊特点1.优点：1）成本低2）焊接速度快3）适用范围广4）抗锈能力强5）焊接变形小2.缺点：1）飞溅较大，焊缝成型差2）焊缝有氧化的可能3）不能焊接有色金属4）抗风能力差4.3CO2气体保护焊4.3.3CO2焊的应用材料：黑色金属——低碳钢、合金结构钢厚度：厚薄均可，尤薄板有优势位置：全位置结构：车辆、船舶、机械、容器等。4.3.4CO2焊的熔滴过渡1．短路过渡条件：细焊丝≤1.6mm，小电流，低电压特点：产生小而快速凝固的熔池，适合于焊接薄板、全位置焊和较大底层间隙的搭桥焊，变形小。（具体见第一章第二节）2.颗粒过渡条件：粗焊丝、大电流、高电压特点：电流小于400A时，为粗滴过渡，电弧不稳定，飞溅大，不适宜焊接。电流大于400A时，变为细滴过渡，电弧稳定，飞溅小，焊缝成形好，但是线能量大，晶粒容易出大，焊接变形增大。3.潜弧射滴过渡条件：短路过渡≤焊接电流/焊接电压≤颗粒过渡特点：熔池形成凹坑，电弧拉长，焊丝低于焊缝表面，形成射滴过渡，这样，飞溅减小，焊接过程稳定，熔深大。应用于中等厚度和大厚度板材的水平位置焊接。需要注意的是，潜弧射滴过渡的焊缝窄而深，且余高大，成形系数不够理想，易产生裂纹。4.3CO2气体保护焊4.3.5CO2焊冶金特点：1.合金元素的氧化与脱氧作为焊接保护气体，CO2表现出很强的氧化性CO2→CO+O++Mn=MnO+CO↑Mn=MnO结果：①Mn、Si等合金元素烧损；②FeO能大量溶于熔池金属中，易使焊缝金属产生气孔及夹渣等缺陷。③生成的CO气体体积极具膨胀，造成飞溅，并且，由于CO不溶于金属，由于粘度和表面张力，就会形成CO气孔。解决之道：冶金脱氧对脱氧剂的要求（能脱氧但不能带来如夹渣、气孔等副作用）Mn-Si联合脱氧，有些牌号的焊丝中还添加了Ａｌ和Ｔｉ等较活泼元素CO2焊专用焊丝H08Mn2Si&H08Mn2SiA脱氧剩下的Mn、Si用于补充碳和合金元素的损失2.关于CO2焊的气孔问题正常焊接条件下，CO2焊并不容易产生气孔。相反，由于CO2气氛的氧化性，其抗氢气孔能力较强，此外，如果CO2保护气氛被破坏，就容易出现N2气孔4.3CO2气体保护焊3.CO2焊的飞溅及防止与CO2电弧的行为有关具体包括以下几个方面：⑴气体爆破引起：由于熔滴中的FeO与C反应生成CO气体，在电弧高温下急剧膨胀，使熔滴爆破而引起金属飞溅。⑵电弧斑点压力引起：当采用正极性焊接时，正离子飞向焊丝末端的熔滴，机械冲击力大，而造成大颗粒飞溅⑶焊接参数不当引起：电流和电压不匹配，焊丝伸出长度太大。⑷短路过渡引起，这是CO2焊产生飞溅的主要原因。4.3CO2气体保护焊飞溅防止措施：（１）短路过渡时限制金属液桥爆断能量即在液桥拉断时，迅速降低短路电流。有两种方法：1）在焊接回路中串接附加电感通过电感，能阻止电流增加速度，电感越大，电流增长速度越慢。这种方法的特点是设备简单，有一定效果，但是不能准确的控制短路过程，只能一定程度上减少飞溅，常用于一般焊机。4.3CO2气体保护焊•能在微秒级内产生过渡和改变电流•专门针对半自动焊接（焊接速度、送丝速度和伸出长度都在变化）而设计•电源可以适应不同的保护气体，包括100％CO2、CO2与Ar甚至He的混合气体•主要优点：①显著地减少飞溅②易于焊接（伸出长度变化时电弧仍保持稳定、允许更大的焊枪角度变化）③更低的电弧辐射和更少的焊接烟尘、降低薄板焊接时的热输入2）STT（表面张力过渡）4.3CO2气体保护焊4.3CO2气体保护焊基本电流段(T0～T1)：短路前的电流，稳定在基本电流之间；短路形成段(T1～T2)：在刚短路时，弧压感测器给出“电弧短路”的信号，基本电流在约0.75毫秒内迅速降低至10A；4.3CO2气体保护焊颈缩阶段(T2～T3)：紧接着成滴时间阶段，以双波上升的形式对短路的焊丝施加一大电流，通过产生的电磁收缩力加速熔化金属向熔池过渡。注意：在此阶段，焊丝与工件之间的电压不为零，这是由于铁在1550℃的熔点时的高电阻率导致的；表面张力下熔滴过渡段(T3～T4)：这一计算包含在掐断阶段内。当计算结果表明达到特定的电压上升速度时，意味着熔滴分离即将发生，电流在若干个微妙内降低到50A（注意这一事件在熔滴分离前发生，T4表明熔滴分离已发生，但电流较低）；燃弧初期阶段(T4～T6)：这一事件紧接着焊丝从熔池分离之后，它是焊丝快速“回熔”的大电流阶段（在这一阶段焊丝熔化末端的几何形状很不规则）稳定燃弧阶段(T6～T7)：这一阶段是电流降低到基本电流的周期4.3CO2气体保护焊（２）正确选择焊接参数1）正确匹配焊接电流和电压4.3CO2气体保护焊２）焊接伸出长度干伸长越长，焊丝电阻越大，能量越高，很容易发生中间爆断。３）