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1、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
2、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（metal inert-gas welding）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,Ar He）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： 焊接质量好：保护气；过程稳定，变形小；飞溅；阴极破碎； 焊接生产率高:例：TIG 1.6mm钨极I=150A，而MIG，I=35
3、0A 适用范围广:几乎所有金属，特别适合有色Al、Mg及其合金。 绿色环保,MIG焊的特点,缺点： 对焊接材料表面清理要求特别严格；？ 抗风能力差，不适于野外焊接； 焊接设备也较复杂。 气体价格贵 一瓶6000L,流量812L/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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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=1020mm He（50%） d=20mm，He（7590%）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（0.5O2、8CO2、26.5He、65Ar） 。,焊接参数的选择
9、,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1.2mm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
10、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560m/h之间，自动焊约在25150m/h之间。5、焊丝位置 前倾： s c 小 h 垂直： s c h 后倾： s c 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3060L/min，喷嘴孔径也相应地应有所增加，有时甚至要用双
11、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：1222mm,总结：,MIG焊工艺参数选择的一般方法：板厚，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
12、体保护焊（MAG:metal active-gas arcwelding ）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
13、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,注：表中的配比为参考值，在实际焊接中成分、配比均可以变化；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,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）
14、焊丝A 焊丝B 焊丝C,Ar-CO2气体混合比对合金元素过渡率的影响 （焊丝1.2mm，成分：C 0.07%、Mn 1.13%、Si 0.65%、Cr 1.42%、Mo 0.60%）,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 11.6mm，23V，220A 21.2mm，22V，140A 31.6mm，23V，190A 41.2mm，26V，160A,MAG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
15、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
16、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分保护气体的临界电流区,140%Ar+ 25% CO2 2CO2 340%Ar+ 60% CO2 484%Ar+ 13% CO2+ 3% O2 5Ar,（二）工艺及参数选择,主要用于各种钢的焊接，尤其是不锈钢和各种高合金钢。 1、焊前准备 坡口： 参照GB/T985-1988气焊、焊条电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸来选定。 焊前清理：常规 选材：常规 2、工艺参数 内容：与MIG焊相似，但应着重考虑熔滴过渡形式。 选择的一般方法：材质、厚度、层次、位置 气体成分和配比、过渡形式、气流量。 对有专家系统的焊机，可以直接用专家系统推荐的参数或 在此基础上结合经验或工艺评定试验作适当修正。,
