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1、电弧焊接工艺介绍与大家一起探讨,唐山松下营业技术系 2011. 1. 10,焊接连接的意义- 两个重点学科方向,新材料及其加工技术-冶金相容性 致密接合性 使用可靠性 加工过程自动化与智能化-机械化自动化智能化,焊接性,焊接连接特点- 连接分类,电弧焊接的主要内容,弧焊电源（焊机） 建立稳定的电弧特性 焊丝熔化及稳定的熔滴过渡 母材的熔化及熔池的建立 形成焊缝及焊接接头 焊缝及热影响区的组织与性能的变化 符合各项技术标准的焊接结构,电弧 ： 在两极间产生强烈而持久的气体放电现象。母材 ： 被焊接金属。熔滴 ： 焊丝先端受热后熔化，并向熔池过渡的液态金属滴。熔池 ： 熔焊时焊件上所形成的具有一定
2、几何形状的液态金属部分。保护气体 ： 焊接中用于保护金属熔滴以及熔池免受外界有害气体（氢、氧、氮）侵入的气体。,保护气体,焊丝,母材,熔池,焊道,导电嘴,保护气体,溶滴,电弧,电弧物理特性（简要一）,电弧的三个区域弧柱区 阴极区 阳极区 弧柱区总的电流=电子流+离子流电子流 999% 离子流01%温度高：500050000K 阴极区给弧柱提供电子流，接受从弧柱来的离子流。 阳极区的导电机构与阴极区相反。,电弧物理特性（简要二）,电弧的稳定燃烧过程事实上是带电粒子产生、运动和消失的平衡过程。产生 （电离、电子发射）运动 （极区压降加速、电场加速）消失 （扩散、复合） 阴极斑点自动跳向温度高，逸出
3、功低的氧化膜处（铝的TIG、MIG电弧焊接工艺）。 直流正接（DCSP）、反接（DCRP）的意义（DCEN） （DCEP）,电弧物理特性（简要三）,电弧偏吹现象（直流磁偏吹、药皮偏心、其他干扰）电弧自身磁场的作用（电磁力、等离子流力、斑点压力） 交流电弧的正确使用,焊丝的熔化及熔滴过渡,焊丝熔化热源 电弧热 电阻热 焊丝熔化特性熔化速度 Vm 与电流 I 之间的关系 影响熔化特性的因素 焊丝成分 焊丝直径 干伸长度 极性 熔滴过渡的形态 （颗粒射流） 保护气体介质 （MAGCO2 ）,熔滴过渡的几种形式：,短路过渡 焊丝与熔池的短路频率20200次/S短路缩颈“小桥”爆断有飞溅。 渣壁过渡 （
4、药芯焊丝、焊条电弧焊、埋弧焊） 粗滴过渡（下垂滴状过渡、排斥滴状过渡） 喷射过渡 射滴过渡 射流过渡 亚射流过渡（铝及铝合金MIG焊）,熔滴过渡的形式,熔滴上的作用力,F,离,流,一、表面张力（F）,二、重力（F）,三、电磁收缩力（Fcz）,四、等离子流力,五、斑点压力,六、短路时所颈爆破力,子,Fcz,熔滴就是在以上各种力的共同作用下过渡到焊缝中的,CO2气体保护焊熔滴短路过渡,焊接电流和电弧电压中蕴含下列内容 1、短路过渡频率 2、瞬时短路次数 3、燃弧短路时间 4、燃弧功率 5、爆断功率 6、电流峰值 7、电压峰值 8、上升段电流变化率 等 综合分析反映CO2焊接的引弧质量、飞溅程度、气
5、体流量稳定性、送丝稳定性、焊枪高度变化、导电嘴磨损 等, 0.8, 1.0, 1.2, 1.6,50Hz,100Hz,150Hz,短路频率,焊接电压,20V,短路频率越高，过渡过程越稳。,细颗粒过渡（CO2焊）射流过渡（MAG焊）,细颗粒过渡的形成机理,CO2气导热系数大，同时在高温下分解吸收热量，所以，对电弧有非常强烈地冷却收缩作用，因此电弧电压高，焊接电流增加时，斑点面积、电磁力增加，在以上各种力的作用下，熔滴由大颗粒而变细小，电弧稳定。其特点是：熔滴颗粒以非轴线方向过渡。,熔滴喷射过渡的必要条件,纯氩或富氩混合气体保护焊（MIG或MAG）（CO2焊接无法实现喷射过渡） 焊接电流超过喷射过
6、渡的临界电流（如1.2实心焊丝MAG焊时电流I 320A） 低于临界电流时采用脉冲熔化极电源,各种焊丝大滴-喷射过渡转变的临界电流值,焊丝种类 焊丝直径/mm 保护气体 临界电流最小值/A低碳钢 0.8 98%Ar+2%O2 150低碳钢 1.2 98%Ar+2%O2 220 低碳钢 1.2 80%Ar+20%CO2 320不锈钢 0.9 99%Ar+1%O2 170不锈钢 1.2 ： ： 225铝 1.2 Ar 135脱氧铜 1.2 Ar 210硅青铜 0.9 Ar 165钛 1.6 Ar 225,熔化极脉冲电弧焊的工艺特点,把间断的.高幅值（大于临界电流）的脉冲电流叠加在低值的稳定电流上，
7、平均电流便可大为降低，但却能在脉冲期产生金属喷射过渡。 必须用富氩（或纯氩）气体。 采用专用电源（如松下AG2脉冲MIG/MAG焊机）。 能够用较大直径的焊丝在各种位置上焊接薄板和厚板。（如焊接 钢 不锈钢 铝 铜 等材料时采用1.2焊丝，使用80100A焊接电流也能获得喷射过渡）,母材熔化与焊缝成形,焊缝熔池的特点：体积小、 温差大 、 冷速快、温度高、过热状态（钢熔池平均温度1770 100C）在运动下结晶、凝固及一次结晶过程极不平衡 （熔池中的气泡、杂质在运动中上浮）。焊缝成分除了焊接材料和熔化的结构材料的成分之外，还与焊接方法和 焊接规范而确定的熔合比有关 熔池的形状 熔深 熔宽 余高
8、,焊接化学冶金反应的特点及作用,分阶段 连续进行药皮反应区 熔滴反应区 熔池反应区气 渣 气+渣联合 保护脱氧 脱氢 脱氮 脱硫磷 渗合金与焊接方法及焊接规范有密切的关系,焊接接头的三个组成部分,焊缝区柱状组织 晶粒粗大 组织偏析 熔合区与母材联生结晶 热影响区（非淬火钢）1、 过热区（粗晶区）2、 正火区（细晶区、也称“完全重结晶区”）3、 部分相变区（不完全重结晶区）4、 再结晶区,解析焊接工艺难题的步骤,已知条件：母材成分及牌号、板厚（管直径及壁厚）、接头形式、焊接位置、焊接质量要求 等。 解题要素：工艺案例+资料查询+实践经验+焊接实验+综合分析 求知：焊接方法（焊机选型）、焊接材料（
9、种类及规格）、焊接工艺参数、质量控制要点、 论证：质量、效率、成本三方面工艺方案比较选定最佳方案,制定焊接工艺的三原则：,依据母材焊接性和工艺可行性 正确的选择焊接方法 正确的选择焊接材料 正确的制定焊接工艺规范,GMAW- 熔化极气体保护焊,CO2 ( 99.98% CO2 ) MAG （7595% Ar + 25 5 % CO2 ) 标准 （80%Ar + 20%CO2 ) MIG ( 99.99%Ar ) (98.00% Ar+2.00%O2 ) (95.00%Ar +5.00%CO2 ),GTAW - 非熔化极惰性气体保护焊,TIG - （钨极氩弧焊）自熔焊手工填丝 、自动填丝 、热填
10、丝A - TIG （予涂熔剂增加熔深）TIG 点焊PAW （等离子弧焊）,其它弧焊方法:,FCAW - 药芯焊丝自保护焊SAW - 埋弧自动焊SMAW - 焊条电弧焊EGW - 气电立焊电渣焊,正确选用焊接工艺 （ 例：焊接方法对P91钢焊缝韧性的影响）,焊接材料选用原则：,焊接性 （接合性能、实用性能） 工艺性 （操作性能、成形性能） 经济性 （生产效率、消耗费用） 注意因素：1 母材的化学活性2 不应追求焊缝成分与母材成分相同3 焊缝成分不等于焊接材料成分4 正确遵循技术标准.5 等强性、 等韧性、 熔合比、,焊接材料:,焊丝 实芯 药芯 药芯自保护 保护气体 ( CO2 Ar He N2
11、 O2 ) 电焊条 （ 酸性 . 碱性 . 纤维素 ） 钨极 ( 纯钨 钍钨 铈钨 镧钨 锆钨 ） 焊剂 （ 熔炼焊剂 烧结焊剂 ） 衬垫 （ 陶瓷衬垫 焊剂衬垫 衬环 ）,国外CO2/MAG焊接保护气体的应用,保护气体对焊缝成分的影响,焊丝直径1.6mm，170A，20V,保护气体对焊缝性能的影响,气体组成对焊缝氧量的影响,气体组成影响合金过渡系数（）,保护气体组成对焊缝强度的影响,S / MPa,保护气体与熔滴过渡频率的关系,Ar- “喷射过渡” CO2-“短路过渡 ”,气体保护焊实芯焊丝 （择自GB/T8110-95),药芯焊丝的工艺特点及优越性,对熔滴和熔池是气、渣联合保护 焊接工艺性
12、能好，兼备焊条电弧焊和CO2气保护焊的优点。 熔滴呈喷射过渡，飞溅小，焊缝成型美观，适合全位置焊接。 熔敷速度高于CO2实心焊丝，是焊条电弧焊的4倍左右。 能耗低，电流密度大，热源利用率高，可节能20%30%。 综合成本低,碳钢 药芯焊丝（GB10045-95),碳钢药芯焊丝型号与牌号,牌号 型号（GB) 型号（AWS) YJ507-1 EF03-5040 E70T-5-3027J b500MPa熔渣性质 碱性渣 平焊 低合金钢药芯焊丝 ：GB/T 17493-98; 不锈钢药芯焊丝： GB/T 17853-99,药芯焊丝与电焊条焊接大齿轮成本对比分析 （大重集团资料 1594*440齿轮 35CrMo+Q235A相焊）,药芯焊丝与电焊条焊接大齿轮成本对比分析 （大重集团资料 1594*440齿轮 35CrMo+Q235A相焊）,药芯焊丝与电焊条焊接大齿轮成本对比分析 （大重集团资料 1594*440齿轮 35CrMo+Q235A相焊）,CO2焊接时成分的变化（质量分数）,CO2 焊接 15MnMoVN,焊接金属的熔合比,焊丝熔化量Fs,母材,母材熔化量 Fm,
