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1、富氩气体保护焊知识初探目 录摘 要1引 言2第一章 焊接的分类及特点41.1焊接的分类41.2 焊接的特点5第二章 富氩气体保护焊和CO2气体保护焊的性能特点比较分析72.1 富氩气体保护焊72.2 CO2气体保护焊112.3 富氩气体保护焊与CO2气体保护焊的性能比较12第三章 富氩气体保护焊和CO2气体保护焊的焊接工艺分析比较133.1结构钢喷射过渡和短路过渡富氩混合气体保护焊焊接参数133.2结构钢短路过渡和细颗粒状过渡CO2气体保护焊焊接参数16第四章 富氩气体保护焊代替CO2气体保护焊可行性分析及推广应用194.1 富氩气体保护焊与CO2气体保护焊的特点194.2 工艺试验19结 论
2、24致 谢25参考文献26摘 要焊接是指工件（同种或异种材质），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到原子间的建和而形成永久性连接的工艺过程。金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊、压焊和钎焊三大类。本文通过对富氩气体保护焊的焊接性能、焊接工艺及其焊接应用实例的分析掌握其特点，并将其与CO2气体保护焊进行比较分析，富氩气体保护焊工艺性能优于CO2气体保护焊，与CO2气体保护焊相比，富氩气体保护焊焊缝成形好，飞溅大大减少，焊缝金属的综合性能优于CO2气体保护焊，焊接成本接近。采用富氩气体保护焊可降低焊缝的返修率，节约能源和焊接材料，提高焊接质量，减轻了工人的劳动强度，改善了操
3、作环境，具有较好的综合效益，值得推广应用。从20世纪末国家逐渐在各个行业推广自动焊的基础焊接方式气体保护焊，来取代传统的手工电弧焊，应用尤为广泛的富氩气体保护焊. 引 言焊接制造是一门理论和实践性较强的综合性技术。富氩气体保护焊可适用于大部分主要金属，包括碳钢、合金钢。富氩气体保护焊可采用短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行焊接，能获得稳定的焊接工艺性能和良好的焊接接头，可用于各种位置（平焊、立焊、横焊和仰焊以及全位置焊）的焊接，尤其适用于碳钢、合金钢和不锈钢等黑色金属材料的焊接。进入21世纪，随着科学技术突飞猛进的发展，焊接结构得到了越来越广泛的使用，焊接方法也向着多元化的方向发展，这就对焊
4、接效率提出了更高的要求。传统富氩气体保护焊焊接工艺最高送丝速度小于18 m/min，最高焊接速度低于18m/min，所以为了提高生产效率，进一步提高焊接速度成为近年来焊接领域研究的热点之一。近年来，我国科技工作者正逐步加大对高速富氩气体保护焊技术的研究并取得了一些重要的成果，但客观的说在高速、高效气体保护焊接工艺与国外先进国家相比仍存在较大差距。因此推动高效、高速富氩气体保护焊方法的研究和应用具有重要的意义。 焊接生产率的提高主要有两个途径：一是薄板焊接时焊接速度的提高；二是中、厚板焊接时熔敷率的提高。为提高焊接速度，基本的出发点是速度提高的同时增大焊接电流，以维持焊接热输人大致不变。但焊接电
5、流的提高会造成电弧压力的显著增加。过大的电弧压力导致熔池液面的剧烈变形，使作用于熔滴和熔池的电弧力急剧增加破坏焊接过程的稳定性并使母材热输入高而导致焊缝组织变差、焊接变形变大，造成很多焊接缺陷，咬边和驼峰焊道是最常见高速焊接焊缝成形缺陷。因此为了获得稳定的高速富氩气体保护焊过程 ，必须从控制熔滴过渡、 稳定熔池流态、合理分配焊接热输入等方面采取有效措施。目前，在此基础上发展了多种高速熔化极气体保护电弧焊焊接方法，很多已开始应用于实际生产中。 第一章 焊接的分类及特点1.1焊接的分类1.1.1 焊接的定义：焊接是指被焊（同种或异种的材质），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的
6、材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。 1.1.2 焊接的种类特性：金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊、压焊和钎焊三大类. 熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。富氩气体保护焊就是熔焊的一种。熔焊时，热源将待焊工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。 在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。 为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保
7、护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率；又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。 压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。 钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。1.2 焊接的特点（
8、1）焊接是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。所以是一种把分离的金属件连接成为不可拆卸的一个整体的加工方法。在被广泛应用以前，不同拆卸连接的主要方法是铆接。与铆接相比，焊接具有节省金属、生产率高、致密性好、操作条件好、易于实现机械化和自动化。所以现在焊接已基本取代连接铆接。（2）焊接的另一个特点是可以化大为小、以小拼大。在制造大型机件与结构件或复杂的机器零件时，可以化大为小、化复杂为简单的方法准备坏料，用铸-焊、锻-焊联合工艺，用小型铸、锻设备生产大或复杂零件。例如我国生产的大型水压机立柱或发电机主轴等。（3）焊接可以制造双金属结构。用焊接方法
9、可制不同材料的复杂层容器，对焊不同材料的零件或工具（如较粗的钻头，就是用45号作钻柄，高速钢作钻头的切削部分）等。所以，焊接是进行金属构件、机器零件等的重要加工方法，如桥梁、建筑构件、船体、锅炉、车箱、容器等。此外，焊接还是修补铸、锻件的缺陷和磨损零件的重要方法。国外专家认为：“到2020年焊接仍将是制造业的重要加工工艺。它是一种精确、可靠、低成本，并且是采用高科技连接材料的方法。目前还没有其他方法能够比焊接更为广泛地应用于金属的连接，并对所焊的产品增加更大的附加值。随着数字化技术日益成熟，数字焊机、数字化控制技术业已稳步进入市场。三峡工程、西气东输工程、航天工程、船舶工程等国家大型基础工程，
10、有效地促进了先进焊接特别是焊接自动化技术的发展与进步。汽车及零部件的制造对焊接的自动化程度要求日新月异。我国焊接产业逐步走向“高效、自动化、智能化”。目前我国的焊接自动化率还不足30%，同发达工业国家的80%差距甚远。从20世纪末国家逐渐在各个行业推广自动焊的基础焊接方式气体保护焊，来取代传统的手工电弧焊，应用尤为广泛的富氩气体保护焊，现已初见成效。可以预计在未来的10年，国内自动化焊接技术将以前所未有的速度发展。第二章 富氩气体保护焊和CO2气体保护焊的性能特点比较分析2.1 富氩气体保护焊2.1.1 富氩气体保护焊的定义使用焊丝作为熔化电极，采用氩气或富氩混合气体作为保护气体的电弧焊接方法
11、叫富氩气体保护焊。2.1.2 富氩气体保护焊的特点富氩气体保护焊可适用于大部分主要金属，包括碳钢、合金钢。富氩气体保护焊具有下列特点： 焊接成本低，其综合成本大概是手工电弧焊的1/2。 生产效率高 可以使用较大的电流密度（200A/mm2左右），比手工电弧焊（1020A/mm2左右）高得多，因此熔深比手弧焊高2.23.8倍，对10mm以下的钢板可以不开坡口，对于厚板可以减少坡口加大钝边进行焊接，同时具有焊丝熔化快，不用清理熔渣等特点，效率可比手弧焊提高2.54倍。 焊后变形小 因气体保护焊的电弧热量集中，加热面积小，Ar+CO2气流有冷却作用，因此焊件焊后变形小，特别是薄板的焊接更为突出。 抗
12、锈能力强 气体保护和埋弧焊相比，具有较高的抗锈能力，所以焊前对焊件表面的清洁工作要求不高，可以节省生产中大量的辅助时间。 富氩焊接可以克服由于纯CO2气体保护焊的缺点，因CO2气体本身具有较强的氧化性，因此在焊接过程中会引起合金元素烧损，产生气孔和引起较强的飞溅，而在富氩气氛中飞溅问题得到有效控制，可以节省清渣费用减少清渣剂的使用并且可以节约一部分电耗。富氩气体保护焊可采用短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行焊接，能获得稳定的焊接工艺性能和良好的焊接接头，可用于各种位置（平焊、立焊、横焊和仰焊以及全位置焊）的焊接，尤其适用于碳钢、合金钢和不锈钢等黑色金属材料的焊接。2.1.3 富氩气体保护焊的
13、常用活性混合气体及其适用范围 Ar+O2这种混合气体具有一定的氧化性，一方面能降低液体金属的表面张力，具有熔滴细匀、电弧稳定、焊缝成形规则等特点；另一方面由于保护气体具有氧化性，可以在熔池表面不断地生成氧化膜，生成的氧化物可以降低电子逸出功，故能稳定阴极斑点，克服阴极斑点飘忽不定的缺点，增加电弧的稳定性，同时也有利于增加液体金属的流动性，细化熔滴，改善焊缝成形。但是焊接不锈钢时，氧的加入量不能太高，一般控制在1%5%（体积分数）范围内，否则合金元素氧化烧损多，引起夹渣和飞溅的问题。焊接低碳钢和低合金钢时，在Ar中O2的加入量可达20%（体积分数）。 Ar+CO2在Ar中加入CO2的体积分数15
14、时，其作用与Ar中加入25（体积分数）的O2相似。若加入CO2的体积分数25,其工艺特征就接近纯CO2气体保护焊。但飞溅相对较少，可以改善呈蘑菇状的焊缝截面形状，以减少气孔的生成。这种混合气体有电弧稳定、飞溅小、容易获得轴向射流过渡等优点，又因其具具有氧化性，能稳定电弧，有较好的熔深和焊缝成形，焊接质量好，可用于射流过渡，短路过渡及脉冲过渡形式的熔化极气体保护焊。目前，广泛应用于焊接低碳钢及合金钢，也可焊接不锈钢。在Ar中加入CO2会提高临界电流，其熔滴过渡特性随着CO2量的增加而恶化，飞溅也增大。通常CO2加入量在530（体积分数）范围内。 Ar+ CO2 + O2 在Ar中加入适量的CO2
15、和O2焊接低碳钢、低合金钢，比采用上述两种混合气体作气体保护焊接的焊缝成形、接头质量、金属熔滴过渡和电弧稳定性好。在熔化极及钨极气体保护焊中，常见的焊接用保护气体及其使用范围见表21。表21 焊接用保护气体及其使用范围被焊材料保护气体（体积分数）工件厚度/mm特点铝及铝合金100%Ar025较好的熔滴过渡，电弧稳定，飞溅小35%Ar+65%He2575热输入比纯氩大，改善Al-Mg合金的熔化特性，减少气孔25%Ar+75%He76热输入高，减价熔深，减少气孔，适用于焊接厚铝板镁100%Ar良好的清理作用钛100%Ar良好的电弧稳定性，焊缝污染小，在焊接区域的背面要求惰性气体保护以防空气危害铜及铜合金100%Ar3.2能产生稳定的射流过渡，良好的润湿性Ar+50%70%He热输入比纯氩大，可以减少预热温度镍及镍合金100%Ar3.2能产生稳定的射流过渡、脉冲射滴过渡及短路过渡Ar+15%20%He热输入高于纯氩不锈钢99%Ar+1% O2
