焊接工艺-熔化极气体保护焊.ppt

《焊接工艺-熔化极气体保护焊.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《焊接工艺-熔化极气体保护焊.ppt（75页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

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主要用于铜及合金的焊接，H2一般不

2、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=350A适用范围广:几乎所有金属，特别适

3、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轿车的活动顶棚支架,MIG焊设备,一、组成及要求 组成：电源、控制系

4、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

5、用的焊枪通用。注意：冷却方式 600A;200A4、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

6、，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/T4842-1

7、995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

8、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,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

9、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

10、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

11、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

12、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。M

13、AG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）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

14、.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，140A31.6mm，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

15、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

16、气体的临界电流区,140%Ar+25%CO2 2CO2 340%Ar+60%CO2484%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。,MAG焊机送丝机构剖面图,返回,普材

17、铝合金熔点 导热系数,熔点：铝合金：650；钢 材：1500；热导率：室温下铝导热数:W/(m.K)=238kcal/mh室温下不锈钢321W/(m.K)=20kcal/mh,第四节 二氧化碳气体保护焊,一、二氧化碳气体保护焊原理及特点1、CO2气体保护焊原理2、CO2气体保护焊分类按照直径分 细丝CO2气体保护焊 粗丝CO2气体保护焊按操作方式分 CO2半自动焊 CO2自动焊,3、CO2气体保护焊的特点优点：焊接成本低 生产率高 焊接质量高 焊接变形和焊接应力小 操作性能好 适用性范围广缺点：适用大电流焊接时，飞溅大 不能焊接容易氧化金属 难用交流电和在有风环境焊接 电弧辐射强,二、二氧化碳

18、气体保护焊的冶金特性1、合金元素的氧化和脱氧（1）合金元素的氧化CO2高温下会分解为CO和O2，O2和金属反应把金属氧化。（2）脱氧在焊丝中加脱氧剂，常用Mn、Si。,2、CO2焊的气孔问题（1）CO气孔（虫条状）产生原因：脱氧不完全时，熔池金属中有大 量的FeO反应：FeO+C Fe+CO防止：要使焊缝脱氧完成必须在焊丝中加入 Mn Si，降低焊丝中的含碳量（2）H2（喇叭状）产生原因：铁锈、水分、油污及CO2中的水分防止：从根本上杜绝,（3）N2（蜂窝状）产生原因：保护效果不好防止：增加CO2气体流量和纯度3、CO2焊的熔滴过渡短路过渡：细焊丝、小电流、低电弧电压 过渡频率高，电弧稳定，飞

19、溅 小，焊缝成形良好，焊接电流小，焊接热输入低，宜焊接薄板和全位 置焊接。,滴状过渡（细滴过渡）：粗焊丝、大电流、高电压焊接电流较大，电弧穿透力强，焊缝厚度大，多用于中、厚板,4、CO2焊的飞溅（1）CO2焊飞溅对焊接造成的有害影响a 飞溅大，增加焊丝和电能消耗，降低生产 率，增加焊接成本。b 飞溅金属粘在喷嘴上，送丝不顺畅，电弧 稳定性差，容易产生气体。c 焊接条件恶劣,（2）CO2焊产生飞溅的原因及防止飞溅措施a 由冶金反应引起的飞溅b 由斑点压力产生的飞溅c 熔滴短路时引起的飞溅d 非轴向过渡引起的飞溅 e 由于焊接工艺参数选择不当引起的飞溅,三、CO2焊的焊接材料1、CO2气体用铝白色

20、的气瓶，表面用黑色字样写“液化二氧化碳”。焊接用CO2气体纯度大于99.5%，含水量不超过0.05%。提高纯度措施：倒置排水 正置放气 使用干燥器,2、焊丝（1）对焊丝的要求比母材多的含Mn、Si元素含碳量控制在0.1%以下焊丝表面镀铜焊丝直径：0.55mm（2）焊丝型号ER XX-X熔敷金属最小抗拉强度 焊丝化学成分代号,四、二氧化碳气体保护焊设备1、CO2半自动焊设备（1）焊接电源电弧静特性曲线为上升，外特性为水平或下降都满足要求。（2）送丝机构和焊枪送丝机构拉丝式：焊丝阻力小，结构复杂，重量大，只适合细焊丝（=0.50.8mm）,推丝式：焊丝受到阻力，送丝难，软管长度 为25m，主要用于

21、=0.82.0mm。推拉丝式：焊丝阻力小，软管长度可达到15m,焊丝直径不限。,焊枪冷却方式：水冷式 空冷式送丝方式：推丝式 拉丝式,1,焊枪喷嘴：导电嘴：,焊接示意图,1,CO2焊供气系统气瓶 预热器 减压器 流量计 气阀 干燥器控制系统,五、二氧化碳气体保护焊工艺1、短路CO2焊工艺焊丝直径细焊丝0.61.6mm焊接电流与送丝速度成正比，还与焊丝直径、干伸长度有关,电弧电压1725V之间短路过渡焊接电流为200A以下，U=0.04I+(162)焊接速度半自动焊通常为3060cm/min保护气体流量200A以下1015L/min200A以上1525L/min,焊丝伸出长度伸出长度为焊丝直径的

22、10倍电感值作用：调节短路电流增长速度 调节电弧燃烧时间，控制母材熔深电源极性一般采用直流反接,2、细滴过渡CO2焊工艺焊丝直径1.6mm以上焊接电流一般为200A以上电弧电压3445V焊接速度通常用4060m/h保护气体流量2550L/min,第五节 药芯焊丝气体保护焊,一、药芯焊丝气体保护焊的原理1、药芯焊丝气体保护焊的原理2、药芯焊丝气体保护焊的特点（1）气渣联合保护，焊缝成形美观，飞溅少。（2）焊丝熔敷速度快（3）适应性强（4）对电源特性没有要求（5）焊丝制造复杂，送丝难（6）焊丝表面容易锈蚀、药粉容易吸潮,二、药芯焊丝及焊接工艺1、药芯焊丝的组成2、碳钢药芯焊丝的型号E XX X T

23、-X M L熔敷金属最小抗拉强度 焊接位置 药芯焊丝 焊丝的类型特点无时保护气体为CO2或自保护类型，有时表示活性气体L表示在-40时，V型缺口冲击吸收功不小于27J无时表示冲击符合要求,3、药芯焊丝的牌号Y X XX X-X药芯焊丝 所用钢材类型 熔敷金属最小抗拉强度 熔渣类型和电流种类 保护形式4、药芯焊丝气体保护焊工艺参数,第六节MIG焊的其它方法,一、脉冲MIG焊脉冲MIG焊是利用脉冲电流取代通常的脉动直流的MIG焊方法。脉动直流和脉冲电流（方波）的波形如下图。,t,脉动直流：由交流整流而得（如再经滤波，则脉动程度减少）。其幅值可调，但脉动频率不可调。,i,（方波）脉冲电流：由脉冲发生

24、器产生，其幅值、频率均可调，即波峰、波谷的幅值、宽度（持续时间）均可以方便调节。,脉冲MIG焊特点,由于采用脉冲电流，脉冲MIG焊的电弧是脉冲式的，与通常的连续电流（脉动直流）焊接相比:1、焊接参数调节范围更宽；如平均电流小于喷射过渡的下临界电流I0，只要脉冲峰值电流大于I0，仍然可以获得喷射过渡。2、可方便、精确控制电弧能量；不仅脉冲或基值电流大小可调，而且其持续时间可以10-2 S为单位调节。3、薄板及全位置、打底焊能力优越。熔池仅在脉冲电流时间内熔化，在基值电流时间内可得到冷却结晶。与连续电流的焊接相比，在熔深相同的前提下，平均电流（对焊缝的热输入）更小。,2、焊接参数的选择,脉冲MIG

25、焊焊接参数与普通MIG焊的大致相同，不同的是，其电流分为四个基本参数(如图)：脉冲电流 ip 主要决定熔池形状（尤熔深大小）和熔滴过渡形式。基值电流i0 主要作用是维持电弧的燃烧，同时对焊缝的热输入、焊丝的预热有影响。脉冲持续时间tp 主要影响焊缝热输入和熔池形状（大小）。基值持续时间时间t0 对焊缝的热输入、焊丝的预热有影响，同时影响焊接效率（焊接速度）。此外：周期T=tp+tp、频率=1/T、脉宽比（占空比）=tp/T、幅比=ip/i0等。,脉冲MIG焊焊接参数,脉冲参数的选择,脉冲参数的选择：以上的脉冲参数是互相关联的，比如要增加对焊缝的热输入（平均电流），既可以通过增加ip，也可以通过

26、增加i0，甚至还可以通过增加tp或t0来达到（当然它们的效果不完全相同）。所以，对脉冲参数的正确选择是比较复杂的，要考虑材质、熔深、焊接层次、位置、焊接速度以及焊工个人的操作习惯以及反应速度等许多因素，进行综合平衡、协调一致。通过焊接工艺评定试验来确定。另外，由于GMAW（熔化极气体保护电弧焊）工艺参数（尤脉冲工艺参数）确定的复杂多变性，每一次焊接都靠人工试验来摸索、确定工艺参数，将会非常不经济，对工艺的推广也会带来很大的制约，所以，现在正逐步通过在焊机上建立专家系统来解决这个问题。这就是焊接专家系统的意义所在。,二、窄间隙焊（NGW-narrow gap welding）,厚大板件（对接）焊

27、接时不开坡口、只留很窄间隙的一种焊接工艺，有窄间隙焊埋弧焊、窄间隙气体保护焊包括NG-TIG、NG-MIGMAG 等形式。窄间隙焊的特点：1、生产率高、成本低（因不开坡口，节约材料和电能等）2、焊接质量好（HAZ小，焊缝组织细密）3、能全位置焊4、设备复杂/对电弧变化敏感NG-MIGMAG的应用材料：低碳钢、低合金钢、高合金钢、铝和钛等合金。行业：锅炉、石化行业的容器最多见，另外，在机械、建筑、管道、造船和桥梁等也有应用,窄间隙熔化极气保焊的形式：,低热输入窄间隙熔化极氩弧焊b=69.5mm,细焊丝（0.8 1.6mm）随导电嘴导入间隙内，保护气亦随导电嘴导入间隙内，可采用双层气流；为提高生产

28、效率，可采用双丝或多丝。多采用活性混合气体。可进行全位置焊，焊缝力学性能好，焊件变形、应力小。难点：侧壁的熔合以及焊枪的小型化 高热输入窄间隙熔化极氩弧焊 b=1015mm，粗丝（24.8mm）伸入间隙内（导电嘴和气体喷嘴在间隙外），可采用正极性，也可采用多丝焊，一般用活性气体保护。工艺相对简单易行，焊接生产效率高，但不易进行全位置焊，所焊厚度通常小于152mm。,示意图,a）细丝窄间隙焊 b）粗丝窄间隙焊1-喷嘴 2-导电嘴 3-焊丝 4-电弧5-焊件 6-衬垫 7-绝缘导管,复习思考题,熔化极气体保护焊的分类及特点有哪些？熔化极惰性气体保护焊的原理及特点有那几点？熔化极活性气体保护焊的原理及特点有哪些？二氧化碳气体保护焊的原理特点有哪些？如何让选择工艺参数？参数如何调节？,