1、第5章 熔化极惰性气体焊 一、基本要求一、基本要求1、了解熔化极氩弧焊的特点及应用2、掌握熔化极氩弧焊的熔滴过渡特点3掌握熔化极氩弧焊主要工艺的特点及工艺参数的选择原则4、掌握脉冲熔化极氩弧焊的工艺特点5、掌握气体选用原则6、了解熔化极氩弧焊设备特点二、重点二、重点1、熔化极氩弧焊的工艺特点及工艺参数的选择原则3、脉冲熔化极氩弧焊的工艺特点4、混合气体的选择原则利用气体进行保护，利用焊丝作为电极，根据保护气体的种类可分为：MIGAr作保护气体Ar+He作保护气体MAGAr+O2作保护气体Ar+CO2作保护气体Ar+ O2 CO2作保护气体5-1MIG/MAG焊的特点焊的特点一）、熔化极氩弧焊的
2、工艺特点一）、熔化极氩弧焊的工艺特点1、优点1) 适用范围广MIG焊可焊接铝及铝合金、钛及钛合金、铜及铜合金以及不锈钢的焊接， MAG焊可焊接低碳钢，焊接薄板又可焊接中等厚度和大厚度的板材。 2) 生产率较高、焊接变形小使用焊丝作电极，允许使用的电流密度较高，因此熔深大，熔敷速度快；生产率比TIG焊高，厚大焊件变形比TIG焊小。 3) 焊接过程易于实现自动化熔化极氩弧焊的电弧是明弧，焊接过程参数稳定，易于检测及控制，因此容易实现自动化。 4）对氧化膜不敏感 熔化极氩弧焊一般采用直流反接，焊接铝及铝合金时具有很强的阴极雾化作用，因此焊前几乎无需去除氧化膜。 二）、熔化极惰性气体保护焊的应用二）、
3、熔化极惰性气体保护焊的应用可用于焊接碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热合金、铝及铝合金、镁及镁合金、铜及铜合金、钛及钛合金等。可用于平焊、横焊、立焊及全位置焊接，焊接厚度最薄为1mm，最大厚度不受限制。5-2MIG焊的熔滴过渡焊的熔滴过渡根据所用焊丝及焊接规范的不同，熔化极氩弧焊有五种熔滴过渡方式：短路过渡、大滴过渡、射流过渡、亚射流过渡及脉冲射流过渡。射流大滴短路大滴短路亚射流射滴ABC钢钢铝铝一）短路过渡一）短路过渡1、条件：采用细丝，并配以小电流及小电压进行焊接时。这种过渡工艺通常产生一体积小、凝固速度快的熔池，因此适合于薄板、全位置焊接。IUtt12341234二）大滴过渡二）大滴过渡1）条
4、件：（1）电弧电压较高；且2）焊接电流较小的情况下。2）特点（1） 熔滴尺寸较大（直径大于焊丝直径）；（2） 以重力加速度过渡；（3） 电弧不稳定，易出现熔合不良、未焊透、余高过大三）喷射过渡三）喷射过渡1条件1）电弧电压较高2）焊接电流较大2、特点1）熔滴尺寸细小（直径小于焊丝直径）2）过渡加速度远大于重力加速度的加速度3）沿焊丝轴线向熔池过渡4）焊接不同的材料时，喷射过渡的形态是不同的低碳钢、低合金钢及不锈钢焊接时的喷射过渡呈束流状，这种喷射过渡又称为射流过渡；铝及铝合金焊接时的喷射过渡呈滴状过渡，这种过渡称为射滴过渡。3、临界电流由大滴过渡向喷射过渡转变的最小电流称为喷射过渡临界电流。
5、临界电流的影响因素：电弧气氛：焊丝种类: Al、钢焊丝直径：越细，临界电流越小。但这种过渡易于导致指状熔深。为了避免指状熔深，焊接生产中通常通过采用混合气体进行焊接。FFPFPFF斑Fmg大滴射滴射流四）亚射流过渡四）亚射流过渡亚射流过渡是介于短路过渡与射流过渡之间的一种过渡形式，是铝及铝合金焊接中特有的一种熔滴过渡方式。1、产生条件：弧长较短，电弧电压较小（BC段）。 由于弧长较短，尺寸细小的熔滴在即将以射滴形式过渡到熔池中时，发生短路，然后在电磁收缩力的作用下完成过渡。2、特点1） 电弧具有很强的固有自调节作用，采用等速送丝机配恒流特性的电源即可保持弧长稳定，焊缝外形及熔深非常均匀。2）熔
6、深呈碗形，可避免指状熔深。3）电弧呈蝴蝶形状，阴极雾化作用强。一）、熔化极氩弧焊设备的分类一）、熔化极氩弧焊设备的分类（一）按操作方式分类1、半自动熔化极氩弧焊设备是指焊丝自动送进、焊炬由人工操纵的熔化极氩弧焊设备。2、自动熔化极氩弧焊设备是指焊丝送进、焊炬行走均能够自动进行的熔化极氩弧焊设备。（二）按所用的电源分类直流脉冲（三）按送丝方式分类熔化极氩弧焊可分为等速送丝式均匀送丝式（少见）5-3熔化极氩弧焊设备熔化极氩弧焊设备二）、熔化极氩弧焊设备的组成二）、熔化极氩弧焊设备的组成通常由弧焊电源、控制箱、送丝机构、焊炬、水冷系统及供气系统组成。自动熔化极氩弧焊设备还配有行走小车或悬臂梁等，而送
7、丝机构及焊炬均安装在小车上或悬臂梁的机头上。（一）熔化极氩弧焊电源（一）熔化极氩弧焊电源 1、利用细焊丝（直径小于1.6mm）焊接时，采用平特性或缓降特性的电源，配以等速送丝式送丝机。 2、利用亚射流过渡工艺焊接铝及铝合金时，一般采用恒流特性的电源，配以等速送丝的送丝机构，依靠电弧的固有自调节作用来保证弧长的稳定。 3、采用粗焊丝（直径大于2.0 mm）进行熔化极氩弧焊焊接时，电弧的自调节作用很弱。为了保证弧长自动调节采用弧压反馈送丝机配陡降特性电源。（二）控制箱（二）控制箱控制焊丝的自动送进、提前送气、滞后停气、引弧、电流通断、电流衰减、冷却水流的通断及焊丝的送进等。对于自动焊机，还要控制小
8、车行走机构。（三）气路和水路（三）气路和水路 气路系统由气瓶、减压阀、流量计、软管及气阀组成。利用混合气体进行焊接时，要求利用一配比器，利用配比器可方便地调整混合气体的配比。水路系统用于冷却焊炬及电缆，通常水路中设有水压开关，当水压太低或断水时，水压开关将使焊机停止工作。（四）焊炬（四）焊炬1、组成：主要由导电嘴、喷嘴、焊枪体、帽罩及冷却水套等组成。2、作用：送丝、导通电流、向焊接区输送保护气体等。（五）送丝机（五）送丝机1、送丝机的分类根据速度调节方式，送丝机构分为等速送丝和均匀（弧压反馈）送丝两种。根据送丝滚轮与送丝软管的相对位置，送丝机构可分为：1）推丝式送丝滚轮位于送丝软管之后，为一种
9、应用最广泛的送丝机构，其特点是结构简单、焊枪轻便。但焊丝阻力较大，因此主要使用于送丝距离小于3m的场合下。2）拉丝式拉丝式送丝机构的送丝滚轮和送丝电动机均安装在焊枪上，其特点是送丝稳定、可靠，但焊枪的重量增加，加重了焊工的劳动强度。3）推拉丝式 推拉丝式送丝机构同时采用推丝电机及拉丝电机，推丝电机提供主要动力，拉丝电机的作用是将送丝软管内的焊丝拉直，送丝距离可达15m左右，但机构较复杂，目前应用较少。送丝软管：弹簧钢丝绕制，适用各种钢等的焊接四氟乙烯或尼龙，适用于铝及铝合金等的焊接。5-4熔化极氩弧焊工艺熔化极氩弧焊工艺一）、工艺参数的选择一）、工艺参数的选择（一）保护气体（一）保护气体MIG
10、/MAG焊采用的气体以氩气为主。但采用纯氩气时会产生以下问题：（1）易导致指状熔深；（2）焊接低碳钢及低合金钢时，液态金属的粘度高、表面张力大，易导致气孔、咬边等缺陷；（3）焊接低碳钢、低合金钢时，电弧阴极斑点不稳定，易于导致熔深及焊缝成形不均匀。因此，熔化极氩弧焊一般不使用纯氩气体进行焊接，通常根据所焊接的材料采用适当比例的混合气体。 1、铝及其合金 1）气体：Ar+(20%90%)He或 Ar+(10%75%)He 特点：1）电弧稳定，飞溅小， 2）温度高，熔透能力大，焊缝成形好；3）随着氦含量的增大，飞溅增大。2）气体： Ar+2%CO2 特点：1）可简化焊前清理工作，电弧稳定，飞溅小，
11、2）抗气孔能力强，焊缝力学性能好 2、不锈钢及高强度钢 1）：气体：Ar+（1-5%）O2 或Ar+（1%2%）CO2 特点：1）提高熔池的氧化性，降低焊缝金属的含氢量，2）克服指状熔深问题及阴极飘移现象，可有效防止气孔、咬边等缺陷。利用后者时，焊缝可能会增碳。3、碳钢及低合金钢 1、气体：Ar+(1%5%)O2 或Ar+20%CO2 特点：特点：1）提高熔池的氧化性，2）克服阴极飘移及指状熔深现象，改善焊缝成形；3）可有效防止氮气孔及氢气孔，提高焊缝的塑性及抗冷裂能力。2、气体：Ar+15%CO2+5%O2 特点：特点：1）飞溅小，电弧稳定，成形好，2）有良好的焊接质量，焊缝断面形状及熔深较
12、理想。4、铜及其合金 1）气体： Ar+20%N2 特点：1）可形成稳定的喷射过渡；2）电弧温度比纯氩电弧的温度高，热功率提高，可降低预热温度，但飞溅较大，焊缝表面较粗糙但飞溅较大，焊缝表面较粗糙 2）气体：Ar+(50%70%)He 特点：提高焊缝金属的润湿性、热功率提高，可降低预热温度3、镍及其合金气体：Ar+H2（6%）。防止CO气孔。提高电弧温度。利用TIG焊焊接不锈钢时也可利用4-8%的氢气。 （二）焊丝1焊丝的种类及成分碳钢、低合金钢：强度相当的焊丝铝、高合金钢：采用与母材成分相近的焊丝。2焊丝直径焊丝直径根据工件的厚度、施焊位置来选择，薄板焊接及空间位置的焊接通常采用细丝（直径1
13、.6 mm），平焊位置的大厚度板及大厚度板焊接通常采用粗丝。 （三）焊接电流种类种类：熔化极氩弧焊通常采用直流反接。其优点是，过渡稳定，熔透能力大且阴极雾化效应大。大小大小：焊接电流是最重要的焊接工艺参数。实际焊接过程中，应根据工件厚度、焊接位置来选择焊接电流。利用等速送丝式焊机焊接时，焊接电流的是通过送丝速度来调节的。（五）电弧电压电弧电压主要影响熔宽，对熔深的影响很小。电弧电压应根据电流的大小、保护气体的成分、被焊材料的种类、熔滴过渡方式等进行选择。 （六）焊接速度在热输入不变的条件下，焊接速度过大，熔宽、熔深减小，甚至产生咬边、未熔合、未焊透等缺陷。如果焊接速度过慢。不但直接影响了生产率
14、，而且还可能导致烧穿、焊接变形过大等缺陷。自动熔化极氩弧焊的焊接速度一般为25150mh-1；半自动熔化极氩弧焊的焊接速度一般为560 mh-1。（七）焊丝干伸长度焊丝的干伸长度影响焊丝的预热，因此对焊接过程及焊缝质量具有显著影响。其他条件不变而干伸长度过长时，等熔化曲线左移，焊接电流减小，易导致未焊透、未熔合等缺陷；干伸长度过短时，易导致喷嘴堵塞及烧损。干伸长度一般根据焊接电流的大小、焊丝直径及焊丝电阻率来选择。 焊丝直径/mmH08Mn2SiH06Cr19Ni9Ti0.8612591.07136111.2815712（八）气体流量与TIG焊相同（九）喷嘴至工件的距离与TIG焊类似电流大小/
15、A200200250350500喷嘴高度/mm151815202025外层内层60245-5熔化极脉冲氩弧焊熔化极脉冲氩弧焊一)、熔化极脉冲氩弧焊的特点熔化极脉冲氩弧焊具有如下优点：1）焊接参数的调节范围增大可在平均电流小于临界电流的条件下获得射流过渡，因此，即能在高至几百安培，又能在低至几十安培的范围内获得稳定的射流过渡。因此，利用射流过渡工艺，熔化极脉冲氩弧焊既可焊薄板，又可焊厚板。2）可有效地控制线能量 通过调节脉冲参数可在保证焊透的条件下，将焊接线能量控制在较低的水平，从而减小了焊接热影响区及工件的变形。这对于热敏感材料的焊接是十分有利的。3）有利于实现全位置焊接 利用熔化极脉冲氩弧焊
16、可在较小的线能量下实现喷射过渡，熔池的体积小，冷却速度快，因此，熔池易于保持，不易流淌。而且焊接过程稳定，飞溅小，焊缝成形好。4）焊缝质量好脉冲电弧对熔池具有强烈的搅拌作用，可改善熔池的结晶条件及冶金性能，有助于消除焊接缺陷，提高焊缝质量。三)、熔化极脉冲氩弧焊工艺（一）熔化极脉冲氩弧焊的熔滴过渡熔化极脉冲氩弧焊有三种过渡形式： 一个脉冲过渡一滴（简称一脉一滴）； 一个脉冲过渡多滴（简称一脉多滴） 多个脉冲过渡一滴（多脉一滴）。熔滴过渡方式主要决定于脉冲电流及脉冲持续时间。三种过渡方式中，一脉一滴的工艺性能最好，多脉一滴是工艺性能最差的一种过渡形式。然而，一脉一滴的工艺范围很窄，焊接过程中难以
17、保证，因此，目前主要采用的是一脉多滴及一脉一滴的混合方式。2 015105200300400500600一个脉冲多滴临界脉冲电流临界跳弧电流每个脉冲一滴多个脉冲一滴脉冲电流 参数与熔滴过渡形式的关系I ItICritImean（二）焊接工艺参数的选择原则1脉冲电流Ip及脉冲持续时间tp脉冲电流与脉冲持续时间决定了熔滴过渡方式，这两个参数要适当配合，使（Ip，tp）点应位下图中一脉一滴临界曲线之上。脉冲电流还影响熔深，在平均电流一定的条件下，脉冲电流越大，熔深越大。选择时，应综合考虑母材类型、板厚、焊接位置及熔滴过渡要求，首先选择平均电流、脉冲电流及脉冲持续时间。2基值电流Ib基值电流的主要作用是维持电弧的稳定燃烧，同时预热焊丝及工件。在保证电弧稳定的条件下，尽量选择较低的基值电流，以突出脉冲TIG焊的特点。3、脉冲频率一般在几十至几百的范围内，频率过低，焊丝易插入熔池。焊接过程不稳定，而频率过高则失去了脉冲焊的特点。脉冲频率通常根据焊接电流的大小来选择，电流较大时，脉冲频率应选得较大一些；焊接电流较小时，频率应选得小一些。4脉冲频率及脉冲宽比脉宽比越小，脉冲焊的特征越明显，而脉宽比过小则易导致电弧不稳定，因此，脉宽比一般取25%50%。全位置焊接、薄板及热敏感材料的焊接均要求脉宽比小一些。
