焊接方法与工艺模块四课件.pptx
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1、1.了解熔化极气体保护焊的原理、特点及分类。2.了解熔化极气体保护焊设备。【学习目标】【任务描述】使用熔化电极,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,称为熔化极气体保护焊。图4-1为熔化极气体保护焊及应用。本任务就是认识熔化极气体保护焊,即了解熔化极气体保护焊的原理、特点、分类及设备等。图4-1熔化极气体保护焊及应用【相关知识】一、熔化极气体保护焊原理熔化极气体保护电弧焊时,连续送进的可熔化的焊丝与焊件之间产生电弧作为热源来熔化焊丝和焊件,形成熔滴和熔池,同时一定流量的外加气体从喷嘴喷出作为电弧介质并保护熔滴、熔池和焊接区金属免受周围空气的有害作用。二、熔化极气体保护焊的分类熔
2、化极气体保护焊按保护气体的成分可分为熔化极惰性气体保护焊(MIG)、熔化极活性气体保护焊(MAG)、CO2气体保护焊(CO2焊)三种,如图4-3所示。图4-3熔化极气体保护电弧焊分类三、熔化极气体保护焊的常用气体熔化极气体保护焊常用的气体有氩气(Ar)、氦气(He)、氮气(N2)、氢气(H2)、二氧化碳气体(CO2)及混合气体。1.氩气(Ar)和氦气(He)氩气、氦气是惰性气体,对化学性质活泼而易与氧起反应的金属,是非常理想的保护气体,故常用于铝、镁、钛等金属及其合金的焊接。表4-1常用保护气体的应用2.氮气(N2)和氢气(H2)氮气、氢气是还原性气体。3.二氧化碳(CO2)二氧化碳是氧化性气
3、体。4.混合气体混合气体是在一种保护气体中加入适量的另一种(或两种)其他气体四、熔化极气体保护焊焊丝碳钢、低合金钢熔化极气体保护电弧焊(MIG焊、MAG焊及CO2焊)用焊丝根据GB/T 81102008气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝选用;不锈钢熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG焊)用焊丝根据YB/T 50912005惰性气体保护焊用不锈钢棒及钢丝选用;铜及铜合金焊丝根据GB/T 94602008铜及铜合金焊丝选用;铝及铝合金焊丝根据GB/T 108582008铝及铝合金焊丝选用。五、熔化极气体保护焊机的组成图4-4熔化极气体保护焊焊丝1.焊接电源熔化极气体保护焊通常使用直流电源,如晶闸管弧焊
4、整流器及逆变弧焊整流器等。图4-5熔化极气体保护焊半自动焊机1一次侧电缆2焊接电源3气体流量调节器4气瓶5通气软管6焊丝7送丝机8焊枪9母材10母材侧电缆11遥控盒12电缆接头13焊接电缆14控制电缆2.送丝系统及焊枪(1)送丝系统送丝系统由送丝机(包括电动机、减速器、校直轮和送丝轮)、送丝软管及焊丝盘等组成。图4-6送丝方式a)推丝式b、c、d)拉丝式e)推拉式1电动机2焊丝盘3送丝滚轮4送丝软管5焊枪1)推丝式。焊丝盘、送丝机构与焊枪分离,焊丝通过一段软管送入焊枪,因而焊枪结构简单、重量轻、操作与维修方便,但焊丝通过软管时会受到阻力作用,故软管长度受到限制,通常推丝式所用的焊丝直径宜在0.
5、8mm以上,送丝软管长度一般为35m,如图4-6a所示。目前半自动焊多采用推丝式焊枪。2)拉丝式。拉丝式主要用于直径小于或等于0.8mm的细焊丝,因为细焊丝刚度小,难以推丝。拉丝式可分为三种形式,第一种是焊丝盘和焊枪分开,两者用送丝软管连接,如图4-6b、d所示;第二种是将焊丝盘直接装在焊枪上,如图4-6c所示,这两种适用细丝半自动焊。第三种是不但焊丝盘与焊枪分开,而且送丝电动机也与焊枪分开,这种形式可用于自动焊。3)推拉式。推拉式具有前两种送丝方式的优点,焊丝送给时以推丝为主,而焊枪内的送丝机构,起着将焊丝拉直的作用,可使软管中的送丝阻力减小,因此增加了送丝距离(送丝软管可增长到15m左右)
6、和操作的灵活性,但焊枪及送丝机构较为复杂,如图4-6e所示。熔化极气体保护焊焊接电源及送丝机如图4-7所示。图4-7熔化极气体保护焊焊接电源及送丝机图4-8鹅颈式焊枪a)外形b)结构1喷嘴2导电嘴3分流器4接头5枪体6弹簧软管图4-9手枪式水冷焊枪1焊枪2焊嘴3喷管4水筒装配件5冷却水通路6焊枪架7焊枪主体装配件8螺母9控制电缆10开关控制杆11微型开关12防弧盖13金属丝通路14喷嘴内管3.供气系统供气系统是由气源(气瓶)、减压器、流量计和气阀等组成,CO2焊还需预热器。图4-10供气系统示意图1气源2预热器3高压干燥器4气体减压阀5气体流量计6低压干燥器7气阀CO2焊时,瓶装的液态CO2汽
7、化时要吸热,吸热反应可使瓶阀及减压器冻结,所以,在减压器之前,需经预热器(75100W)加热。4.控制系统控制系统的作用是对供气、送丝和供电系统实现控制。图4-11控制程序框图六、熔化极气体保护焊的特点及应用熔化极气体保护焊与其他电弧焊方法相比具有以下特点:1)采用明弧焊,一般不必用焊剂,没有熔渣,熔池可见度好,便于操作。而且,保护气体是喷射的,适宜进行全位置焊接,不受空间位置的限制,有利于实现焊接过程的机械化和自动化。2)由于电弧在保护气流的压缩下热量集中,焊接熔池和热影响区很小,因此焊接变形小、焊接裂纹倾向不大,尤其适用于薄板焊接。3)采用氩、氦等惰性气体保护,焊接化学性质较活泼的金属或合
8、金时,可获得高质量的焊接接头。4)气体保护焊不宜在有风的地方施焊,在室外作业时须有专门的防风措施,此外,电弧光的辐射较强,焊接设备较复杂。不同熔化极气体保护电弧焊方法的特点及应用见表4-2。表4-2不同熔化极气体保护电弧焊方法的特点及应用表4-2不同熔化极气体保护电弧焊方法的特点及应用【任务实施】通过参观焊接车间,达到对熔化极气体保护弧焊的原理、设备以及焊丝等的认识和了解,并填写参观记录表。表4-3参观记录表GB/T 81102008气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝规定了碳钢、低合金钢气体保护电弧焊所用实心焊丝和填充焊丝的化学成分和力学性能,适用于熔化极气体保护电弧焊(MIG焊、MAG焊及C
9、O2焊),同时也适用于TIG焊及等离子弧焊。GB/T 81102008气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝规定,焊丝型号由三部分组成。ER表示焊丝;ER后面的两位数字表示熔敷金属的最低抗拉强度;短线“-”后面的字母或数字表示焊丝化学成分代号,碳钢焊丝用一位数字表示,有1、2、3、4、6、7共6个型号;锰钼钢焊丝用字母D表示,它们后面的数字表示同一合金系统的不同编号。如还附加其他化学成分时,直接用元素符号表示,并以短线“-”与前面的数字分开。型号最后加字母L表示含碳量低的焊丝(wC0.05%)。根据供需双方协商,可在型号后附加扩散氢代号H,为5、10、15,分别代表熔敷金属扩散氢含量不大于5mL/
10、100g、10mL/100g、15mL/100g。【学习目标】1.理解低碳钢CO2焊工艺。2.了解CO2焊的冶金特点。【任务描述】图4-12为低碳钢筒节图,材料为20钢。为了提高劳动生产率,降低成本,现改用CO2焊。根据有关标准和技术要求,请制定正确的焊接工艺,并填写焊接工艺卡。图4-12CO2焊的低碳钢筒节【工艺分析】任务工艺分析主要包括材料的焊接性分析、焊接材料的选用、焊机的选用及焊接参数(焊接电流、电弧电压、焊接速度等)选择等内容。一、材料的焊接性分析由于低碳钢含碳量较低、塑性好,淬硬倾向小,所以采用CO2焊可获得良好质量的焊接接头,焊接过程中一般不需要采取预热、后热、控制道间温度及焊后
11、热处理等工艺措施。二、焊接材料的选用CO2焊所用的焊接材料是CO2气体和焊丝。1.CO2气体焊接用的CO2一般是将其压缩成液体储存于钢瓶内。CO2气瓶内的压力与外界温度有关,其压力随着外界温度的升高而增大,因此,CO2气瓶严禁靠近热源或置于烈日下曝晒,以免压力增大发生爆炸危险。2.焊丝CO2焊对焊丝的要求如下:1)CO2焊焊丝必须比母材含有较多的Mn和Si等脱氧元素,以防止焊缝产生气孔,减少飞溅,保证焊缝金属具有足够的力学性能。2)限制焊丝中C的质量分数在0.10%以下,并控制S、P含量。3)焊丝表面镀铜,镀铜可防止生锈,有利于保存,并可改善焊丝的导电性及送丝的稳定性。目前常用的CO2焊焊丝有
12、ER491和ER506等,其中ER506应用更广。三、焊接参数的选择原则CO2焊的主要焊接参数有焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量、电源极性、回路电感、装配间隙与坡口尺寸、喷嘴至焊件的距离等。1.焊丝直径焊丝直径应根据焊件厚度、焊接空间位置及生产率的要求来选择。2.焊接电流焊接电流的大小应根据焊件厚度、焊丝直径、焊接位置及熔滴过渡形式来确定。表4-6焊丝直径与焊接电流的关系3.电弧电压电弧电压必须与焊接电流配合恰当,否则会影响到焊缝成形及焊接过程的稳定性。4.焊接速度在一定的焊丝直径、焊接电流和电弧电压条件下,随着焊接速度增加,焊缝宽度与焊缝厚度减小。5.焊丝伸出长
13、度焊丝伸出长度取决于焊丝直径,一般等于焊丝直径的1012倍为宜。6.CO2气体流量CO2气体流量应根据焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度及喷嘴直径等选择。气体流量过小电弧不稳定,有密集气孔产生,焊缝表面易被氧化成深褐色;气体流量过大会出现气体紊流,也会产生气孔,焊缝表面呈浅褐色。通常在细丝CO2焊时,CO2气体流量一般为815L/min;粗丝CO2焊时,CO2气体流量一般为1525L/min;若采用粗丝大电流,气体流量可提高到2550L/min。7.电源极性与回路电感为了减少飞溅,保证焊接电弧的稳定性,CO2焊应选用直流反接。表4-7不同直径焊丝合适的电感值8.装配间隙及坡口尺寸由于CO2焊的焊
14、丝直径较细,电流密度大,电弧穿透力强,电弧热量集中,一般对于厚度为12mm以下的焊件不开坡口也可焊透,对于必须开坡口的焊件,一般坡口角度可由焊条电弧焊的60左右减为3040,钝边可相应增大23mm,根部间隙可相应减少12mm。9.喷嘴至焊件的距离喷嘴与焊件间的距离应根据焊接电流来选择,如图4-13所示。图4-13喷嘴至焊件的距离与焊接电流的关系10.焊枪倾角焊枪倾角也是不容忽视的因素,焊枪倾角过大(如前倾角大于25)时,将加大熔宽并减少熔深,还会增加飞溅。图4-14焊枪倾角对焊缝成形的影响a)前倾b)垂直c)后倾【工艺确定】通过分析,低碳钢筒节焊缝CO2焊焊接工艺如下,编制的焊接工艺卡见表4-
15、8。一、焊接性由于20钢是碳的质量分数平均值为0.2%的优质碳素结构钢,并且筒节结构简单,板厚为10mm,所以焊接性好,焊接时不需要采取预热、后热及焊后热处理等工艺措施。二、焊接工艺(1)焊丝常用的CO2焊焊丝有ER491和ER506两种,均能满足焊接要求,但ER506的塑性、韧性要优于ER491,故常选用ER506。CO2焊的冶金特性【相关知识】1.合金元素的氧化与脱氧(1)合金元素氧化CO2在电弧高温作用下,易分解为一氧化碳和氧,使电弧气氛具有很强的氧化性。2.CO2焊的气孔焊缝金属中产生气孔的根本原因是熔池金属中的气体在冷却结晶过程中来不逸出造成的。FeO+CFe+CO这样,所生成的CO
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