熔化极气体保护焊培训课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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、N,2,和H,2,都是还原性气体， N,2,主要用于铜及合金的焊,接，H,2,一般不单独使用。,3、CO,2,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：O,2,（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CO,2,专用焊机，但一般不做专用于MIG焊的焊机， 而是MIG/MAG/CO,2,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CO,2,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CO,2,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CO,2,焊使用的焊枪通用。注意：冷却方式 600A;200A,4、,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，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/T4842-1995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 + N,2,（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,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CO,2,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。 MAG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 0.60%）,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,1,1.6mm，23V，220A,2,1.2mm，22V，140A,3,1.6mm，23V，190A,4,1.2mm，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,、,CO,2,、,O,2,二元成分及三元成分保护气体的临界电流区,140%Ar+ 25% CO2 2CO2 340%Ar+ 60% CO2,484%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,单主动式送丝机构,双主动式送丝机构,压紧轮,主动轮,返回,普材 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,321,W/(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、CO,2,气体保护焊原理,2、 CO,2,气体保护焊分类,按照直径分 细丝CO,2,气体保护焊,粗丝CO,2,气体保护焊,按操作方式分 CO,2,半自动焊,CO,2,自动焊,3、 CO,2,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,CO,2,高温下会分解为CO和O,2,， O,2,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、 CO,2,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）H,2,（喇叭状）,产生原因：铁锈、水分、油污及CO,2,中的水分,防止：从根本上杜绝,（3）N,2,（蜂窝状）,产生原因：保护效果不好,防止：增加CO,2,气体流量和纯度,3、 CO,2,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、 CO,2,焊的飞溅,（1） CO,2,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） CO,2,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、 CO,2,焊的焊接材料,1、 CO,2,气体,用铝白色的气瓶，表面用黑色字样写“液化二,氧化碳”。,焊接用CO,2,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、 CO,2,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,=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,CO,2,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CO,2,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/min,200A以上1525L/min,焊丝伸出长度,伸出长度为焊丝直径的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CO,2,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-,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,i,t,平均电流,（方波）脉冲电流：由脉冲发生器产生，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I,0,，只要脉冲峰值电流大于I,0,，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,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,i,p,主要决定熔池形状（尤熔深大小）和熔滴过渡形式。,基值电流,i,0,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,t,p,主要影响焊缝热输入和熔池形状（大小）。,基值持续时间时间,t,0,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= t,p,+ t,p,、频率=1/T、脉宽比（占空比） = t,p,/ T、幅比= i,p,/ i,0,等。,脉冲MIG焊焊接参数,i,t,i,p,i,0,t,0,t,p,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i,p,，也可以通过增加i,0,，甚至还可以通过增加t,p,或t,0,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？,