焊接工程基础第四章-熔化极气体保护电弧焊课件

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,*,第四章 熔化极气体保护电弧焊,*,第四章 熔化极气体保护电弧焊,主讲：黄建平,电话：,1,8508460184,材料科学与工程学院315室,第四章 熔化极气体保护电弧焊,学习目标,掌握熔化极气体保护焊的原理、熔滴过渡、焊接区冶金保护及其气体选择；,熟悉影响焊接质量的因素和保证焊接质量的措施；,了解熔化极气体保护焊设备的基本组成；,掌握常用的,MIG,焊、,MAG,焊、,CO,2,气体保护焊的基本工艺技术。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,2,主要内容,第一节 熔化极气体保护电弧焊原理及分类,第二节 熔化极气体保护焊的气体选择与冶金特性,第三节 惰性及混合气体保护焊,第四节,CO,2,气体保护焊,第五节 药芯焊丝电弧焊,第六节 熔化极气体保护焊的特别技术,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,3,不讲,第四章 熔化极气体保护电弧焊,第一节 熔化极气体保护焊原理及分类,熔化极气体保护焊,是指使用熔化电极，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，英文简称,GMAW,（,Gas Metal Arc Welding,）。,一、熔化极气体保护焊原理,热源,：电弧（建立在焊丝与熔池间）,焊缝,：熔化焊丝,+,母材金属,保护,：气体保护、气,-,渣联合保护,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,4,二、熔化极气体保护焊方法分类及其应用,依焊丝结构,：实心焊丝气体保护焊、药芯焊丝电弧焊,依保护气体,：,CO,2,气体保护焊、惰性气体保护焊,(MIG,：,Metal Inert Gas Arc Welding),、混合气体保护焊,(MAG,：,Metal Active-Gas Arc Welding),依操作过程,：半自动焊、自动焊,应用,：碳钢、低合金结构钢、不锈钢、铝、铜及其合金,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,5,第一节 熔化极气体保护焊原理及分类,第一节 熔化极气体保护焊原理及分类,三、熔化极气体保护焊的特点,与焊条电弧焊和埋弧焊相比,优点：,生产率高、焊接变形小、焊缝含氢量比焊条电弧焊少、烟雾少、熔深大、明弧焊接可观察电弧熔池的状态和行为、可进行全位置焊接、无需清渣。,缺点：,焊接过程受环境制约（防风）、焊枪重，灵活性差、狭小空间不易焊接、设备较复杂、使用维护要求高。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,7,第一节 熔化极气体保护焊原理及分类,三、熔化极气体保护焊的应用,1,适合焊接的材料：使用惰性保护气体，可焊接钢铁材料和非铁材料。但从焊丝供应和成本考虑主要用于铝铜钛及其合金、不锈钢、耐热钢的焊接。混合气体和,CO,2,气体保护焊用于碳钢、低合金高强度钢的焊接。,2,焊接位置：可进行全位置焊接，以平焊和横焊效率最高。,3,可焊厚度：薄至,1mm,以下，最厚不受限制。,第二节 保护气体选择与冶金特性,保护气体作用,：保护（隔离空气，使高温焊接区免遭空气侵害）；改善工艺性能（一定程度上影响甚至决定着电弧的能量特性、形态特征、工艺特性）；冶金作用。,一、熔化极气体保护焊的气体选择,按组元数量,：单一气体、混合气体,按气体化学性质,：氧化性气体、还原性气体、惰性气体,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,8,保护气体选择原则,对焊缝性能无害原则,黑色金属,(,低碳钢、低合金结构钢,),可以采用氧化性气体,(,如,CO,2,、,O,2,),做焊接气氛；,有色金属必须采用惰性气体做焊接气氛。,改善工艺及焊缝质量原则,焊接碳钢或低合金高强钢时，常用,Ar+CO,2,等混合气体；焊接不锈钢时常用,Ar+O,2,混合气体。,提高工艺技术水平原则,提高电弧温度、能量密度、电弧的挺度以及电弧的导热速度以提高焊接生成率和焊接工艺质量,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,9,第二节 保护气体选择与冶金特性,二、,MIG,及,MAG,焊的冶金特性,MIG,焊的特点,惰性气体纯,Ar,或,He,：不与熔融金属发生化合；不会向熔滴和熔池金属溶解，焊缝金属纯净度高，气孔、缺陷少。,注意：,控制焊接热输入避免焊缝及焊接热影响区的塑、韧性降低；,细滴、射流或旋转射流过渡可能发生低熔点元素蒸发。,MAG,焊的特点,少量金属发生一定的氧化。在焊丝的选择时，焊丝的化学成分应给予一定的损失补偿量。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,10,第二节 保护气体选择与冶金特性,三、,CO,2,焊接的冶金特性,1,、,CO,2,的特性,在电弧高温作用下，,CO,2,CO+1/2O,2,Q,O,2,2O,Q,CO,2,、,O,2,和,O,具有强烈的氧化性，使,Fe,及其它合金元素氧化。,氧化反应产物：,SiO,2,、,MnO,、,FeO,、,CO,等。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,11,以熔渣形式浮于熔池表面,具有表面性质不会引起气孔,部分成熔渣；部分溶入液态金属,(K),第二节 保护气体选择与冶金特性,2,、脱氧措施,FeO,带来的问题：,氧化产物,FeO,进入,熔滴,会引起,C,和合金元素烧损，甚至导致熔滴爆炸而产生飞溅；,FeO,进入,熔池,会引起,C,和合金元素烧损和,CO,气孔。,熔池结晶后，残留在焊缝金属中的,FeO,将使,焊缝,中的含氧量增加而降低其力学性能。,解决措施：,在焊丝或药芯焊丝的药粉中加入脱氧剂合金元素，将,FeO,还原并补充熔池中的合金元素含量。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,12,第二节 保护气体选择与冶金特性,脱氧原则：,脱氧产物不能有气体；,生成物密度要小，熔点要低。,主要有,Al,、,Ti,、,Si,、,Mn,等,。采用,Si,、,Mn,联合脱氧生成复合化合物,MnO,SiO,2,(,硅酸盐,),，易浮出熔池，凝固后成为渣壳覆盖在焊缝表面。,碳含量的问题：,为了防止气孔和减少飞溅以及降低焊缝产生裂纹的倾向，焊丝中的,C,一般都限制在,0.15,以下,。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,13,第二节 保护气体选择与冶金特性,3,、气孔问题,CO,气孔,FeO,溶于熔池与,C,反应生成,CO,。,CO,气孔常出现在焊缝根部与表面，且多呈针尖状。,控制措施：,提高焊丝中脱氧元素,Si,和,Mn,含量、限制焊丝中的含碳量。,氮气孔,保护气层遭到破坏时空气侵入焊接区所致,控制措施：,增强气体的保护效果、选用含固氮元素（如,Ti,和,Al,）的焊丝。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,14,第二节 保护气体选择与冶金特性,氢气孔,氢的来源：,电弧区的氢主要来自焊丝、工件表面的,油污,及,铁锈,，以及,CO,2,气体中所含的,水分,，在电弧高温下都能分解出,H,2,气。,控制措施：,减少熔池中氢的溶解量；,焊接区氧化性的,CO,2,存在减弱氢的有害作用；,直流反接法。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,15,第二节 保护气体选择与冶金特性,四、,CO,2,气体及焊丝,气体纯度对焊缝质量的影响,液态,CO,2,中可溶解约占质量,0.05,的水分，还有部分沉于钢瓶底部。水分会影响到焊缝金属的致密度。,CO,2,气体的提纯方法,将新灌气瓶倒立静置,12h,，然后打开阀门，把沉积在下部的自由状态的排出。,然后在使用前先放气,23,次，放掉气瓶上部的气体。,在气路系统中设置高压和低压干燥器。,气压降到,100kPa,不再使用。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,16,第二节 保护气体选择与冶金特性,CO,2,焊丝,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,17,第二节 保护气体选择与冶金特性,第三节 惰性及混合气体保护焊,一、熔化极惰性气体保护焊,(MIG,焊,),1,、特点,电弧燃烧稳定、熔滴细小、熔滴过渡稳定、焊缝质量高；,电流密度高、母材熔深大、焊丝熔化速度快、生产率高；,直流反接时具有阴极清理作用（铝合金）；,亚射流过渡电弧具有很强的固有自调节作用；,几乎可焊所有金属，尤其适合镁铝铜钛锆镍等有色金属及不锈钢材料的焊接。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,18,2,、,MIG,焊的质量控制,熔滴过渡类型的合理选择,喷射过渡：中厚板和大厚板的水平对接及角接焊,(,平角焊,),脉冲射流过渡：上述情况,+,全位置焊接；,短路过渡：薄板及全位置焊接。,焊缝起皱现象的控制,焊接电流过大、焊接区保护不良，导致阴极导电区集聚在,弧坑底部，则容易产生焊缝起皱。,控制方法：,加强焊接区的保护；正确选择焊接工艺参数。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,19,射流,第三节 惰性及混合气体保护焊,3,、亚射流过渡,MIG,焊,亚射流过渡的电弧形态,亚射流过渡区介于射流过渡区与短路过渡区之间。,亚射流电弧的弧长很短，在焊丝端头逐渐向外扩展成蝶状，并发出轻轻的“啪啪”声。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,20,射流过渡：电弧较长，呈钟罩形，发出,“,咝咝,”,声,第三节 惰性及混合气体保护焊,在亚射流过渡区中焊丝熔化系数随可见弧长的缩短而增大。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,21,铝焊丝熔化特性与电弧形态间的关系,亚射流过渡电弧,的固有自调节特性,第三节 惰性及混合气体保护焊,亚射流过渡时电弧的固有自调节特性,等速送丝焊机匹配恒流外特性电源,的弧长自调节系统。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,22,第三节 惰性及混合气体保护焊,亚射流过渡时的焊接特性,（与射流过渡形式相比）,弧长变短,，电弧呈蝶形，,阴极清理区大，铝、镁合金焊接时焊缝起皱及形成黑粉倾向降低。,由于采用了,恒流电源,，受外界干扰而发生了弧长或送丝速度波动时，焊缝几何尺寸（熔深、熔池形状、熔宽）的波动要小。,指状熔深倾向减小,，未熔合未熔透缺陷几率降低。,焊接参数匹配，可实现自身调节。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,23,第三节 惰性及混合气体保护焊,亚射流过渡时的参数匹配,对于给定的焊接电流，其对应的最佳送丝速度范围很窄，不能仅仅依靠等速送丝配恒流电源自动调节，必须要求焊机带有,焊接电流与送丝速度同步控制,功能。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,24,第三节 惰性及混合气体保护焊,第三节 惰性及混合气体保护焊,焊接,工艺参数的选择,（,1,）焊丝直径,细丝以短路过渡为主，薄板与全位置焊接；粗丝以射流过渡为主，厚板平位置焊接。,（,2,）焊接电流,根据工件厚度、焊接位置焊丝直径和熔滴过渡形式选择。,（,3,）焊接电压,影响熔滴过渡和焊缝成形，需与焊接电流匹配。过高产生气孔与飞溅、过低容易短路。,（,4,）焊接速度,自动,25-150m/h;,半自动,5-60m/h,。,（,5,）喷嘴直径,比,TIG,大，约,20mm,左右，距离工件,12-22mm,。,（,6,）焊丝位置,分前倾、后倾、垂直，前倾熔深大、余高大、焊道窄，后倾相反，垂直居中。,二、熔化极混合气体保护焊（,MAG,）,1,、工艺优点,克服了单组元气体对焊接过程稳定性或焊接质量的某些不利影响，使焊接过程和焊接质量更可靠。,Ar+CO,2,、,Ar+CO,2,+O,2,、,Ar+O,2,等混合气体常用来焊接黑色金属。,(,单纯,Ar,气保护，熔池粘度大、润湿性差、气孔、咬边、指状熔深倾向性大、阴极斑点稳定性差，焊缝几何尺寸均匀性差,),增大电弧的热功率，提高焊接生产率。,Ar+CO,2,等混合气体有提高电弧热功率和能量密度的特性。,氧化性气氛可以改善熔滴的过渡特性、熔深及电弧的稳定性。,2024/11/27,第四章 熔化极气体保护电弧焊,26,第三节 惰性及混合气体保护焊,2,、混合气体种类,Ar+He,：,He,的传热系数大，电弧电压和电弧温度比氩弧高得多。,Ar+