船舶焊接方法3-二氧气体保护焊及其他.ppt

第五章 二氧化碳气体保护焊,一、基本要求1、了解二氧化碳气体保护焊的特点及应用2、掌握二氧化碳气体保护焊的熔滴过渡特点3 掌握二氧化碳气体焊主要工艺的特点及工艺参数的选择原则4、掌握二氧化碳气体焊的冶金特点5、掌握防止飞溅的措施二、重点1、短路过渡对电源动特性的要求2、二氧化碳气体保护焊向熔滴中施加合金元素的方式。3、飞溅的预防措施,5-1 二氧化碳气体保护焊的特点及应用,一、二氧化碳气体保护焊的原理及应用 定义：以CO2 作为保护气体的电弧焊。焊丝作电极，焊丝的送进靠送丝机构实现。1、CO2气体保护焊的实质 这种方法以气体作为保护介质，使电弧及熔池与周围空气隔离，防止空气中氧、氮、氢对熔滴和熔池金属产生有害作用，从而获得优良的力学性能。,5-1二氧化碳气体保护焊的特点及应用,二、二氧化碳气体保护焊有如下工艺优点：1、焊接成本低CO2气体及CO2焊焊丝价格便宜，焊接能耗低，因此，二氧化碳气体保护焊的使用成本很低，只有埋弧焊及手工电弧焊的40%50%；2、焊缝质量好二氧化碳气体保护焊抗锈能力强，对油污不敏感，焊缝含氢量低，抗裂性能好；,3、生产效率高二氧化碳气体保护焊的电弧集中，熔透能力强，熔敷速度快，且焊后无需进行清渣处理，因此生产效率高；半自动二氧化碳焊的效率比手工电弧焊高12倍，自动二氧化碳焊比手工电弧焊高25倍；4、适用范围广适用于各种位置的焊接，而且既可用于薄板的焊接又可用于厚板的焊接；5、便于实现自动化 二氧化碳焊是明弧焊，便于监视及控制，而且焊后无需清渣，有利于实现焊接过程机械化及自动化6、焊接应力和变形小,三、二氧化碳气体保护焊有如下缺点：1、焊缝成形较粗糙，飞溅较大。2、劳动条件较差 二氧化碳焊弧光强度及紫外线强度分别为手工电弧焊的23倍和2040倍，而且操作环境中CO2的含量较大，对工人的健康不利。3、很难用交流电焊接，设备复杂；4、抗风能力差；5、不能焊容易氧化的有色金属。四、二氧化碳气体保护焊应用 二氧化碳焊主要用于焊接30mm以下低碳钢及低合金钢,尤其适宜薄板。此外，还用于耐磨零件的堆焊、铸钢件的补焊以及电铆焊等方面。目前，这种方法已广泛用于机车车辆、汽车、摩托车、船舶、煤矿机械及锅炉制造行业中。,5-2二氧化碳焊设备,二氧化碳焊设备由弧焊电源、送丝机构、焊枪及供气系统、控制系统等组成。（一）电源:平特性电源；下降性电源；电源动特性与MIG/MAG焊电源相同。(采用惰性气体作为保护气，使用焊丝作为熔化电极的一种电弧焊方法)C02一般采用直流电源且反极性连接，细焊丝采用等速送丝式焊机，配合平特性电源。粗焊丝采用变速送丝式焊机，配合下降特性电源。（二）控制系统控制各个部件按照一定的时间顺序进入/退出工作状态。（三）送丝系统（P66）（四）焊枪（五）供气系统,（五）气路（供气系统）和水路（冷却系统）1、气路系统除了气瓶、减压阀、流量计、软管及气阀以外，二氧化碳焊机的气路系统还需安装预热器及干燥器。1）预热器：用于防止二氧化碳中的水分在钢瓶出气口处或减压阀中结冰而堵塞气路。焊接过程中钢瓶内的液态二氧化碳不断气化，气化过程中要吸收大量的热，而且钢瓶中的高压二氧化碳经过减压阀减压后，气体温度也会下降；气体流量越大，温度下降越明显。因此，气体流量较大时（大于10 Lmin-1），在减压阀之前必须安装加热器通常采用电热式加热器，其结构比较简单，只需将套有绝缘瓷管的加热电阻丝套在通二氧化碳气体的紫铜管上即可。,2）干燥器用于减少焊缝中的含氢量。一般市售的二氧化碳气体中含有一定量的水分，因此需在气路中安装干燥器，以去除水分，减少焊缝中的含氢量。干燥器有两种：高压干燥器和低压干燥器。高压干燥器安装在减压阀前，低压干燥器安装在减压阀之后。一般情况下，只需安装高压干燥器。如果对焊缝质量的要求不高，也可不加干燥器。2、水路系统水路系统通以冷却水，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，水压开关将断开控制系统电源，使焊机停止工作，保护焊炬不被损坏。,气路系统,5-3二氧化碳焊的冶金特点,（一）二氧化碳电弧的氧化性在电弧热量作用下，二氧化碳发生分解，放出氧气：2CO2 2CO+O2氧气又进一步分解为氧原子：O2 2O因此，二氧化碳电弧具有很强的氧化性，使铁及合金元素（Si、Mn、Cr、Ni、Ti、C等）发生氧化。1、氧化反应的不利后果：1）合金元素大量烧损；2）C与O反应，生成CO气体，易于导致气孔。,2、措施：必须采用必要的措施进行脱氧在焊丝中加入适量的脱氧剂，脱氧剂与O的亲和力比Fe及C强，因此可阻止Fe、C等与O发生不利的反应。脱氧剂在完成脱氧任务之余，所剩余的量作为合金元素留在焊缝中，起着提高焊缝机械性能的作用。二氧化碳焊丝一般采用Si、Mn联合脱氧，有些焊丝中还加少量的Ti。（二）二氧化碳焊的气孔及防止1 一氧化碳气孔一氧化碳气孔产生的主要原因是以下反应：FeO+C=Fe+CO,该反应通常发生于熔池尾部，此处的液态金属温度接近结晶温度，反应很强烈且CO没有时间析出，因此，CO易残留于熔池中形成气孔。只要选择的焊丝正确，焊丝中的脱氧元素就会抑制FeO生成，产生CO气孔的可能性很小。2 氢气孔二氧化碳电弧中有大量的氧原子，氧原子可与焊接区的氢结合成不溶于熔池的羟基，因此二氧化碳焊对氢气孔不敏感。只要是二氧化碳气体中的水分含量不超过规定值，工件及焊丝上的铁锈及油污不很严重，一般不会产生氢气孔。3 氮气孔这是二氧化碳焊焊缝中出现几率最大的一种气孔。这种气孔主要是由侵入焊接区的空气引起的。只要保证良好的保护效果，这种气孔一般也不会产生。,（三）CO2 的飞溅及防止,一）产生飞溅的原因本质原因是由于二氧化碳电弧收缩性强，熔滴受力复杂，易使熔滴的运动轨迹偏离电弧的轴线。1、气体爆炸引起的飞溅；2、短路过渡产生的爆破力；3、大滴滴落过渡时的斑点力偏离焊丝轴线；4、焊接参数选择不当。二）防止飞溅的措施：1、正确选择焊接参数；2、在气体中加入少量氩气；3、短路过渡时限制金属液桥爆断能量；4、采用低飞溅率焊丝。,药芯焊丝,(四)CO2焊的气体及焊丝 CO2焊所用的焊接材料有：CO2气体和焊丝。1CO2气体 纯净的CO2是无色、无味和无毒的气体，一般将其压缩成液体 贮存于钢瓶供应使用。要求CO2纯度为99.5%。2焊丝 CO2焊丝既是填充金属又是电极。CO2焊丝分为实芯焊丝和药芯焊丝两种。药芯焊丝在国际上被 公认为是焊接材料中最先进、发展最快的高科技技术之一，并将成 为21世纪焊接材料的主导产品。,图527 药芯焊丝断面形状,5-4二氧化碳焊的熔滴过渡特点,熔滴过渡方式主要有：大滴排斥过渡、短路过渡、细颗粒过渡及混合过渡（短路过渡+颗粒过渡）等四种。由于大滴排斥过渡的飞溅大、电弧不稳定，因此实际焊接生产中一般不用，通常采用短路过渡及细颗粒过渡进行焊接。（一）短路过渡1、产生条件采用细丝，并配以小电流及小电压进行焊接时，熔滴过渡为短路过渡。2、特点1）通常产生一体积小、凝固速度快的熔池，因此适合于薄板焊接及全位置焊接。,2）熔滴与熔池间短路后，在表面张力及电磁收缩力的作用下形成缩径小桥，短路缩径小桥在不断增大的短路电流作用下汽化爆断，将熔滴推向熔池，完成过渡。有飞溅。3、短路过渡对电源的动特性具有如下的要求：（1）熔滴与熔池短路时，电弧熄灭，过渡完成后，电弧又重新引燃。为了保证电弧能够顺利引燃，要求电源的空载电压上升速度要快。（2）短路小桥的位置及爆断时间、爆破能量直接决定了飞溅的大小，当短路小桥产生在焊丝与熔滴之间，爆破能量较小且能够及时爆断时，飞溅较小。而短路小桥的位置及爆断时间、爆破能量可通过在焊接回路中加一适当的电感来调节。,短路过渡,（二）细颗粒过渡细颗粒过渡出现在电弧电压较高、焊接电流较大的情况下。其特点是，电弧基本上潜入工件表面之下，熔池较深，熔滴以较小的尺寸、较大的速度沿轴向过渡到熔池中。由于没有短路过程，对电源的动特性没有特殊要求。这种过渡主要用于中等厚度及大厚度板材的水平位置焊接。,焊接方向,5-5二氧化碳气体保护焊工艺,一）、二氧化碳气体保护焊工艺参数的选择（一）焊丝直径1、短路过渡CO2焊一般采用细丝，以提高过渡频率，稳定焊接电弧。通常采用的焊丝直径有0.8mm、1.2mm及1.6mm三种。2、细颗粒过渡CO2焊采用的焊丝直径一般大于1.2mm，通常采用的焊丝直径有1.6、2.0、3.0和4.0等四种。（二）焊接电流及电弧电压1、短路过渡电弧电压是最重要的焊接参数，因为它直接决定了熔滴过渡的稳定性及飞溅大小，影响焊缝成形及焊接接头的质量。,对于一定的焊丝直径，有一最佳电弧电压范围，电弧电压小于该范围的下限时，短路小桥不易断开，易导致固体短路（未熔化的焊丝直接穿过熔池金属与未熔化的工件短路），导致很大的飞溅，甚至导致固体焊丝飞溅；电弧电压大于该范围的上限时，易产生大滴排斥过渡，飞溅很大，电弧不稳。短路过渡CO2焊通常采用直流反接。采用直流反接时，电弧稳定，飞溅小，熔深大。但在堆焊及焊补铸件时，应采用直流正接，这是因为，正接时焊丝为阴极，阴极产热大，焊丝熔化速度快，生产率高。电流的大小要与电弧电压相匹配。表7-1给出了三种直径焊丝的最佳短路过渡焊接规范。,表7-1短路过渡的电流值及电弧电压范围,2、细颗粒过渡细颗粒过渡CO2焊也采用直流反接。根据被焊材料及板厚选择焊接电流，然后根据焊接电流、焊丝直径选择电弧电压，焊接电流越大，焊丝直径越小，选择的电弧电压也应越大。但电弧电压也不得太高，否则飞溅将显著增大。表7-2给出了细颗粒过渡的最低电流值及电弧电压范围。,（三）焊接速度焊接速度与焊接电流适当配合才能得到良好焊缝成形。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。焊接速度过慢：降低生产率，导致烧穿、焊接变形过大等缺陷。半自动短路CO2保护焊的焊接速度一般为5 mh-1 60 mh-1。（四）焊接回路电感1、短路过渡作用：1）控制短路电流上升速度及短路电流峰值。短路过渡CO2焊要求具有合适的短路电流上升速度，从而将缩径小桥控制在焊丝与熔滴之间，以保证爆破力将大部分熔滴金属过渡到熔池中，同时还要求具有合适的短路电流峰值，以,使爆破能量适中，不至于产生很大的细颗粒飞溅。不同的焊丝直径要求不同的短路电流上升速度，焊丝越细，熔化速度越大，短路过渡频率越大，要求的短路电流上升速度就较大。短路电流上升速度（di/dt）决定于回路电感(用绝缘导线（例如漆包线、纱包线等）绕制而成的电磁感应元件。在通过一定数量变化电流的情况下,线圈产生自感电势的能力,称为线圈的电感量。简称为电感。)di/dt=(U0 iR)/L式中U0 电源空载电压；i 瞬时电流R 焊接回路中的电阻L 焊接回路中的电感因此，焊接回路中应串接适当的电感。2、细颗粒过渡对于细颗粒过渡CO2焊，回路电感对抑制飞溅的作用不大，一般不要求在焊接回路中加电感元件。,（五）焊丝伸出长度1、短路过渡：焊丝很细，焊丝干伸长度对熔滴过渡、电弧的稳定性及焊缝成形均具有很大的影响。干伸长度过大，电阻热增大，焊丝容易因过热而熔断，导致严重飞溅及电弧不稳。此外，干伸长度过大时，焊接电流降低，电弧的熔透能力下降，易导致未焊透。干伸长度过小，则要求喷嘴离工件的距离很小，飞溅金属颗粒易堵塞喷嘴。干伸长度一般应控制在5mm15mm内。2、细颗粒过渡焊丝较粗，焊丝干伸长度对熔滴过渡、电弧的稳定性及焊缝成形的影响不大。但由于飞溅较大，喷嘴易于堵塞，因此，干伸长度应选得大一些，一般应控制在10mm20mm内。,（六）气体流量保护气体的流量一般根据电流的大小、焊接速度、干伸长度等来选择。这些参数越大，气体流量也应适当加大。但也不能太大，以免产生紊流，使空气卷入焊接区，降低保护效果。短路过渡：保护气体流量一般为5 Lmin-115 Lmin-1。细颗粒过渡：所用焊接电流比短路过渡大，焊接速度也大，因此采用的保护气体流量也应适当增大，一般为10 Lmin-120 Lmin-1。（七）喷嘴至工件的距离短路过渡CO2焊时，喷嘴至工件的距离应尽量取得适当小一些，以保证良好的保护效果及稳定的过渡，但也不能过小。这是因为该距离过小时，飞溅颗粒易堵塞喷嘴，阻挡焊工的视线。喷嘴至工件的距离一般应取焊丝直径的12倍左右。,（八）电源极性 一般均采用直流反接法。这时电弧稳定，飞溅小，焊缝成形好，并且焊缝熔深大，生产率高。（九）焊丝位置及焊接方向CO2焊一般采用左焊法，而右焊法也有其优点，在某些情况下具有良好的工艺性能。左焊法时焊枪的后倾角度保持为1020，倾角过大时，焊缝宽度增大而熔深变浅，而且还易产生大量的飞溅。右焊法时焊枪前倾1020，过大时余高增大，易产生咬边。左焊法（后倾）：焊接热源从接头右端向左端移动，并指向待焊部分的操作法。左焊法易清楚的看见焊缝坡口但熔池不容易看到 右焊法（前倾）：焊接热源从接头左端向右端移动，并指向已焊部分的操作法。右焊法易清楚的看到熔池但不容易看到焊缝坡口,一、坡口形状：细焊丝短路过渡的CO2焊一般开I形坡口；粗焊丝细滴过渡可以开较小的坡口。开坡口的目的：主要为了熔透，同时要考虑到焊缝成形的形状及熔合比。坡口角度过小易形成指状熔深，熔化不大。在焊缝中心可能产生裂纹。尤其在焊接厚板时，由于拘束应力大，这种倾向很强，必须十分注意。,5-6 CO2焊的焊接技术,6.1 焊前准备,表2.CO2焊推荐坡口形状,6.1 焊前准备,坡口加工方法 加工坡口的方法主要有机械加工、气割和碳弧气刨等。CO2焊时对坡口加工精度的要求比焊条电弧焊时更高。坡口加工精度对焊接质量影响很大。坡口尺寸偏差能造成未焊透和未填满等缺陷。二、焊前清理 焊缝附近有污物时，会严重影响焊接质量。焊前应将坡口周围10 20mm范围内的油污、油漆、铁锈、氧化皮及其他污物清除干净。为了去除氧化皮、水分和油类，目前工厂常用的方法是用氧乙炔火焰烘烤。,6.1 焊前准备,三、定位焊 为了保证坡口尺寸，防止变形及焊道不规整。通常CO2焊与焊条电弧焊相比要求更坚固的定位焊缝。定位焊缝易生成气孔和夹渣，认真焊接。焊接薄板时定位焊缝应该细而短，长度为3 l0mm，间距为3050mm。焊接中厚板时定位焊缝长度为1550mm，间距达100150mm。若为熔透焊缝时，点固处难以实现反面成形，应从反面进行点固。,6.1 焊前准备,(a)蹲位平焊,（b）坐位平焊,（c）立位平焊,（d）站位立焊,（e）站位仰焊,正确持枪姿势,6.1 焊前准备,1、引弧：半自动CO2焊时，通常采用“划擦引弧”、“倒退引弧”法。引弧后焊工应迅速调整焊枪位置、焊枪角度，注意保持焊枪到焊件的距离。,6.2 操作技术,6.2.1 引弧与收弧,6.2.1 引弧与收弧,2、收弧：焊道收尾处往往出现凹陷，它被称为弧坑。CO2焊比一般焊条电弧焊用的焊接电流大，所以弧坑也大。弧坑处易产生火口裂纹及缩孔等缺陷。为此，应设法减小弧坑尺寸。目前主要应用的方法如下：1)采用带有电流衰减装置的焊机时，填充弧坑电流一般只为焊接电流的5060，易填满弧坑。2)没有电流衰减装置时，在熔池未凝固之时，应在反复断弧、引弧几次，直至弧坑填满。,3)使用工艺板，把弧坑引到工艺板上，焊完之后去掉它。,6.2.1 引弧与收弧,收弧时不能抬高喷嘴，即使弧坑已填满，电弧已熄灭，也要让焊枪在弧坑处停留几秒钟后才能移开。若收弧时抬高焊枪，则容易因保护不良引起缺陷。3、焊道的接头方法：,单面焊双面成形技术 从正面焊接，同时获得背面成形的焊道称为单面焊双面成形，常用于焊接薄板及厚板的打底焊道。1)悬空焊接 无垫板的单面焊双面成形焊接时对焊工的技术水平要求较高，对坡口精度、装配质量和焊接参数也提出了严格要求。坡口间隙 对单面焊双面成形的影响很大。坡口间隙小时，焊丝应对准熔池的前部，增大穿透能力，使焊缝焊透；坡口间隙大时，为防止烧穿，焊丝应指向熔池中心，并进行适当摆动。,6.2.2 平焊的焊接技术,坡口间隙为0.21.4mm时，一般采用直线式焊接或小幅(锯齿形)摆动。坡口间隙为1.22.0mm时，采用月牙形的小幅摆动，在焊缝中心稍快些移动，而在两侧作片刻停留(0.5秒)。坡口间隙更大时，摆动方式应在横向摆动的基础上增加前后摆动，这样可避免电弧直接对准间隙，防止烧穿。,6.2.2 平焊的焊接技术,不同板厚推荐的根部间隙值,6.2.2 平焊的焊接技术,2）加垫板的焊接。加垫板的单面焊双面成形比悬空焊接容易控制，而且对焊接参数的要求也不十分严格。垫板材料通常为纯铜板。为防止铜垫板与焊件焊到一起，最好采用水冷铜垫板。,铜垫板,6.2.2 平焊的焊接技术,加垫板焊接的典型焊接参数,典型单面焊双面成形的焊接参数,6.2.2 平焊的焊接技术,操作要点 薄板对接焊一般都采用短路过渡，中厚板大都采用细滴过渡。坡口形状可采用I形、Y形、单边V形、U形和X形等。通常CO2焊时的钝边较大而坡口角度较小。在坡口内焊接时，如果坡口角度较小，熔化金属容易流到电弧前面去，而引起未焊透，所以在焊接根部焊道时，应该采用右焊法和直线式移动。当坡口角度较大时，应采用左焊法和小幅摆动焊接根部焊道。,6.2.2 平焊的焊接技术,平焊对接焊缝的典型焊接参数,6.2.2 平焊的焊接技术,CO2点焊的接头形式：,6.3 CO2焊的其他方法,图:CO2气电立焊,6.3 CO2焊的其他方法,1、药芯焊丝CO2 焊；2、CO2点焊；3、CO2气电立焊,药芯焊丝,惰性气体保护焊,一、基本要求1、了解氩弧焊的特点及应用2、掌握氩弧焊的熔滴过渡特点3、掌握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=氩弧焊设备特点二、重点1、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,TIG（钨极惰性气体）焊接是一种低熔化率的高质量焊接技术。电弧在钨电极和工件之间燃烧；电极并不熔化，它只作为电流导体和电弧载体。MIG焊（惰性气体保护金属极电弧焊）MIG焊接除用金属丝代替焊炬内的钨电极外。其它和TIG焊一样。因此，焊丝由电弧熔化，送入焊接区。电力驱动辊按照焊接所需从线轴把焊丝送入焊炬。热源也是直流电弧，但极性和TIG焊接时所用的正好相反。所用保护气体也不同，要在氩气内加入l氧气，来改善电弧的稳定性。在基本工艺上也有些不同，例如，喷射传递、脉动喷射、球状传递和短路传递。,MAG焊（混和气体保护焊）,1TIG焊特点及应用 特点：(1)可焊金属多；(2)适应能力强；(3)焊接生产率低；(4)生产成本高。应用：TIG焊几乎可用于所有的钢材、有色金属及合金的焊接，特别适合于化学性质活泼的金属及其合金。常用于不锈钢、高温合金、铝、镁、钛及其合金以及难熔的活泼金属（如锆、钽、钼、铌等）和异种金属的焊接。TIG焊一般是一手持焊枪，另一只手持焊丝，适合小规模操作和修补的手工焊。为了防止保护气流破环，氩弧焊只能在室内进行。,2MIG焊特点及应用 特点：（1）焊接质量好；（2）焊接生产率高；（3）适用范围广；（4）焊前清理要求高。应用：MIG焊适合于焊接低碳钢低合金钢耐热钢不锈钢有色金属及其合金。目前在中等厚度大厚度铝及铝合金板材的焊件，已广泛地应用了熔化极氩弧焊。所焊的最薄厚度约为1mm，大厚度基本不受限制。MIG焊丝通过自动送丝机构从焊枪送出，适合自动焊，当然也可以用手工.,三、TIC焊设备（一）分类及组成 手工钨极氩弧焊机由主电路系统供气系统水路系统控制系统和焊枪等部分所组成，如图5-32。自动钨极氩弧焊机是在上述系统的基础上，增加送丝装置及行走小车等机构，这部分机构和埋弧自动焊机基本相同。2TIG氩弧焊设备 氩弧焊设备主要由焊接电源送丝机构焊枪控 制系统供水供气系统等部分组成，它与CO2气体保护焊设备雷同。,1、焊接电源,2、焊枪及电极,3、控制系统,4、供气供水系统,四、TIG焊工艺,（一）焊前清理,（二）焊接工艺参数的影响及选择,1、焊接工艺参数对焊缝成形和焊缝过程的影响 焊接电流（直接反接,阴极破碎）电弧电压 电弧长度 焊接速度 填丝速度与焊丝直径 保护气体流量和喷嘴直径 电极直径和端部形状,2、焊接参数的选择,（三）TIG焊操作技术,1、引弧2、焊接 加挡板 扩大正面保护区 反面保护3、收弧,熔化极惰性气体焊利用气体进行保护，利用焊丝作为电极，根据保护气体的种类可分为：,MIG,Ar作保护气体,Ar+He作保护气体,MAG,Ar+O2作保护气体,Ar+CO2作保护气体,Ar+O2 CO2作保护气体,MIG/MAG焊的特点,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。,7-2MIG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。,A,B,C,钢,铝,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。,二）大滴过渡1）条件：（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。,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。,大滴,射滴,射流,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）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）,7-3熔化极氩弧焊设备,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 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，还要控制小车行走机构。（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。,7-4熔化极氩弧焊工艺,一）、工艺参数的选择（一）保护气体MIG/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，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：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：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,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1.6 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：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：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，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。,（八）气体流量与TIG焊相同（九）喷嘴至工件的距离与TIG焊类似,7-5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。,脉冲电流 参数与熔滴过渡形式的关系,（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。,第九章 等离子弧焊接,一、基本要求1、掌握等离子弧的产生原理及特点2、了解等离子弧发生器的结构3掌握等离子弧焊接的几种主要的工艺形式及特点三、重点1、等离子弧的热源特点、等离子弧的静特性；2、等离子弧的焊接工艺参数的选择；,9-1第一节等离子弧焊接特点,一）、等离子弧的形成等离子弧是一种被压缩的钨极氩弧，具有很高的能量密度、温度及电弧力。等离子弧是通过三种压缩作用获得的：1)机械压缩水冷铜喷嘴孔径限制弧柱截面积的自由扩大，这种拘束作用就是机械压缩；2)热压缩 喷嘴中的冷却水使喷嘴内壁附近形成一层冷气膜，进一步减小了弧柱的有效导电面积，从而进一步提高了电弧弧柱的能量密度及温度，这种依靠水冷使弧柱温度及能量密度进一步提高的作用就是热压缩；3)电磁压缩 由于以上两种压缩效应，使得电弧电流密度增大，电弧电流自身磁场产生的电磁收缩力增大，使电弧受到进一步的压缩，这就是电磁压缩。,二）、等离子弧的类型（一）非转移型电弧非转移型电弧燃烧在钨极与喷嘴之间，焊接时电源正极接水冷铜喷嘴，负极接钨极，工件不接到焊接回路上；依靠高速喷出的等离子气将电弧带出，这种电弧适用于焊接或切割较薄的金属及非金属。（二）转移型电弧转移型电弧直接燃烧在钨极与工件之间，焊接时首先引燃钨极与喷嘴间的非转移弧，然后将电弧转移到钨极与工件之间；在工作状态下，喷嘴不接到焊接回路中。这种电弧用于焊接较厚的金属。（三）联合型电弧转移弧及非转移弧同时存在的电弧为联合型电弧。混合型电弧在很小的电流下就能保持稳定，因此特别适合于薄板及超薄板的焊接。,非转移,转移,联合,等离子焊与氩弧焊的比较:通过水冷喷嘴压缩电弧电弧集中热影响区小3-10 mm的板不用开坡口可以焊接穿空效应 焊接速度快 焊件变形小 焊缝成型美观单面焊接无需打底 不需复杂的焊前准备,三）、等离子弧焊的特点及应用（一）特点由于等离子电弧具有较高的能量密度、温度及刚直性，因此与一般电弧焊相比，等离子电弧具有下列优点：1)熔透能力强，在不开坡口、不加填充焊丝的情况下可一次焊透810mm厚的不锈钢板；2)焊缝质量对弧长的变化不敏感，这是由于电弧的形态接近圆柱形，且挺直度好，弧长变化对加热斑点面积的影响很小，易获得均匀的焊缝形状；3)钨极缩在水冷铜喷嘴内部，不会与工件接触，因此可避免焊缝金属产生夹钨现象；4)等离子电弧的电离度较高，电流较小时仍很稳定，可焊接微型精密零件；5)可产生稳定的小孔效应，通过小孔效应，正面施焊时可获得良好的单面焊双面成形。,等离子弧焊的缺点是：1)可焊厚度有限，一般在25mm以下；2)焊枪及控制线路较复杂，喷嘴的使用寿命很低；3)焊接参数较多，对焊接操作人员的技术水平要求较高。（二）应用可用钨极氩弧焊焊接的金属，比如不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金、镍、铜、蒙耐尔合金等，均可用等离子弧焊焊接。这种焊接方法可用于航天、航空、核能、电子、造船及其它工业部门中。,9-2等离子弧生器,一、分类：等离子弧焊枪、割枪、喷枪。二、组成主要由电极、电极夹头、压缩喷嘴、中间绝缘体、上枪体、下枪体及冷却套等组成。最关键的部件为喷嘴及电极。1、喷嘴如图1-7-4所示。分类 按喷嘴孔道的数量，可分为单孔型和三孔型两种。三孔型喷嘴除了中心主孔外，主孔左右还有两个小孔。从这两个小孔中喷出的等离子气对等离子弧有一附加压缩作用，使等离子弧的截面变为椭圆形。当椭圆的长轴平行于焊接方向时，可显著提高焊接速度，减小焊接热影响区的宽度。按孔道的形状，可分为圆柱型及收敛扩散型等两种。通常采用圆柱形压缩孔道，而收敛扩散型压缩孔道有利于电弧的稳定。,最重要的喷嘴形状参数为压缩孔径及压缩孔道长度。喷嘴孔径dndn决定了等离子弧的直径及能量密度。通常应根据焊接电流大小及等离子气种类及流量来选择。直径越小，对电弧的压缩作用越大，但太小时，等离子弧的稳定性下降，甚至导致双弧现象，烧坏喷嘴。2)喷嘴孔道长度l0在一定的压缩孔径下，l0越长，对等离子弧的压缩作用越强，但l0太大时，等离子弧不稳定。通常要求孔道比l0/dn在一定的范围之内，3)锥角 对等离子弧的压缩角影响不大，30180范围内均可，但最好与电极的端部形状配合，保证将阳极斑点稳定在电极的顶端。,喷嘴类型,2、电极等离子弧焊接一般采用钍钨极或铈钨极，有时也采用锆钨极或锆电极。钨极一般需要进行水冷，小电流时采用间接水冷方式，钨极为棒状电极；大电流时，采用直接水冷，钨极为镶嵌式结构。棒状电极端头一般