焊接方法与设备： 熔化极氩弧焊.ppt

课题二 熔化极氩弧焊,Metal Inert Gas Arc Welding（MIG）Metal Active Gas Arc Welding（MAG）,本章重点：补充内容：MAG熔化极活性混合气体保护焊脉冲MIG焊本章难点：MAG焊混合气体的选择；脉冲工艺参数的确定学习建议：MAG焊比MIG焊应用更广、发展更快、发展潜力更大，应给予更多的关注；MAG焊（包括脉冲MAG焊）可以选用的熔滴过渡形式较多，应注意熔滴过渡形式对MAG焊是工艺的一个重要问题。脉冲MIG、MAG焊的参数较复杂，注意紧紧抓住“四个基本参数”。可通过练习制订相应的焊接工艺等实践环节来培养和提高工艺能力和经验。,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。,定义：MIG焊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。,第一节MIG焊的特点及应用,一、MIG/MAG焊的原理、特点及应用,1.MIG/MAG焊的原理,以惰性气体或混合气体作为保护气体，采用与母材相近材质的焊丝作为电极，焊丝熔化后形成熔滴过渡到熔池中，与熔化的母材共同形成焊缝。MIG/MAG属于GMAWMIG（Ar，He）MAG（ArO2、ArCO2）,2.MIG/MAG焊的特点,惰性气体保护，焊缝纯净度高，力学性能好；电弧燃烧稳定；熔滴细小，过渡稳定；飞溅小。与TIG焊比：生产效率高；焊接板厚比TIG焊大，焊接电流大，焊接热输入大，熔深大与SAW埋弧焊比：焊缝的H低，抗冷裂能力高与CO2焊比：成本高,3.MIG/MAG焊的应用,材料：50年代初应用于铝及铝合金，以后扩展到铜及铜合金的焊接实际上适用于几乎所有的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）厚度：厚、薄均可（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，如铝罐等。,MIG/MAG焊的应用,4.MIG/MAG焊的对比,MIG以Ar或He作为保护气体MAG在Ar或He中加入活性气体，如O2，CO2MAG焊在电弧形态、熔滴过渡、电弧特性等方面与氩弧相似，活性气体的量一般小于30%可消除指状熔深由于氧化性气体的存在金属的氧化是不可避免的，在选择焊丝时应注意在成分上给与补充。MAG焊主要用于高强钢及高合金钢的焊接。,熔化极气体保护焊机的型号编制请参见GB/T10249-1998电焊机型号编制方法，如：NB-400、NBC-250等,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CO2专用焊机，但一般不做专用于MIG焊的焊机，而是MIG/MAG/CO2焊通用，统称熔化极气体保护焊设备。,第二节MIG焊设备,Fronius，Lincoln，Panasonic，ESBA.,焊接电源：当焊铝时，普通等速送丝系统配恒流源很难顺利实现亚射流过渡，必须要求焊机带有焊接电流与送丝速度同步控制（或自动优化）功能。,焊接设备：,焊接设备：,焊接设备：,供气装置：气瓶、软管、调节器等,送丝机构：（拉丝机构、推丝机构、推拉丝机构）,手枪式焊枪,鹅颈式焊枪,焊枪：有水冷和空冷两种，同等条件下空冷的允许电流小于水冷焊枪许用电流,导电嘴要有良好的导电性、耐磨性、耐热性；一般由铜合金制成；直径为焊丝直径0.2mm注意经常检查更换,二、典型控制电路（略）,AlO2 Al2O3 Fe+CO2 FeO+CO Si+2CO2 SiO2+2CO Mn+CO2 MnO+CO Si+2O SiO2 Mn+O MnOC+O COFe+O FeO,MIG/MAG焊：由于蒸发造成的合金损失,第三节 MIG/MAG焊工艺一、MIG/MAG焊的冶金特点,MIG焊：以Ar或He为保护气体，不与金属发生冶金反应氩气是制氧的副产品，如果氧含量超标会引起氧化反应MAG焊 含有氧化性气体O2，CO2，金属发生氧化反应,二、MIG/MAG焊的熔滴过渡,MIG/MAG焊的熔滴过渡形式主要有：短路过渡，滴状过渡，喷射过渡，亚射流过渡熔滴过渡形式主要取决于电流、电弧长度、极性、气体介质、焊丝材质、直径、伸出长度等参数。,1.影响熔滴过渡的因素,（1）电弧长度的影响：同样在小电流条件下，熔滴过渡可能是颗粒过渡、短路过渡，颗粒过渡需要长电弧，短路过渡需要短电弧。,小于临界电流I1，颗粒过渡，过渡频率低；大于临界电流I1，喷射过渡，过渡频率高。,（2）电流的影响：,焊丝材质：相同条件下钢焊丝的喷射临界电流高于铝焊丝。铝焊丝更容易从滴状过渡变到射滴过渡，而钢焊丝则存在更容易从滴状过渡变到射流过渡。焊丝直径：焊丝直径越小，临界电流越低 伸出长度：伸出长度增加使得电阻热增加，有利于熔滴过渡,影响临界电流的因素,气体介质：在Ar中加入少量的O2，表面张力降低，减小了熔滴过渡阻力，喷射临界电流减小；但是过多的O2会因O2的电离使电弧收缩，临界电流提高；加入CO2使得喷射临界电流提高,（3）电流极性的影响DCRP：跳弧，熔滴根部，形成射流过渡 DCSP：跳弧，焊丝端部，通过熔滴电流减小，电磁力减小，靠重力过渡,大滴状过渡短路过渡射滴过渡 射流过渡 亚射流过渡,福尼斯焊机提供,形成条件：一般是MIG焊铝时出现，电流必须达到射滴过渡临界电流，,射滴过渡是小电流滴状过渡和大电流射流过渡之间的一种过渡形式。,2.射滴过渡,原理：射滴过渡时电弧成钟罩形，弧根面积大，包围整个熔滴，斑点力不仅作用在熔滴底部，同时也作用于熔滴上部，推动熔滴的过渡，由于电流是发散状的，电磁收缩力会形成较强的推力，阻碍熔滴过渡的仅是表面张力，所以熔滴过渡的加速度大于大滴过渡的重力加速度,射滴过渡,射滴过渡,特点：电弧成钟罩形斑点力促进熔滴过渡熔滴小，过渡频率快电流必须达到射滴过渡临界电流,3.射流过渡,形成条件：钢焊丝MIG焊时出现，直流反极性接法，高弧压（长弧）外，焊接电流大于某一临界值。,射流过渡,原理：首先跳弧。跳弧后第一个较大的熔滴脱落，电弧成锥状，很容易形成等离子流，使液态金属熔滴成铅笔尖状，直径很小，熔滴的表面张力很小，再加上等离子流的作用细小的熔滴以很快的速度一个一个过渡，形成射流过渡。,射流过渡,特点：钢焊丝MIG焊电弧成锥形有射流过渡临界电流。斑点力、等离子流力促进熔滴过渡熔滴小，过渡频率快射流过渡熔透能力高，可能产生指状熔深问题,4.亚射流过渡,焊缝起皱的问题：铝等有色金属及其合金焊接电流远大于射流过渡临界电流焊接区保护不良阴极斑点游动到弧坑底部并稳定存在 结果：弧坑底部受到强大电弧力作用，将被猛烈地“挖掘”而溅出，并产生严重的氧化和氮化，这些金属溅落在近缝区及表面，造成焊缝金属熔合不良和表面粗糙起皱，并覆盖有一层黑色粉末，即为焊缝起皱现象。,亚射流过渡,防止措施：加强保护，增大气流量减小电流、采用亚射流过渡,亚射流过渡：介于短路过渡与射滴过渡之间的亚射滴过渡,形成条件：铝合金焊接，短弧，直流反极性接法，焊接电流大于某一临界值。,原理：弧长比较短，熔滴形成、长大，在电磁收缩力的作用下形成颈缩，在以射滴过渡形式脱离之前，熔滴与熔池短路，电弧熄灭，在电磁收缩力和表面张力的共同作用下细颈破断，电弧重新引燃，完成过渡。,铝及其合金焊丝MIG焊电弧成碟状，阴极清理区大电弧短，28mm介于短路过渡与射滴过渡之间电弧的固有调节作用强烈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无焊缝起皱与短路过渡的区别：先有颈缩后短路，且短路时间短，短路电流小与射滴过渡的区别：有短路现象,特点,特点,5.旋转射流过渡,形成条件：钢焊丝MIG焊时，如果伸出长度较长，或焊接电流远大于射流临界电流，液态金属长度增加，射流过渡的细滴高速喷出产生较大的反作用力，一旦偏离轴线将产生旋转射流过渡。,特点：,钢焊丝MIG焊伸出长度较长或焊接电流远大于射流临界电流焊缝不均匀电弧不稳定飞溅大应用于钢结构的焊接，克服窄间隙焊和角焊缝时侧壁的熔合不良等缺陷,三、MIG/MAG保护气体1.Ar：应符合GB/T4842-1995纯氩的要求比空气重，用于厚度不大的铝、铜（合金）的焊接2.He:应符合GB4844.2-1995纯氦的要求电弧发热量大但比空气轻，价格昂贵，一般不单独使用3.Ar+He:常用于大厚度的铝、铜（合金）的焊接另外，N2对于铜（合金）而言是惰性的，可以用Ar+N2焊接铜（合金）。最后，需要指出的是，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）。,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。,点击此处了解更多混合气体！,四、MIG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、接缝间隙大小、所选熔滴过渡形式等因素来综合考虑确定。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。需要特别指出的是，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。,下面是用冷金属过渡技术以1.2mm的铝焊丝MIG对接焊0.8mm铝板的照片。,焊缝截面,焊缝正面,焊缝背面（实芯焊丝焊接，背面无保护）,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。铝合金MIG焊时各种熔滴过渡的参数区间可参考下图。注意图中电流是连续电流，而脉冲喷射过渡的电流是指它的平均电流。,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。MIG焊时的IU关系可参考右图（板A1-Mg2.5%，焊丝A1-g3.5%）。,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。铝合金对接条件下各种焊接位置的IV关系可参考下图。,5、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。,铝材T形接头MIG焊的焊接工艺参数,a)平焊 b)立焊、横焊、仰焊,五、MAG焊参数选择 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的一些新发展：1、焊（Transferred Ionised Molten Energy）：用四元气体（0.5O2、8CO2、26.5He、65Ar），达到50m/min的送丝速度、450g/min的熔敷率（CO2焊一般为216m/min）、高速双丝MAG焊（已有商品焊机，可进一步提高焊接效率）（点击此处看动画、电弧图象及焊接实例）,i,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。,（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。,第四节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。,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I0，只要脉冲峰值电流大于I0，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焊焊接参数的内容与连续电流的普通MIG焊的大致相同，不同的是，其电流分为四个基本参数：脉冲电流ip、基值电流i0、脉冲（持续）时间tp、基值（持续）时间t0，见图。,脉冲电流 主要决定熔池形状（尤熔深大小）和熔滴过渡形式。基值电流 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 主要影响焊缝热输入和熔池形状（大小）。基值持续时间 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）。,另外，由以上四个基本脉冲参数可以推出其它参数，如周期T=tp+tp、频率=1/T、脉宽比（占空比）=tp/T、幅比=ip/i0等。这些参数都是在表述脉冲工艺时常用到的概念。在此需要特别指出的是，并非所有的焊机其脉冲参数的调节都是调“四个基本参数”，有的可能是调“占空比”或“频率”等。故此要对这些概念及它们之间的关系准确、熟练地掌握。,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ip，也可以通过增加i0，甚至还可以通过增加tp或t0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。建议参考有关手册的经验数据，然后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。,关于“一脉一滴”：所谓一脉一滴，即一个脉冲过渡一个熔滴，这样的熔滴过渡，对焊接的控制（包括焊缝成形和热输入）最精准，是焊接所追求的。但如果焊机没有相应的智能化的数字控制环节，仅靠人工调节焊接参数，是很难获得一脉一滴的。,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。,本章结束谢谢观看,