1、熔化极气体保护焊2. 1熔化极气体保护焊方法的原理熔化极气体保护焊（英文简称GMAW）采用可熔化的焊丝与被焊工件之间的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属，并向焊接区输送保护气体，使电弧、熔化的焊丝、熔池及附近的母材金属免受周围空气的有害作用。连续送进的焊丝金属不断熔化并过度到熔池，与熔化的母材金属融合形成焊缝金属，从而使工件相互连接起来，如图2.1所示。图2.1 熔化极气体保护焊的工作原理2. 2熔化极气体保护焊的分类 熔化极气体保护焊根据保护气体的种类不同可分为：熔化极惰性气体保护焊（英文简称MIG）、熔化极氧化性混合气体保护焊（英文简称MAG）和CO2气体保护电弧焊三种。1. 熔化极惰性气体
2、保护焊（MIG）：保护气体采用氩气、氦气或氩气与氦气的混合气体，它们不与液态金属发生冶金反应，只起保护焊接区使之与空气隔离的作用。因此电弧燃烧稳定，熔滴过度平稳、安定，无激烈飞溅。这种方法特别适用于铝、铜、钛等有色金属的焊接。2. 熔化极氧化性混合气体保护焊（MAG）：保护气体由惰性气体和少量氧化性气体混合而成。由于保护气体具有氧化性，常用于黑色金属的焊接。在惰性气体中混入少量氧化性气体的目的是在基本不改变惰性气体电弧特性的条件下，进一步提高电弧的稳定性，改善焊缝成型，降低电弧辐射强度。3. 二氧化碳气体保护电弧焊（CO2）：保护气体是CO2，有时采用CO2+O2的混合气体。由于保护气体的价格
3、低廉，采用短路过度时焊缝成型良好，加上使用含脱氧剂的焊丝可获得无内部焊接缺陷的高质量焊接接头，因此这种方法已成为黑色金属材料的最重要的焊接方法之一。2. 3熔化极气体保护焊设备的主要构成 熔化极气体保护焊设备主要由下部分构成：1. 焊接电源及控制装置2. 送丝装置3. 焊枪4. 气体流量调整器5. 连接电缆和软管 其中，控制装置和焊接电源一般是做成一体的。2.3.1焊接电源有关焊接电源的内容将在下面各种焊接方法中分别介绍。2.3.2送丝装置送丝装置由下列部分构成:1. 焊丝送进电机2. 保护气体开关电磁阀3. 送丝滚轮 焊丝供给装置是专门向焊枪供给焊丝的，在机器人焊接中主要采用推丝式单滚轮送丝
4、方式。即在焊丝绕线架一侧设置传送焊丝滚轮，然后通过导管向焊枪传送焊丝。在铝合金的MIG焊接中，由于焊丝比较柔软，所以在开始焊接时或焊接过程中焊丝在滚轮处会发生扭曲现象,为了克服这一难点,采取了各种措施。2.3.3 焊枪熔化极气体保护电弧焊焊枪大致有空冷式和水冷式两种形式，空冷式焊枪一般用于中小焊接电流，水冷式焊枪用于大电流焊接。MIG焊枪与CO2/MAG焊枪形状相似，但有以下的差异：1.为了无故障地传送比较柔软的铝焊丝，有专用铝焊接MIG焊枪。2.为了顺利地传送如不锈钢、镍合金、高强度钢等硬质材质的焊丝，有专用焊接合金的MIG焊枪。总之，对应不同的使用目的和不同用途，其焊枪的结构也不同。2.
5、3.4气体流量调整器 气体流量调整器安装在气瓶出口处，设定焊接时所必须的气体流量，气体流量调整器包括用以降低气瓶内高压的“压力调整器”和读取气体流量的“流量计”等。小型CO2气体流量调整器中，由于气路不会结冰，所以使用非加热式气体流量调整器，而在大型CO2气体流量调整器中，由于能把气瓶内高压减压至0.2Mpa(约2kgf/cm2)，气体的快速膨胀带走热量导致气路结冰，所以在CO2气体流量调整器中要附上加热装置，如图2.4所示。图2.4 CO2气体流量调整器2. 4熔化极气体保护焊的熔滴过渡形式 3.4.1影响熔滴过渡的主要因素影响熔化极气体保护焊的熔滴过渡形式的主要因素有：(1) 电流的大小和
6、种类(2) 焊丝直径(3) 焊丝成分(4) 焊丝干伸长(5) 保护气体的种类3.4.2熔滴过渡形式1.短路过渡熔化极气体保护焊当焊丝较细、电流较小时，熔滴过渡形式一般为短路过渡。只有在焊丝与熔池接触的瞬间，熔滴才过渡到熔池，而在电弧空间则没有熔滴的过渡。熔滴的短路过渡频率一般为20200次/秒，短路过渡时对应的电流和电压波形如图2.5所示。悬挂在焊丝端头的熔滴直接和熔池接触，弧隙短路，焊丝与熔池之间形成液桥，焊接电流提高图2.5（A），（B），（C），（D）。在短路电流产生的电磁力和液态金属的表面张力的作用下，液桥形式缩颈变细，液桥断开，熔滴过渡到熔池，电弧重新引燃图2.5（E），（F）。短路
7、电流的上升速度应足够使焊丝加热和促使熔滴过渡，但又不能太高，以防止由于熔滴的暴断产生飞溅。短路电流的上升速度可以通过调节电源的回路电感来控制。最佳的电感量的设置取决于焊接回路的电阻和焊丝的熔化温度。电弧燃烧后，焊丝端头的熔滴逐渐增大并送进，再次和熔滴接触，开始下一个短路过程图2.5(H)。保护气体的成分对短路过渡的熔滴尺寸及过渡频率有较大的影响，同时影响电弧特性和熔深。CO2与惰性气体相比产生较大的飞溅，但熔深较大。在焊接碳钢和低合金钢时常常采用CO2和Ar的混合气体来降低飞溅和取得较大的熔深。在焊接有色金属时为了提高熔深在Ar气中常加入He气。短路过渡形成的熔池小，冷却速度快，适于薄板的全位
8、置以及根部间隙较大的焊缝的焊接。2.滴状过渡惰性气体保护焊当电流较小时，熔滴的过渡形式为滴状过渡。此时，熔滴的直径大于焊丝的直径，熔滴主要依靠重力过渡到熔池，因此在平焊位置熔滴才能较好地过渡到熔池中。滴状过渡的电弧电压要比短路过渡的电压高，以保证熔滴在与熔池接触之前脱离焊丝端部，但由于电压过高，使得熔深不足，加强高过大，在实际生产中的惰性气体保护焊一般不采用这种过渡形式。在CO2气体保护焊中，当焊接电压和电流大于短路过渡时的电压和电流时，熔滴的过渡为滴状过渡。由于斑点压力的阻碍作用，CO2气体保护焊的滴状过渡是非轴向的，飞溅较大。与短路过渡相比，CO2滴状过渡熔深较大，特别适于碳钢的中、厚板的
9、焊接。3.喷射过渡在纯Ar或富Ar气体中，对于给定的焊丝直径，当焊接电流增大到某一数值时，熔滴即从滴状过渡转变成喷射过渡。这个电流称为临界电流。喷射过渡时，焊丝金属以细滴（小于焊丝直径）沿电弧轴线方向进入熔池，电弧稳定，飞溅极少。喷射过渡临界电流值与液态金属的表面张力有关，与焊丝直径成反比，焊丝的干伸长对其也有一定的影响。它随着焊丝的熔化温度及保护气体成分的变化而变化，表2.1给出了常用焊丝的临界电流值。 表2.1 常用焊丝的临界电流值。焊丝材料焊丝直径（mm）保护气体最小的喷射电流（A）碳钢0.898%Ar+2%O21500.91651.12201.6275不锈钢0.91701.12251.
10、6285铝0.8Ar951.11351.6180无氧铜0.91801.12101.6310硅青铜0.91651.12051.6270喷射过度的熔深较深，呈指状，适于中、厚板的平焊和横焊位置。为了适应薄板及全位置焊接，采用脉冲喷射过渡。脉冲喷射过渡是一种有规律的断续性喷射过渡。焊接电流是脉冲电流，包括恒定的基值电流和脉冲峰值电流两部分，基值电流使焊丝末端预热并局部熔化，但不形成熔滴。脉冲峰值电流作用期间则产生熔滴的喷射过渡。脉冲的幅值和频率决定电弧的能量，通过改变脉冲的幅值和频率就能实现薄板和厚板的全位置焊接。 4.亚射流过渡 铝及其合金的焊接通常采用射滴和短路相混合的过渡形式，这种过渡称为“亚
11、射流过渡”“(mesosprag)”。其特点是弧长较短,电弧电压较低，电弧略带轻微爆破，焊丝端部的熔滴大到大约等于焊丝直径时，便沿电弧线方向一滴一滴过渡到熔池，间有瞬时短路发生。研究指出，在喷射过渡下，常易出现各种缺陷，如熔深呈“指形”，容易产生熔透不良等。此外，在喷射过渡下由于电弧较长，保护效果降低，焊缝起皱及表面易产生黑粉。而采用亚射流过渡，阴极雾化区大，溶池的保护效果好，焊缝成形好，焊接缺陷也较少。在相同的焊接电流下，亚射流过渡的焊丝熔化速度和熔深都较射流过渡大。电弧的固有自调节作用特别强，当弧长受外界干扰而发生变化时，焊丝的熔化速度发生变化较大，促使弧长向消除干扰的方向变化，因而可以迅
12、速恢复到原来的长度。2.5影响焊接结果的工艺参数下面的一些参数影响焊缝的熔深、焊道的几何形状和焊接质量：（1） 焊接电流（送丝速度）（2） 电源极性（3） 电弧电压（电弧长度）（4） 焊接速度（5） 焊丝干伸长（6） 焊枪角度（7） 接头位置（8） 焊丝直径（9） 保护气体的成分和流量2.5.1焊接电流当其它参数不变时，焊接电流随着送丝速度的变化呈非线性变化。在平特性电源中，焊接电流的改变与送丝速度的变化行为相似。各种直径的焊丝当焊接电流较小时二者之间的关系都近似呈线性关系，焊接电流的增加，特别是小直径焊丝，曲线为非线性，随着焊接电流的增加焊丝的熔化速率提高，这主要是焊丝干伸长上的电阻热的贡献
13、。当送丝速度保持不变时，较大的焊丝直径需要较大的焊接电流。焊丝的化学成分对二者之间的关系影响3。不同的焊丝对应不同的曲线位置和斜率，是由于焊丝的熔点和电阻率的不同。焊丝的干伸长对它们的关系也有一定的影响。当其它参数保持不变时，焊接电流的增加对焊缝熔深的影响最为显著，几乎呈正比关系。焊缝宽度、余高等有增加的倾向。焊接电流对熔滴过渡频率和熔滴的体积有较大的影响，随着焊接电流的增大，熔滴过渡频率提高，熔滴体积变小。2.5.2电弧电压（电弧长度）电弧电压和电弧长度通常是可以互换的两个术语，但应该指出它们是不同的。对于G电弧长度是一个独立的参数，而电弧电压除了与电弧长度有关外，还与其它参数有关，如保护气
14、体、焊接方法、甚至焊接电缆。电弧电压是对电弧长度的近似描述，它还应该包括焊丝干伸长上的电压降。电弧电压的设定取决于焊接材料、保护气体和熔滴过渡类型。为了获得最佳的电弧特性和焊道形状，进行工艺试验是非常必要的，因为最佳的电弧电压取决于多种因素, 如金属厚度、接头类型、焊接位置、焊丝直径、保护气体成分和焊接方法等。电弧电压与焊缝形状的关系。电弧电压越高，电弧就越长，焊缝余高越小，焊缝熔宽将增加，熔深略有减小。但电弧电压过大将产生气孔、飞溅和咬边；反之电弧电压越低，则电弧长度越短，焊缝余高越大，熔深将增加，焊缝宽度变窄。但过低的电弧电压会导致焊丝插入熔池。2. 5.3焊接速度当其它条件不变时，合适的
15、焊接速度可以使焊缝熔深取得最大值。当焊接速度降低时，单位长度上填充金属的熔敷量增加。焊接速度如果过慢，电弧将主要作用在熔池上，使得熔深降低，焊缝增宽，而且容易产生烧穿和焊缝组织粗大等焊接缺陷。在焊速较小时，电弧力的作用方向几乎是垂直向下的，随着焊接速度的提高，弧柱后倾有利熔池液态金属在电弧力作用下向尾部流动，使熔池底部暴露，因而有利于熔深的增加，当焊接速度提高到某一数值时焊缝熔深达到最大值。随后随着焊接速度的提高，每单位长度的母材金属从电弧得到的热量逐渐减少，焊缝的熔宽、熔深及余高都将减少。焊接速度过快会引起焊缝两侧咬边。2.5.4极性用“极性”这个术语来描述焊枪与直流电源的连接方法。当直流电
16、源的正极与焊枪相连时（DCEP），称为反极性；当直流电源的负极与焊枪相连时（DCEN），称为正极性。GMAW焊接方法一般使用反极性。因为这种连接方法电弧稳定，熔滴过渡平稳，飞溅少，焊缝成形美观，在较大的电流范围内都能获得较大的熔深。但在堆焊和补焊焊件时，则采用正极性比较合适。因为阴极发热量比较阳极大，焊丝的熔化系数大，约为反极性的1.6倍，金属熔敷效率高，可以提高生产率，由于熔深浅，对保证熔敷金属的性能有利。2. 5.5保护气体的成分及流量保护气体的种类对焊缝成形有较大影响。各种保护气体的特点极其对电弧特性、焊接质量的影响将在下面各种焊接方法中介绍。气体流量的选择与焊接电流、焊接速度、焊丝干伸
17、长以及作业环境等因素有关。一般细丝小规范时，气体流量的范围通常为515l/min，中等规范焊接时约为20l/min，粗丝大规范一般为2550l/min。2. 5.6焊丝直径焊丝直径对焊缝的熔深有较大影响。在相同的焊接规范下，随着焊接直径的减小，焊缝熔深增加。当焊丝干伸长度较大时，焊丝直径对焊丝的熔化速度也有影响，随着焊丝直径的变小，焊丝的熔化速度提高。在选择焊接规范时，一般应根据板厚、坡口形状及焊接位置，选择焊丝直径，然后在确定焊接电流。表2.2为各种直径焊丝的适用范围。 表2.2 各种焊丝直径的适用范围焊丝直径（mm）短路过渡颗粒状过渡焊接电流（A）焊接电压（V）焊接电流（A）焊接电压（V）
18、0.630701719-0.8501001821-1.0701201822-1.290150192316040025381.6140200202420050026402. 5.7焊丝的干伸长焊丝的干伸长是导电嘴的末端到焊丝端部的距离。增加干伸长即增加焊丝的电阻。由于短路过渡焊接所采用的焊丝较细，焊丝干伸长产生的电阻热便成为不可忽略的因素。当其它规范不变时，随着干伸长的增加，焊丝的熔化速度提高，焊接电流和焊缝熔深都有减小的趋势。从保护气体效果看，该距离应尽量短，但由于飞溅容易堵塞喷嘴和难以观察熔池情况，所以还必须保持适当的高度为好。在小电流焊接时（短路过度），焊丝干伸长一般为615mm；大电流焊
19、接时（其它过渡形式），该距离在1525mm之内。总之该距离应随焊接姿势、电弧的稳定性和作业环境的不同进行调整。2. 5.8焊枪的操作 焊枪的操作对焊缝的形状及熔深的影响较大。焊枪操作有两种方法：前进焊和后退焊。前进焊焊枪的指示方向与焊接方向相同，后退焊焊枪的指示方向与焊接方向相反。焊枪操作对焊缝熔宽和熔深的影响。前进焊的特点：熔融金属向前流动，焊道宽、熔深小。后退焊的特点：焊道窄、熔深大；易形成凸形焊缝；电弧稳定；飞溅少；在深坡口内熔渣较多时效果良好。 在焊接中，一般采用前进焊，这种方法不会使空气混入保护气体内，从而获得稳定的电弧，在焊接比较深的焊缝时，为了防止过多的飞溅，有时也采用后退焊。焊
20、枪的前进角保持在1015以内，为了使电弧有较强的硬直性，和增强在焊丝传送方向上的电弧力，如果焊枪过于倾斜的话，在焊枪前进方向上推动熔化金属的力就增大，从而使飞溅增多，出现熔化不好的结果。对于一些材料，如铝焊接时最好采用前进焊，对前面熔融金属有清洁作用，提高润湿性，减少金属氧化物。水平角焊缝焊接时，除了焊枪角度以外，还必须注意焊接的目标位置。在大电流情况下进行焊接时，如图2.20所示，焊枪与垂直板的夹角为3545，让焊枪在水平板上偏离13mm，否则，不仅会使焊缝成形恶化，还会造成垂直板侧的咬边现象。由于水平角焊缝限制焊脚尺寸在89mm之间，所以偏离目标位置的距离为2mm左右，但在利用短路过渡焊接
21、小焊脚的角焊缝中，垂直板与水平板的交点就是目标位置。2. 5.9焊缝位置喷射过渡一般用于平焊和横焊位置，脉冲喷射过渡可用于全位置的焊缝。在立焊和仰焊位置为了克服重力的作用，一般采用较细的焊丝，对于短路过渡和脉冲喷射过渡，直径小于1.2mm的焊丝则较适合全位置焊接。薄板的立焊缝采用向下焊接可取得较好的效果。工件倾斜时，焊缝成形可因焊接方向的不同而有明显的不同。当上坡焊时，熔池液态金属在重力和电弧力的作用下流向熔池尾部，电弧能深入地加热熔池底部的金属，使熔深和余高都增加。同时，熔池前部加热作用减弱，电弧斑点飘动范围减小，熔宽减小。上坡角度越大，影响也越显著。上坡角度（工件与水平面的夹角）大于612
22、时，焊缝就会因余高过大，两侧出现咬边而明显恶化。下坡焊时，情况与上述正好相反，即熔深和余高略有减少，而熔宽将略有增加。因此倾角小于68时可使焊缝表面成形得到改善，如果倾角过大，会导致未焊透和焊缝流溢等缺陷。两种焊接方法的对焊缝成形的影响如图2.21所示。2.6 MIG焊接方法 2.6.1MIG焊接方法的主要特征 1.电弧稳定、飞测少、焊缝外观漂亮。 2.焊丝的熔化速度快、熔化深度大，熔敷效率高，与钨极氩弧焊相比，可大大提高生产效率，尤其适用于中等厚度和大厚度板材的焊接。3.广泛用于铝材、不锈钢、铜合金、合金钢等金属的焊接 4.由于使用了惰性气体，所以能取得不混入杂质的良好的焊缝金属.。 MIG
23、焊接方法的缺点是“有大风存在的地方不能使用”、“气体成本高”等， 这些缺点是气体保护焊接方法的通病，可采取防风对策，MIG焊接方法大多用于有色金属的焊接。2. 6.2MIG焊的熔滴过渡形式表2.3 MIG焊接焊接时的过渡现象与所适用的作业关系焊 机 型 号焊丝直径(mm)过渡 现 象所适用的作业200500A0.91.6射流过渡或亚射流过渡用于中板、厚板焊接(向下、水平角焊接)0.91.2短路过渡用于薄板、中板的全方位焊接200400A脉冲0.9016介于颗粒过渡和射流过渡之间的混合过渡用于薄板、中板的全方位焊接100125A细丝0408短路过渡用于薄板全方位焊接MIG焊中存在的熔滴过渡形式主
24、要有滴状,短路和喷射过渡。滴状过渡使用的电流较小,熔滴直径比焊丝直径大,飞溅较大,焊接过程不稳定,因此在生产中很少采用。短路过渡电弧电压较低,电弧功率比较小,通常仅用于薄板焊接。生产中用的最广泛了是喷射过渡。表2.3列举了MIG焊接时的过渡形式与所适应的作业的关系。 2.6.3MIG焊接材料 1.保护气体主要有Ar、Ar+He、He、N2及Ar+H2，各种气体的适用范围及其特点如表2.4所示。表2.4 不同材料焊接时的保护气体及其适用范围被焊材料保护气体混合比附注铝及铝合金Ar直流反接有阴极破碎作用Ar+He2690%He电弧温度高。适于焊接厚铝板，可增加熔深，减少气孔。随着He的比例增大，有
25、一定飞溅钛、锆及其合金ArAr+HeAr/He 75/25可增加热输入。适于射流电弧、脉冲电弧及短路电弧铜及其合金Ar板厚大于56mm时需预热Ar+HeAr/He 50/50或30/70输入热量比纯Ar大可以减小预热温度N2增大了输入热量，可降低或取消预热温度，但有飞溅及烟雾Ar+N2Ar/N2 80/20输入热量比纯Ar大，但有一定的飞溅不锈钢及高强度钢Ar焊接薄板镍基合金Ar对于射流、脉冲及短路电弧均适用，是焊接镍基合金的主要气体Ar+He加1520%He增加热量输入Ar+H2H26%加H2有利于抑制CO气孔 2.焊丝 MIG焊丝化学成分通常应和母材的成分相近,但有些情况下,为了满意地进行
26、焊接并获得满意的焊缝金属性能,需要采用与母材成分完全不同的焊丝,如焊接高强度铝合金和合金钢的焊丝在成分上通常完全不同于母材,其原因在于某些合金在焊缝金属中将产生不利了冶金反应,从而产生缺陷或显著降低焊缝金属性能。MIG焊丝在使用前必须经过严格的化学或机械清理,清除表面的油脂。2. 6.4脉冲MIG焊接方法2.6.4.1概述 理想的MIG焊接的熔滴过渡形式是射流过渡，但是这种过渡形式需要很大的电流，因而不适宜进行薄板的焊接，此外，短路过渡形式难以焊接铝、铜合金和特殊钢等金属材料，这时使用“脉冲焊接法”是有效的。在脉冲MIG焊接方法中，周期地流过大的脉冲电流(Ip)，利用该电流产生的夹紧力使熔滴部
27、进行过渡，基值电流(IB)使 焊丝端部熔化,脉冲电流使熔滴脱离，如图2.23所示，脉冲焊接方法适用于薄板的焊接、特殊金属的焊接和全位置焊接等。 2.6.4.2脉冲MIG焊接方法(MIGP)的特点 MIGP的峰值电流及熔滴过渡是间歇而又可控的,与连续电流MIG焊相比,在工艺上具有如下特点: 1.具有较宽的电流调节范围 普通的射流过渡和短路过渡焊接,因受熔滴过渡形式的限制,它们所能采用的焊接电流范围都是有限的。而采用脉冲电流后,由于可在平均电流小于临界电流值的条件下获得射流过渡,因而同一种直径焊丝,随着脉冲效率的变化,能在高至几百安培,低至几十安培的电流范围内稳定地进行焊接。所以熔化极脉冲氩弧焊的
28、工作电流范围包括了从短路过渡到射流过渡所有的电流区域,可用于射流过渡和短路过渡所能焊接的一切场合。既能焊接厚板,又能焊接薄板,焊接薄板时,熔透情况较短路过渡焊接好。与钨板氩弧焊焊接薄板相比,生产率高,变形小。 有意义的是可以用粗丝来焊接薄板,采用f1.6mm焊丝,焊铝和不锈钢时,前者只要40A,后者只要90A就可以使电弧稳定燃烧,熔滴成细滴过渡。粗焊丝焊接薄板有如下优点:对于铝等软质焊丝,粗丝送丝容易,且不偏摆,另外焊丝成本低。由于表面积与体积之比减少,从而产生气孔的倾向减少。表一为脉冲氩弧焊焊接不同材料时,出现射流过渡的最小电流值。 2.有利于实现定位焊接 采用脉冲电流后,可用较小的平均电流
29、进行焊接,因而溶池体积小,加上溶滴过渡和金属的加热是间歇性的,所以不发生淌流。 另外,在脉冲峰值电流作用下,熔滴的轴向性相当好,无论在什么位置都能使金属熔滴沿着电弧轴线向熔池过渡,焊缝成形好,飞溅损失小。 3.可有效地控制输入热量,改善接头性能脉冲MIG焊,既可使母材得到较大的熔深,又可控制总的平均焊接电流在较低的水平,对于焊接高强钢以及铝合金等热敏感性材料非常有利,焊缝金属和近缝区金属过热都比较小,从而使焊接接头具有良好的韧性,并减少了产生裂纹的倾向。此外,脉冲电弧具有加强熔池搅拌作用,可以改善溶池冶金性能以及有助于消除气孔等。2. 6.5清除氧化物的作用 在MIG焊接中，当焊丝为阳极时，电
30、弧的阴极点产生在母材表面残存的氧化物处，该阴极斑点的电流密度非常高，表面的氧化物可以被被简单除去。在焊丝的移动过程中不断地除去的氧化物，这就是清除氧化物的作用，该作用在焊接铝金属时，对除去表面比较厚的氧化物是非常重要的工序。在铝金属表面覆盖有熔点极高的厚氧化物层，靠电弧清除该氧化物层不够彻底时，必须在进行焊接前洗净被焊铝材的表面，例如用钢刷进行抛光研磨。 2.6.6MIG焊接电源MIG焊接电源大致可分为直流电源和直流脉冲电源两种，各有所长，对应于不同的用途。2. 6.6.1直流电源 MIG焊接直流电源的静态特性有恒电压特性和恒电流特性两种，一般来说MIG焊接电源使用恒电压特性，当设定了焊接电流
31、后，就以恒定的速度供给焊丝(定速供给)。 1.使用恒电压特性电源实现电弧的自适应控制如图2.25所示，稳定的焊接状态为A0点， 对应交点K0电流I0，电弧长l0，假设由于焊枪的振动，电弧长度变长，于是移动到A1的状态，电弧长l0l1，电弧的发生点移至k1，则电流减至I1，由于电流的减少，所以焊丝的熔化速度下降，而焊丝的供给速度为恒定的，所以电弧自动地返回稳定的A0状态， 相反，若移到A2状态电弧变短时，由于焊接电流增加，会自动地返回稳定状态A0。使用恒电压特性电源，实现了电弧的自适应控制，即使焊枪有振动，也能获得稳定的电弧。 2.利用恒流特性的电源实现电弧的自适应控制 恒电流特性电源的外部特性
32、如图2.26所示，即使输出电压有所变化，而焊接电流能保持恒定，电弧的发生点在电源的外部特性与电弧特性的交点处(图中的l0，l1，l2)，在恒电流特性电源中，不管电弧长度怎么变动，其焊接电流几乎不改变，因此这种电源的特点是能取得均匀的熔化深度，适宜在焊接时使用比较大的电流的厚板MIG焊接。2. 6.6.2直流脉冲电源 脉冲电源用于进行脉冲焊接，正如前面所述的那样，通过使用脉冲焊接电流，即使是小电流也能获得稳定的射流电弧，因此脉冲焊接适用于下述各方面： (1)焊接薄板(使用比较小的电流)(2)焊接特殊金属或不同种类的金属 (3)全方位焊接中、厚板金属，不用担心熔化深度不均匀2.6.7利用逆变控制方
33、式与模糊控制方式的脉冲MIG焊机的特点脉冲MIG焊机，具有高质量和高性能的特点，特别适合焊接铝金属。2. 6.7.1波脉冲焊机的特点波脉冲(wave pulse)法利用逆变原理高速控制输出电流，进行铝金属脉冲MIG焊接,表示波脉冲法的原理。2.6.7.2.模糊控制逆变式脉冲MIG焊机的特点利用模糊控制能简便地设定焊接条件，能监视焊接中的电弧状态，并自动地将其控制在最佳状态，能自动地调整输出电压以保持与输出电流相对应的最佳电弧长度。 这种焊机能自动地监视由于焊接过程中母材的温度、清理作业和保护气体等变化引起的电弧状态，能自动控制该电弧状态经常保持最佳。图2.30表示普通的MIG焊接和模糊控制焊接
34、的熔深剖面，利用模糊控制能得到稳定而又均匀的熔深。 2.6.8常用金属材料的焊接 MIG焊接方法适用于铝、镁、不锈钢、铜与铜合金、镍、钛、铬合金、钼合金等金属的焊接，下面介绍常用的典型金属铝、不锈钢、铜在MIG焊接中的注意事项。 2. 6.8.1铝及其合金的焊接 铝金属的焊接要比钢焊接要困难，这是由下述铝的性质所决定的。熔化温度和热容量铝的散热速度比钢要快四倍，所以局部加热很难，另外熔化温度低(约660)，所以熔化快；1. 氧化膜铝的表面有一层很薄、很密、熔点温度很高(2020)的氧化膜，该氧化膜妨碍与母材的融合，因此在进行焊接前要进行清除氧化膜的作业(预处理)；2. 吸气性铝在熔化时容易吸收
35、氧气等气体，这是焊缝产生气孔的原因，会降低焊缝的强度和耐腐蚀性；3. 热胀冷缩铝的膨胀系数约为钢材的两倍，凝固时容易产生裂纹；4. 热量引起母材性质的改变5. 由于焊接热量的影响，会降低与焊缝相邻接的母材的机械和冶金性能，热量越大,性能的降低程度或范围越显著。 上述内容是进行铝焊接时最基本的特征，因此施工时必须加以注意。此外焊丝对焊接品质和焊缝的各种性质有很大的影响，因此与母材的组合是很重要的。焊丝表面的污垢、附着的水分也是焊缝缺陷(例如气孔)的原因，使用前后要注意处理和保管在干燥场所。 2.6.8.2不锈钢 不锈钢有奥氏体系列、铁素体系列、马氏体系列等，下面介绍其特性及焊接施工时的注意事项。
36、1. 马氏体系列(13Cr等)：有淬火硬化性质，容易产生裂纹，不好焊接，焊接时必须进行充分的预热和后热处理2. 铁素体系列(18Cr)：没有淬火硬化性质，高温时(475左右)会产生粒长大现象3. 奥氏体系列(18Cr8Ni)：焊接性能比上两种要好，高温时会析出铬的碳化物，从而会降低耐腐蚀性和机械强度。 不锈钢的热传导率是低碳钢的1/31/2，热膨胀率大，焊接时容易变形，因此在焊接时尽量少输入热量。另外，或使用夹具，或使用冷却板等都是好方法。 选择焊丝时，原则上是焊丝与母材具有相同的组成部分，但如果考虑焊缝的可焊性和使用性能时，不一定使用相同的成分，总之，选择焊丝的标准由可焊性和使用性能来决定。
37、 MIG焊接不锈钢所使用的保护气体有：“Ar+O2”、“Ar+CO2”、“Ar+O2+CO2” ，使用纯Ar气体时，阴极斑点在母材表面漂移，影响电弧的稳定，焊缝成形也不好。就保护气体的混合比例而言，当Ar+25%O2时能得到稳定的电弧，当Ar+510%CO2时，由于焊缝金属中含碳量增加，最好不要用于超低碳型不锈钢(例如SUS304L)等要求焊接质量高的地方。2. 6.8.3铜与铜合金 1.铜一般所谓的铜有脱氧铜、粗铜、无氧铜等，铜的传导率大约是低碳钢的2.5倍(表2.5)，由于能把电弧热量快速地扩散，使焊缝金属熔化时的流动性很差，产生融合不良。表2.5 各种金属材料的物理性质比较物 理 性 质
38、低 碳 钢铝铜 比重7.82.78.9熔点()15506601080比热(cal/g/)0.110.220.09膨胀系数(10-6/)122416.5热传导率(cal/cm/s/)0.120.370.94 在MIG焊接中，一般用来焊接板厚3mm以上的金属对56mm板厚的金属必须进行预热，预热温度视母材材质而定，差别较大，大概在200700左右，保持气体一般使用Ar气，但在厚板的焊接中使用Ar+He的混合气体能提高焊接效率，此外，粗铜中一般都含有氧气，所以在焊接时容易产生气孔，故在施工前要选好合适的焊丝，并进行清洗等前处理工序。 2.铜合金铜合金有黄铜、青铜、铝青铜、镍青铜 、青铜等，铜合金的热
39、传导率虽然比纯铜要小，但如果要焊接的部分的体积较大时，必须将其预热，由于锌蒸气的影响，黄铜的焊接性能不好，要用青铜焊丝，对于铍青铜要注意在焊接时会产生有毒气体，表2.6列举了焊接铜合金时如何选择焊丝。表2.6 铜和铜合金的焊丝选择碳素钢铝青铜硅青铜黄铜铜铜121213121黄铜122312312硅青铜12233按照AWS规格的焊丝标准1ECu2ECuA1A2铝青铜223ECuSiA 2.6.9典型的MIG焊接工艺参数 2.7 MAG焊接方法 2.7.1概述MAG焊是采用在惰性气体中加入一定量的氧化性气体(活性气体)如Ar+CO2、Ar+O2、Ar+CO2+O2等,作为保护气体的一种熔化极气体保
40、护电弧焊方法。可采用短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行焊接,可用于点焊、立焊、横焊和仰焊以及全位置焊等。尤其适用于碳钢、合金钢和不锈钢等黑色金属材料的焊接。2. 7.2氧化性混合气体的作用 1.提高熔滴过渡的稳定性 钢中的C在焊接过程中与O2或CO2反应生成较大量的CO，促使液体表现活泼地运动，这种运动也将促使电弧空间在较大的长度时方形成短路金属液柱，因此更容易使短路状态破坏立即转变为燃弧，因此对短路过渡电弧的稳定有利。同时加入氧化性气体后，有利于金属熔滴的细化,降低了射流过渡的临界电流。 2.稳定阴极班点,提高电弧燃烧的稳定性 用纯Ar来焊接不锈钢、碳钢等金属时，电弧阴极班点不稳定，产生所
41、谓阴极飘移现象，加入O2或CO2后阴极飘移现象可被消除。 3.改善焊缝熔深形状及外观成形，消除焊接缺陷 用纯Ar焊接不锈钢、低碳钢及低合金钢时，液体金属的粘度及表面张力较大，易产生气孔。焊缝金属润湿性差，焊缝两侧容易形成咬肉等缺陷。由于阻极飘移现象，电弧根部不稳定，会引起焊缝熔深及焊缝成形不规则。另外，纯Ar做保护气体时，焊缝形状为蘑菇形(亦称指形)，这种熔深的根部往往容易产生气孔，对接焊时还容造成焊缝根部熔透不足的缺陷，采用氧化性气体,上述问题都能得到解决。 4.增大电弧热功率 在Ar中加入CO2和O2后，加剧了电弧区的氧化反应，氧化反应放出的这部分热量，可以使母材这部分熔深增加，焊丝的溶化
42、系数提高。CO2气体在电弧中心分解对电弧有冷却作用，使电弧放电温度提高。另外在弧柱高温区分解时吸收了一定的热量在电弧的斑点附近时又重新释放出来。这种物理化学过程,对焊接熔池和焊丝起着一种增大输入热量的作用。因而提高了电弧的热功率，从而增加了母材的熔深和焊丝的熔化速度。5.降低焊接成本2. 7.3常用氧化性气体及其适用的焊接材料 1.Ar+CO2 Ar+CO2混合气体分两种类型。一种为Ar+CO215%，用于焊接不锈钢等高合金钢及级别较高的高强度钢。另一种为Ar+CO220%，用于焊接低碳钢及低合金结构钢。焊接不锈钢时，O2的含量不应超过2%，否则焊缝表面氧化严重,接头质量下降。Ar+20%O2
43、焊接碳素钢和低合金结构钢时，抗氮气孔性能比Ar+20%CO2及纯CO2好，焊缝缺口韧性较Ar+CO2气体焊接的焊缝稍有提高。 2.Ar+CO2 常用的配比为 Ar+CO22030%，用来焊接低碳钢和低合金钢。用Ar+CO2混合气体焊接不锈钢时，CO2的比例不能通过5%。否则，焊缝金属有增碳的可能，从而降低接头的抗腐蚀性能。 3.Ar+CO2+O2据试验，80%Ar+15%CO2+5%O2对于焊接低碳钢、低合金钢是最佳的。无论焊缝成形，接头质量以及金属熔滴过渡和电弧稳定性方面都非常满意。其焊缝断面形状如图所示，比较理想,熔深呈三角形焊接不锈钢及高强钢的常用气体为Ar+CO225%+O2%，但焊缝
44、有增碳现象。表2.7 常用氧化性混合气体的特点及应用范围被焊材料保护气体特点和应用范围碳钢及低合金钢Ar+O2（1%5%）Ar+O2（20%）采用射流过渡，使熔滴细化，降低了射流过渡的临界电流值，提高了熔池的氧化性，提高抗N2气孔的能力，降低焊缝含H2量、含O2量及夹杂物，提高焊缝的塑性及抗冷裂的能力。用于焊缝要求较高的场合。Ar+CO2（2030%）可采用各种过渡形式，飞溅小，电弧稳定，焊缝成型好，有一定的氧化性，克服了单一Ar保护时阴极漂移及金属粘稠的现象，改善蘑菇形熔深，焊缝力学性能优于纯Ar保护Ar+CO2（15%）+O2（5%）可采用各种过渡形式可采用各种过渡形式，飞溅小，电弧稳定，焊缝成型好，有较好的焊接质量，焊缝断面形状及熔深理想。是焊接碳钢及低合金钢的最佳混合气体。不锈钢及高强度钢Ar+O2（12%）提高熔池的氧化性，降低焊缝金属含氢量，增大熔深，成型好，液体金属粘度及表面张力有所降低，不易产生气孔及咬边，克服阴极漂移现象。Ar+CO2（5%）+O2（%）提高了氧化性，熔深大，焊缝成型较好，但焊缝可能有少量增碳。铝极其合金Ar+CO2（2%）可简化焊前清理工作，电弧稳定，飞溅小抗气孔能力强，焊缝力学性能较高。 2.7.4常用的焊接规范2.8 CO2焊接方法2. 8.1CO2电弧焊特点
