MIGMAG焊工艺及设备.docx

1、MIGMAG焊工艺及设备MIG/MAG焊工艺及设备什么是熔化极气体保护焊？它有哪些类型？使用熔化电极，以外加气体作为电弧介质，并保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法，称为熔化极气体保护电弧焊。根据焊丝材料和保护气体的不同，可将其分为以下几种方法，如图3-1所示。按焊丝分类可分为实芯焊丝焊接和药芯焊丝焊接。用实芯焊丝的隋性气体（Ar或He）保护电弧焊法称为熔化极隋性气体保护焊，简称MIG焊（Metal Inert Gas Arc Welding）；用实芯焊丝的富氩混合气体保护电弧焊，简称MAG焊（Metal Active Gas Arc Welding）。用实芯焊丝的CO2气体保护

2、电弧焊（包括用纯CO2或CO2+O2混合气体）简称CO2焊。用药芯焊丝时，可以用CO2或CO2+Ar混合气体作为保护气体的电弧焊称为药芯焊丝气体保护焊。还可以不加保护气体，这种方法称为自保护电弧焊。如何选用熔化极气体保护焊的保护气体？保护气体的选择主要根据保护气体的作用来决定。主要考虑它的冶金特点、熔滴过渡和焊缝成形等特点。可以采用单一气体，还可以采用二元或多元气体。显然采用单一气体比较简单，如：Ar、He或CO2气。对于铝、镁和钛及其合金等活泼金属，只能选择惰性气体如Ar或He。对于黑色金属，常常采用价廉的活性气体CO2气。但是，上述选择仅仅满足了冶金要求，而考虑到熔滴过渡特点或焊缝成形的要

3、求，往往采用多元气体，如Ar+He二元气体，可以比纯Ar保护提高热输入，能用于焊厚板。Ar+CO2或Ar+O2二元气体，能改善钢液的流动性，可以改善焊缝成形和熔滴过渡。为进一步改善焊接工艺性，焊钢时还采用三元或四元气体，如Ar+CO2+O2三元气体，又如采用Ar+He+CO2+O2四元气体可以作为高熔敷率保护气体（即TIME气体）。根据不同的母材和板厚，保护气体往往有多种选择，请详见表1-11、表1-12和表1-13。附： 表1-11 喷射过渡时保护气体的选择母 材保护气体优 点铝Ar025mm厚，电弧与熔滴过渡稳定，飞溅小35%Ar+65%He 2575mm厚，比纯的Ar热输入高25%Ar+

4、75%He 75mm厚，热输入更高，气孔少镁Ar 极好的清理作用碳钢Ar+（3%5%）O2 电弧稳定，熔池流动性好，焊缝成形好，不咬边，可以比纯Ar保护时的焊速更高Ar+（15%20%）CO2Ar+15%CO25%O2 电弧稳定，焊缝成形好，可以提高焊速CO2 价格低廉，焊接速度高低合金钢Ar+2%O2 消除咬边，焊缝韧性良好不锈钢Ar+1%O2 改善电弧稳定，改善熔池的流动性，熔池易控制，咬边小Ar+2%O2 较好的电弧稳定性和熔池的流动性、不易咬边、可以比1%O2时的焊速更高铜、镍及其合金Ar 良好的润湿性，增加熔池金属的流动性（对于厚度小于3mm的不锈钢）Ar+He （50%70%）He

5、的混合气体的热输入较高，宜焊接厚工件钛Ar 良好的电弧稳定性，焊接污染小，应用惰性气体保护焊缝背面，以防止空气污染附： 表1-12 短路过渡时保护气体的选择母 材保护气体（体积分数）优 点碳钢Ar+（20%25%）CO2 3mm工件，最小的飞溅，焊缝外观整洁，在立焊和仰焊时能很好的控制熔池CO2 较大的熔深，较高的焊速、有飞溅不锈钢90%He+7.5%Ar+2.5%CO2 对腐蚀电阻无影响，热影响区小，不咬边，变形小低合金钢（60%70%）He+（25%35%）Ar+（4%5%）CO2 氧化性弱，良好的韧性，电弧稳定，润湿性好，焊缝成形好，飞溅少75%Ar+（20%25%）CO2 满意的韧性，

6、良好的稳弧性、润湿性，焊缝成形好，飞溅少铝、铜、镁、镍及其合金Ar 适于薄工件Ar+He 适于厚工件附： 表1-13 熔化极气体保护焊的保护气体分类表分 类保护气组元数成分（体积分数，%）保护气体的类型熔敷金属中氧的质量分数焊丝中w（O）=2%主分类细分类氧化性的惰性的还原性的HCO2O2ArHeI1234112210025758595100余量余量惰性惰性惰性还原性0.020.020.020.02M112322325251313余量余量余量轻氧化性0.05C1212100余量30MIG/MAG焊各种金属时，应如何选择保护气体？根据保护气体的氧化性强弱和基体金属的冶金性能，来选择合适的保护气体

7、，如表3-1所示（参考表1-13）。表3-1 MIG/MAG焊保护气体与基本金属的选配金属保护气体铝I1、I2、I3镁I1钛I1铜、镍I1碳钢M1.11.3、M2.12.3、M3.13.3、C低合金钢M1.11.3、M2.12.3、M3.13.3、C不锈钢M1.1、M2.3、M3.3与CO2焊相比，MIG/MAG电弧焊有何优点？MIG/MAG焊是以惰性气体保护或以富氩气体保护的弧焊方法。而CO2保护焊却具有强烈的氧化性。这就决定了二者的区别和特点。MIG/MAG焊的主要优点如下：1）在氩或富氩气体保护下的焊接电弧稳定。不但射滴过渡与射流过渡时电弧稳定，而且在小电流MAG焊的短路过渡情况下，电弧

8、对熔滴的排斥作用较小，从而保证了MIG/MAG焊短路过渡的飞溅量减少50%以上。2）由于MIG/MAG焊熔滴过渡均匀和稳定，所以焊缝成形均匀、美观。3）电弧气氛的氧化性很弱，甚至无氧化性，MIG/MAG焊不但可以焊接碳钢、高合金钢，而且还可以焊接许多活泼金属及其合金，如：铝及铝合金、镁及镁合金等。4）大大地提高了焊接工艺性和焊接效率。MIG/MAG焊的冶金特点如何？惰性气体（Ar或He）是元素周期表中的0族元素，既不与高温的液体金属发生化学反应也不溶解于金属中。在焊接时它能屏蔽电弧与熔池周围的空气而起到保护作用。所以适合于焊接铝、镁和不锈钢等金属。因MIG焊是利用纯氩或纯氦作为保护气体，所以冶

9、金反应比较单纯，在理想情况下基本金属和焊丝中所含有的各种元素几乎不烧损，但是实际上合金元素总要减少，主要原因如下：1）合金元素的蒸发。在电弧空间和电极斑点处的温度高达几千度，甚至近万度，超过了被焊金属本身和合金元素的沸点。所以能使沸点低而在液体金属中饱和蒸气压高的合金元素蒸发，如Al-Mg合金、Cu-Zn合金和Fe-Mn合金中的Mg、Zn、Mn三种元素是极易蒸发的。2）气体介质的影响。MIG焊中惰性气体的纯度和MAG焊中的氧化性气体，都与熔化的基体金属和焊丝金属发生化学反应。例如，一般工业用氩气是制氧的副产品，虽经提纯，氩中仍含有微量的氧、氮和水分等。它们将与金属发生冶金反应。焊接不锈钢和碳钢

10、时多采用MAG焊，这时保护气体中的氧化性气体有O2和CO2等，它将烧掉一些金属中的合金元素，如Zr、Ti、Al和Cr、Si、Mn等。MIG/MAG焊应怎样选择电流极性？通常MIG焊应采用直流电源。因为交流电源将破坏电弧稳定性，在电流过零时，电弧难以再引燃。大家知道，直流焊接时，电流极性有两种接法，直流正极性接法和直流反极性接法。直流正极性接法是指电极为阴极和工件为阳极；直流反极性接法则恰好相反。MIG/MAG焊多采用直流反极性。主要原因如下：1）电弧稳定。因阳极斑点牢固地出现在焊丝端头，使得电弧不发生飘移。相反，采用直流正极性接法时，焊丝为阴极，因阴极斑点总是寻找氧化膜，所以阴极斑点不断地沿焊

11、丝上、下飘移，移动最大可以达到2030mm，从而破坏了电弧的稳定性。2）在焊缝附近产生阴极破碎作用。因工件为阴极，所以在焊缝附近的金属氧化膜能被阴极破碎作用而去除。这正适合于焊接铝、镁及其合金。3）焊缝成形美观。焊缝表面平坦、均匀而熔深为指状。相反，直流正极性时，由于焊丝熔化速度大大加快，使得焊缝的余高增大。MIG焊铝及铝合金工艺特点是什么？铝及铝合金比较活泼，与氧的亲合力很大，极易与氧结合而生成Al2O3，其熔点为2050，大约为铝的熔点的3倍。另外，在室温下铝表面形成一层牢固而致密的氧化膜。这层氧化膜是不利于焊接的，妨碍接头的结合。为此必须排除氧的影响，首先，MIG焊的保护气体，必须是惰性

12、气体，可以应用纯氩或Al+He混合气体，不得混入氧化性气体（O2或CO2）。其次，应采用直流反极性（DCRP），使工件为阴极，依靠阴极破碎作用将焊缝及其附近的金属氧化膜（Ar2O3薄膜）在焊接过程中去除，同时还能保证熔滴过渡稳定。再次，MIG焊铝时，电弧温度较高（尤其在大电流时），电弧中充满金属蒸气，当该蒸气失去气体保护时，与空气中的氧相作用生成Ar2O3等氧化物，在近缝区，甚至在焊缝表面上将形成黑粉。试验表明，采用脉冲MIG焊，可以大大减少黑粉。熔滴和熔池在液态下极易吸潮而生成气孔。所以焊前应仔细清理焊丝与材料表面，同时应注意保护气体的纯度。因铝及铝合金导热快和热膨胀系数大，使得焊接变形大，

13、易产生未熔合及未焊透。而MIG焊时，恰恰热量比较集中，因此比较适于焊铝。但是焊接大厚度工件时，为了减少变形，应采取预热措施，一般应在夹具中焊接。试述MIG焊铝时，焊缝产生起皱现象的原因及防止措施。大电流熔化极惰性气体保护焊铝或铜时，如果阴极斑点进入熔池之中，且焊接电流超过某一定值，则在电弧力的作用下，熔池液态金属被猛烈地挖掘搅动，并卷进空气，使焊缝金属氧化，形成粗糙皱纹的现象称为起皱现象，如图3-2所示。防止起皱现象的措施从下面3方面着手，一为采用双层喷嘴，加强保护效果，屏蔽风的侵入。二为使用大直径焊丝而减小电弧力。三为采用恒流源而减少电流的变化和电弧力。MIG焊铝前，怎样清洗母材和焊丝？铝及

14、铝合金焊件在焊前应对其表面进行清理。目的是去除氧化膜和油污，以防止在焊缝中产生气孔和夹渣。生产中常用的清理方法有清理油污和去氧化膜两道工序。1、油污的清理对工件表面的油污，可以用汽油、四氯化碳、三氯乙烯和丙酮等擦拭，擦拭时宜采用清洁白布蘸上溶剂清理，注意不得用棉纱。2、氧化膜的清理表面氧化膜利用上述溶剂清理是无效的，只能采用化学清洗和机械清理。化学清洗是使用碱和酸清洗工件表面，该法既可去除氧化膜，还可以除油污，具体工艺过程如下：体积分数为6%10%的氢氧化钠溶液，在70左右浸泡0.5min水洗体积分数为15%的硝酸在常温下浸泡1min进行中和处理水洗温水洗干燥。洗好后的表面为无光泽的银白色。机

15、械清理可以采用风动或电动铣刀，还可以采用刮刀、锉刀等工具。对于较薄的氧化膜也可采用不锈钢丝刷或细钢丝刷子刷，直到露出金属光泽。清理后最好立即施焊，如是停放时间超过4h，应重新清理。对于焊丝清理更为重要。焊丝的供应状态应是清理干净和经光亮处理的盘丝焊丝，通常采用塑料袋密封包装。每当开封后应尽快用完。否则污染的焊丝难以再用。试述MIG焊铝及铝合金的焊接参数与熔滴过渡。MIG焊铝及铝合金的焊接参数与溶滴过渡的选用依据是焊件的厚度和空间位置等因素。MIG焊铝可以选用的熔滴过渡形式有短路过渡、交流脉冲MIG焊喷射过渡、脉冲喷射过渡、一般喷射过渡和大电流喷射过渡等。这些熔滴过渡与焊丝直径、焊接电流的关系如

16、图3-3所示。短路过渡主要用于细丝（焊丝直径为0.6mm、0.8mm、1.0mm），因送丝困难，所以总是使用拉线枪施焊。将焊丝装入0.30.5的小型焊丝盘中，可以焊接0.81.2mm的薄铝板。能用于焊接对接与角接接头的平焊与全位置焊缝。因送丝难度较大，所以一般不用短路过渡形式。交流脉冲MIG焊是近几年最新研究成功的焊接方法，电源的电路图如图3-4，电流波形如图3-5所示。IENTEN在一个交流脉冲的反极性时过渡一个熔滴，通过改变EN（电极为负）比例（EN比例=100%） IEPTEP+TEN就能调节熔深和熔宽，由图3-6可见，随EN比例的提高，熔深变浅，熔宽变窄。 这种产生方法可用于焊接薄板和

17、不同厚度工件的搭接接头。脉冲射流过渡通常是指直流脉冲射流过渡，一个脉冲过渡一个熔滴。这种方法适合射流过渡临界电流以下的小电流，如图3-7所示。最小电流达到50A（1.2mm）、70A（1.6mm）和100A（2.4mm）。这时熔滴过渡十分稳定，基本无飞溅。在小电流条件下，可以焊接薄板和空间焊缝。典型焊接参数见表3-2所示。表3-2 铝合金MIG脉冲焊参数母材与坡口板厚/mm焊接位置焊丝直径/mm焊接电流Iw/A电弧电压Ua/V焊接速度w/(cm/min)保护气体流量q/(L/min)平均电流Iav/A工业纯铝对接3平焊纯铝1.6120216020503立焊纯铝1.6120216020503仰焊

18、纯铝1.612021702050铝镁合金对接3平焊铝镁1.6120206020603立焊铝镁1.6110196020603仰焊名镁1.612019702060铝镁合金角接3平焊铝镁1.6130216020603平焊铝镁1.6130216020603平焊铝镁1.6190245020606立焊铝镁1.61902450206012平焊铝镁1.62802840256012立焊铝镁1.624024402560一般射流过渡大都使用亚射流过渡焊接参数。电流较小时为大滴过渡，电流与熔滴过渡都不稳定。只有在焊接电流大于临界电流时，才能成为射流过渡。射流过渡临界电流如图3-8所示。焊接参数如表3-3、表3-4所示

19、。大电流射流过渡MIG焊，主要用于焊接厚铝板，由于使用大电流射流过渡易产生起皱缺陷，所以这时应该使用较大的焊丝直径（3.56.4mm）和双层气流保护。这样可以提高起皱临界电流，如图3-3所示。可见，粗焊丝MIG焊的焊接电流可以达到8001000A。焊丝直径越大，焊接电流越大，则焊缝的熔深也越大，焊接效率也越高。双丝脉冲喷射过渡是一种高效焊接法，可以焊接铝及铝合金等金属材料。主要采用TANDEM双丝焊接系统，两根焊丝由两台电源单独供电，由两台送丝机分别通过两个相互绝缘的导电嘴送丝，两个电弧在同一个熔池中燃烧。两台电源都提供脉冲电流，两者的脉冲频率相同，但相位相反，如图3-9所示。采用双丝焊接23

20、mm薄板，焊速可达6m/min；焊接8mm以上中、厚板，熔敷效率可达24kg/h。典型焊接参数为：板厚2.0mm的铝合金工件，搭接，焊丝直径为1.0mm+1.0mm，焊速为1.3m/min。MAG焊低碳钢和低合金钢时，为什么要在氩中加入少量的氧化性气体（O2或CO2）？低碳钢和低合金钢通常不能采用纯氩气体保护，一般都要在氩中加入少量氧化性气体（O2或CO2），所以称为熔化极活性气体保护电弧焊（MAG焊）。使用纯氩保护时，焊接电弧不稳定，焊道成形不好，易生成气孔。这是因为纯氩保护时，阴极斑点不稳和熔池中的铁水流动性不良。根据熔滴过渡形式的不同，可以采用二元混合气体（Ar+O2和Ar+CO2），还

21、可以采用三元混合气体（Ar+CO2+O2）。MAG焊低碳钢时如何选用焊丝？已经知道CO2焊时使用H08Mn2SiA焊丝，而MAG焊时为富氩气体保护，氧化性比CO2气体弱得多。如果仍使用H08Mn2SiA焊丝时，由于还原性过强，将提高焊缝中的合金元素含量，同时使焊缝的力学性能变差。所以应该使用低硅、低锰焊丝，如国产实芯焊丝ER50-3。在实际生产中，MAG焊钢主要应用哪几种熔滴过渡形式？实际生产中，MAG焊可以使用不同配比的Ar+CO2混合气体，但常用的是80%Ar+20%CO2混合气体。当使用该混合气体时，根据使用焊接参数的不同，可用的熔滴过渡的主要形式有4种，如图3-10所示，它们是短路过渡

22、、射流过渡、脉冲射流过渡和大电流射流过渡（细丝时为旋转射流过渡）。短路过渡是在低电压和小电流时用于焊接薄件和全位置焊缝，主要用于碳钢。射流过渡常常是在较大电流时，焊接过程稳定，焊缝成形良好，但是由于指状熔深而影响其应用。脉冲射流过渡是种利用脉冲电流进行焊接的方法，主要用于低于射流过渡临界电流以下至60A左右的电流范围内，焊接过程稳定，焊缝呈圆弧状熔深。大电流射流过渡是指用较粗焊丝，在较大电流（500800条件下，用于焊接厚板，效率高和质量好。此外，在细焊丝大电流时，如用SG-2，1.2mm的焊丝，当焊接电流大于400A以上时，能够出现旋转射流过渡。通常旋转射流有将熔滴从焊丝端头抛向周围而成为很

23、大的飞溅，这种熔滴过渡形式是不宜应用的。近来，为了提高焊接效率，采用TIME气体（一种四元气体）保护，可以实现无飞溅的旋转射流过渡。试述MAG焊短路过渡法焊钢的特点。小电流MAG焊在电压较高时呈大滴过渡，焊接过程不稳定，焊缝成形不良，当把电弧电压降低就转变为短路过渡，焊接过程十分稳定。适合焊接薄板和全位置焊，广泛用于汽车、摩托车、车辆和家电等行业，是应用最广泛的MAG焊方法。在我国CO2焊短路过渡法应用较多，而在低合金高强度钢和对工件表面要求较高时，使用MAG焊更适合，其主要特点如下：1）Ar+CO2混合气体在不同配比时电弧稳定性不同。纯氩时电弧最不稳定，在（CO2）=15%30%时，电弧稳定

24、性较好；CO2含量更高时，电弧稳定性变差些。2）电弧电压对短路过渡频率的影响很大。不同配比情况下，短路过渡频率在某一电弧电压下均有最大值，如图3-11所示。对于80%Ar+20%CO2混合气体150A的情况，电压22V左右其短路频率为最大值。3）混合气体配比不同时将影响短路过渡频率。通常随着焊接电流的增加，短路过渡频率的峰值向富Ar气体方面移动，如图3-11所示。4）焊缝熔深与表面粗糙度。图3-12为焊接电流150A时，CO2+Ar的配比与焊缝成形的关系。富Ar时，熔透率小，熔宽W窄。焊缝断面呈指状熔深。随着CO2含量的增高，熔透率和熔宽W增大，焊缝成形逐渐变成圆弧状。焊缝表面粗糙度在纯Ar时

25、最粗糙。当加（CO2）=15%的CO2后，表面粗糙度显著降低；80%Ar+20%CO2时最低。进一步提高CO2含量，则焊缝表面又变得粗糙。5）富Ar气体的焊接飞溅明显减少，如图3-13所示。6）焊缝的力学性能。CO2+Ar混合气的配比对拉伸性能影响不大，而对冲击性能影响较明显，通常富Ar气体保护焊的冲击性能较好，而CO2焊的冲击性能较差。试述MAG焊喷射过渡法焊钢的特点。MAG焊射流过渡焊接钢材是一种比较常用的焊接方法。在电流较小时呈大滴过渡，只有当焊接电流超过临界电流时，才能实现喷射过渡。临界电流的高低，决定于焊丝直径、保护气体种类、焊丝的化学成分以及焊丝伸出长度等因素。随着焊丝的化学成分以

26、及焊丝伸出长度、焊丝直径的增加，临界电流也增大，如Ar+2%O2混合气体中，0.8mm的焊丝，临界电流为150A；1.2mm时为230A；1.6mm时为265A。保护气体种类对临界电流的影响很大，对于Ar+CO2混合气体，随CO2含量的增加临界电流也增大，如1.2mm焊丝，纯Ar为22A；Ar+20%CO2为320A；Ar+25%CO2时又增加到360A；Ar+30%CO2时，临界电流大于400A，这时已难以形成稳定的射流过渡，所以通常规定（CO2）不能超过30%。焊丝伸出长度在半自动焊中是一个经常变化的因素，伸出长度越大则临界电流减小，所以焊丝伸出长度变化较大时常常影响熔滴过渡的稳定性。为了

27、保持稳定的喷射过渡，实际焊接电流应比临界电流大3050A。另一方面，喷射过渡的上限电流不得超过旋转喷射过渡临界值。这样一来，喷射过渡电流总是在一定的电流范围内选用，如表3-5所示。喷射过渡的主要特点是在锥状电弧笼罩下焊丝端头呈铅笔尖状。在铅笔尖状的焊丝端头沿焊丝轴向喷出连续的液滴，该液滴尺寸细小，一般只有焊丝直径的1/31/5。由于细小的熔滴通过高温的电弧，使得熔滴过热而大量蒸发。同时对熔池中心施以集中的热和力的作用，而形成指状熔深，这是不利的。因为射流过渡电流较大，常用于平焊、横焊和立向下焊，而不宜用于仰焊和立向上焊等空间位置焊缝。试述脉冲MAG焊喷射过渡焊钢的特点。在MAG焊喷射过渡临界电

28、流以下的小电流区间，除应用短路过渡而外，在非短路过渡状态下，熔滴呈大滴过渡，焊接过程不稳定。如果应用脉冲电流MAG焊时，就可以得到稳定的熔滴过渡过程。脉冲焊的主要参数如图3-14所示。主要参数如下：熔化极脉冲MAG焊的熔滴过渡形式有3种，有几个脉冲一滴、一个脉冲一滴和一个脉冲多滴，如图3-15所示。在脉冲MAG焊钢时，以一脉一滴（1/1）的熔滴过渡形式最合理。由图可见，它处于中间区域。当IP和tP均较小时，为几脉一滴，呈大滴过渡特点。相反，当IP和tP均较大时，为一脉多滴，除第一个为较大熔滴而外，随后的形态类似于射流过渡。如何保证一脉一滴呢？由图3-15可见，在几脉一滴与一脉一滴的边界线遵循着下式规律： Inptp = C式中 C常数； n自然数。IP与tP呈双曲线关系。当tp较小时，IP应大一些。相反，当tp较大时，IP应较小。也就是应保证每个脉冲的能量能熔化一个熔滴。因此，为实现一个脉冲过渡一个熔滴，就是保证每个脉冲的Ip与tp恒定不变（tp单元脉冲恒定）。实际上现在市售焊机也是按此原则设计的。因为熔滴尺寸与脉冲频率基本无关，所以平均焊接电流的大小与脉冲频率成正比，如图3-16所示。也就是，要求较大的焊接电流时，应采用较高的脉冲频率，反之亦然。熔