焊工工艺学 教学课件 ppt 作者 王滨涛 1_第七章　气体保护电弧焊

1、焊 工 工 艺 学,HG3,第七章 气体保护电弧焊,1.了解气体保护焊的特点及应用。 2.掌握氩弧焊的基本知识。 3.掌握CO2气体保护焊的基本知识。,HG3,第一节 气体保护电弧焊的原理及特点,1.气体保护焊的原理,图7-1 气体保护焊示意图,(1)根据所用电极不同分 可分为钨极惰性气体保护焊和熔化极气体保护焊。 (2)根据保护气体种类分 可分为氩弧焊、氦弧焊、原子氢焊、CO2气体保护焊和混合气体保护焊等。 (3)根据操作方式不同分 可分为手工气体保护、半自动和自动气体保护焊。,一、气体保护焊的原理及分类,2.气体保护电弧焊的分类,二、气体保护焊的特点及应用,HG3,第一节 气体保护电弧焊的原理及特点,1)电弧和熔池的可见性好，焊接过程中可根据熔池情况调节焊接参数。 2)焊接过程操作方便，容易实现全位置的焊接。 3)热量集中，焊接速度较快，熔池较小，热影响区窄，焊件焊后变形小。 4)有利于实现机械化和自动化，且无焊渣或少焊渣。 5)焊接过程无飞溅或飞溅很小，且适宜薄板的焊接。 6)电弧气氛中的含氢量容易控制，可以减小冷裂倾向。 7)能进行脉冲焊接，以减少热输入。,1.特点,HG3,第

2、一节 气体保护电弧焊的原理及特点,8)室外作业需有专门的防风措施。 9)弧光辐射很强。 10)采用惰性气体焊接化学性质活泼的金属及合金时，可获得高质量的焊接接头。 11)焊接设备比较复杂，比焊条电弧焊设备价格高。 (1)常用保护气体的应用 见表7-1。,2.应用,HG3,第一节 气体保护电弧焊的原理及特点,表7-1 常用保护气体的应用,(2)常用气体保护焊的应用 见表7-2。,HG3,第一节 气体保护电弧焊的原理及特点,表7-2 常用气体保护焊的应用,HG3,第一节 气体保护电弧焊的原理及特点,表7-2 常用气体保护焊的应用,HG3,第二节 氩 弧 焊,(1)焊缝性能优良 由于氩气保护性能优良，不必配制相应的焊剂或熔剂，基本是金属熔化和结晶的简单过程，因此，能获得较为纯净及高质量的焊缝。 (2)焊接变形与应力小 因为电弧受氩气流的冷却和压缩作用，电弧的热量集中，且氩弧的温度又很高，故热影响区很窄。 (3)可焊的材料范围很广 几乎所有的金属材料都可进行氩弧焊，特别适宜焊接化学性质活泼的金属和合金。,一、氩弧焊的特点和分类,1.氩弧焊的特点,HG3,第二节 氩 弧 焊,(4)易于实现机械化

3、 因是明弧焊，便于观察与操作，尤其适用全位置焊接，并容易实现焊接的机械化和自动化。 (1)钨极氩弧焊 主要分为手工钨极氩弧焊、半自动钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊、氩弧点焊、真空氩弧焊和热丝钨极氩弧焊等。 (2)熔化极氩弧焊 分为自动熔化极氩弧焊和半自动熔化极氩弧焊两种。 (3)脉冲氩弧焊 分为钨极脉冲氩弧焊和熔化极脉冲氩弧焊两种。,2.氩弧焊的分类,HG3,第二节 氩 弧 焊,二、钨极氩弧焊,图7-2 钨极氩弧焊示意图,(1)优点 1)用难熔金属纯钨或活化钨(钍钨、铈钨等)制作的电极，在焊接过程中不熔化。 2)利用氩气隔绝大气，防止了氧、氮、氢等气体对电弧及熔池的影响，被焊金属及焊丝的元素不易烧损。 3)焊接时可不用焊剂，焊缝表面无熔渣。 4)钨极氩弧稳定性好，当焊接电流小于10A时电弧仍能稳定地燃烧，因此特别适合薄板的焊接。,1. 钨极氩弧焊的特点,HG3,第二节 氩 弧 焊,5)由于热源和填充焊丝分别控制，热量调节方便，使输入焊缝的热输入更容易控制，因此，适于各种位置的焊接，也容易实现单面焊双面成形。 6)氩气流对电弧有压缩作用，故热量较集中，由于氩气对近缝区的冷却，可使热影响区变窄

4、，焊件变形量减小。 7)焊接接头组织致密，综合力学性能较好，尤其在焊接不锈钢时，焊缝的耐腐蚀性特别是耐晶间腐蚀性能好。 8)由于填充焊丝不通过焊接电流，所以不会产生因熔滴过渡造成的电弧电压和焊接电流变化，而引起的飞溅现象，为获得光滑的焊缝表面提供了良好的条件。,HG3,第二节 氩 弧 焊,(2)缺点 1)熔深浅，熔敷速度小，生产率低。 2)钨极有少量的熔化蒸发，钨微粒进入熔池会造成夹钨，影响焊缝质量，尤其是焊接电流过大时，钨极烧损严重，夹钨现象明显。 3)生产成本比焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊均高。 (1)氩气 焊接用工业纯氩以瓶装供应，在温度20时满瓶压力为14.7MPa，容积一般为40L。,2.钨极氩弧焊的焊接材料,HG3,第二节 氩 弧 焊,1)氩气+氦气。 2)氩气+氢气。 (2)电极材料 1)钨极 纯钨的熔点高达3400，沸点约为5900，在电弧热作用下不易熔化与蒸发，可以作为不熔化电极材料，基本上能满足焊接过程的要求。 2)钍钨极 为了增强钨极发射电子的能力，在纯钨中加入质量分数为1%2%的氧化钍(ThO2)，即为钍钨极。 3)铈钨极 是在纯钨中加入了质量分数为2%

5、的氧化铈。,3.钨极氩弧焊设备,HG3,第二节 氩 弧 焊,图7-3 手工钨极氩弧焊设备系统图,(1)供电系统 这部分系统主要是由焊接电源，高频振荡器、脉冲稳弧器和消除直流分量装置组成。 1)焊接电源系统采用具有陡降外特性的直流电源和交流电源。,图7-4 焊接电源外特性与电弧静,2)钨极氩弧焊不宜用接触引弧的方法，只能采用高压引弧。,HG3,第二节 氩 弧 焊,(2)供气系统 供气系统包括气瓶、减压器、气体流量计及电磁气阀等。 1)氩气瓶。 2)减压器。 3)气体流量计。 4)电磁气阀。 (3)供水系统 供水是为了冷却焊枪和钨极。 (4)控制系统 控制系统是对供电和供气在焊接过程中实现自动控制。,100-1.TIF,HG3,第二节 氩 弧 焊,(5)焊枪 钨极氩弧焊焊枪的作用是用来夹持电极、导电和输送氩气流。,图7-5 水冷式氩弧焊焊枪结构分解图,(1)焊接参数的选择 1)焊接电流种类及极性的选择。,4.钨极氩弧焊的焊接工艺,HG3,第二节 氩 弧 焊,表7-3 手工钨极氩弧焊焊机的主要参数, 直流钨极氩弧焊。有正接法和反接法两种。,HG3,第二节 氩 弧 焊, 交流钨极氩弧焊的极性。

6、交流电源的极性做周期性地变化。在焊件为负，钨极为正的半周波内，阴极有去除氧化膜的破碎作用，在焊件为正，钨极为负的半周波内，钨极可以得到冷却，同时发射足够多的电子来稳定电弧。因此，交流钨极氩弧焊兼有直流钨极氩弧焊正、反接的优点，是焊接铝、镁及其合金的最佳方法。但交流钨极氩弧焊存在电弧不稳定和直流分量等缺点。,图7-6 交流钨极氩弧焊电压和电流波形, 消除直流分量。直流分量如图7-6b所示。由于焊件与钨极发射电子的能力不同，造成正负半波的电流不等。,HG3,第二节 氩 弧 焊,这种电流的不等现象由两部分组成，一部分是真正的交流电，另一部分是迭加在交流部分上的直流电，这部分直流电被称为直流分量。直流分量的存在会减弱阴极破碎作用，使电弧不稳定、焊缝成形差、易产生未焊透等缺陷，并使焊接变压器的铁心产生磁饱和而发热。因此，必须消除直流分量，最常用的消除直流量方法是在焊接回路中串联电容器。串联电容器后，交流电仍可以通过，而直流电却被阻止住，从而达到消除直流分量的目的。,表7-4 钨极氩弧焊的焊接电流种类、极性选择,HG3,第二节 氩 弧 焊,2)焊接电流的选择 焊接电流主要根据焊件厚度进行选择。 3

7、)电弧电压的选择 电弧电压增加，熔深减小，熔宽显著增加，随着电弧电压的增加，气体保护效果随之变差。 4)钨极直径与形状的选择 钨极直径应根据焊接电流的大小选择。,表7-5 不同直径的钍钨极或铈钨极许用焊接电流,图7-7 常用钨极端部形状,5)保护气体流量的选择 保护气体流量是影响焊接质量的,HG3,第二节 氩 弧 焊,重要参数。 6)喷嘴直径的选择 喷嘴直径决定着保护区的大小。 (2)各焊接参数之间的关系 焊接电流、喷嘴直径和气体流量之间的关系，见表7-6。,表7-6 焊接电流、喷嘴直径和气体流量之间的关系,1.熔化极氩弧焊的原理,三、熔化极氩弧焊,HG3,第二节 氩 弧 焊,图7-8 熔化极氩弧焊示意图,1)由于用填充焊丝作为电极，可以采用高电流密度，因而母材熔深大，填充金属熔敷速度快。 2)铝及其合金焊接时，采用直流反接阴极雾化作用显著，能够改善焊缝质量。 3)铝及铝合金MIG焊亚射流过渡焊时，亚射流电弧的固有自调节作用显著，过程稳定。,2.熔化极氩弧焊的特点,HG3,第二节 氩 弧 焊,4)MIG焊适用于铝、铜及其合金和不锈钢等几乎所有金属材料的焊接。 (1)焊接电流和电弧电压的

8、选择 一般根据焊件厚度选择焊丝直径，然后确定焊接电流和熔滴过渡类型。 (2)焊丝伸出长度的选择 焊丝伸出长度增加，可增强其电阻热作用，使焊丝熔化速度加快，可获得稳定的射流过渡，并降低临界电流。,3.焊接参数的选择,HG3,第二节 氩 弧 焊,表7-7 常用金属材料MIG焊的典型电弧电压值,HG3,第二节 氩 弧 焊,(3)气体流量的选择 熔化极氩弧焊对熔池保护要求较高。,图7-9 脉冲氩弧焊原理图,(1)有效的控制热输入改善接头性能 高温停留时间短，减少了焊缝和热影响区金属的过热倾向。 (2)扩大了氩弧焊的使用范围 脉冲氩弧焊既可焊接厚板又能焊接薄板。 (3)容易进行全位置焊接 熔池体积小，且熔滴过渡和熔池金属加热具有间歇性，因此更易进行全位置焊接。,四、脉冲氩弧焊,1.脉冲氩弧焊的特点,HG3,第二节 氩 弧 焊,(1)基值电流的选择 基值电流的作用是维持电弧的燃烧，并能调节母材的热输入。 (2)脉冲电流的选择 脉冲电流决定了熔滴过渡的形式，同时也会影响焊缝的熔深。 (3)脉冲频率和脉冲宽比的选择 脉冲频率主要根据焊接电流来确定，焊接电流较大时，频率应高些，焊接电流较小时，频率应低一

9、些。,表7-8 不锈钢薄板CP-TIG焊的焊接参数,2.熔化极脉冲氩弧焊焊接参数的选择,3.钨极脉冲氩弧焊焊接参数的选择,HG3,第二节 氩 弧 焊,表7-9 不同材料管子水平固定全位置焊的焊接参数,HG3,第三节 CO2气体保护焊,图7-10 C气体保护焊示意图,1)焊接熔池与大气隔绝，对油、锈敏感性较低，可以减少焊件及焊丝的清理工作。 2)电弧可见性好，便于对中，操作方便，易于掌握熔池熔化和焊缝成形。 3)热量集中，受热面积小，热影响区窄，焊件焊后的变形小。 4)电弧穿透力强、熔深较大，对接焊件可减少焊接层数。,一、CO2气体气体保护焊的特点,HG3,第三节 CO2气体保护焊,5)焊后无焊渣，容易实现机械化操作，生产率高。 6)CO2气体和焊丝的价格便宜，供应容易，电能的消耗也少，成本低。 7)短路过渡技术，可用于全位置及其他方面焊缝的焊接。 (1)合金元素的氧化 (2)脱氧方法 焊接过程中，合金元素的氧化是产生飞溅和气孔的主要因素，并且产生的FeO残留在焊缝金属中会降低其力学性能。,二、 CO2气体保护焊的焊接冶金,1.合金元素的氧化与脱氧,HG3,第三节 CO2气体保护焊,(1)CO气孔 CO气孔产生的主要原因是，在焊接熔池开始结晶过程中，熔池中的碳与FeO反应生成的CO气体来不及逸出，而形成气孔。 (2)氮气孔 氮气孔产生的主要原因是保护气层遭到破坏，使大量空气侵入焊接区所致。 (3)氢气孔 CO2气体具有氧化性，可以抑制氢气孔的产生，只要焊接前对CO2气体进行干燥处理，去除水分，则产生氢气孔的可能性很小。,2.气孔问题,3. CO2气体保护焊的熔滴过渡,HG3,第三节 CO2气体保护焊,图7-11 短路过渡过程,(1)短路过渡 短路过渡过程如图7-11所示。,图7-12 粗滴过渡过程,(2)粗滴过渡 粗滴过渡过程如图7-12所示。 (1)由CO气体造成的飞溅 由于CO2气体分解后具有强烈的氧化性，使熔滴和熔池中的碳被氧化成不溶于金属的CO气体，CO气体受热急剧膨胀，造成熔滴爆破，从而产生大量细粒飞溅，如图7-13a所示。,4. CO2气体保护焊的飞溅,HG3,第三节 CO2气体保护焊,(2)斑点压力引起的飞溅 用正极性焊接时，熔滴受到的斑点力大，焊条端部的熔滴在较大斑点压力的作用下不易下落，有时被顶到偏离轴线的侧面并飞离焊丝形成大颗粒飞

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