熔化极惰性气体保护焊和混合气体保护焊及其安全操作.wps

熔化极惰性气体保护焊和混合气体保护焊及其安全操作熔化极惰性气体保护焊和混合气体保护焊及其安全操作 一、熔化极惰性气体保护焊一、熔化极惰性气体保护焊 (一)熔化极惰性气体保护焊特点 熔化极惰性气体保护焊通常采用惰性气体氩、氦或它们 的混合气体作为焊接区的保护气体由于焊丝外表没有涂料 层，电流可大大提高，因而母材熔深大，焊丝熔化速度快 熔敷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 熔化极惰性气体保护焊通常采用的熔滴过渡类型为滴 状过渡、短路过渡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间隙小，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应用最广泛 的是喷射过渡对于一定的焊丝和保护气体，当电流增大到 临界电流值时，熔滴过渡型式即由滴状过渡转变为喷射过 渡 不同材料和不同直径焊丝的临界电流值如表5—5 所示 采用射流过渡焊接时，焊缝易呈现深而窄的“指状” 熔深，易产生两侧面熔透不良、气孔和裂纹等缺陷对于铝 及其合金的焊接通常采用射滴和短路相混合的过渡型式， 也称亚射流过渡。

其特点是弧长较短，电弧电压较低，电弧 略带轻微爆破声，焊丝端部的熔滴长大到大约等于焊丝直 径时沿电弧轴线方向一滴一滴过渡到熔池，间有瞬时短路 发生铝合金亚射流过渡焊接时，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 发生较大变化，促使弧长向消除干扰的方向变化，因而可 以迅速恢复到原来的长度此外，采用亚射流电弧焊接时， 阴极雾化区大，熔池的保护效果好，焊缝成形好，焊接缺 陷较少在相同的焊接电流下，亚射流过渡与射滴过渡相比， 焊丝的熔化系数显著提高 表表5—5 不同材料和不同直径焊丝的临界电流参考值不同材料和不同直径焊丝的临界电流参考值 材料焊丝直径 (mm) 保护气体最低临界电流 (A) 低碳钢0．80 0．90 1．20 1．60 98％Ar+2％ O2 150 165 270 275 不锈钢0．90 1．20 1．60 99％Ar+1％ O2 170 225 285 铝0．80 1．20 Ar95 135 1．60180 脱氧钢0．90 1．20 1．66 Ar180 210 310 硅青铜0．90 1．20 1．66 Ar165 205 270 钛0．80 1．60 2．40 120 225 320 (二)保护气体 1．氩气和氦气 氩气和氦气均属惰性气体，焊接过程中不与液态和固 态金属发生化学冶金反应。

因此特别适用于活泼性金属的焊 接(Al、Mg、Ti、合金钢等) 在氩气中，电弧电压和能量密度较低，电弧燃烧稳定， 飞溅较小，较适合焊接薄板金属、热导率低的金属氦气保 护时的电弧温度和能量密度高，焊接效率较高但我国的氦 气价格昂贵，单独采用氦气保护，成本较高 2．氩和氦混合气体 氩气为主要气体，混入一定数量的氦气后即可获得兼 有两者优点的混合气体其优点是，电弧燃烧稳定、温度高， 焊丝金属熔化速度快，熔滴易呈现较稳定的轴向射滴过渡 熔池金属的流动性得到改善，焊缝成形好，焊缝的致密性 提高这些优点对于焊接铝及其合金、铜及其合金等热敏感 性强的高导热材料尤为重要 对于铜及其合金，氮气相当于惰性气体氮气是双原子 气体，热导率比氩气高，弧柱的电场强度亦较高，因此电 弧热功率和温度可大大提高 与 Ar+He 相比，氮气价格便宜 由于氢气是一种还原性气体，在一定条件下可使某些 金属氧化物或氮化物还原，因而可与氩气混合来焊接镍及 其合金，抑制和消除镍焊缝中的 CO 气孔此外，氢气的密 度小(约为 0．089kg／m3)，导热系数大，对电弧的冷却作 用大，因此电弧温度高、熔透性好，焊接速度可以提高但 H2含量必须低于 6％。

否则会导致氢气孔的产生，为了提高 焊接效率，焊接不锈钢和银材料时，也可采用加入一定量 氢气的Ar+H2混合气体 3．双层气流保护 熔化极气体保护焊有时采用双层气流保护可以得到更 好的效果此时，喷嘴采用由两个同心的喷嘴组成，即内喷 嘴与外喷嘴气流分别从内、外喷嘴流出，如图 5—3 所示 图图 5—3 双层气流保护示意图双层气流保护示意图 采用双层气流保护的目的一般有两个： (1)提高保护效果 熔化极气体保护焊时，由于电流密 度较大，易产生较强的等离子流，容易将保护气层破坏而 卷入空气，破坏保护效果这在大电流熔化极惰性气体保护 电弧焊时尤其严重将保护气分内、外层流入保护区，则外 层的保护气流可以较好地将外围空气与内层保护气隔开， 防止空气卷入，提高保护效果对于铝合金大电流焊可以收 到显著的效果此时，两层保护气可用同种气体，但流量不 同，需要合理配置，一般内层气体流量与外层气体流量的 比例为1～2 时可以得到较好的效果 (2)节省高价气体 熔化极气体保护焊焊接钢材时，为 得到喷射过渡需要用富氩气体保护但是，影响熔滴过渡型 式的气体环境只是直接与电弧本身相接触的部分因此，为 了节省高价的 Ar 气，可以采用内层 Ar 气保护电弧区，外 层 CO2气体保护熔池。

少量 CO2气体卷入内层 Ar 气体保护 区，仍能保证富Ar 性能 保证稳定的喷射过渡特点 熔池在 CO2气体保护下凝固结晶，可以得到性能良好的焊接接头， 采用富氩保护气时需要消耗 80％Ar 和 20％CO2，而采用 这种双层气流保护时，焊接效果相同，但气体消耗是 80％CO2、20％Ar，故可以大幅度降低成本 (三)焊丝 熔化极惰性气体保护焊使用的焊丝成分通常应和母材 的成分相近，它应具有良好的焊接工艺性能，并能提供良 好的接头性能 熔化极惰性气体保护焊使用的焊丝直径一般在 0．8～ 2．5mm范围在焊丝加工过程中进入焊丝表面的拔丝剂、 油或其它的杂质可能引起气孔、裂纹等缺陷因此，焊丝使 用前必须经过严格的化学或机械清理另外，由于焊丝需要 连续而流畅地通过焊枪送进焊接区，所以，焊丝一般是以 适当尺寸的焊丝卷或焊丝盘的形式提供的 (四)工艺参数 影响焊缝成形和工艺性能的参数主要有：焊接电流、电 弧电压、 焊接速度、 焊丝伸出长度、 焊丝的倾角、 焊丝直径、 焊 接位置、极性等此外，保护气体的种类和流量大小也会影 响熔滴过渡、焊缝的形状和焊接质量 (1)焊接电流和电弧电压 通常根据工件的厚度选择焊 丝直径，然后再确定焊接电流和熔滴过渡类型。

焊接电流增 加，焊缝熔深和余高增加，而熔宽则几乎保持不变，电弧 电压增加，焊缝熔宽增加，而熔深和余高略有减小若其他 参数不变，在任何给定的焊丝直径下，增大焊接电流，焊 丝熔化速度增加，因此就需要相应地增加送丝速度同样的 送丝速度，较粗的焊丝需要较大的焊接电流焊丝的熔化速 度是电流密度的函数同样的电流值，焊丝直径越小，电流 密度即越大，焊丝熔化速度就越高不同材料的焊丝具有不 同的熔化速度特性焊丝直径一定时，焊接电流(即送丝速 度)的选择与熔滴过渡类型有关 电流较小时，熔滴为滴状过 渡(若电弧电压较低，则为短路过渡)；当电流达到临界电流 值时，熔滴为喷射过渡焊接电流一定时，电弧电压应与焊 接电流相匹配；以避免气孔、飞溅和咬边等缺陷 (2)焊接速度 焊接速度是焊枪沿焊缝中心线方向的移 动速度其他条件不变时，熔深随焊速增加，并有一个最大 值当焊速再增大时，熔深和熔宽会减小焊速减小时，单 位长度上填充金属的熔敷量增加，熔池体积增大，由于这 时电弧直接接触的只是液态熔池金属，固态母材金属的熔 化是靠液态金属的导热作用实现的，故熔深减小，熔宽增 加；焊接速度过高，单位长度上电弧传给母材的热量显著 降低，母材的熔化速度减慢。

焊接速度过高有可能产生咬边 (3)焊丝伸出长度 焊丝的伸出长度越长，焊丝的电阻 热越大，焊丝的熔化速度即越快焊丝伸出长度一般为焊丝 直径 10 倍左右焊丝伸出长度过长会导致电弧电压下降， 熔敷金属过多，焊缝成形不良，熔深减小，电弧不稳定， 焊丝伸出长度过短，电弧易烧导电嘴，且金属飞溅易堵塞 喷嘴 (4)焊丝位置 焊丝向前倾斜焊接时，称为前倾焊法；向后倾斜时称 为后倾焊法当其他条件不变，焊丝由垂直位置变为后向焊 法时，熔深增加，而焊道变窄且余高增大，电弧稳定，飞 溅小 倾角为25°的后向焊法常可获得最大熔深 宇般倾角在 5°～15°范围，以便良好地控制焊接熔池 (5)焊接位置 喷射过渡可适用于平焊、 立焊、 仰焊位置 平焊时，工件相对于水平面的斜度对焊缝成形、熔深和焊接 速度有影响，若采用下坡焊(通常工件相对于水平面夹角 ≤15°)，焊缝余高减小，熔深减小，焊接速度可以提高，有 利于焊接薄板金属；若采用上坡焊，重力使焊接金属后流 熔深和余高增加，而熔宽减小 短路过渡焊接可用于薄板材料的平焊和全位置焊 (6)气体流量 从喷嘴喷出的保护气体为层流时，有较 大的有效保护范围和较好的保护作用因此，为了得到层流 的保护气流，加强保护效果，需采用结构设计合理的焊枪 和合适的气体流量。

气体流量过大或过小皆会造成紊流由 于熔化极惰性气体保护电弧焊对熔池的保护要求较高，如 果保护不良，焊缝表面便起皱纹，所以喷嘴孔径及气体流 量均比钨极氩弧焊要相应增大 通常喷嘴孔径为20mm左右， 气体流量为30～60L／min 二、熔化极混合气体保护焊二、熔化极混合气体保护焊 (一)熔化极混合气体保护焊特点 熔化极混合气体保护焊是采用在惰性气体中加入一定 量的活性气体，如氩气加二氧化碳气体(Ar+CO2，氩气加氧 气(Ar+O2)，氩气加氧气和二氧化碳气体(Ar+O2+CO2)等作 为保护气体的一种熔化极气体保护电弧焊方法熔化极混合 气体保护焊可采用短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行 焊接，且能获得稳定的焊接工艺性能和良好的焊接接头， 适用于平焊、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 采用混合气体作为保护气体可具有下列作用： (1)提高熔滴过渡的稳定性 (2)稳定阴极斑点，提高电弧燃烧的稳定性 (3)改善焊缝熔深形状及外观成形 (4)增大电弧的热功率 (5)控制焊缝的冶金质量，减少焊接缺陷 (6)降低焊接成本 对于某一种成分的混合气体，并不一定具有上述全部 作用，但在某些情况下可以兼有其中的若干作用。

例如：采 用氩气加少量的二氧化碳气体或氧气，直流反接焊接钢材 时，氧化性气体虽然能使熔池表面产生轻微氧化作用，产 生少量熔渣层，但与纯氩保护气相比，可稳定阴极斑点， 改善电子发射能力和减小电弧漂移，降低熔滴和熔池金属 的表面张力，容易获得喷射过渡，改善焊缝成形 (二)常用混合气体及其适用的焊接材料 熔化极混合气体保护焊的混合气体是将两种或两种以 上的气体经供气系统均匀混合后，以一定的流量通过焊枪 送入焊接区混合气体可以是两种气体，也可以是三种或四 种气体但通常为两种气体 1．氩气加二氧化碳气体(Ar+CO2) 这种混合气体被用来焊接低碳钢与低合金钢，常用的 混合比为Ar≥70％～80％，CO2≤20％～30％ (若 CO2含量 大于 25％，熔滴过渡失去氩弧的特征而呈现 CO2电弧的特 征)例如：氩气中加入 20％二氧化碳气体所形成的混合气 体，既具有氩弧的特点(电弧燃烧稳定，飞溅小，容易获得 轴向喷射过渡等)，又具有氧化性，克服了氩气焊接时表面 张力大，液体金属粘稠，斑点易飘移等问题，同时对焊缝 蘑菇形熔深有所改善这种混合气体可用于喷射过渡电弧、 短路过渡电弧和脉冲过渡电弧 2．氩气加氧气(Ar+O2) 氩气中加入氧气所形成的混合气体的常用混合比为： Ar≥95％～99％，O2≤1％～5％。

可用于碳钢、 不锈钢等高合 金钢和高强钢的焊接可以克服纯氩气保护焊接不锈钢时存 在的液体金属粘度大、 表面张力大、 易产生气孔、 焊缝金属润 湿性差、 易引起咬边、 阴极斑点飘移而产生电弧不稳等问题 采用 Ar／O2为 80％／。