1、第1章 概述 氣體保護焊是通過電極(焊絲或鎢極)與母材間產生的電弧熔化焊絲(或填絲)及母材，形成熔池和焊縫金屬的一種先進的焊接方法。電極、電弧和焊接熔池是靠焊槍噴嘴噴出的保護氣體來保護，以防止周圍大氣的侵入，對焊接接頭區域形成良好的保護效果的。隨著科學技術的突飛猛進和現代工業的迅速發展，各種新的金屬材料和新的產品結構對焊接技術要求的提高，促進了新的、更加優越的氣體保護焊方法的推廣應用。 11 氣體保護焊的分類及特點 111 氣體保護焊方法的分類氣體保護焊在工業生產中的應用種類很多，可以根據保護氣體、電極、焊絲等進行分類。如果按選用的保護氣體進行分類，可分為鎢極氬弧焊(TIG)、CO2氣體保護焊

2、、熔化極惰性氣體保護焊(MIG)、熔化極混合氣體保護焊(包括MAG)等。按采用的電極類型進行分類，可分為熔化極氣體保護焊和非熔化極氣體保護焊。按采用的焊絲類型進行分類，可分為實芯焊絲氣體保護焊和藥芯焊絲氣體保護焊等。各種氣體保護焊方法的分類見表11。第1頁除了上述幾種分類方法外，按氣體保護焊的焊接操作方式可以分為以下幾種。 手工氣體保護電弧焊 主要用于非熔化極焊接，在焊接過程中焊炬移動和添加焊絲金屬均由手工操作，如手工鎢極氬弧焊。 半自動焊氣體保護焊 主要用于熔化極焊接，在焊接過程中輸送焊絲是自動進行的，而焊槍移動則靠手工操作，如最常見的細絲CO2半自動氣體保護焊。 自動焊氣體保護焊 用于非熔

3、化極、熔化極焊接，在焊接過程中焊槍相對于焊件移動，輸送焊絲金屬完全是自動進行的，如粗絲智能控制的氣體保護焊。 由普通氣體保護焊改進的特殊氣體保護焊方法，主要包括氬弧點焊(鎢極、熔化極)、熱絲TIG焊、脈沖氣體保護焊、氣體保護電弧立焊等。 在熔化極氣體保護焊方面，可以根據金屬從焊絲到工件的過渡形態進行分類，即根據電弧熔滴過渡類型可分為短路過渡電弧焊、潛弧焊、射流電弧焊、脈沖電弧焊以及大電流電弧焊等。表12列出熔化極氣體保護焊熔滴過渡形式及保護氣體的種類。 各種熔化極氣體保護焊的熔滴過渡特點如下。 短路過渡電弧焊 短路過渡電弧焊時，可以通過適當的電源來降低平均電流和熔敷速度，可使熔滴只在短路期間過

4、渡；通常采用細絲，焊接電流較小，適合于焊接薄板和空間位置結構的焊接；焊接厚度大于6mm的結構件時，易產生未熔合。 射流過渡電弧焊 射流過渡電弧焊時，熔滴細小并沿著焊絲軸向射向熔池，熔滴過渡過程極為穩定，幾乎無飛濺產生。采用氬氣或CO2含量不超過25的富氬混合氣體，或氧氣含量不超過5的富氬混合氣體，都可以實現射流電弧焊；采用直流反接，并且電流必須高于一個臨界值。 焊接鋁、鈦和鎂等活性金屬時，采用Ar和Arq+He混合氣體作為保護氣體；而焊接鋼鐵材料時，為了避免產生咬邊和不規則焊縫，需要加入少量O2或CO2。射流過渡電弧焊廣泛應用于鋁、鈦和鎂的平焊和橫焊位置的焊接，而不適合于鋼鐵材料的立焊和仰焊位

5、置的焊接。 脈沖電弧焊 通過特殊的焊接電源提供脈沖電流而進行的焊接方法，通常采用Ar作為保護氣體，能夠用較大直徑的焊絲對薄板和厚板進行各種位置的焊接，以及空間位置結構的焊接。脈沖電弧焊在進行各種位置焊接時，為了得到優良的焊接接頭，對操作者的技術要求較高。 潛弧焊 潛弧焊時，主要是利用富CO2氣體保護的電弧和焊接區進行焊接。潛弧焊第2頁工成網第2章 氣體保護焊現狀及發展 氣體保護焊是在手工電弧焊應用的基礎上逐步發展起來的。特別是在第二次世界大戰和戰后的幾十年中，由于科學技術的突飛猛進和現代工業的迅速發展，各種新的金屬材料和新產品結構對焊接技術及質量提出越來越高的要求，促進了比熔渣保護焊優越的氣體

6、保護焊的技術開發和推廣應用。目前氣體保護焊的發展已經進入一個新的階段，產生了許多先進的、實用的和高效的氣體保護焊方法及新工藝。 21 氣體保護焊的歷史發展 氣體保護焊是在氣體保護氣氛中，以電弧為能源對被焊金屬進行熔化焊的焊接方法，簡稱為氣電焊。最早在焊接生產中應用的氣體保護焊方法是氫原子焊，由于氫原子焊的焊接加熱過程較緩慢、傳熱范圍寬，同時氫氣保護對焊接熔池會產生有害作用，一般只用于焊接低碳鋼的薄壁構件和焊縫補焊，應用范圍有限，目前已很少采用。 在工業生產中的氣體保護焊經歷了三個重要的發展階段： 20世紀3050年代，是惰性氣體保護焊的發展階段，包括非熔化極惰性氣體保護焊(TIG)和熔化極惰性

7、氣體保護焊(MIG)； 20世紀5060年代，是活性氣體保護焊的發展階段，包括C02氣體保護焊、熔化極混合氣體保護焊(MAG)等； 20世紀70年代至今，是等離子弧焊(PAW)以及先進的電子化焊接設備(如逆變電源、智能控制等)的發展階段。 211 惰性氣體保護焊的發展 非熔化極惰性氣體保護焊是在氫氣保護下利用鎢極與工件間的電弧熱加熱金屬形成焊接接頭的工藝方法。這種工藝最初用于一些“難焊”的金屬材料。20世紀30年代初開始了鋁、鎂等有色金屬焊接的商業性開發，主要用于飛機制造業。當時惰性氣體保護焊使用氦氣(He)保護，只能采用直流，鎢極接正極，因此鎢極容易過熱，并且鎢粒容易進入焊縫，影響焊縫質量。

8、 在第二次世界大戰中，由于航空工業的迅猛發展，大量的由鋁合金、不銹鋼等金屬材料制成的飛機和航空發動機零部件需要進行焊接，而且焊接接頭質量要求很高。采用傳統的氣焊或手工電弧焊工藝已不能適應和保證優質的焊接接頭性能，這樣就促進了非熔化極惰性氣體保護焊的發展，出現了采用氨氣(Ar)保護的鎢極氬弧焊，用于焊接活性有色金屬(如Al、Mg、Ti)、不銹鋼、鎳基合金等。但是采用鎢極氬弧焊時，焊接電流要受非熔化極許用電流的限制，而且向焊縫中填加焊絲不方便，故這種焊接方法不適用于焊接厚大件，提高焊接生產牢也受到一定限制。 交流氬弧焊機的出現和開發出的高頻穩弧裝置，使鋁、鎂、鈦等有色金屬鎢極氬弧焊接頭的質量明顯提

9、高。氦氣最初用于惰性氣體保護焊早期開發階段，后來由于氬氣地大量供應面大部分取代了氦氣。鎢極氬弧焊工藝從20世紀40年代初開始在工業上被大量采用，并且成為現代氣體保護焊工藝的先驅。鎢極氬弧焊的填充材料為實芯焊絲，可以是鋼焊絲，也可第7頁是有色金屬焊絲，通過手工方式填加： 為了克服鎢極氬弧焊存在的問題，研究者們開始探索和研究熔化極惰性氣體保護焊工藝。20世紀40年代以后。采用可熔化的焊絲來代替鎢極，開發了熔化極(焊絲)惰性氣體保護焊工藝，即MIG焊；MIG焊1948年在美國得到應用，1952年在歐洲得到應用，主要采用半自動焊(焊絲自動送進，焊炬手工操作)。人們較好的掌握了熔化極氬弧焊時焊絲金屬的加

10、熱熔化與熔滴過渡規律，以及有關工藝條件，熔化極氬弧焊才逐漸在焊接生產中得到推廣和廣泛應用直到20世紀60年代初，隨著自動焊炬的應用，MIG焊才實現了自動化焊接生產： 等離子甄焊(PAW)是在鎢極氬弧焊的基礎上發展起來的一種先進、高效的焊接方法，主要是通過壓縮電弧產生的等離子弧進行焊接，焊接過程中采用的保護氣體是氬氣。1954年研究者們發現，經過壓縮的電弧能量更加集中，電弧溫度和射流速度大幅度提高。這種具有高溫、長弧柱特性的拘束態電弧很快被用于切割有色金屬，隨后進一步的實驗研究證實，這種壓縮電弧也可用于焊接。 1966年美國Linde公司與Westinghouse電氣公司合作開發研制了一套自動化

11、等離子弧焊設備，用于焊接直徑為3m、壁厚為95mm、材料為D6AC鋼的大力神AC火箭助推器殼體，這標志著等離子弧焊正式應用于實際產品的生產。 我國等離子弧焊的研究和發展始于20世紀60年代末，經過近40年的發展已經日趨完善，無論在焊接方法和焊接工藝方面，還是焊接設備、焊槍結構、控制系統以及等離子氣體和保護氣體等方面都得到了較大的發展。 目前已經成功的發展了多種等離子弧焊工藝方法，例如微束等離子弧焊、等離子弧熔化極氣體保護焊、脈沖等離子弧焊、交流等離子弧焊等。 212 活性氣體保護焊的發展 熔化極氬弧焊在焊接生產中得到應用后，雖然其優點很突出，但要大量用于焊接碳鋼、低合金結構鋼和普通焊接結構件仍

12、不是很經濟，因為氬氣較稀缺和昂貴，焊接成本高，而且氣體供應較困難。用廉價氣體取代氬氣進行氣體保護焊來焊接碳鋼、低合金結構鋼焊接件，可以降低成本和擴大氣體保護焊的應用范圍。 (1)實芯焊絲CO2氣體保護焊 早在20世紀30年代電弧焊發展的初期，人們就曾設想并試驗用廉價的CO2氣體作為保護氣體焊接碳鋼，但由于當時采用的是普通低碳鋼焊絲，焊接過程中發現焊縫金屬有嚴重的氧化現象，并產生大量氣孔，同時因為未能掌握焊絲加熱熔化與熔滴過渡規律，致使在焊接生產中無法應用。 通過對手工電弧焊時焊條藥皮分解產生的氣體的分析研究表明，焊條藥皮產生的氣體主要是CO2。這個發現很快導致在使用熔化極氣體保護焊工藝的焊接低

13、碳鋼時采用CO2作為保護氣體。但是用COz作保護氣體的早期試驗是不成功的，因為CO2氣體的高氧化性造成了焊絲中元素的大量燒損，嚴重惡化了焊縫金屬的質量。直到進一步試驗調整了焊絲的化學成分，開發出專用于碳鋼焊接的CO2氣體保護焊設備和工藝后，CO2氣體保護焊在低碳鋼上才得到了廣泛應用。 通過不斷的實踐，采用于含有Si、Mn等脫氧元素的低合金鋼焊絲，并深入研究了CO2氣體保護焊的冶金特性和工藝規律。世界各國學者都認為，CO2氣體保護焊中金屑的氧化、焊縫氣孔及飛濺等問題是阻礙CO2氣體保護焊技術應用酌關鍵。為此重點進行了CO2氣體第8頁第3章 鎢極氬弧焊(TIG) 鎢極氬弧焊是用氬氣作為保護氣體的電

14、弧焊，利用鎢極與工件間產生的電弧熱熔化母材和填充焊絲，是氣體保護焊中常用的一種熔化焊方法。根據所用的電極，氬弧焊分為鎢極氬弧焊(TIG)和熔化極氬弧焊(MIG)。鎢極氬弧焊可用于幾乎所有鋼種、各種厚度和各種位置焊件的焊接，可進行手工和自動焊接并可獲得高質量的焊縫。這種方法可廣泛應用于對焊縫質量要求較高的高強度鋼、高合金鋼和有色金屬的焊接。 31 鎢極氬弧焊的分類及特點 鎢極氬弧焊是一種非熔化極惰性氣體保護焊，在氬氣保護下，通過鎢極與工件之間產生電弧，利用電弧產生的熱量熔化工件的接頭而形成熔池，然后對熔池填加焊絲(也可不填加焊絲)來產生焊縫。在焊接過程中加熱區域始終靠氬氣罩來防止大氣中的氧、氫等

15、有害物質的污染，這樣就保證了焊接過程的穩定性而獲得高質量的焊縫。 311 鎢極氧弧焊的分類 鎢極氬弧焊(或稱非熔化極惰性氣體保護焊)是利用高熔點鎢極作為一個電極，以工件作為另一個電極，并利用氬氣(Ar)、氦氣(He)或氬、氦混合氣體(Ar+He)作為保護介質的燃燒于焊絲與工件間的電弧作為熱源的電弧焊方法。我國通常只采用氬氣作為保護氣體，因此又稱為鎢極氬弧焊，簡稱TIG(Tungsten Iner-gas Arc Welding)或GTAW(Gas Tungsten Arc Welding)。 鎢極氬弧焊示意如圖31所示。焊接時氬氣從焊槍的噴嘴中連續噴出，在電弧周圍形成氣體保護層隔絕空氣，以防止

16、其對鎢極、熔池及鄰近熱影響區的有害影響，從而獲得優質的焊縫。焊接過程根據工件的具體要求可以加或者不加填充焊絲。 鎢極氬弧焊根據不同的分類方式可以分為如下幾種。 按電流波形，分為直流氬弧焊、交流氬弧焊(正弦波、矩形波)和脈沖氬弧焊(低頻o110Hz、中頻101000Hz、高頻15kHz)。 按操作方式，分為手工氬弧焊(焊槍移動靠手工操作，填充焊絲可以是手工送進，也可以是機械送進)、自動氬弧焊(焊槍安裝在焊接小車上，小車的行走和焊絲送進由機械完成)。 按保護氣體成分，分為氬弧焊、氦弧焊、Ar+He混合氣體保護焊。 按填充焊絲的狀態，分為冷絲焊、熱絲焊、雙絲焊。 當利用基值電流維持主電弧的電離通道，

17、并周期地加一同極性高峰值的脈沖電流，產生脈沖電弧，以熔化金屬井控制熔滴過渡，即稱為脈沖氬弧焊。脈沖氬弧焊特別適用于焊接薄板，且飛濺小。 脈沖氬弧焊的焊接電流是脈沖直流或脈沖交流。脈沖氬弧焊由基本電流維持電弧穩定燃第19頁燒，用可控的脈沖電流加熱熔化焊件。每一個脈沖形成一個點狀熔池，脈沖停歇時間熔池凝固形成一個焊點，通過焊速和脈沖間隙的調節，得到相互搭接的焊點，便可獲得連續氣密性焊縫。脈沖氬弧焊與一般氬弧焊的主要區別是采用可控的脈沖電流來熔化工件，而不是利用穩定的直流或交流。 脈沖氬弧焊又可分為使用鎢極的脈沖氬弧焊和使用熔化極的脈沖氬弧焊。脈沖鎢極氬弧焊(Pulsed-TIG)特別適合于焊接薄板

18、。 312 鎢極氬弧焊的工藝特點 (1)普通鎢極氬弧焊 焊接過程穩定、電弧能量參數可精確控制。氬氣是單原子分子，穩定性好，在高溫下不分解、不吸熱、熱導率很小。因此，電弧的熱量損失少，電弧一旦引燃，就能夠穩定燃燒；另外，鎢棒本身不會產生熔滴過渡，弧長變化干擾因素相對較少，也有助于電弧的穩定燃燒。 焊接質量好。氬氣是一種惰性氣體，高溫穩定性好。在高溫下它既不溶于液態金屬，又不與金屬起任何化學反應，被焊金屬材料中的合金元素很少燒損；而且氬的相對原子質量較大，有利于形成良好的氣流隔離層，有效地阻止氧、氮等侵入焊縫金屬，不易引起氣孔。 適于薄板焊接、全位置焊接以及不加襯墊的單面焊雙面成形工藝。即使是用幾

19、安培的小電流，鎢極氬弧仍能穩定燃燒，而且熱量相對較集中，因此可以焊接厚度03mm的薄板，采用脈沖鎢極氬弧焊電源，還可進行全位置焊接及不加襯墊的單面焊雙面成形焊接。 焊接過程易于實現自動化。鎢極氬弧焊的電弧是明弧，焊接過程參數穩定，易于檢測及控制，是理想的自動化乃至機器人化的焊接方法。 焊縫區無熔渣，焊工可清楚地看到熔池和焊縫成形過程。 鎢極氬弧焊(TIG)具有以下缺點。 抗風能力差。鎢極氬弧焊利用氣體進行保護，抗側向風的能力較差。側向風較小時，可降低噴嘴至工件的距離，同時增大保護氣體的流量；側向風較大時，必須采取防風措施。 對工件清理要求較高。由于采用惰性氣體進行保護，無冶金脫氧或去氫作用，為

20、了避免氣孔、裂紋等缺陷，焊前必須嚴格去除工件上的油污、鐵銹等。 生產率低。由于鎢極的載流能力有限，尤其是交流焊時鎢極的許用電流更低，致使鎢極氬弧焊的熔透能力較低，焊接速度小，焊接生產率低。 (2)脈沖鎢極氬弧焊 脈沖鎢極氬弧焊具有以下幾個工藝特點。 焊接過程是脈沖式加熱，熔池金屬高溫停留時間短，金屬冷凝快，可減少熱敏感材料焊接時的熱裂紋傾向，適用于熱敏感材料的焊接。 焊件熱輸入小，電弧能量集中且挺度高，便于控制線能量和熔池的大小，易于實現全位置焊接和單面焊雙面成形，對于薄板、超薄板焊接尤為適宜。接頭熱影響區和變形小，可以焊接厚度0lmm以下的不銹鋼薄片(我國已采用脈沖鎢極氬弧焊工藝實現了厚度0

21、05mm的不銹鋼波紋管的焊接)。 每個焊點加熱時間短，冷卻迅速，適合于厚度差別較大和導熱性能差別較大的焊件的焊接。 高頻電弧振蕩作用有利于消除氣孔，獲得細晶粒的顯微組織，提高焊接接頭的力學性能。第3章 鎢極氬弧焊(TIG) 鎢極氬弧焊是用氬氣作為保護氣體的電弧焊，利用鎢極與工件間產生的電弧熱熔化母材和填充焊絲，是氣體保護焊中常用的一種熔化焊方法。根據所用的電極，氬弧焊分為鎢極氬弧焊(TIG)和熔化極氬弧焊(MIG)。鎢極氬弧焊可用于幾乎所有鋼種、各種厚度和各種位置焊件的焊接，可進行手工和自動焊接并可獲得高質量的焊縫。這種方法可廣泛應用于對焊縫質量要求較高的高強度鋼、高合金鋼和有色金屬的焊接。

22、31 鎢極氬弧焊的分類及特點 鎢極氬弧焊是一種非熔化極惰性氣體保護焊，在氬氣保護下，通過鎢極與工件之間產生電弧，利用電弧產生的熱量熔化工件的接頭而形成熔池，然后對熔池填加焊絲(也可不填加焊絲)來產生焊縫。在焊接過程中加熱區域始終靠氬氣罩來防止大氣中的氧、氫等有害物質的污染，這樣就保證了焊接過程的穩定性而獲得高質量的焊縫。 311 鎢極氧弧焊的分類 鎢極氬弧焊(或稱非熔化極惰性氣體保護焊)是利用高熔點鎢極作為一個電極，以工件作為另一個電極，并利用氬氣(Ar)、氦氣(He)或氬、氦混合氣體(Ar+He)作為保護介質的燃燒于焊絲與工件間的電弧作為熱源的電弧焊方法。我國通常只采用氬氣作為保護氣體，因此

23、又稱為鎢極氬弧焊，簡稱TIG(Tungsten Iner-gas Arc Welding)或GTAW(Gas Tungsten Arc Welding)。 鎢極氬弧焊示意如圖31所示。焊接時氬氣從焊槍的噴嘴中連續噴出，在電弧周圍形成氣體保護層隔絕空氣，以防止其對鎢極、熔池及鄰近熱影響區的有害影響，從而獲得優質的焊縫。焊接過程根據工件的具體要求可以加或者不加填充焊絲。 鎢極氬弧焊根據不同的分類方式可以分為如下幾種。 按電流波形，分為直流氬弧焊、交流氬弧焊(正弦波、矩形波)和脈沖氬弧焊(低頻o110Hz、中頻101000Hz、高頻15kHz)。 按操作方式，分為手工氬弧焊(焊槍移動靠手工操作，填充

24、焊絲可以是手工送進，也可以是機械送進)、自動氬弧焊(焊槍安裝在焊接小車上，小車的行走和焊絲送進由機械完成)。 按保護氣體成分，分為氬弧焊、氦弧焊、Ar+He混合氣體保護焊。 按填充焊絲的狀態，分為冷絲焊、熱絲焊、雙絲焊。 當利用基值電流維持主電弧的電離通道，并周期地加一同極性高峰值的脈沖電流，產生脈沖電弧，以熔化金屬井控制熔滴過渡，即稱為脈沖氬弧焊。脈沖氬弧焊特別適用于焊接薄板，且飛濺小。 脈沖氬弧焊的焊接電流是脈沖直流或脈沖交流。脈沖氬弧焊由基本電流維持電弧穩定燃第19頁燒，用可控的脈沖電流加熱熔化焊件。每一個脈沖形成一個點狀熔池，脈沖停歇時間熔池凝固形成一個焊點，通過焊速和脈沖間隙的調節，

25、得到相互搭接的焊點，便可獲得連續氣密性焊縫。脈沖氬弧焊與一般氬弧焊的主要區別是采用可控的脈沖電流來熔化工件，而不是利用穩定的直流或交流。 脈沖氬弧焊又可分為使用鎢極的脈沖氬弧焊和使用熔化極的脈沖氬弧焊。脈沖鎢極氬弧焊(Pulsed-TIG)特別適合于焊接薄板。 312 鎢極氬弧焊的工藝特點 (1)普通鎢極氬弧焊 焊接過程穩定、電弧能量參數可精確控制。氬氣是單原子分子，穩定性好，在高溫下不分解、不吸熱、熱導率很小。因此，電弧的熱量損失少，電弧一旦引燃，就能夠穩定燃燒；另外，鎢棒本身不會產生熔滴過渡，弧長變化干擾因素相對較少，也有助于電弧的穩定燃燒。 焊接質量好。氬氣是一種惰性氣體，高溫穩定性好。

26、在高溫下它既不溶于液態金屬，又不與金屬起任何化學反應，被焊金屬材料中的合金元素很少燒損；而且氬的相對原子質量較大，有利于形成良好的氣流隔離層，有效地阻止氧、氮等侵入焊縫金屬，不易引起氣孔。 適于薄板焊接、全位置焊接以及不加襯墊的單面焊雙面成形工藝。即使是用幾安培的小電流，鎢極氬弧仍能穩定燃燒，而且熱量相對較集中，因此可以焊接厚度03mm的薄板，采用脈沖鎢極氬弧焊電源，還可進行全位置焊接及不加襯墊的單面焊雙面成形焊接。 焊接過程易于實現自動化。鎢極氬弧焊的電弧是明弧，焊接過程參數穩定，易于檢測及控制，是理想的自動化乃至機器人化的焊接方法。 焊縫區無熔渣，焊工可清楚地看到熔池和焊縫成形過程。 鎢極

27、氬弧焊(TIG)具有以下缺點。 抗風能力差。鎢極氬弧焊利用氣體進行保護，抗側向風的能力較差。側向風較小時，可降低噴嘴至工件的距離，同時增大保護氣體的流量；側向風較大時，必須采取防風措施。 對工件清理要求較高。由于采用惰性氣體進行保護，無冶金脫氧或去氫作用，為了避免氣孔、裂紋等缺陷，焊前必須嚴格去除工件上的油污、鐵銹等。 生產率低。由于鎢極的載流能力有限，尤其是交流焊時鎢極的許用電流更低，致使鎢極氬弧焊的熔透能力較低，焊接速度小，焊接生產率低。 (2)脈沖鎢極氬弧焊 脈沖鎢極氬弧焊具有以下幾個工藝特點。 焊接過程是脈沖式加熱，熔池金屬高溫停留時間短，金屬冷凝快，可減少熱敏感材料焊接時的熱裂紋傾向

28、，適用于熱敏感材料的焊接。 焊件熱輸入小，電弧能量集中且挺度高，便于控制線能量和熔池的大小，易于實現全位置焊接和單面焊雙面成形，對于薄板、超薄板焊接尤為適宜。接頭熱影響區和變形小，可以焊接厚度0lmm以下的不銹鋼薄片(我國已采用脈沖鎢極氬弧焊工藝實現了厚度005mm的不銹鋼波紋管的焊接)。 每個焊點加熱時間短，冷卻迅速，適合于厚度差別較大和導熱性能差別較大的焊件的焊接。 高頻電弧振蕩作用有利于消除氣孔，獲得細晶粒的顯微組織，提高焊接接頭的力學性能。第5章 熔化極氬弧焊(MIG) 熔化極氬弧焊是利用氮氣或富氬氣體作為保護介質，采用連續送進可熔化的焊絲與燃燒于焊絲與工件間的電弧作為熱源的電弧焊。利

29、用Ar或Ar+He作保護氣體時，稱為熔化極惰性氣體保護焊，簡稱MIG(Metal lnert-gas Arc Welding)。這種方法焊接質量穩定可靠，最適于焊接鋁、銅、鈦及其合金等有色金屬中厚板，也適于不銹鋼、耐熱鋼和低合金鋼的焊接。 51 熔化極氣體保護焊的分類及特點 511 熔化極氣體保護焊的分類 保護氣體性質不同，電弧形態、熔滴過渡和焊縫成形等都不同，對焊接結果有重要影響。所以熔化極氣體保護焊(GMAW)主要是按保護氣體進行分類，見表51。 (1)熔化極惰性氣體保護焊(MIG) 采用的惰性氣體可以是氬(Ar)、氦(He)或Ar+He餛合氣體。因惰性氣體與液態熔池不發生冶金反應，只起包

30、圍焊接區域使之與空氣隔離的作用，所以電弧燃燒穩定，熔滴向熔池過渡平穩，飛濺小。這種方法最適于鋁、銅、鈦及其合金等有色金屬的焊接。 (2)熔化極混合氣體保護焊(MAG) 采用的保護氣體由惰性氣體和少量氧化性氣體(如O2、CO2或其混合氣體)混合而成。加入少量氧化性氣體的目的，是在不改變或基本上不改變惰性氣體電弧特性的條件下，進一步提高電弧穩定性，改善焊縫成形和降低電弧輻射強度等。這種方法常用于鋼鐵材料(特別是低合金高強鋼、不銹鋼和耐熱鋼)的焊接。 (3)CO2氣體保護焊 本質上也屬于熔化極混合氣體保護焊。采用CO2作為保護氣體是因其來源容易、價格低。由于CO2的熱物理特性和化學特性，要求在焊接過

31、程中從設備、工藝以及焊接材料等方面采取措施，才能獲得良好的焊接效果。目前，CO2氣體保護焊已成為鋼鐵材料(主要是低碳鋼和低合金鋼)最重要的焊接方法之一，在很多工業生產部門代替了手工電弧焊和埋弧焊。 512 熔化極氬強焊的特點及適用范圍 (1)主要特點 熔化極氬弧焊具有如下優點。 幾乎可以焊接所有的金屬，如鋁、鎂、銅、鈦，鎳及其合金，以及碳鋼、不銹鋼、耐熱鋼等。焊接中氧化燒損極少，只有少量的蒸發損失，焊接冶金過程比較單純。第127頁生產率較高、焊接變形小 由于是連續送絲，允許使用的電流密度較高，母材的熔深大，填充金屬熔敷速度快；沒有更換焊條工序，節省時間；用于焊接厚度較大的鋁、銅、鈦等有色金屬及

32、其合金時生產率比鎢極氬弧焊高，焊件變形比鎢極氬弧焊小。 焊接過程易于實現自動化 熔化極氬弧焊的電弧是明弧，焊接過程參數穩定，易于檢測及控制，因此容易實現自動化。目前，世界上絕大多數的弧焊機械手及機器人均采用這種焊接方法。 對氧化膜不敏感 熔化極氬弧焊一般采用直流反接，焊接鋁、鎂及其合金時可以不采用具有強腐蝕性的熔劑，而依靠很強的陰極破碎作用，去除氧化膜，提高焊接質量。焊前幾乎無需去除氧化膜的工序。 可以獲得含氫量較低的焊縫金屬；焊接過程煙霧少，可以減輕對通風的要求。 可以通過采用短路過渡和脈沖進行全位置焊接；焊道之間不需清渣，可以用更窄的坡口間隙，實現窄間隙焊接，節省填充金屬和提高生產率。 熔

33、化極氬弧焊具有如下缺點。 對焊絲及工件的油銹很敏感，焊前必須嚴格去除。 惰性氣體價格高，焊接成本高。 設備較復雜，對使用和維護要求較高。 (2)熔化極氬弧焊的適用范圍 適用的材料 熔化極氬弧焊幾乎可焊接所有的黑色金屑和有色金屬，從焊絲供應以及制造成本考慮，特別適于鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、銅及銅合金以及不銹鋼、耐熱鋼的焊接。 焊接位置 熔化極氬弧焊適應性好，可以進行任何接頭位置的焊接。其中以平焊位置和橫焊位置的焊接效率最高，其他焊接位置的效率也比手工電弧焊高。 既可焊接薄板又可焊接中等厚度和大厚度的板材。 目前在焊接生產中，熔化極氬弧焊已廣泛用于薄板和中、厚板的焊接，主要用于焊接碳鋼、低合金鋼、

34、不銹鋼、耐熱合金、鋁及鋁合金、鎂及鎂合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金等?？捎糜谄胶?、橫焊、立焊及全位置焊接，焊接厚度最薄為1mm，最大厚度不受限制。熔化極氬弧焊特別適合于焊接不銹鋼、鋁及其合金、銅、鈦及其合金等有色金屑，而對于低碳鋼來說是一種相對昂貴的焊接方法。 脈沖熔化極惰性氣體保護焊與脈沖熔化極混合氣體保護焊類似，可以在低電流區間實現穩定的噴射過渡。特別是窄間隙熔化極氬弧焊的研究與發展，使熔化極氬弧焊進一步擴展應用。于厚板和超厚板的焊接領域，成為厚壁大型焊接結構今后焊接技術發展的主要方向之一。熔化極氬弧焊目前已廣泛用于航空航天、原子能、石油化工、電力、機械制造、儀表、電子等工業部門中，產生了巨

35、大的經濟效益。 513 熔化極氧弧焊的熔滴過渡特點 熔化極氬弧焊是采用連續等速送進可熔化的焊絲與被焊工件之間的電弧作為熱源來熔化焊絲和母材金屬，形成熔池和焊縫的焊接方法。熔化極惰性氣體保護焊的電弧及氣體保護示意見圖51。為了得到良好的焊縫應利用外加氣體作為電弧介質并第6章 混合氣體保護焊 混合氣體保護焊是在惰性氣體(如Ar、He)中加入一定量的氧化性氣體(如O2、CO2、CO2十O2)作為保護氣體，以燃燒于焊絲與工件間的電弧作為熱源的一種電弧焊接方法?；旌蠚怏w保護焊主要用于碳鋼和某些低合金鋼的焊接，在汽車制造、工程機械、化工機械、礦山機械和電站鍋爐等行業得到廣泛應用。 61 混合氣體保護焊的特

36、點及熔滴過渡 611 混合氣體保護焊的特點 用純Ar作保護氣體時，電弧容易漂移，不夠穩定，容易使焊縫產生氣孔；而在A，中加入少量的O2或CO2等氧化性氣體時，不僅電弧穩定、飛濺少，而且在較小的臨界電流下，能獲得穩定的軸向射流過渡和脈沖射流過渡?；旌蠚怏w保護焊克服了熔化極氯弧焊和CO2焊的一些缺點，具有以下優點。 (1)飛濺率低、熔敷效率高 混合氣體中氣體的混合比例適當時，在焊接過程中產生的飛濺很少，焊絲的熔敷效率很高。Ar+CO2混合氣體中Ar與CO2混合比不同時的飛濺率和熔敷效率如圖61所示?？梢钥闯霾捎?0Ar+20CO2作保護氣體時，飛濺率最小、熔敷效率最高。 (2)合金元素的過渡系數大

37、 與CO2氣體保護焊相比，混合氣體保護焊的合金元素過渡系數較大，元素燒損程度較輕。混合氣體Ar+CO2中CO2含量不同時合金元素的過渡系數如圖62所示。可以看出，隨著混合氣體中CO2含量的增加，合金元素的過渡系數逐漸降低。第163頁 (3)焊縫的含氧量低與CO2氣體保護焊相比，混合氣體保護焊焊縫金屬的含氧量較低，CO2含量不同時焊縫金屬的含氧量如圖63所示。可以看出，隨著CO2含量的增加，焊縫金屬的含氧量也是增加的。 (4)焊接薄板時工藝參數范圍大采用混合氣體保護焊或CO2氣體保護焊來焊接薄板時，可獲得優質焊縫的焊接工藝參數范圍如圖64所示。其中，實線為采用Ar+20CO2混合氣體保護焊時的工

38、藝參數范圍，虛線為采用CO2氣體保護焊時的工藝參數范圍。由圖可見，采用混合氣體保護焊可獲得優質焊縫的工藝參數范圍比采用CO2氣體保護焊時要大得多，這說明焊接薄板時混合氣體保護焊比CO2氣體保護焊更容易控制。 (5)焊縫成形好 采用混合氣體保護焊獲得的焊縫表面光滑，成形美觀。在最佳電弧電壓下，混合氣體中CO2含量與焊縫表面粗糙度的關系如圖65所示?？梢钥闯?，當80Ar+20CO2時，焊縫表面質量最好。 612 混合氣體保護焊的熔滴過渡 采用混合氣體保護焊時，熔滴過渡臨界電流的大小影響到熔滴過渡的難易程度，從而也影響到焊接的效率和焊縫質量。臨界電流的大小受到混合氣體成分、焊絲材質、焊絲直徑和電弧極

39、性等因素的影響，熔滴的過渡形式不同，影響熔滴過渡臨界電流的因素也有所不同。 (1)射滴過渡 混合氣體保護焊的射滴過渡是一種穩定的熔滴過渡形第7章 特種氣體保護焊 隨著現代工業和科學技術，特別是航空航天、原子能、石油化工、海洋開發等工業部門的迅速發展，對焊接技術與焊接質量不斷提出新要求，以滿足各種使用性能，如高壓、高溫、低溫、耐腐蝕、耐磨，強韌性等。同時還要求能實現焊接過程自動化，提高勞動生產率和降低焊接成本，因而發展了一些特種氣體保護焊工藝方法。主要包括鎢極氬弧點焊、熱絲鎢極氬弧焊、雙電極脈沖鎢極氬弧焊、熔化極氣電立焊、窄間隙焊以及高速c02焊等，并已經在焊接領域中得到了應用。 71 特種鎢極

40、氬弧焊技術 711 鎢極氬弧點焊 (1)鎢極氬弧點焊的特點及設備 鎢極氬弧點焊是用焊槍端部的噴嘴將被焊的兩塊母材壓緊，然后靠鎢極和工件之間的電弧將上層工件熔穿，再將下層工件局部熔化并熔合在一起，凝固后即成焊點。鎢極氬弧點焊的原理示意見圖71。噴嘴壓緊工件是使工件連接處不出現過大間隙，并能保持弧長穩定，噴嘴由金屬制成，端部有供氬氣流出的小孔。鎢極氬弧點焊使用焊接各種薄板結構與較厚材料的連接，可焊材料目前主要包括不銹鋼、低合金鋼等。 與電阻點焊相比，鎢極氬弧點焊有如下特點： 可從單面進行點焊焊接，方便靈活，特別適合于只能從單面接近的接頭的焊接； 更易于點焊厚度相差懸殊的工件，并且可進行多層疊加板材

41、的點焊； 焊點尺寸易于控制，焊接強度可在較大范圍內調節； 需施加的壓力較小，無需加壓裝置； 設備費用低，耗電量較少。 鎢極氬弧點焊的缺點主要是焊接速度與電阻焊相比較慢，焊接費用(人工費、氬氣消耗等)較高。 鎢極氬弧點焊所用的設備與普通鎢極惰性氣體保護焊設備的區別在于控制系統和焊槍結構。鎢極氬弧點焊的控制系統除了能自動確保提前供氬氣、通水、引弧外，還具有焊接時間第187頁控制、電流自動衰減和滯后斷氬氣等功能。焊槍通常制成帶按鈕和便于對焊件施壓的結構，根據容量和負載持續率的大小，制作成水冷或氣冷形式，采用金屬噴嘴與焊槍內導電部分絕緣。普通的手工鎢極氬弧焊設備中增加一個焊接時間控制器及更換噴嘴，也可

42、以充當鎢極氬弧點焊設備。 鎢極氬弧點焊焊槍端部的噴嘴將被焊的兩塊母材壓緊，保證結合面密合，然后靠鎢極和母材之間的電弧使鎢極下方金屬局部熔化形成焊點。適用于焊接各種薄板結構以及薄板與較厚材料的連接，可以焊接的材料主要為不銹鋼、低合金鋼等。除專用設備外，鎢極氬弧點焊機也可采用改裝的普通手工鎢極氬弧焊設備，在設備上只需增加焊接時間控制器，并且將焊接噴嘴更換為點焊噴嘴即可使用。典型鎢極氬弧點焊設備的技術數據見表71。 (2)焊接工藝參數決定焊點金屬強度的主要因素是點核直徑，而影響點核直徑的工藝參數是電弧長度、焊接電流和點焊時間、鎢極末端形狀、裝配間隙等。 電弧長度 電弧越短，熔深越大。焊點的截面一般呈

43、圓柱形，點核直徑dH接近焊點直徑山電弧越長，熔深越淺，此時焊點直徑變成圓錐形，上大下小，點核直徑dH變小，此時熔池會過熱并可能產生咬邊；電弧太短時，母材膨脹后會接觸鎢極，造成焊縫污染。因此當點焊的上板較厚時宜采用短弧焊。 焊接電流和通電時間 目前在TIG點焊中最常用的仍是高頻引弧，主要是通過調節電流值和電流持續時間控制焊點尺寸，焊接電流和通電時間決定了焊點的熱輸入，兩者增加都會使點核直徑增加，但兩者過大或引起燒穿或焊點過熱。 鎢極末端形狀 鎢極氬弧焊點焊一般采用鈰鎢極，末端形狀如果為圓錐尖頂狀，則點焊直徑d增加、熔深淺；如果為圓錐子頂狀，則d減小、熔深大。因此，點焊中一般推薦采用鎢極末端圓錐角

44、為30，平頂直徑為15mm。 裝配間隙 需要焊接的上下板之間最好沒有間隙，否則會出現焊點凹陷、點核直徑減小或液態金屬流向周圍縫隙，使得與下板不易熔合。通常鎢極氬弧點焊由于手工加壓，故上板的厚度受到限制。例如上板厚為23mm的不銹鋼，其間隙不得大于03mm，靠手工加壓很困難。鎢極氬弧點焊可能出現的問題是弧坑裂紋和焊點凹陷，為了防止表面過渡凹陷和產生弧坑裂紋，點焊結束前使電流衰減或者進行二次脈沖電流加熱，當焊點強度要求嚴格時，可向熔池輸送適量的填充焊絲。但弧坑裂紋的產生與材質關系很大，例如焊接不銹鋼，若點焊為純奧氏體組織，或鐵素體的體積分數低于5就容易出現弧坑裂紋，凹陷的產生與裝配間隙8章 等離子

45、弧焊接 等離子弧焊(Plasma Arc Welding)是在鎢極氬弧焊基礎上發展起來的一種先進的焊接方法。等離子弧是一種壓縮的鎢極氬弧，具有能量集中、溫度高、焰流速度大、剛直性好等特點。等離子弧是利用等離子槍將陰極(如鎢極)和陽極之間的自由電弧壓縮成高溫、高電離度、高能量密度的電弧。這種電弧既可以用于焊接，又可以用于噴涂、堆焊及切割，在工業中得到了廣泛應用。 81 等離子弧焊的特點及適用范圍 等離子弧焊接是近20多年來才迅速發展起來的一項先進技術，在焊接領域里，它在很大程度上填補了氬弧焊的不足，發展成為一種重要的高能束焊接方法之一。鎢極氬弧焊使用的熱源是常壓狀態下的自由電弧，簡稱自由鎢?。坏?/p>

46、離子弧焊用的熱源則是將自由鎢弧壓縮強化之后而獲得電離度更高的電弧等離子體，稱為等離子弧(又稱壓縮電弧)。兩者在物理本質上沒有區別，僅是存在弧柱中電離程度上的不同。 811 等離子弧焊的特點 目前廣泛采用壓縮電弧的方法將產生氬弧的鎢極縮人到焊槍的噴嘴內部，在噴嘴中通入等離子氣(通常是氬氣)，強制電弧從噴嘴的孔道通過，如圖81所示。這樣，電弧受到三種壓縮作用，即噴嘴孔道的機械壓縮、離子氣冷氣流的熱收縮和弧柱自身電磁產生的磁收縮，于是弧柱的導電截面縮小，一直達到與其內部的膨脹力平衡為止，而電流密度增大。 經壓縮的等離子電弧具有較高的能量密度、溫度及剛直性，因此與一般電弧焊和鎢極氬弧焊相比，等離子電弧

47、焊具有下列優點。 能量集中(能量密度可達？W平方厘米)、溫度高(弧柱中心可達1800024000K以上)、焰流速度大(可達300ms以上)、電弧方向性強、熔透能力強，在不開坡口、不加填充焊絲的情況下可一次焊透厚度810mm的不銹鋼板。圖82所示為等離子弧和自由鎢弧的溫度分布，左側為自由鎢弧，右側為等離子弧。 等離子弧焊縫質量對弧長的變化不敏感，這是由于等離子弧的形態接近圓柱形，發散角很小，約5左右，且挺直度好(見圖83)?；￠L發生波動對加熱斑點的面積影響很小，易獲得均勻的焊縫形狀。工件上受熱區域小，熱影響區窄，因而薄板焊接時變形小。而自由鎢弧呈圓錐形，發散角約45，對工件距離變化敏感性大。 鎢

48、極縮在水冷銅噴嘴內部，不可能與工件接觸，因此可避免焊縫金屬產生夾鎢現象。電弧攪動性好，熔池溫度高，有利于熔池內氣體的釋放。 等離子電弧由于壓縮效應及熱電高度較高，電流較小時仍很穩定。配用新型的電子第207頁電源，焊接電流可以小到01A，這樣小的電流也能達到電弧穩定燃燒，特別適合于焊接微 型精密零件。 可產生穩定的小孔效應，通過小孔效應，正面施焊時可獲得良好的單面焊雙面成形。與鎢極氬矗焊相比，在相同的焊縫熔深情況下，等離子弧焊接建度要快得多。 等離子弧焊的缺點是： 可焊厚度有限，一般在25mm以下； 焊槍及控制線路較復雜，噴嘴的使用壽命很低； 焊接參數較多，對焊接操作人員的技術水平要求較高。 等

49、離子弧的靜特性曲線接近U形(見圖84)。與自由鎢弧比較最大區別是電弧電壓比自由鎢弧高。此外，在小電流時，自由鎢弧靜特性為陡降的，易與電源外特性曲線相切，使電弧失穩。而等離子弧則為緩降或平特性的，易于與電源外特性相交建立穩定工作點。等離子弧焊由于下述原因，在其應用中可能受到限制。 電弧作用區域的觀察性差 等離子弧槍結構復雜，不僅比較重，手工焊時操作人員還較難觀察焊接區域。 雙弧弊端 使用轉移弧時，當工藝參數選擇不當，或噴嘴結構設計不合理，或噴嘴多次使用后有損傷，就會在鎢極噴嘴工件之間產生串接電弧，這種旁弧與轉移弧同時存在，稱為雙弧。雙弧產生，說明弧柱與噴嘴之間的冷氣膜遭到了破壞，轉移弧電流減小，

50、這樣就導致焊接過程不正常，甚至很快就燒壞噴嘴。 電弧可達性差 由于槍體比較大，鎢極內縮在噴嘴里面，因此對某些接頭形式是無能為力的。 一次性投資大 等離子弧焊接與切割設備比較昂貴。但是其焊接或切割速度快，焊第9章 氣體保護焊的工程應用 氣體保護焊由于具有電弧和熔池可見性好、操作方便、便于實現機械化焊接等優點，在工程機械、車輛、鍋爐壓力容器、船舶、建筑、電力設備、石油化工以及輕工業機械等焊接結構件的制造中有著廣泛應用。并且隨著焊接技術的不斷進步、設備的更新以及焊接材料的開發應用，氣體保護焊在工程結構中的應用范圍也日益擴大。 91 氣體保護焊在工程機械中的應用 911 起重機結構件的CO2氣體保護焊

51、 (1)箱形梁的焊接 1)結構及材質 箱形梁是由上、下蓋板和隔板組成，其結構如圖91所示。蓋板厚度為624mm，寬度為6001800mm；腹板厚度為614mm，高度為8002500mm；隔板厚度為612mm。其中主承載梁采用T形鋼，使承載焊縫由角焊縫變成對接接頭，改善焊縫的受力狀態，是高使用壽命。 起重機箱形梁的鋼板一般是采用Q235鋼和16Mn鋼板，除拼板是對接焊縫外，其余焊縫都是角焊縫，焊腳K610mm。四條長焊縫可以采用埋弧自動焊或COz自動焊，其余焊縫則全部采用CO2半自動焊進行焊接。 2)焊接工藝參數 起重機箱形梁CO2氣體保護焊的工藝參數見表91。第238頁(2)卷筒的焊接1)結構

52、及材質起重機的大直徑卷筒一般可用卷板機直接卷圓制成，小直徑卷筒通常都采用水壓機壓成半圓，拼焊成筒節后，再對接成整體卷筒。卷筒材料采用09Mn2或16Mn鋼板，厚度為2270mm。起重機卷筒的結構如圖92所示。 2)焊接工藝起重機卷筒環縫焊接可采用粗絲自動CO2氣體保護焊，選用H08Mn2SiA焊絲。卷筒環縫坡口形式和裝配要求如圖93所示。卷筒環縫焊接采用多層多道焊，除打底層是單道焊外，其余每層都有兩層焊道。焊接時，焊槍的偏移量為6080mm。起重機卷筒環縫的CO2焊工藝參數見表92。為保證坡口熔合良好，焊接過程中要不斷調整焊絲的對中位置。并且應根據坡口深度隨時更換導電嘴。隨著焊肉的變厚，坡口深

53、度的減小，必須更換短導電嘴，才能保證噴嘴與工件表面的距離，起到良好的保護效果。 (3)工字形吊車梁的焊接工字形吊車梁的翼板厚度1822mm，腹板厚度14mm，車梁長度612m，高度為l15m，腹板與翼板的T形接頭要求焊透。吊車梁的材質為16Mn鋼。吊車梁的腹板邊緣為I形坡口。工字形吊車梁采用COz氣體保護焊代替埋弧焊主要有以下優點。 簡化生成工序，開I形坡口，省掉了清根、打磨、除焊渣等工序。 生產率高。每條焊縫只需焊一道，而埋弧焊每條焊縫必須焊兩道。 節約焊材和電能。由于填充金屬量少，每lm工字梁可節約焊絲lkg左右，消耗的電能僅為埋弧焊的50左右。工字形吊車梁的焊接采用H08Mn2SiA焊絲，C02氣體的純度要求大于9999。工字梁腹板與翼板組裝時盡量頂緊，以減小裝配間隙。在船形位置焊接，焊完正面焊縫第10章 氣體保護焊的安全與防護 氣體保護焊采用電弧作能源，是一種明弧焊接方法，由于電流密度大、電弧溫度高，弧光輻射非常強烈，會對人的皮膚和眼睛產生強烈的刺激作用，容易引起電光性