项目四熔化极氩弧焊（ MIG ， GMAW)

项目四熔化极氩弧焊（MIG，GMAW)

教学目标 • 识读啤酒罐的焊接施工图； • 了解熔化极氩弧焊及混合气体保护电弧焊的原理、工艺特点及应用范围； • 合理选用焊丝和保护气体； • 合理制定焊接工艺并正确实施； • 了解熔化极气体保护电弧焊新技术。

项目工作描述 • 工作任务：储气罐的熔化极氩弧焊

工作任务要求 1.了解熔化极惰性气体保护焊的原理、特点及应用； 2. 熟悉熔化极气体保护焊的冶金特性； 3. 合理选择保护气体和焊丝； 4. 编制储气罐筒体对接埋弧焊工艺； 5 .按照焊接工艺要求焊接试件； 6 .分析并完善焊接工艺。

工作思路 实施完善实施完善掌握熔化极惰性气保焊基本操作方法，按照工艺实施焊接，分析试件焊接质量，完善焊接工艺计划决策确定焊接材料；编制焊接工艺；交流讨论，完善焊接工艺，并填写工艺片信息收集处理识读储气罐焊接施工图；利用课堂、网络、资料室等学习储备相关知识项目工作组 5名学生组成团队共同完成工作任务

1.MIG焊的特点及应用 资讯 • MIG焊是采用惰性气体作为保护气，使用焊丝作为熔化电极的一种电弧焊方法。在焊接结构生产中，特别是在高合金材料和有色金属及其合金材料的焊接生产中， MIG 焊占有很重要的地位。

1.1 氩气 • 氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反应，密度是空气的1.4倍，是一种理想的保护气体。 • 氩气热导率很小，单原子气体，不消耗分解热，所以电弧能量损失少。电弧燃烧稳定。 • 氩无脱氧去氢的作用，对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会影响焊缝质量。

1.2 CO2气体 • CO2为无色无味气体，密度是空气的1.5倍，受热后体积膨胀，保护焊接熔池和电弧方面，效果良好。 • CO2在高温时有较强的氧化性。 CO2在常温下很稳定，但在高温下易分解。 • CO2＝ CO + O2

1.3 MIG焊的特点 • 焊接质量好由于采用惰性气体作保护气体，保护效果好，焊接过程稳定，变形小，飞溅极少或根本无飞溅。焊接铝及铝合金时可采用直流反极性，具有良好的阴极破碎作用。

1.3 MIG焊的特点 • 焊接生产率高焊丝作电极，可采用大的电流密度焊接，母材熔深大，焊丝熔化速度快，焊接大厚度铝、铜及其合金时比钨极惰性气体保护焊的生产率高。 • 适用范围广由于采用惰性气体作保护气体，不与熔池金属发生反应，保护效果好，几乎所有的金属材料都可以焊接，因此适用范围广。

1.3 MIG焊的特点 • 对焊接材料表面清理要求特别严格；无脱氧去氢作用，因此对母材及焊丝上的油、锈很敏感。 • 抗风能力差，不适于野外焊接； • 焊接设备也较复杂。

1.4 MIG焊的应用 材料 • 适合于焊接低碳钢、低合金钢、耐热钢、不锈钢、有色金属及其合金。 • 低熔点或低沸点金属材料如铅、锡、锌等，不宜采用熔化极惰性气体保护焊。

板厚最薄厚度约为lrnm，大厚度基本不受限制。广泛地应用于中等厚度、大厚度铝及铝合金板材的焊接。结构自动焊适用于规则纵缝、环缝及水平位置的焊接；半自动焊大多用于定位焊、短焊缝、断续焊缝以及铝容器中封头、管接头、加强圈等焊件的焊接。

1.5 熔滴过渡特点 • MIG焊的熔滴过渡形式：短路过渡、射流过渡和亚射流过渡、脉冲射流过渡等多种形式。 • 射流过渡:因焊接电流大，电弧功率高，对熔池的冲击力太大，造成焊缝形状为“蘑菇”形，容易在焊缝根部产生气孔和裂纹等缺陷。同时，由于电弧长度较大，会降低气体的保护效果。

1.5 熔滴过渡特点 射流过渡和亚射流过渡的电弧形态及熔池形状比较示意图 a）射流过渡 b）亚射流过渡

1.5 熔滴过渡特点 • 亚射流过渡：采用较小的电弧电压，其熔滴过渡是介于短路过渡和射流过渡之间的一种形式。亚射流过渡采用较小的电弧电压，弧长较短，当熔滴长大即将以射流过渡形式脱离焊丝端部时，即与熔池短路接触，电弧熄灭，熔滴在电磁力及表面张力的作用下产生颈缩断开，电弧复燃完成熔滴过渡。。在焊接铝及铝合金时常用。 • 亚射流过渡的特点： •  短路时间很短，短路电流对熔池的冲击力很小，过程稳定，焊缝成形美观。

1.5 熔滴过渡特点 • 焊缝成型好由于亚射流过渡时，电弧电压、焊接电流基本保持不变，所以焊缝熔宽和熔深比较均匀。 • 热利用率高电弧下潜熔池之中，热利用率高，加速焊丝的熔化，对熔池的底部加热也加强了，从而改善了焊缝根部熔化状态，有利于提高焊缝的质量。 • 焊缝的质量高由于采用的弧长较短，可提高气体保护效果，降低焊缝产生气孔和裂纹的倾向。

决策与计划 2 MIG焊工艺 • MIG焊常用的保护气体：氩气、氦气和它们的混合气体。 • MAG焊常用的保护气体：氩气与氧气、二氧化碳组成的混合气体。 • 氩气（Ar）的性质：氩气的密度为空气的1.4倍，导热系数小，单原子气体，不消耗分解热，电弧温度和能量密度高。氩气、氦气等惰性气体既不和金属发生化学反应，也不溶于金属，能起到良好的保护作用。 2.1 保护气体的选择

2.1 保护气体的选择 • 氩气保护的优点： • 电弧燃烧非常稳定。 • 进行熔化极焊接时焊丝金属很容易呈稳定的轴向射流过渡，飞溅极小。 • 缺点是焊缝易成“指状”焊缝。 • 应用：纯氩气主要用作焊接有色金属及其合金（铝及铝合金的焊接）、活性金属及其合金以及高温合金的保护气。

2.1 保护气体的选择 • 氦气（He)的性质：氦气也是一种惰性气体，密度比空气小，电离电压高，热导率高。  在相同的焊接电流和弧长条件下，氦气的电弧电压比氩气的高，使电弧具有较大的功率，对母材热输人也较大。  焊接时引弧较困难；  氦气的流量应比氩气约高2-3倍；  氦气的成本也比氩气高。在实际的焊接结构生产中，为了适应不同金属材料和焊接工艺的需要，经常采用混合气作为保护气体。

Ar＋He 特点：采用Ar＋He户和气体保护，其电弧功率大、温度高、熔深大等特点。在焊接大厚度铝及铝合金时，可改善焊缝成形、减少气孔及提高焊接生产率。 应用：焊接导热性强、厚度大的有色金属如铝、钛、锆、镍、铜及其合金。 He所占的比例随着焊件的厚度的增加而增大。 2.1 保护气体的选择

 采用Ar＋He作保护气体焊接铝及铝合金的比例 2.1 保护气体的选择 • 焊接铜及合金时，He所占比例一般为50%-70%。

2.1 保护气体的选择 • Ar＋ N2 氮（N2）与铜及铜合金不起化学作用，氮气相当于惰性气体，因此可用于铜及其合金的焊接。 • N2是双原子气体，热导率比Ar、He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，焊铜时可降低预热温度。 • N2可单独使用，也常与Ar混合使用。 • Ar + He混合气体比较， N2来源广泛，价格便宜，焊接成本低；

2.1 保护气体的选择 • Ar＋02、Ar＋CO2 • 由于保护气体具有氧化性，可以在熔池表面不断地生成氧化膜，生成的氧化物可以降低电子逸出功，故能稳定阴极斑点，克服阴极斑点飘忽不定的缺点，增加电弧的稳定性。 • 能降低液体金属的表面张力，有利于增加液体金属的流动性，具有熔滴细匀、电弧稳定、焊缝成形规则等特点：

 用于钢的射流过渡或脉冲熔化极气体保护焊； 对于不锈钢、高合金钢等一般可用Ar +CO2 5%，CO2不能超过5%，以减小不锈钢的间腐蚀倾向，或降低高合金钢的淬硬倾向，避免产生裂纹。 对于碳钢、低合金钢等可用Ar＋C02 20% ~30%、Ar＋C02 15% ＋02 5%，可提高熔滴过渡的稳定性，改善焊缝熔深形状和外观成形，降低焊接成本。 2.1 保护气体的选择

2.1 保护气体的选择

2.2 焊接工艺参数的选择 • 焊接材料：焊丝牌号；焊丝规格；焊丝干伸长； • 保护气体。 • 能量参数：焊接电流；电弧电压；焊接速度； • 保护效果：喷嘴直径；喷嘴至焊件之间的距 • 离；气体流量。 • 焊接位置：焊枪倾角；焊件位置； • 电源极性：直流（正接，反接）；交流。

2.2 焊接工艺参数的选择 • 焊接参数主要有：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、保护气体流量、焊丝伸出长度、喷嘴直径。 • 焊丝直径：根据焊件的厚度及熔滴过渡形式来选择焊丝直径。常用：0.8~2.4mm范围内 •  细焊丝以短路过渡为主，用于焊接薄板和全位置焊接。粗焊丝以射流过渡为主。用于厚板平焊位置。

2.2 焊接工艺参数的选择 • 焊接电流：应根据焊件厚度、焊接位置、焊丝直径及熔滴过渡形式来选择。 • 

2.2 焊接参数的选择 • 焊丝直径一定时，可以通过选用不同的焊接电流范围以获得不同的熔滴过渡形式。

2.2 焊接参数的选择 • 临界电流值获得连续喷射过渡的最低电流值。焊丝直径增大其临界电流也会增加。 • 在焊接铝及铝合金时，为获得优质的焊接接头，熔化极氩弧焊一般采用亚射流过渡。电弧稳定，气体保护效果好，飞溅少，熔深大，焊缝成形美观，表面鱼鳞纹细密。

2.2 焊接参数的选择 • 电弧电压：熔滴的过渡形式及焊缝成形，要想获得稳定的熔滴过渡，除了正确选用合适的焊接电流外，还必须选择合适的电弧电压与之相匹配。

2.2 焊接参数的选择 • 图表示MIG焊时电弧电压和焊接电流之间的关系。电弧电压过高，则可能产生气孔和飞溅； • 电弧电压过低，则易短接。

2.2 焊接参数的选择 • 焊接速度：和焊接电流一定要密切配合，焊接速度不能过大或过小，难获得满意的焊缝成形。

2.2 焊接参数的选择 • 焊丝位置：焊丝和焊缝的相对位置会影响焊缝成形，焊丝相对位置有前倾、后倾和垂直三种

2.2 焊接参数的选择 熔滴过渡形式：短路过渡；射流过渡；亚射流过渡；脉冲射流过渡保护气体：惰性气体：氩气；氦气；氮气（Cu）；活性气体：氧气；二氧化碳；混合气体：氩气+氦气；氩气+氮气；氩气+氧气；氩气+二氧化碳

2.2 焊接参数的选择

极性的影响：常选用直流反接。 2.2 焊接工艺参数的选择

拓展 3.1 脉冲MIG焊原理 • 脉冲电流脉冲电弧熔化极电弧焊方法MIG 。 • 应用：特别适合于热敏金属材料和薄、超薄板焊件及薄壁管子的全位置焊接。

3.1 脉冲MIG焊原理 焊接参数：脉冲电流Ip基值电流Ij 脉冲频率f 脉冲电流时间tp 基值电流时间tj 等 • 脉冲电流Ip：决定熔池形状及熔滴过渡形式的主要参数，为了保证熔滴呈射流过渡，必须使脉冲电流值高于连续射流过渡的临界电流值。 • 可以通过调节脉冲电流的大小来调节熔深。

3.1 脉冲MIG焊原理 基值电流:主要作用是维持电弧稳定燃烧，同时有预热母材和焊丝的作用。调节基值电流也可调节母材的热输入，基值电流增大，母材热输入增加；基值电流过大会导致脉冲焊接的特点不明显；

3.1 脉冲MIG焊原理 • 脉冲电流持续时间:控制母材热输入的主要参数，时间长，母材的热输入就大。 • 在其它参数不变的条件下，只改变脉冲电流和脉冲电流持续时间，就可获得不同的熔池形状。

3.1 脉冲MIG焊原理 脉冲频率:一般为30~120次／s；脉冲频率的大小主要由焊接电流来决定，应该保证熔滴过渡形式呈射流过渡，力求一个脉冲至少过渡一个熔滴。脉冲频率过高会失去脉冲焊接的特点，过低焊接过程不稳定。 • 脉宽比:脉冲电流持续时间和脉冲周期之比，反应脉冲焊 • 接特点的强弱，脉宽比过大，特点不明显，过小，影响电 • 弧稳定性。一般选在25%~50%。

3.2 脉冲熔化极惰性气体保护焊的特点 • 具有较宽的焊接参数调节范围：电流的调节范围可以从几十安培到几百安培。 • 可以精确控制电弧的能量。平均电流小，熔池体积小，液体金属不易流失，可精确控制热输入。 • 适于焊接薄板（厚度1.6~2.0rnm）和全位置焊 • 能用较粗焊丝焊接薄板。

实施 3.3 窄间隙MIG焊 • 窄间隙MIG焊是焊接大厚板对接焊缝的一种高效率的特种焊接技术。 • 接头形式为对接接头，开 I 形坡口或小角度V形坡口，间隙范围为6~15mm，采用单道多层或双道多层焊，可焊厚度为30~300mm之间的焊件。 a）细丝窄间隙焊 b）粗丝窄间隙焊 1-喷嘴 2-导电嘴 3-焊丝 4-电弧 5-焊件 6-衬垫 7-绝缘导管

3.3 窄间隙MIG焊 • 窄间隙熔化极惰性气体保护焊特点 • 窄间隙熔化极惰性气体保护焊焊接时，因接头不需开坡口，减少了填充金属量，焊后又不清渣，故节省时间和材料，提高焊接生产率。 • 焊缝热输入较低，热影响区小，焊接应力和焊件变形都小，裂纹倾向小，焊缝机械性能高。 • 熔池和电弧观察比较困难，要求焊枪的位置能方便地进行调整。

3.3 窄间隙MIG焊 应用范围 • 焊接黑色金属和有色金属。 • 目前主要用于焊接低碳钢、低合金高强度钢、高合金钢和铝、钛合金等。应用领域：锅炉、石油化工行业的压力容器；机械制造和建筑结构；管道海洋构造，造船和桥梁等。

3.3 窄间隙MIG焊 • 细丝窄间隙焊:焊丝直径为0.8~1.6mm • 接头间隙在6~9mm之间采用双丝或三丝，每根焊丝都有独立的送丝系统、控制系统和焊接电源。焊接电源一般采用的是直流反极性，熔深大，能够保证焊透，裂纹倾向性小。

3.3 窄间隙MIG焊 • 粗丝窄间隙焊:焊丝直径为2 ~ 4.8mm • 接头间隙在10~15mm之间 • 焊丝可以用单丝，也可用多丝。 • 焊接电源一般采用直流正极性，熔滴细小且过渡平稳，飞溅小，焊缝成形系数大，裂纹倾向性小。 • 若用反极性，熔深大，焊缝成形系数小，容易产生裂纹。

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