第十一章：二保焊与混合气体保护焊

极性
反极性特点：电弧稳定，焊接过程平稳，飞溅小。 正极性特点：熔深较浅，余高较大，飞溅很大，成形不好，焊丝 熔化速度快（约为反极性的1.6倍），只在堆焊时 才采用。 CO2焊、MAG焊和脉冲MAG焊一般都采用直流反极性。
A V A V
直流反极性接法
KRⅡ200 KRⅡ200
直流正极性接法
+
焊枪 工件
低焊接电 流范围
高焊接电 流范围
短路过渡是短路和电弧切断在每一秒交替进行20 到 200 次。 熔化的小金属 熔滴只有当电极接触到焊接熔池时才从电极 转移到工件上 。 这种类型的过渡在低电流范围产生。 CO2气体保护下的熔滴过渡能在所用的所有焊接电流发生。 熔滴过渡表现为小熔滴的直径接近焊丝的直径。
CO2气体
纯度：纯度要求大于 99.5%，含水量小于0.05%。
提纯
气瓶
气态 CO2 液态CO2
放杂气
气瓶
气态 CO2
液态 CO2
水
放水
水
如果纯度不够，可采取以下措施： （1）将CO2钢瓶倒置1～2h，使水分下沉，每隔30min左右放水一次，放 两到三次，然后将钢瓶放正； （2）更换新气时，先放气2～3min，以排出混入瓶内的空气和水分； （3）在气路中串联预热器和干燥器，以进一步减少CO2气体中的水分。
+
焊枪 工件
环境卫生要求等
防止雨淋
＞20cm
＞30cm
A V
避 免 阳 光 直 射
A
V
焊机应尽量 安装在湿度 小、灰尘少 、风速较弱 的场所。
远离热源及易燃易爆 物
KRⅡ20
0
KRⅡ20
0
安全卫生与劳动保护
CO2气体在电弧高温作用下，电弧区中将有50%左 右的CO2气体发生分解，并生成CO和O。同时在冶金 反应中亦会生成少量CO，强烈的氧化作用还会产生大 量烟尘从安全角度考虑， CO2焊时除应防止触电、弧 光照射、飞溅物烫伤外，还应注意焊接现场的通风换气 与除尘。
过高，金属飞溅将增多；电弧电压过低，则焊丝容易
伸入熔池，使电弧不稳。在大电流焊接时，若电弧电
压过高，则金属飞溅增多，容易产生气孔；电压过低，
则电弧太短，使焊缝成形不良。
•电流与电压控制
焊接电流是确定熔深的主要因素。随着电流的增加， 熔深和熔敷速度都要增加，熔宽也略有增加。送丝速 度越快，焊接电流越大，基本上是正比关系。焊接电
Optimum
High
400A, 30V
400A, 35V
Short Optimum Long
400A, 38V
400A, 42V
焊枪操作
在焊接过程中,焊枪的高度(干伸长度)和角度, 自始至终保持一致.
＜20 0
小于300A时: L= (10--15)倍焊丝直径.
大于300A时:
L= (10--15)倍焊丝直径 + 5mm
气体保护电弧焊
气体保护焊的定义：
外加气体保护电弧和焊接区的电弧焊称为气体保护焊。
常用的保护气体：
二氧化碳气（ CO2）、氩气（ A r ） 、氦气（He） 及它们的混合气体: CO2+ A r 、 CO2+ A r + He 、…… 。
C02焊的原理
用焊丝来代替焊条,经送丝轮 通过送丝软管送到焊枪,经导电
如果其他变量保持不变, 电弧电压与电弧长度有关系。 由一个适当的电弧电压,电弧电压增加将引起焊道变平和熔化区域变宽。 过高的电弧电压将引起焊接缺陷(气孔、飞溅和咬边) 。 减小电弧电压将使焊道变窄而加强高较大及熔深较大。 过低的电弧电压将导致熄弧。
400A, 26V
Arc voltage : Low
第十一章
二保焊 混合气体保护焊
公尚勇 2015
TIG焊又称为惰性气体钨极保护焊。无论是手工焊接还是 自动焊接0.5～4.0mm厚的不锈钢时，最常用的就是TIG焊。
焊接方法分类
熔化焊接
电弧焊 熔化极
压力焊
气焊 铝热焊 电渣焊 电子束焊 激光焊
手工焊 CO2焊 埋弧焊 MAG焊 MIG焊
非熔化极 钎焊
C02气保焊的特点
焊接速度快 单位时间内熔化焊丝比手工电弧 焊快一倍
焊接范围广 可适用低碳钢高强度 钢普通铸钢全方位焊
引弧性能好 能量集中，引弧容易，连续送 丝电弧不中断。
溶深大 熔深是手弧焊的三倍 ,坡口加工小。
焊接效果
焊接质量好 对铁锈不敏感，焊缝含氢量低 ，抗裂性能好，受热变形小。
溶敷效率高 手弧焊焊条熔敷效率是60% CO2焊焊丝熔敷效率是90%
◆
向后焊接
◆
向后焊接的方法指引电弧力向熔池方向。
10－15° 10－15°
向前焊接
向后焊接
＜ 20 0
前进法
焊接方向
焊丝、焊口及周围10～20mm范围内必须保持清洁，不得有影响焊接质 量的铁锈、油污、水和涂料等异物。
左焊法时，电弧对母材有预热作用，熔宽增加，焊缝形成较平，且能看 清焊接方向，不易焊偏。焊枪倾角约为10°～20°。
操作技能
CO2 保护焊焊接质量标准
1、焊缝表面平直、鳞纹均匀、高度一致。 2、焊缝余高不超过2mm，焊缝余高差小于 1mm。
3、无过大焊瘤、气孔、咬边，不得有未 焊透、未熔合现象。 4、无焊渣、残留焊丝。
•电流与电压控制
焊接电流与电弧电压是关键的工艺参数。为了使
焊缝成形良好、飞溅减少、减少焊接缺陷，电弧电压 和焊接电流要相互匹配。在小电流焊接时，电弧电压
小于300A时: L= (10--15)倍焊丝直径. 大于300A时: L= (10--15)倍焊丝直径 + 5mm 举例：
导电咀
干伸长度
直径1.2mm焊丝可用电流120-350A,
电流小时乘10倍的焊丝直径， 电流大时乘15倍的焊丝直径 。
工件
干伸长度
干伸长度从导电嘴端部到电极末 端的距离。干伸长度的增加将导 致其电阻的增加。
供气系统 焊接电源
送丝机构
CO2 气体保护焊的原理
实芯焊丝电极
保护气进入 电流导体 送丝管和导 电嘴
焊接方向
气体喷嘴
可消耗的电极
电弧
保护气 焊接金属
母材
CO2 气体保护焊的原理
CO2 气体将电弧和焊接熔池与空气隔离开。 为了防止焊接缺陷， 使用加入锰和硅元素的焊丝， 因为这些元素比铁容易与氧发生反应。
焊接速度对焊缝成型的影响
如果其他变量保持不变, 焊接速度的增加将引起 焊道尺寸的减小。
20 cm/min
40 cm/min
60 cm/min
80 cm/min 100 cm/min
干伸长度
定义:焊丝伸出长度（也称干伸长）是指从 导电嘴到焊丝端部的距离，一般约等于焊丝 直径的10倍，Hale Waihona Puke Baidu不超过15mm。
MAG焊是熔化极活性气体保护电弧焊的英文简称。它是在氩气中加入少量的氧化性气体（氧气， 二氧化碳或其混合气体）混合而成的 一种混合气体保护焊。我国常用的是80%Ar+20%二氧化碳的混合气体，由于混合气体中氩气占 的比例较大，故常称为富氩混合气体保护焊。
TIG焊 等离子弧焊
用实芯焊丝的惰性气体 （Ar或He）保护电弧焊 法称为熔化极惰性气体 保护焊，简称MIG焊。
流过大时，会造成熔池过大，焊缝成形恶化。
随电弧电压的增加，熔宽明显增加，而焊缝余高和熔深略有减少，焊缝机
械性能有所降低。电弧电压过高，会产生焊缝气孔和增加飞溅。电弧电压过 低，焊丝将插入熔池，电弧不稳，影响焊缝成形。
焊接电流对焊缝成型的影响
如果其他变量保持不变, 焊接电流的增加（送丝速度） 将导致如下变化; ◆ 焊缝宽度及熔深增加。 ◆ 沉积率增加。 ◆ 焊道的尺寸增加。
焊枪倾角太大：吸入空气，产 生气孔，焊缝不均匀。
干伸长度太大：保护不好易 产生气孔。
吸入空气
（水平角焊）
（薄板正视图） 垂 直 侧 （厚板正视图）
10~ 200 40~ 450
40~ 450
垂 直 侧
（侧视图）
水平侧 0.5~3mm
水平侧
0~1.5mm
薄板水平角焊：焊丝指向焊缝。 厚板水平角焊：要使焊缝对称，必须考虑垂直侧与水 平侧的散热情况，上板散热差，下板 散热好，所以，电弧应指向下板。
导电咀
过短时：
看不清电弧,喷嘴易被飞溅物堵塞 ,飞溅大，熔深变深，焊丝易与导 电咀粘连.
干伸长度
工件
焊丝
因CO2是一种氧化性气体，在电弧高温区有强烈的 氧化作用，使合金元素烧损，所以CO2焊时为了防止气
孔，减少飞溅和保证焊缝较高的机械性能，必须采用含
有S i、M n等脱氧元素的焊丝。 CO2焊丝分为实芯焊丝和药芯焊丝两种.
局限性
手工电弧焊
CO2 气体保护焊
◆ 焊接电弧必须防止气流将 ◆
CO2 保护气氛吹散或稀释。
较高的热辐射和强烈的电弧光均比手工电弧焊的高。
飞溅的产生
低焊接电 流范围
高焊接电 流范围
通常, 短路过渡所产生的飞溅颗粒的尺寸比 熔滴过渡所产生的飞溅颗粒的尺寸小。
CO2 气体保护焊的金属过渡 －短路过渡－－熔滴过渡－
•气体流量控制
气体流量直接影响气体保护效果。气体流量过 小时，焊缝易产生气孔等缺陷。气体流量过大 时，不仅浪费气体，而且焊缝由于氧化性增强 而形成氧化皮，降低焊缝质量。
二氧化碳保护焊焊接规范
禁止电风扇风向正对焊口，影响气体保护。
气体流速对焊缝外观的影响
焊接速度
在一定的焊丝直径、焊接电流和电弧电压条件下，焊 接速度增加，焊道变窄,熔深和余高变小，容易产生咬 边未熔合等焊接缺陷，而且使气体保护效果变差，还会 出现气孔；但焊接速度过慢，生产效率降低，焊接变形 增大。 CO2半自动焊的焊接速度为30～60 cm/min。 自动焊：焊接速度可高达250cm/min以上。
垂 直 侧
40~ 450
垂 直 侧
40~ 450
水平侧 0
水平侧 0—3mm
电弧指向位置错
不等厚板时焊枪角度控制
•引弧和收弧控制
引弧。一般都采用直接短路引弧，如果焊丝与焊件 接触太近或接触不良都会引起焊丝成段爆炸。因此， 一般在引弧前焊丝端头与焊件保持2～3毫米的距离， 并要注意剪掉丝端头的球状焊丝。引弧时要选好位置， 采用倒退引弧法。 收弧。收弧时须填满弧坑，焊枪在收弧处稍停片刻， 继续送气保护，然后慢慢抬起焊把，不应立即抬起焊 枪，否则弧坑容易形成气孔。
L 焊接方向
•CO2保护焊操作技能
平焊按焊枪运动方向分右焊法和左焊法（焊枪从右到左移动）二种。右 焊法时熔池保护良好，热量利用充分，焊缝外形较饱满；但右焊法时不易 观察焊接方向，易偏焊。一般常用左焊法。
＜ 20 0
＜ 20 0
前进法
后退法
焊接方向
焊接方向
焊枪角度 －向前和向后－
向前焊接
使用向前焊接的方法, 电弧力推动焊接金属向前离开熔池到前方较凉的 金属上。 ◆ 在CO2 气体保护焊中, 焊枪操作通常采用向前焊接。
咀导电,在CO2气氛中,与母材
之间产生电弧,靠电弧热量进行 焊接。
CO2气体通过焊枪喷嘴，沿
焊丝周围喷射出来，在电弧周 围造成局部的气体保护层使溶
滴和溶池与空气隔离开来，保
护焊接过程稳定持续地进行， 并获得优质的焊缝。
1-焊件 4-焊丝
2-被排开的的空气 5-焊炬喷嘴
3-形成气罩的气流
二保焊设备
半自动二保焊设备由焊接电源、送丝机构、焊枪、供气系统、冷却 水循环装置及控制系统等几部分组成。
与手工焊比：抗风能力差，设备较复杂。
CO2焊的缺点
① 使用大焊接电流焊接时，
焊缝表面成形较差，飞溅较多。 ② 不能焊接容易氧化的有 色金属材料。 ③ 很难用交流电源焊接和
在有风的地方施焊。
④ 弧光较强，特别是大电 流焊接时，电流的光热辐射较
强。
2.几项要求
1 2 3 4 5 焊接速度 干伸长度 焊丝 气体 极性
喷嘴 导电嘴
比较适当的干伸长度为： 短路过渡 6－15 mm 熔滴过渡 15－25 mm
干伸长 导电嘴到工 件的距离
喷嘴到工件 的距离
工件
电弧长度
干伸长度为什麽要求严格
保持干伸长度不变是保证焊接 过程稳定性的重要因素之一。
过长时：
气体保护效果不好，易产生气孔 ，引弧性能差,电弧不稳,飞溅加 大, 熔深变浅，成形变坏.
熔深
140 120 100 80 60 40 20 0 100 200 300 400 焊接电流 (A) 500
400A, 35V 1.2φ 1.0φ 0.8φ 300A, 29V 250A, 26V
焊道宽度
加强高
1.6φ
焊丝熔化率 (g/min)
350A, 31V
450A, 35V
电弧电压对焊缝成型的影响
焊丝 (Mn, Si)
CO2 CO O2 N2 O O
CO2
CO O2 N2
Mn
Si
母材
焊接金属
CO2 气体保护焊的主要特性
优点 (与电焊条比较) ◆ CO2 气体保护焊克服了手工电弧焊遇到的焊条长度的限制。 ◆ 焊接金属的沉积率比手工电弧焊的高。 ◆ 焊接速度比手工电弧焊的高。 ◆ 可以保证长焊缝没有手工电弧焊的断续接点。 ◆由于没有厚厚的焊渣极大地减少了焊后清理的工作量。