第七章熔化极氩弧焊

7.5 熔化极氩弧焊的保护气体及焊丝 7.5.1 保护气体
1.Ar+He 加入一定数量的He气后可获得两者所具有的优点。 2. Ar+H2 利用Ar+H2混合气体的还原性，焊接镍及其合金时，可 以抑制和消除焊缝中的CO气孔，但H2含量必须低于6％，否 则会导致产生H2气孔。此外，在Ar中加入H2可提高电弧温度， 增加母材热输入。
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焊丝为阴极时的电弧行为 电弧电流形成 的电磁收缩力对熔滴 过渡完全不起作用， 熔滴主要靠重力作用 过渡，于是形成粗滴 过渡。此时电弧不稳 定，焊缝成形不良。
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焊丝为阳极时的电弧行为
当焊接电流较小时，熔滴 呈粗滴过渡，过渡不稳定。 增大焊接电流以后，熔滴 直径等于或小于焊丝直径，呈现 喷射过渡形式.
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7.2.2 射滴过渡
阻碍熔滴过渡的力主要是 焊丝与熔滴间的表面张力。斑 点压力作用在熔滴表面各个部 位，其阻碍熔滴过渡的作用降 低。 过渡的推动力是作用在熔 滴上的电磁收缩力。 熔滴的尺寸明显减小，接 近于焊丝直径，熔滴沿焊丝轴 向过渡。
射滴过渡的电弧形态及熔滴上的作用力 a） 射滴过渡的熔滴及电弧形态 b) 射滴过渡的熔滴上的作用力
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6.Ar+CO2+O2 用80％Ar+15%CO2+5%O2混合气体焊接低碳钢、 低合金钢，焊缝成形、接头质量以及金属熔滴过 渡和电弧稳定性方面都非常满意。
不同保护气体的焊缝成形
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7.5.2 焊丝
半自动或自动熔化极氩弧焊的焊丝是连续送 进，因此焊丝以盘式或筒装供应。焊丝直径规格 有0.8 mm、1.0mm、1.2 mm、1.6 mm等。
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7.2.3 射流过渡 当焊接电流进一步增大，并超过射流过渡的 临界电流值时，产生射流过渡。熔滴过渡时电弧 燃烧稳定，对保护气流扰动较小，金属飞溅也小， 故容易获得良好的保护效果和焊接质量。 MIG和 MAG焊主要采用这种过渡形式。
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7.2.4 亚射流过渡
只在铝及铝合金MIG焊时才会出现的一种熔滴过渡形式。
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电弧自身调节作用:等速送丝配合平外特性或略微下降外特 性焊接电源
电弧固有自调节作用:铝合金MIG焊时，等速送丝焊机配合 陡降外特性或垂降外特性焊接电源。
电弧电压反馈自动调节作用:当焊丝直径大于φ3 mm时，变 速送丝焊机配合下降外特性弧焊电源。
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7.4.3 送丝系统 通常由送丝机构（包括电动机、减速器、矫 直轮、送丝轮）、送丝软管（导丝管）、焊丝盘 等组成。根据送丝系统的送丝方式不同，半自动 焊的送丝系统有三种基本送丝方式。
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3. 铜合金的熔化极氩弧焊
熔滴过渡：
射流过渡 特点： 预热温度高，焊接电流大（达到600 A） 采用Ar+He (50-75%) 保护可以提高电弧的功率，从而降低 预热温度。
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4. 铝合金的熔化极氩弧焊 熔滴过渡形式：短路过渡、喷射过渡、亚射流过渡 保护气体：纯氩、Ar＋He混合气体
7.4.1 熔化极氩弧焊的组成
按机械化程度分有自动焊和半自动焊两类。 主要由弧焊电源、送丝系统、焊枪、行走台 车（自动焊）、供气系统、水冷系统、控制系统 等部分组成
第7章 熔化极氩弧焊
半自动熔化极氩弧焊设备构成
第7章 熔化极氩弧焊
自动熔化极氩弧焊设备构成
第7章 熔化极氩弧焊
7.4.2 焊接电源 通常采用直流焊接电源，常用的焊接电源有变 压器抽头二极管整流式、晶闸管可控整流式、逆 变式等几种。
弧长介于2～8mm之间。弧长小于2 mm时形成短路过渡，弧长 大于8 mm时形成射滴过渡。
形成亚射流过渡的弧长因电弧电流大小而取不同的数值，弧 长取下限时具有部分短路过渡的特征；弧长取上限时具有部 分射滴过渡的特征。
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铝合金MIG焊熔滴过渡形式与电弧电压及弧长的关系
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a）－推丝式 b）、c）－拉丝式 d）－推拉丝式
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7.4.4 焊枪和导丝管
1.
半自动焊枪
半自动焊枪按结构分为鹅颈式和手枪式 两种；按冷却方式可分为气冷和水冷两种。
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推丝式焊枪的典型结构
典型半自动焊焊枪示意图
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拉丝式焊枪的结构
拉丝式焊枪 b)推丝式焊枪
第7章 熔化极氩弧焊
第7章 熔化极氩弧焊
主要内容： 熔化极氩弧焊的原理及特点 熔滴过渡及其控制 焊接设备 焊接材料以及焊接工艺 脉冲熔化极氩弧焊 双丝熔化极氩弧焊 T.I.M.E.焊。
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7.1 熔化极氩弧焊原理、特点及应用 7.1.1 熔化极氩弧焊工作原理
1－焊件 2－电弧 3－焊丝 4－焊丝盘 5－送丝滚轮 6－导电嘴 7－保护罩 8－保护气体 9－熔池 10－焊缝金属
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3.焊接电流和电弧电压的调节方法
从理论上讲焊接电流应 通过改变电源输出的外特性 曲线来调节，电弧电压应通 过改变送丝速度来调节。 必须采用送丝速度与电 流一元化调节，在调节弧焊 电源外特性的同时自动调节 送丝速度。
电弧固有自调节系统的焊接参数调节区间
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7.4 熔化极氩弧焊设备
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2. 自动焊焊枪
一种自动熔化极氩弧焊枪结构示意图 1－钢管 2－镇静室 3－导流体 4－铜筛网 5－分流套 6－导电嘴 7－喷嘴 8－帽盖
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7.4.5 供气系统和水冷系统
1.
供气系统 由气源（高压气瓶）、气体减压阀、气体 流量计、电磁气阀和送气软管等组成
第7章 熔化极氩弧焊
第7章 熔化极氩弧焊
电弧固有自调节系统的弧长调节过程
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与电弧自身调节系统的相同处：都是利用焊丝熔化速度作 调节量来保持焊接弧长的稳定； 不同之处是：电弧自身调节系统是依靠焊接电流的改变来 影响焊丝的熔化速度，而电弧固有的自调节系统是依靠焊 丝熔化系数的改变来影响焊丝的熔化速度。
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纯Ar焊接 不锈钢时存在二个问题： 1.液态金属的粘度及表面张力较大，易产生气孔， 咬边等缺陷。 2.产生阴极漂移现象
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加入1％的O2就可克服阴极漂移现象而且有利于 金属熔滴的细化，降低射流过渡的临界电流值。 当含氧量超过2％时，焊接的不锈钢焊缝表面氧化明 显，接头质量下降。 用Ar+20%O2混合气体来焊接碳素钢及低合金结构钢： 1）较高的生产率 2）抗气孔性能比Ar＋20％CO2及纯CO2都好 3）焊缝缺口韧度也有所提高 4） 进行高强度钢的窄间隙焊时，可减少焊缝金属产生 树枝状晶间裂纹的倾向.
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7.3.2 电弧固有的自调节系统
电弧固有的自调节系统是铝焊丝采用亚射流 熔滴过渡进行MIG焊时所使用的一种弧长自动调节 系统。
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1.电弧固有的自调节作用
铝焊丝MIG焊熔化特性与熔滴过渡形态间的关系
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2.电弧固有的自调节系统和弧长的自动调节 电弧固有的自调节系统是由具有固有自调节 作用的电弧，配合以等速送丝焊机和垂降特性 （恒流）焊接电源而构成的。
7.6.2 焊接参数 主要包括：焊接电流、电弧电压、焊接速度、 焊丝伸出长度、焊丝倾角、焊丝直径、保护气体 的种类及其流量等。 （1）焊接电流和电弧电压 焊接电流及焊丝直径:焊件的厚度及焊缝熔深 送丝速度:焊接电流 电弧电压:根据焊接电流考虑熔滴过渡形式
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（2）焊接速度 （3）焊丝伸出长度 短路过渡:合适的伸出长度为6-13 mm； 其它: 合适的伸出长度为13～25 mm。
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1. 2. 3. 4. 5. 6.
低碳钢及低合金钢焊丝 不锈钢焊丝 铝及铝合金焊丝 镍及镍合金焊丝 铜及铜合金焊丝 钛及钛合金焊丝
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7.6 熔化极氩弧焊焊接工艺
7.6.1 焊前准备
焊接坡口准备 焊件及焊丝表面处理 焊件组装 焊接设备检查
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熔滴过渡形式: 短路过渡、射流过渡、脉冲过 渡。 (1) 短路过渡不锈钢MIG焊 焊丝直径:0.8-1.2mm 保护气体: Ar+O2（1～5％） Ar+CO2 (5 ～ 20％) 板厚:3.0mm以下薄板单层焊接。
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(2) 射流过渡不锈钢MIG焊 焊丝直径:0.8、1.0、1.2、1.6 mm 保护气体: Ar+O2（1～2％） Ar+CO2 (5 ～ 10％) 板厚:3.2mm以上钢板焊接 焊接电流：大于射流过渡临界电流
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(1)
短路过渡MAG焊 主要焊接薄板 比CO2焊的电弧更稳定、飞溅也更少。
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(2) 射流过渡MAG焊 焊接电流: 比射流过渡临界电流高30～50A 特点: 焊接电弧十分稳定，焊缝表面平坦，焊缝成 形良好，飞溅少。
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2. 不锈钢的熔化极氩弧焊
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（4）保护气体流量 常用的熔化极氩弧焊喷嘴孔径为20mm左右， 保护气体流量为10～30L/min。
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7.6.3 熔化极氩弧焊常用的焊接工艺
1.低碳钢及低合金钢的熔化极氩弧焊
保护气体: Ar+CO2（5-20）%,有时还加入少量O2。 熔滴过渡形式:短路过渡、射流过渡、脉冲过渡。
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7.2 熔化极氩弧焊的熔滴过渡
熔滴过渡形态有粗滴过渡、射滴过渡、射 流过渡、旋转射流过渡、亚射流过渡、短路过 渡等。应用广泛的是射滴过渡、射流过渡和亚 射流过渡。
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熔化极氩弧焊熔滴过渡与焊接参数的关系
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7.2.1焊接时的极性选择
一般采用直流反接（焊件接负），很少采用 直流正接（焊件接正）或者交流电流。在焊接铝、 镁及其合金时，也需要利用直流反接时电弧对焊 件及熔池表面的氧化膜所具有的阴极清理作用。
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5.Ar+CO2
用于焊接碳钢及低合金钢。 Ar与CO2的混合比例： Ar 80％＋CO220％ Ar 82％＋CO218％ 可用于喷射过渡电弧也可用于短路过渡电弧及脉冲过渡电弧。 但在用短路过渡电弧进行垂直焊和仰焊时，Ar与CO2的比例最 好为50％:50％，这样有利于控制熔池。
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缺点： （1） MIG焊对工件、焊丝的焊前清理要求较高，即 焊接过程对油、锈等污染比较敏感。 （2） 氩气及混合气体比CO2气体的售价高，熔 化极 氩弧焊的焊接成本比CO2电弧焊的焊接成本高。
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7.1.3 熔化极氩弧焊的应用
1.MIG焊几乎可以焊接所有的金属材料，主要用于焊 接铝、镁、铜、钛及其合金，以及不锈钢 2.富氩混合气体保护的MAG焊可以焊接碳钢和某些 低合金钢，在要求不高的情况下也可以焊接不锈钢。 不能焊接铝、镁、铜、钛等容易氧化的金属及其合 金。
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3.Ar+N2 主要用于焊接铜及铜合金， Ar与N2的混合比为80％:20％。 缺点：焊接时有飞溅，并且焊缝表面较粗糙。
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4.Ar+O2
① 含O2量较低，为1～5％，用于焊接不锈钢等高合金钢及级 别较高的高强度钢； ② 另一类含O2量较高，可达20％以上，用于焊接低碳钢及低 合金结构钢。
7.3 熔化极氩弧焊的自动调节系统
熔化极氩弧焊主要采用了两种电弧自动调节系 统：电弧自身调节系统和电弧固有的自调节系统。 只有当使用直径为3 mm以上焊丝时，由于自身 调节系统的灵敏度降低，才使用电弧电压反馈调节 系统进行自动调节。
第7章 熔化极氩弧焊
7.3.1 电弧自身调节系统 当熔滴过渡采用射流过渡、射滴过渡、短路 过渡时均采用电弧自身调节Fra Baidu bibliotek统。 电弧自身调节系统是具有较强自身调节作用 的电弧，配合以等速送丝焊机和平特性（恒压） 焊接电源而构成的。 它依靠电弧电流的变化使焊丝熔化速度变化 来恢复弧长。
第7章 熔化极氩弧焊
7.1.2 熔化极氩弧焊的特点 优点： （1）与CO2焊相比较，熔化极氩弧焊电弧稳定、熔滴过渡 稳定，焊接飞溅少，焊缝成形美观。 （2）与TIG焊相比较，母材熔深大，焊接变形小，焊接生 产率高。 （3）MIG焊焊接铝及铝合金时，对母材表面的氧化膜有良 好的阴极清理作用。 （4）保护效果好，可以使用与母材同等成分的焊丝进行焊 接。