电弧焊接工艺

我国焊接生产的总体机械化、自动化率比较低，仅能达到35%左右，而世界 工业发达国家一般都在60%以上，我国机器人焊接的发展前景十分广大。
用户追求的目标：优质、高效、低成本


焊接工艺技术的发展趋势： CO2/MAG替代焊条电弧焊（长期目标） 实芯焊丝替代药芯焊丝（碳钢、不锈钢） 混合气体(MAG)替代CO2（气体匹配精度十分重要） 脉冲MAG/MIG替代无脉冲焊接（无飞溅焊接） 脉冲MIG替代TIG 自动焊（专机及机器人）替代手工焊 等等

具有氩弧的特性
电弧燃烧稳定、飞溅小、喷射过渡、

具有氧化性
降低熔池的表面张力；克服纯氩保护时的熔池液体金 属沾稠，易咬边和斑点漂移等问题。 改善焊缝成型，具有深圆弧状熔深。

可用于喷射过渡、脉冲射滴过渡、短 路过渡等电弧熔滴过渡形态
Ar+O2混合气体的工艺特点




常用的混合比：Ar≥ 91%~99% O2 ≤ 1%~9% 改善熔池的流动性、熔深和电弧稳定性 加入氧能降低临界电流和减少咬边倾向 适用于喷射过渡和脉冲射滴过渡 实心不锈钢焊丝焊接用气体 采用（Ar+CO2+O2）三元混合气体焊接低碳 钢和低合金钢将获得更好的工艺效果
电弧焊接的主要内容

弧焊电源（焊机） 建立稳定的电弧特性 焊丝熔化及稳定的熔滴过渡 母材的熔化及熔池的建立 形成焊缝及焊接接头 焊缝及热影响区的组织与性能的变化 符合各项技术标准的焊接结构
熔滴过渡的几种形式：

短路过渡
焊丝与熔池的短路频率20~200次/S
短路缩颈“小桥”爆断有飞溅。
二元混合气体：

70%Ar+30%CO2 （C-30）
适合于短路过渡下的全位置焊接。

80%Ar+20%CO2 （C-20）
本次培训的主要内容

弧焊工艺方法和基础原理 弧焊机器人工艺程序及步骤 弧焊机器人的焊缝质量控制 与弧焊机器人相配套的弧焊电源工艺特点 碳钢和普通低合金钢的焊接工艺要点及工 程案例
焊接三要素
优秀的操 作者（机器人） 高品质 的焊接设备 合格的 焊接材料
金属的连接(设备选型七要素)
唐山神钢MG-51T实心焊丝



日本焊丝标准JIS3312 型号 YGW12 中国焊丝标准GB/T8110 牌号 MG50-6 型号 ER50-6 美国焊丝标准 ASME/AWS 牌号 A5.18 型号 ER70S-6 瑞典伊萨公司 牌号 OK12.64 德国蒂森公司 牌号Union K52 型号G2 英国曼彻特公司 牌号ER70S-6 型号A18
GMAW焊接领域出现三大发展趋势

一是混合气体替代CO2气体； 二是实心焊丝替代药芯焊丝； 三是脉冲焊接替代传统焊接。 根据焊接母材选择焊丝，选择保护气体 种类或选用精确配制的混合气体尤为重 要。

混合气体应用的前提条件


母材的材质和类别 焊丝的材质及规格 工件状态： 板厚、装配精度、表面镀层、焊接位置、 采用何种熔滴过渡形态 用户要求
电流线 四、等离子流力 五、斑点压力 六、短路时所颈爆破力
熔滴就是在以上各种力的共同作用下过渡到焊缝中的
熔滴过渡:CO2/MAG焊接、脉冲MIG/MAG焊接
CO2/ＭＡＧ焊接（短路过渡） 脉冲ＭＩＧ/ＭＡＧ焊接
焊丝头与母材发生短路并向前过渡
熔滴从焊丝头滴落并向前过渡（射滴过渡）
脉冲频率和熔滴过渡频率有三种电弧状态

渣壁过渡（颗粒过渡） 滴状过渡（下垂滴状过渡、排斥滴状过渡） 喷射过渡

（药芯焊丝、焊条电弧焊、埋弧焊）
脉冲射滴过渡 射流过渡 亚射流过渡（铝及铝合金MIG焊）
熔滴上的作用力
Fσ
Fcj Fc Fcz
等 离 子 流
气 流
Fg
一、表面张力（Fσ ） 二、重力（Fσ ） 三、电磁收缩力（Fcz）

全位置焊时热量输入比较容易控制，尤其是对于铝材。 可得到优良的焊缝成形和均匀的焊缝表面。首先是在焊各种材料
的角焊缝时均可得到小而平坦的焊缝。

脉冲弧非常适用于热裂纹较敏感的材料，因为脉冲弧焊调节功率 容易，对高强度钢和冷态韧性好的钢材，用脉冲弧焊较容易解决
其热输入问题。
熔化极气体保护焊应用脉冲弧焊接的缺点
这种脉冲弧的熔化极气体保护焊焊机因其调节变量多
（基值电流，脉冲电流峰值，脉冲上升、下降时间，
脉冲宽度，脉冲形式，脉冲频率和焊丝送进速度）， 故调节较困难。（松下AG2/GL3/GE2脉冲数字焊机 内置专家系统，靠软件程序实现最优化的匹配）。

只有当焊丝表面具有高质量，焊丝送进速度均匀和焊 炬导电咀处在正常工作状态时，才有可能取得最佳的 熔滴过渡。
母材熔化与焊缝成形


焊缝熔池的特点：
体积小、 温差大 、 冷速快、 温度高、过热状态（钢熔池平均温度1770 ± 100°C） 在运动下结晶、凝固及一次结晶过程极不平衡 （熔池中的 气泡、杂质在运动中上浮）。

焊缝成分除了焊接材料和熔化的结构材料的成分之 外，还与焊接方法和 焊接规范而确定的熔合比有关

GMAW--- 熔化极气体保护焊

CO2 MAG
(> 99.98% CO2 )
（75~95% Ar + 25 ~5 % CO2 ) 标准 （80%Ar + 20%CO2 )


MIG
( 99.99%Ar ) (98.00% Ar+2.00%O2 ) (95.00%Ar +<5.00%CO2 )


熔池的形状（椭圆、半个鸭蛋型）
熔深 熔宽 熔池长度 余高
焊接金属的熔合比（r)
焊缝宽度 焊丝熔化量Fs 母材
母材
母材熔化量 Fm
熔合比——焊缝金属中母材熔化量的百分数 公式：r = Fm/Fm+Fs（%）
Βιβλιοθήκη Baidu
焊缝形状系数（Ψ）
焊缝宽度(B) 焊缝熔深（h)
热影响区（HAZ) 焊缝形状系数—— 焊缝宽度与焊缝深度的比值
非熔化极惰性气体保护焊 --GTAW

TIG --- （钨极氩弧焊）

自熔焊 手工填丝 、自动填丝 、热填丝 A --- TIG （予涂熔剂增加熔深） TIG 点焊

PAW （等离子弧焊）
其它弧焊方法:




FCAW SAW SMAW EGW 电渣焊
-------------
药芯焊丝自保护焊 埋弧自动焊 焊条电弧焊 气电立焊
金属材料 接头形式 不同板厚 焊接位置
不同质量 焊缝成型
焊缝尺寸
需要不同的焊接方法，焊接技 术，焊接设备。
对接
搭接
角接
T接
水平焊
立焊
横焊
仰焊
1.焊接方法分类
熔化焊接 电弧焊 气焊 压力焊 铝热焊 电渣焊 激光焊 电子束焊 非熔化极 熔化极 手工焊 CO2
埋弧焊
MAG MIG TIG 等离子弧焊
钎焊
实芯 药芯 药芯自保护




保护气体 ( CO2、Ar、He、N2、O2、) （Ar+CO2、Ar+O2、Ar+He、Ar+He+N2、 Ar+CO2+O2 等） 电焊条 （ 酸性 . 碱性 . 纤维素 等） 钨极 ( 纯钨 钍钨 铈钨 镧钨 锆钨 ） 焊剂 （ 熔炼焊剂 烧结焊剂 ） 衬垫 （ 陶瓷衬垫 焊剂衬垫 衬环 等）
（CO2焊接无法实现喷射过渡，不宜用二氧化碳保护气体的脉冲焊来
焊接钢材，因为这种保护气体在脉冲阶段的电弧力不利于熔滴分离。）

焊接电流超过喷射过渡的临界电流
（如ø1.2实心焊丝MAG焊时电流I >320A）

低于临界电流时采用脉冲熔化极电源，呈现“脉冲射滴过 渡”形式
各种焊丝大滴-喷射过渡转变的临界电流值
产生气孔的现象及原因
CO气孔：焊丝不合格，工件含碳量大。 H气孔：水，油，锈.

N气孔：主要原因是气体保护效果不好。 气瓶无气；气路漏气（接头处未紧固,流量计堵 塞,流量过小,未加热, 电磁阀坏.送丝管密封圈坏, 热塑管坏,枪管密封圈坏,气筛坏）；喷嘴堵塞严 重；干伸长度大；焊枪角度太大；规范不对， 焊接部位有风，喷嘴松动。
碳钢.低合金钢CO2/MAG焊的气体选择




常用的100%CO2气体属于活性气体。 在熔滴和熔池两个反应区中，由焊丝 H08Mn2SiA进行脱氧反应。 所以CO2焊接容易获得无气孔和无缺陷的 焊缝并保证了焊接接头具有良好的机械 性能。 CO2气体不适和脉冲焊接；熔滴为短路过 渡和颗粒过渡，有飞溅 。
采用氧化性混合保护气体的作用

提高熔滴过渡的稳定性 稳定阴极斑点（电弧放电时，负电极表面上集中发射电子的光
亮极小区域。该区域的的电流密度、温度，发光强度君远高于其他

、提高电弧燃烧的稳定性 改善焊缝熔深形状和外观成型 增大电弧的热功率 减小咬边倾向 改善焊缝金属的力学性能
区域）
Ar+20%CO2混合气体的特点
公式： Ψ = B/h (一般大于1.0—1.3，对防止裂纹有利）
综合机械性能--多层多道焊优于单层焊，因为前道焊缝对后道焊缝是预 热，后道焊缝对前道焊缝有退火作用，防止产生淬硬组织。
焊接接头的三个组成部分

焊缝区
柱状组织 晶粒粗大 组织偏析

熔合区
与母材联生结晶
热影响区（非淬火钢）
1、 过热区（粗晶区） 2、 正火区（细晶区、也称“完全重结晶区”） 3、 部分相变区（不完全重结晶区） 4、 再结晶区
1.气体 3.干伸长度 2.焊丝 4.焊接电流 6.焊接速度
5.焊接电压
7.极性
1. CO2 气 体
纯度：纯度要求大于 99.5%，含水量小于0.05%。 性质：无色，无味，无毒，是空气密度的1.5倍。 存储：瓶装液态，每瓶内可装入(25 - 30)Kg液态CO2 ，比水轻。 加热：气化过程中大量吸收热量，因此流量计必须加热。 容量：每公斤液态 CO 2 可释放 510 升气体，一瓶液态二氧化 碳可释放 15000 升左右气体，约可使用 10--16 小时。 流量：小于200A：气体流量为15--20升/分 大于200A：气体流量为20--25升/分 提纯：静置 30 分钟，倒置放水分，正置放杂气，重复两次。
焊接材料选用原则：



焊接性 （接合性能、实用性能） 工艺性 （操作性能、成形性能） 经济性 （生产效率、消耗费用） 注意因素：
1 2 3 4 5 母材的化学活性 不应追求焊缝成分与母材成分相同 焊缝成分不等于焊接材料成分 正确遵循技术标准. 等强性、 等韧性、 熔合比、
焊接材料:

焊丝

150 220 320 170 225 135 210 165 225
熔化极气体保护焊应用脉冲弧焊接的优点

从较小电弧功率到喷射弧区域均为无短路的熔滴过渡。 在整个应用范围内，脉冲弧熔滴过程的飞溅较少。 壁厚大于2毫米的薄板都可以应用廉价的粗焊丝，焊丝送进问题
和焊丝表面杂质对焊缝金属的影响（指气孔）均较小。
焊丝种类 焊丝直径/mm 保护气体 临界电流最小值/A
低碳钢 低碳钢 低碳钢 不锈钢 不锈钢 铝 脱氧铜 硅青铜 钛
0.8 1.2 1.2 0.9 1.2 1.2 1.2 0.9 1.6
98%Ar+2%O2 98%Ar+2%O2 80%Ar+20%CO2 99%Ar+1%O2 ： ： Ar Ar Ar Ar
机器人电弧焊接工艺
焊接技术发展及展望



焊接已经从一种传统的热加工技艺—发展到了集材 料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体 的工程工艺学科。随着相关学科技术的发展和进步， 不断有新的知识融合在焊接之中。 焊接已成为最流行的连接技术 焊接显现了极高的技术含量和附加值 焊接已成为关键的制造技术 焊接已成为现代工业不可分离的组成部分 (在工业 化最发达的美国，焊接被视为美国制造业的命脉， 而且是美国未来竞争力的关键所在)。
名词解释
电弧焊：以气体导电时产生的电弧热为热源。 熔化极：焊丝或焊条既是电极又是填充金属。 非熔化极：电极（钨极）不熔化。 MIG焊：金属极（熔化极）惰性气体保护焊 TIG焊：钨极（非熔化极）惰性气体保护焊 MAG焊：金属极（熔化极）活性气体保护焊 CO2焊：二氧化碳气体保护焊（MAG—C焊）
二.CO2焊主要规范参数
最佳状态： 一脉一滴（脉冲频率和熔滴过渡频率一致） 可用状态： 一脉多滴（脉冲频率低于熔滴过渡频率） 不可用状态： 多脉一滴（脉冲频率高于熔滴过渡频率） 此时飞溅大，脉冲电弧不稳定。

注：熔滴过渡频率与焊丝成分、混合气体比例、 电流大小等因素有关
熔滴喷射过渡的必要条件

纯氩或富氩混合气体保护焊（MIG或MAG）