熔化极惰性气体保护焊和混合气体保护焊及其安全操作.wps

熔化极惰性气体保护焊和混合气体保护焊及其安全操作熔化极惰性气体保护焊和混合气体保护焊及其安全操作一、熔化极惰性气体保护焊一、熔化极惰性气体保护焊(一)熔化极惰性气体保护焊特点熔化极惰性气体保护焊通常采用惰性气体氩、氦或它们的混合气体作为焊接区的保护气体。由于焊丝外表没有涂料层，电流可大大提高，因而母材熔深大，焊丝熔化速度快熔敷率高。与钨极氩弧焊相比，可大大提高生产效率，尤其适用于中等厚度和大厚度板材的焊接。熔化极惰性气体保护焊通常采用的熔滴过渡类型为滴状过渡、短路过渡和喷射过渡。滴状过渡使用的电流较小，熔滴直径比焊丝直径大，飞溅较大，焊接过程不稳定，因此在生产中很少采用。短路过渡电弧间隙小，电弧电压较低，电弧功率比较小，通常仅用于薄板焊接。生产中应用最广泛的是喷射过渡。对于一定的焊丝和保护气体，当电流增大到临界电流值时，熔滴过渡型式即由滴状过渡转变为喷射过渡。 不同材料和不同直径焊丝的临界电流值如表55 所示。采用射流过渡焊接时，焊缝易呈现深而窄的“指状”熔深，易产生两侧面熔透不良、气孔和裂纹等缺陷。对于铝及其合金的焊接通常采用射滴和短路相混合的过渡型式，也称亚射流过渡。其特点是弧长较短，电弧电压较低，电弧略带轻微爆破声，焊丝端部的熔滴长大到大约等于焊丝直径时沿电弧轴线方向一滴一滴过渡到熔池，间有瞬时短路发生铝合金亚射流过渡焊接时，电弧的固有自调节作用特别强，当弧长受外界干扰而发生变化时，焊丝的熔化速度发生较大变化，促使弧长向消除干扰的方向变化，因而可以迅速恢复到原来的长度。此外，采用亚射流电弧焊接时，阴极雾化区大，熔池的保护效果好，焊缝成形好，焊接缺陷较少。在相同的焊接电流下，亚射流过渡与射滴过渡相比，焊丝的熔化系数显著提高。表表55 不同材料和不同直径焊丝的临界电流参考值不同材料和不同直径焊丝的临界电流参考值材料焊丝直径(mm)保护气体最低临界电流(A)低碳钢08009012016098Ar+2O2150165270275不锈钢09012016099Ar+1O2170225285铝080120Ar95135160180脱氧钢090120166Ar180210310硅青铜090120166Ar165205270钛080160240120225320(二)保护气体1氩气和氦气氩气和氦气均属惰性气体，焊接过程中不与液态和固态金属发生化学冶金反应。因此特别适用于活泼性金属的焊接(Al、Mg、Ti、合金钢等)。在氩气中，电弧电压和能量密度较低，电弧燃烧稳定，飞溅较小，较适合焊接薄板金属、热导率低的金属。氦气保护时的电弧温度和能量密度高，焊接效率较高。但我国的氦气价格昂贵，单独采用氦气保护，成本较高。2氩和氦混合气体氩气为主要气体，混入一定数量的氦气后即可获得兼有两者优点的混合气体。其优点是，电弧燃烧稳定、温度高，焊丝金属熔化速度快，熔滴易呈现较稳定的轴向射滴过渡熔池金属的流动性得到改善，焊缝成形好，焊缝的致密性提高。这些优点对于焊接铝及其合金、铜及其合金等热敏感性强的高导热材料尤为重要。对于铜及其合金，氮气相当于惰性气体。氮气是双原子气体，热导率比氩气高，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。 与 Ar+He 相比，氮气价格便宜由于氢气是一种还原性气体，在一定条件下可使某些金属氧化物或氮化物还原，因而可与氩气混合来焊接镍及其合金，抑制和消除镍焊缝中的 CO 气孔。此外，氢气的密度小(约为 0089kgm3)，导热系数大，对电弧的冷却作用大，因此电弧温度高、熔透性好，焊接速度可以提高。但H2含量必须低于 6。否则会导致氢气孔的产生，为了提高焊接效率，焊接不锈钢和银材料时，也可采用加入一定量氢气的Ar+H2混合气体。3双层气流保护熔化极气体保护焊有时采用双层气流保护可以得到更好的效果。此时，喷嘴采用由两个同心的喷嘴组成，即内喷嘴与外喷嘴。气流分别从内、外喷嘴流出，如图 53 所示。图图 53 双层气流保护示意图双层气流保护示意图采用双层气流保护的目的一般有两个：(1)提高保护效果 熔化极气体保护焊时，由于电流密度较大，易产生较强的等离子流，容易将保护气层破坏而卷入空气，破坏保护效果。这在大电流熔化极惰性气体保护电弧焊时尤其严重。将保护气分内、外层流入保护区，则外层的保护气流可以较好地将外围空气与内层保护气隔开，防止空气卷入，提高保护效果。对于铝合金大电流焊可以收到显著的效果。此时，两层保护气可用同种气体，但流量不同，需要合理配置，一般内层气体流量与外层气体流量的比例为12 时可以得到较好的效果。(2)节省高价气体 熔化极气体保护焊焊接钢材时，为得到喷射过渡需要用富氩气体保护。但是，影响熔滴过渡型式的气体环境只是直接与电弧本身相接触的部分。因此，为了节省高价的 Ar 气，可以采用内层 Ar 气保护电弧区，外层 CO2气体保护熔池。少量 CO2气体卷入内层 Ar 气体保护区，仍能保证富Ar 性能。 保证稳定的喷射过渡特点。 熔池在CO2气体保护下凝固结晶，可以得到性能良好的焊接接头，采用富氩保护气时需要消耗 80Ar 和 20CO2，而采用这种双层气流保护时，焊接效果相同，但气体消耗是80CO2、20Ar，故可以大幅度降低成本。(三)焊丝熔化极惰性气体保护焊使用的焊丝成分通常应和母材的成分相近，它应具有良好的焊接工艺性能，并能提供良好的接头性能。熔化极惰性气体保护焊使用的焊丝直径一般在 0825mm范围。在焊丝加工过程中进入焊丝表面的拔丝剂、油或其它的杂质可能引起气孔、裂纹等缺陷。因此，焊丝使用前必须经过严格的化学或机械清理。另外，由于焊丝需要连续而流畅地通过焊枪送进焊接区，所以，焊丝一般是以适当尺寸的焊丝卷或焊丝盘的形式提供的。(四)工艺参数影响焊缝成形和工艺性能的参数主要有：焊接电流、电弧电压、 焊接速度、 焊丝伸出长度、 焊丝的倾角、 焊丝直径、 焊接位置、极性等。此外，保护气体的种类和流量大小也会影响熔滴过渡、焊缝的形状和焊接质量。(1)焊接电流和电弧电压 通常根据工件的厚度选择焊丝直径，然后再确定焊接电流和熔滴过渡类型。焊接电流增加，焊缝熔深和余高增加，而熔宽则几乎保持不变，电弧电压增加，焊缝熔宽增加，而熔深和余高略有减小。若其他参数不变，在任何给定的焊丝直径下，增大焊接电流，焊丝熔化速度增加，因此就需要相应地增加送丝速度。同样的送丝速度，较粗的焊丝需要较大的焊接电流。焊丝的熔化速度是电流密度的函数。同样的电流值，焊丝直径越小，电流密度即越大，焊丝熔化速度就越高。不同材料的焊丝具有不同的熔化速度特性。焊丝直径一定时，焊接电流(即送丝速度)的选择与熔滴过渡类型有关。 电流较小时，熔滴为滴状过渡(若电弧电压较低，则为短路过渡)；当电流达到临界电流值时，熔滴为喷射过渡。焊接电流一定时，电弧电压应与焊接电流相匹配；以避免气孔、飞溅和咬边等缺陷。(2)焊接速度 焊接速度是焊枪沿焊缝中心线方向的移动速度。其他条件不变时，熔深随焊速增加，并有一个最大值。当焊速再增大时，熔深和熔宽会减小。焊速减小时，单位长度上填充金属的熔敷量增加，熔池体积增大，由于这时电弧直接接触的只是液态熔池金属，固态母材金属的熔化是靠液态金属的导热作用实现的，故熔深减小，熔宽增加；焊接速度过高，单位长度上电弧传给母材的热量显著降低，母材的熔化速度减慢。焊接速度过高有可能产生咬边。(3)焊丝伸出长度 焊丝的伸出长度越长，焊丝的电阻热越大，焊丝的熔化速度即越快。焊丝伸出长度一般为焊丝直径 10 倍左右。焊丝伸出长度过长会导致电弧电压下降，熔敷金属过多，焊缝成形不良，熔深减小，电弧不稳定，焊丝伸出长度过短，电弧易烧导电嘴，且金属飞溅易堵塞喷嘴。(4)焊丝位置焊丝向前倾斜焊接时，称为前倾焊法；向后倾斜时称为后倾焊法。当其他条件不变，焊丝由垂直位置变为后向焊法时，熔深增加，而焊道变窄且余高增大，电弧稳定，飞溅小。 倾角为25°的后向焊法常可获得最大熔深。 宇般倾角在5°15°范围，以便良好地控制焊接熔池。(5)焊接位置 喷射过渡可适用于平焊、 立焊、 仰焊位置。平焊时，工件相对于水平面的斜度对焊缝成形、熔深和焊接速度有影响，若采用下坡焊(通常工件相对于水平面夹角15°)，焊缝余高减小，熔深减小，焊接速度可以提高，有利于焊接薄板金属；若采用上坡焊，重力使焊接金属后流熔深和余高增加，而熔宽减小。短路过渡焊接可用于薄板材料的平焊和全位置焊。(6)气体流量 从喷嘴喷出的保护气体为层流时，有较大的有效保护范围和较好的保护作用。因此，为了得到层流的保护气流，加强保护效果，需采用结构设计合理的焊枪和合适的气体流量。气体流量过大或过小皆会造成紊流。由于熔化极惰性气体保护电弧焊对熔池的保护要求较高，如果保护不良，焊缝表面便起皱纹，所以喷嘴孔径及气体流量均比钨极氩弧焊要相应增大。 通常喷嘴孔径为20mm 左右，气体流量为3060Lmin。二、熔化极混合气体保护焊二、熔化极混合气体保护焊(一)熔化极混合气体保护焊特点熔化极混合气体保护焊是采用在惰性气体中加入一定量的活性气体，如氩气加二氧化碳气体(Ar+CO2，氩气加氧气(Ar+O2)，氩气加氧气和二氧化碳气体(Ar+O2+CO2)等作为保护气体的一种熔化极气体保护电弧焊方法。熔化极混合气体保护焊可采用短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行焊接，且能获得稳定的焊接工艺性能和良好的焊接接头，适用于平焊、立焊、横焊和仰焊以及全位置焊等，尤其适用于碳钢、合金钢和不锈钢等黑色金属材料的焊接。采用混合气体作为保护气体可具有下列作用：(1)提高熔滴过渡的稳定性。(2)稳定阴极斑点，提高电弧燃烧的稳定性。(3)改善焊缝熔深形状及外观成形。(4)增大电弧的热功率。(5)控制焊缝的冶金质量，减少焊接缺陷。(6)降低焊接成本。对于某一种成分的混合气体，并不一定具有上述全部作用，但在某些情况下可以兼有其中的若干作用。例如：采用氩气加少量的二氧化碳气体或氧气，直流反接焊接钢材时，氧化性气体虽然能使熔池表面产生轻微氧化作用，产生少量熔渣层，但与纯氩保护气相比，可稳定阴极斑点，改善电子发射能力和减小电弧漂移，降低熔滴和熔池金属的表面张力，容易获得喷射过渡，改善焊缝成形。(二)常用混合气体及其适用的焊接材料熔化极混合气体保护焊的混合气体是将两种或两种以上的气体经供气系统均匀混合后，以一定的流量通过焊枪送入焊接区。混合气体可以是两种气体，也可以是三种或四种气体。但通常为两种气体。1氩气加二氧化碳气体(Ar+CO2)这种混合气体被用来焊接低碳钢与低合金钢，常用的混合比为Ar7080，CO22030。 (若 CO2含量大于 25，熔滴过渡失去氩弧的特征而呈现 CO2电弧的特征)。例如：氩气中加入 20二氧化碳气体所形成的混合气体，既具有氩弧的特点(电弧燃烧稳定，飞溅小，容易获得轴向喷射过渡等)，又具有氧化性，克服了氩气焊接时表面张力大，液体金属粘稠，斑点易飘移等问题，同时对焊缝蘑菇形熔深有所改善。这种混合气体可用于喷射过渡电弧、短路过渡电弧和脉冲过渡电弧。2氩气加氧气(Ar+O2)氩气中加入氧气所形成的混合气体的常用混合比为：Ar9599，O215。 可用于碳钢、 不锈钢等高合金钢和高强钢的焊接。可以克服纯氩气保护焊接不锈钢时存在的液体金属粘度大、 表面张力大、 易产生气孔、 焊缝金属润湿性差、 易引起咬边、 阴极斑点飘移而产生电弧不稳等问题。采用 ArO2为 8020的混合气体焊接低碳钢和低合金钢，焊接接头的性能比采用 ArCO2为 8020的混合气体焊接时要好。3氩气加二氧化碳气体和氧气(Ar+CO2+O2)采用Ar+CO2+O2混合气体作为保护气体焊接低碳钢、 低合金钢比采用上述两种混合气体作为保护气体焊接的焊缝成形、接头质量、金属熔滴过渡和电弧稳定性好。三、熔化极惰性气体保护焊和混合气体保护焊的安全操三、熔化极惰性气体保护焊和混合气体保护焊的安全操作技术作技术熔化极惰性气体保护焊和混合气体保护焊除遵守焊条电弧焊、气体保护焊的有关规定外，还应注意以下几点：(1)焊机内的接触器、 断电器的工作元件，焊枪夹头的夹紧力以及喷嘴的绝缘性能等，应定期检查。(2)电弧温度约为 600010000，电弧光辐射比手工电弧焊强，因此应加强防护。由于臭氧和紫外线作用强烈，宜穿戴非棉布工作服(如耐酸呢、柞丝绸等)。(3)工作现场要有良好的通风装置，以排出有害气体及烟尘。(4)焊机使用前应检查供气、供水系统，不得在漏水、漏气的情况下运行。(5)高压气瓶应小心轻放，竖立固定，防止倾倒。 气瓶与热源距离应大于3m。(6)大电流熔化极气体保护焊接时，应防止焊枪水冷系统漏水破坏绝缘并在焊把前加防护挡板，以免发生触电事故。(7)移动焊机时，应取出机内易损电子器件，单独搬运。