各种焊接方法特点设备及相关

各种焊接方法、特点、设备及相关(CO2/MAG)

38 什么是MAG焊？

利用活性气体（如CO2；Ar+CO2；Ar+CO2+O2等）作为保护气体的金属极气体保护电弧焊方法，称为活性熔化极气体保护电弧焊法，简称MAG焊。即所用保护气体为惰性气体少量氧化性气体（O2、CO2或其混合气体）混合而成。因保护气体具有氧化性，所以常用于黑色金属材料的焊接。在惰性气体中混合少量氧化性气体的目的（一般为：O22%～5%；CO2：5%～20%）是在基本不改变惰性气体电弧基本特性的条件下，以进一步提高电弧稳定性，改善焊缝成形，降低电弧辐射强度。

40 试述MAG焊的特点。

MAG焊可采用短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行焊接，具有稳定的焊接工艺性能和质量优良的焊接接头，可用于空间各种位置的焊接，尤其适用于碳钢、合金钢和不锈钢的焊接。

采用氧化性混合气体保护的优点是：能提高熔滴过渡的稳定性；稳定阴极斑点，提高电弧燃烧的稳定性；增大电弧的热功率；减少焊接缺陷；降低焊接成本。

41 什么是CO2气体保护焊？它有什么特点？

利用CO2作为保护气体的气体保护焊称为CO2气体保护焊，简称CO2焊。

使用CO2作为保护气体具有如下特点：

1）CO2气体的体积质量比空气大，所以在平焊时从焊枪喷出的CO2气体对熔池有良好的覆盖作用。

2）CO2气体在电弧的高温作用下将按下式进行分解为

1

CO2=CO+ ─── O2－Q

2

从上式可见，CO2气体分解时，其产物体积膨胀为一倍半，这将有利于增强保护效果。但

另一方面，该反应是吸热反应，对电弧产生强烈的冷却作用，会引起弧柱收缩，使弧柱对熔滴产生较大的排斥，加上焊丝端头的熔滴由于受到电弧的排斥作用，使熔滴不规律，影响电弧稳定性，同时也影响CO2气体的保护效果。

42 试述CO2气体保护焊的优缺点。

CO2焊具有下列优点：

1）生产效率高，节省电能。CO2气体保护焊的电流密度大，可达100～300A/mm2，因此电弧热量集中，焊丝的熔化效率高，母材的熔透厚度大，焊接速度快，同时焊后不需要清渣，所以能够显著提高效率，节省电能。

2）焊接成本低。由于CO2气体和焊丝的价格低廉，对于焊前的生产准备要求不高，焊后清理和校正工时少，所以成本低。

3）焊接变形小。由于电弧热量集中、线能量低和CO2气体具有较强的冷却作用，使焊件受热面积小。特别是焊接薄板时，变形很小。

4）对油、锈产生气孔的敏感性较低。

5）焊缝中含氢量少，所以提高了焊接低合金高钢抗冷裂纹的能力。

6）熔滴采用短路过渡时用于立焊、仰焊和全位置焊接。

7）电弧可见性好，有利于观察，焊丝能准确对准焊接线，尤其是在半自动焊时可以较容易地实现短焊缝和曲线焊缝的焊接工作。

8）操作简单，容易掌握。

CO2焊具有下列缺点：

1）与手弧焊相比设备较复杂，易出现故障，要求具有较高的维护设备的技术能力。

2）抗风能力差，给室外焊接作业带来一定困难。

3）弧光较强，必须注意劳动保护。

4）与手弧焊和埋弧焊相比，焊缝成形不够美观，焊接飞溅较大。

43 CO2气体保护焊如何按焊丝的直径进行分类？

CO2气体保护焊按焊丝直径的不同，可分为以下三类：

1）细丝CO2气体保护焊，焊丝直径小于和等于1.2mm，通常采用小电流、低电弧电压的短路过渡进行焊接。这时焊丝端部的熔滴与熔池以短路接触的形式向熔池过渡。

2）中丝CO2气体保护焊，焊丝直径为～2.4mm，通常采用较大电流、较高电弧电压进行焊接，熔滴过渡呈细滴排斥过渡，甚至射滴过渡。它是一种自由过渡形式。

3）粗丝CO2气体保护焊，焊丝直径～5.0mm，通常采用大电流、较低电弧电压进行焊接，熔滴呈射滴过渡，甚至射流过渡，焊接电弧基本上潜入熔池凹坑内。

44 CO2气体保护焊时如何减少金属的飞溅？

CO2气体保护焊的主要缺点是焊接过程中产生较多金属飞溅。金属飞溅不但会降低焊丝的熔敷系数，增加焊接成本，而且飞溅金属会粘着导电嘴端面和喷嘴内壁，引起送丝不畅，使电弧燃烧不稳定，降低气体保护作用，并使劳动条件恶化，必要时需停止焊接，进行喷嘴清理工作。

短路过渡焊接时飞溅的主要原因是：金属内部的CO气体急剧膨胀而发生强烈爆炸；短路过渡后电弧再引燃时产生的对熔池的过大冲击力使液体金属溅出。

改善的措施是：工艺方面应采用直径尽量小的焊丝，合适的焊接电流与电弧电压的匹配，通过焊接回路串接电感来调节短路电流上升速度和峰值短路电流；冶金方面采用含有较多脱氧元素的焊丝（如H08Mn2SiA），焊件表面仔细清理等。采取这些措施能将飞溅减小到一定程度，但不能完全消除。

自由过渡焊接时飞溅的主要原因是：当焊接电流不大时，由熔滴非轴向过渡造成飞溅；当大电流潜弧时，由熔滴瞬时短路造成飞溅。自由过渡造成的飞溅颗粒大，难以从焊件表面清除。这种飞溅目前还无有效的办法加以克服，所以在一定程度上限制了中丝、粗丝CO2气体保护焊在生产中的大量推广应用。

45 CO2气体保护焊对电源有什么要求？

CO2气体保护焊通常采用实芯焊丝，没有稳弧剂，所以用交流电时电弧不稳定，飞溅大，难以正常工作，因此CO2气体保护焊的电源都采用直流电流和反极性连接。我国基本上不生产供CO2气体保护焊用的弧焊发电机，目前均采用整流式电源。

为保证焊接工艺参数在焊接过程中的稳定，采用细丝CO2气体保护焊时，为等速送丝配合平特性电源；采用粗丝CO2气体保护焊时，为变速送丝配合陡降特性电源。

⑴等速送丝方式与平特性电源配合当焊丝直径小于2.5mm时，由于电流密度较大，焊接电弧静特性为上升曲线，此时电弧自身调节作用强烈，因此采用等速送丝方式与平特性

电源配合时，当遇到外界干扰因素（如母材表面凹凸不平、焊枪上、下移动等）使弧长变化时，弧长能迅速回复到原先值。

⑵变速送丝方式与陡降特性电源配合当焊丝直径大于3mm时，由于电流密度较小，电弧自身调节作用减弱，依靠等速送丝配合平特性电源，回复时间太长，不能满足要求，此时应采用变速送丝方式与陡降特性电源相配合，此时当弧长发生变化时，电弧电压变化较大（焊接电流变化较小），电弧的自动调节作用强烈，回复时间很短。

CO2气体保护焊平特性整流电源的型号是ZP型（磁放大器式）、ZP3型（动圈式）、ZP5型（晶闸管式）、ZP6型（抽头式），适用于细丝焊。

CO2气体保护焊陡降特性整流电源的型号是ZX型（二极管整流加饱和抗器）、ZX5型（晶闸管整流）、适用于粗丝焊。

同时具有两种特性的型号是ZD型（磁放大器式）、ZD5型（晶闸管式）。

46 CO2气体使用前为什么要经过预热？

气瓶内的液态CO2 当打开气瓶阀门时，液态CO2要挥发成气态，此时将吸收大量的热，使CO2气体气温下降；另外，CO2气体经减压后，气体体积要膨胀，也会使CO2气体气温下降。因此，为了防止CO2气体在使用前因气温急剧下降而造成管路冻结，在减压之前，应使CO2气体通过预热器进行预热。

预热器多采用电阻加热式，用36V交流供电，功率为100～150W，串接在CO2气体钢瓶的气体出口端。

47 试述熔化极气体保护焊焊丝的送丝方式。

送丝系统通常是由送丝机（包括电动机、减速器、校直轮、送丝机），送丝软管、焊丝盘等组成。送丝系统将焊丝送至焊枪中，送丝方式示意图见图17。送丝方式主要有以下三种：

⑴推丝式焊枪结构简单、轻便，操作维修方便。缺点是焊丝送进的阻力较大，随着送丝软管的加长，送丝稳定性变差。广泛应用于焊丝直径为～2.0mm、送丝软管长度为3～5m 的半自动熔化极气体保护焊中。

⑵拉丝式拉丝式又分为三种形式：一种是将焊丝盘和焊枪分开，两者通过送丝软管连接。另一种是将焊丝盘直接安装在焊枪上。这两种都适用于细丝半自动熔化极气体保护焊，

使用焊丝直径小于或等于0.8mm，送丝较稳定，但焊枪较重。第三种是不但焊丝盘与焊枪分开，而且送丝电动机与焊枪也分开，常用于自动熔化极气体保护焊中。

⑶推拉丝式这种送丝系统中同时有推丝机和拉丝机，推丝为主要动力，拉丝是将焊丝校直，送丝软管可加长到10m，但结构复杂，实际应用不多。

48 试述熔化极气体保护焊焊枪的构造。

熔化极气体保护焊焊枪的作用是传导焊接电流、导送焊丝和保护气体。按其用途可分为半自动焊焊枪（手握式）和自动焊焊枪（安装在机械装置上）两种。在焊枪内部装有不同孔径的导电嘴，以适应不同直径焊丝的需要。焊枪还具有一个向焊接区输送保护气体的通道和喷嘴，喷嘴是易损件，应该很方便地更换。当焊接电流通过导电嘴等部件时产生的电阻热和电弧辐射热一起会使焊枪发热，故使用时要采取一定措施冷却焊枪，冷却方式有空气冷却和水冷却两种。对于空气冷却焊枪，在CO2气体保护焊断续负载条件下，使用的焊接电流可高达600A。但是，在使用氩气或氦气保护时，通常焊接电流只限于200A。

半自动焊枪有鹅颈式和手枪式两种。鹅颈式焊枪适合于小直径焊丝，使用灵活方便，特别适合于紧凑部位、难以达到的拐角处和某些受限制区域的焊接。手枪式焊枪适合于较粗直径的焊丝，内部采用循环水冷却。

自动焊焊枪的基本构造与半自动焊焊枪相同，但其载流容量较大（可达1500A），工作时间较长，采用内部循环水冷却，直接装在焊接机头的下部。

49 熔化极气体保护焊的供气装置由哪几部分所组成？

熔化极气体保护焊的供气装置组成，见图18。

⑴钢瓶 CO2气体钢瓶用以贮存液态CO2，钢瓶表面涂黑色并写有“二氧化碳”，瓶装压力为5～7MPa。Ar气钢瓶贮存气态Ar气，钢瓶表面涂灰色并写有“氩气”，瓶装压力为15MPa。

⑵预热器专用于CO2气体，防止CO2气体温度下降而使管路冻结。

⑶高压干燥器专用于CO2气体，防止CO2气体中因含水量太高而使得焊缝产生气孔。高压干燥器内装有干燥剂，如硅胶、脱水硫酸铜和无水氯化钙等。

⑷减压阀将高压CO2气体或Ar气变成压力为～的低压气体。

⑸气体流量计用来调节气体流量的大小，常用转子流量计，但其刻度是用空气作为介质，若通过气体为CO2气体或Ar气，浮子材料为纯铝，则气体流量可按下式计算： Qco2=空气

QAr=空气

式中Q空气——流量计上标出的空气流量；

Qco2——换算成的CO2气流量；

QAr——换算成的Ar气流量。

⑹电磁气阀用来接通或切断保护气体。

50 试述熔化极气体保护焊机型号的编制方法。

根据焊机型号编制方法规定，熔化极气体保护焊机型号的编制方法如下：

型号的意义为：额定电流为×××的半自动CO2气体保护焊机。

51 什么是药芯焊丝气体保护电弧焊？

由薄钢带卷成圆形钢管或异形钢管的同时，在其管中填满一定成分的药粉，经拉制而成的一种焊丝称为药芯焊丝。采用药芯焊丝的气体保护电弧焊称为药芯焊丝气体保护电弧焊，见图19。

药芯焊丝气体保护焊采用CO2或CO2+Ar气体作为保护气体，焊接电源为直流反接。焊接时，在电弧热作用下，药芯焊丝，母材金属和保护气体相互之间发生冶金作用，同时形成一层较薄的液态熔渣层覆盖熔滴并覆盖熔池，对熔化金属形成了又一层的保护，所以实质上是一种气－渣联合保护的焊接方法。其主要优点是：

1）采用气－渣联合保护，焊缝成形美观，电弧稳定性好，飞溅少且颗粒细小。

2）焊丝熔敷速度快，熔敷效率高达85%～905，生产率比手弧焊高3～5倍。

3）通过调整药芯成分可提供所要求的焊缝金属化学成分，以适应各种钢材的焊接。

缺点是药芯焊丝制造过程复杂，送丝较困难，且粉剂易吸潮，需要妥善保管。

52 什么是窄间隙活性气体保护电弧焊？

厚板对接接头，焊前只开I形坡口或小角度V形坡口，并留有窄而深的间隙，采用活性气体（Ar＋CO2）保护焊完成整条焊缝的高效率焊接法称为窄间隙活性气体保护电弧焊，简称窄间隙焊。焊接时，需要采用特殊的焊枪和焊丝校直机构，使焊丝能深入到深而窄的坡口内，见图20。窄间隙焊可分为细丝和粗丝两种工艺：

细丝窄间隙焊采用焊丝直径为～1.0mm，保护气体成分为Ar＋CO220%，焊件装配间隙6～9mm，直流反接，熔滴为喷射过渡，将焊丝指向两侧壁进行多道焊。优点是由于热输入量少，所以热影响区窄，焊缝金属晶粒细小，冲击韧度好，成分均匀。

粗丝窄间隙采用焊丝直径为～4.8mm，保护气体成分Ar＋CO210%或Ar＋CO23%，焊件装配间隙为10～15mm，直流反接，脉冲电源，单道多层焊。

窄间隙焊的主要优点是生产率高，焊接材料及电级消耗低，缺点是侧壁与焊道之间易

产生未熔合。

53 什么是气电立焊？

气电立焊是由熔化极气体保护焊和电渣焊发展而形成的一种熔化极气体保护焊方法，其原理示意图见图21。焊件处于垂直位置，焊丝连续向下送入由焊件坡口面和两个水冷滑块面形成的凹槽中，电弧在焊丝和接头底部的引弧板之间引燃。焊丝和母材金属在电弧热的作用下不断地熔化并流向电弧下方的熔池中，在滑块中强迫成形。焊丝可垂直往下输送或作前后横向摆动，以保证两侧焊透。随着电弧的上移，水冷滑块也随着上移，凹槽逐渐被熔化金属填充，形成焊缝。保护气体采用CO2或Ar＋O2气体。

气电立焊与窄间隙焊的主要区别在于焊缝一次成形，而不是多道多层焊；与电渣焊的主要区别在于熔化金属的热量是电弧热而不是熔渣的电阻热。主要优点是可不开坡口焊接厚板，生产率高，成本低。

CO2/MAG焊接技术在压力管道上应用的工艺特点

1压力管道焊接工艺的现状

目前国内压力管道现场安装焊接工艺方法仍然以焊条电弧焊为主，重要焊缝采用钨极氩弧焊打底/焊条电弧焊填充盖面焊工艺；西气东输工程中大部分采用纤维素焊条打底/药芯

自保焊丝填充盖面焊工艺。CO2气体保护焊接方法在压力管道焊接上应用的还不十分普遍，分析其原因主要存在以下认识误区。

CO2焊接过程中有飞溅，焊接接头质量比焊条电弧焊要低；CO2气体保护防风能力差，不适合压力管道现场安装焊接。

电弧气氛中具有较强的氧化性，焊缝金属的含氧量较高，焊接接头的冲击韧性值低。

管道CO2全位置焊接，焊工操作难度大，焊缝成形差，焊缝容易产生咬边及未熔合等焊接缺陷。

随着CO2焊接电源先进控制技术的提高，高品质焊接材料的发展及新型焊接工艺的应用，上述CO2焊接缺点（飞溅大、成形差、韧性低）均能得到有效的解决。

2 管道CO2焊接工艺的改进和提高

CO2气体保护焊具有明弧、无渣、节能、生产率高、成本低、变形小、抗锈能力强、焊缝含氢量低、抗裂性好、可进行全位置焊接、容易实现自动化等特点，因此这种焊接方法应用很广泛，并且普及率逐年上升。CO2焊接工艺方法具有的优质、高效、低成本综合优点是其它焊接方法所不能比拟的。据有关资料介绍：在某行业CO2焊接熔敷金属量占焊接总熔敷量由8%提高到15%，可获得经济效益亿元。

CO2焊接接头塑韧性不稳定。主要原因是过去的CO2焊丝标准沿袭了原苏联的旧标准，焊丝含Mn量偏高：（Mn：~%），Mn/Si比值高，焊缝强度高，塑韧性偏低。随着焊丝质量的改进，引用欧美焊丝标准（如ER50-6、唐山神钢MG-51T），Mn/Si比值适当（Mn：~% Si：~%），CO2焊缝塑韧性值均略高于碱性低氢焊条的塑韧性值指标，完全可以替代碱性低氢焊条的焊接接头。

当焊接作业环境的风力≥2m/sec时，为加强气体保护，防止气流紊乱，造成气孔和焊缝成形不良，焊接区域做些局部遮挡，完全能够满足焊接质量要求（海边造船及管道安装CO2焊接作业十分普遍）。

80年代中期浙江省安装公司就已经将CO2焊接工艺应用于压力管道的焊接施工中，取得非常可观的质量效益和经济效益。

从93年开始CO2焊接操作技能就列入全国焊工比赛的项目，随后增加了管道垂直固定、水平固定、45°固定的考核项目，推动了焊工CO2焊接压力管道操作技能的提高。

控制焊缝外观成形也依靠焊工熟练的操作技能，管道全位置焊接的运枪手法见图一，推荐采用反月牙形运枪手法，焊丝在焊缝两侧略作停留，中间快速过渡，焊缝余高低，成形美观，无咬边等缺陷。

3 CO2焊接工艺在压力管道上焊接的应用

压力管道（材质：20#钢或Q295、Q345、Q390低合金结构钢）单面焊接双面成形工艺有以下几种典型组合方式，可依据自己的工艺条件，制定焊接工艺评定任务书，经模拟试件焊接，理化实验，评定合格，制订焊接工艺规程（WPS）指导焊接施工。

工艺方案一（实心焊丝+混和气体保护焊）：

a、实心焊丝ER50-6 ER50-3 焊丝直径Φ

b、保护气体80%Ar+20%CO2 （MAG）流量：15--20L/min

c、焊缝要求高韧性值，请选用ER50-3 含Mn、Si量偏低的焊丝；焊缝要求较高强度时，请选用ER50-6 含Mn、Si偏高的焊丝；经焊接工艺评定后确定。

d、电焊机：唐山松下350EA1或350 KR2 CO2/MAG焊机。

e、对接坡口：50--55°，对口间隙：2--2.5mm，钝边：-2mm。

f、全位置立向上焊，焊缝接头处打磨缓坡形便于接头无缺陷。

g、焊接电流I=110—120A，电弧电压U=18—19V，焊速V=20—30cm/min 。

打底焊采用锯齿形运枪手法，其余焊层采用反月牙形运枪手法（如图一）。

h、此工艺适合Ф219*5 以上的管道多层多道焊。

工艺方案二（钨极氩弧焊打底+CO2/MAG气保焊填充盖面焊）：

a、钨极氩弧焊（TIG焊）打底：Φ 焊丝，I=80--100A 。

b、对接坡口：55--60°，对口间隙：—3.0mm，钝边：—1.5mm。

c、焊机：（1）YD-400AT2HGG接触引弧的简易TIG焊/焊条电弧焊两用直流弧焊机。

（2）YC-315TX1HGE直流脉冲钨极氩弧焊机。

d、保护气体：纯氩7--8 L/min 。

e、填充盖面焊用CO2（或MAG）焊接工艺：实心焊丝ER50-6 Φ

f、 CO2焊机及工艺参数同上

g、此工艺适合Ф159*4 以上的管道多层多道焊。

工艺方案三（陶瓷衬垫+药芯焊丝CO2焊接工艺）

a、药芯焊丝：国产YJ502-1 （神钢DW-100）焊丝直径Φ

b、保护气体：CO2 流量：15--20L/min 。

c、对接坡口：40--45°，对口间隙：6--8mm ，钝边：无。

d、焊缝背面贴紧陶瓷衬垫，全位置立向上焊。

e、焊接电流I=160—200A，电弧电压U=24—26V，焊速V=20—30cm/min 。

f、锯齿形或反月牙形运枪手法（如图一）。

g、此工艺适合Ф600*8 以上的管道多层多道焊。

工艺方案四（纤维素焊条打底+实心焊丝CO2焊接工艺）

a、打底焊：纤维素焊条E6010 （或E8010）Φ 4 I=60—80A 立向下焊。

b、对接坡口：60°，对口间隙：-3.0mm，钝边：—1.5mm。

c、焊缝接头处打磨缓坡形便于接头。打底焊缝表面打磨无焊渣。

d、电焊机：唐山松下YD-400AT2HGF直流弧焊机（专设纤维素焊条输出端口）。

e、填充盖面焊用CO2（或MAG）焊接工艺，CO2焊机及工艺参数同上。

f、此工艺适合Ф273*5 以上的管道多层多道焊。

4 总结

正确的选择焊接材料和运枪方法，并采取防风等工艺措施，CO2/MAG气体保护焊能够满足压力管道予制及现场安装焊接的质量要求。

CO2/MAG焊工艺是优质、高效、低成本的焊接方法，结合施工条件，优选典型焊接工艺组合方案，经焊接工艺评定确认后，应用于压力管道焊接施工，会给企业带来很好的经济效益。