第4章 熔化极气体保护焊1
第4章焊接
2.缝焊
3.对焊
§4-3 摩擦焊和钎焊
苏联的丘季科夫发明了摩擦焊
1.摩擦焊
2.钎焊
钎焊的能源可以是化学反应热，也可以是间接热能。 钎料的液相线温度高于450℃而低于母材金属的熔点
时，称为硬钎焊；低于450℃时，称为软钎焊。
根据热源或加热方法不同钎焊可分为：火焰钎焊、感 应钎焊、炉中钎焊、浸沾钎焊、电阻钎焊等。
软钎焊 盐浴钎焊
火焰钎焊 电阻钎焊
感应钎焊
钎焊接头的强度一般比较低，耐热能力较差。
钎焊可以用于焊接碳钢、不锈钢、高温合金、铝、
铜等金属材料，还可以连接异种金属、金属与非金属
。 适于焊接受载不大或常温下工作的接头，对于精密 的、微型的以及复杂的多钎缝的焊件尤其适用。
§4-4 其他焊接方法
1956年，美国的琼斯发明超声波焊； 50年代末
与焊件强度等级相同的焊条，而不考虑化学成分相
同或相近。 异种结构钢时，按强度等级低的钢种选用焊条。
特殊性能钢种，如不锈钢、耐热钢时，应选用与焊
件化学成分相同或相近的特种焊条。
（2） 按焊件的工况条件选用焊条
承受动载、交变载荷及冲击载荷的结构件，应选用碱性 焊条。 承受静载的结构件时，应选用酸性焊条。 表面带有油、锈、污等难以清理的结构件时，应选用酸 性焊条。 焊接在特殊条件，如在腐蚀介质、高温等条件下工作的 结构件时，应选用特殊用途焊条。
2. 焊条的分类
(1) 按熔渣的化学性质分为两大类 酸性焊条---- 溶渣呈酸性，药皮中含大量SiO2、TiO2、 MnO等氧化物。 碱性焊条---- 熔渣呈碱性，药皮的主要成分为CaCO3 和CaF2。 (2) 按用途可分为十一大类： 碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、 低温钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、 镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊 条、特殊用途焊条。
第四章 电弧焊自动控制基础——【《熔焊方法及设备(第2版)》王宗杰】
下三种：
• (1)行程转换 即按预定的空间距离进行程序转换。常用于全位置 环缝焊时的过程参数的分段转换、环缝焊到终点时自动停止、焊 枪自动返回等。常用行程开关来实现。
• (2)时间转换 即按预定的时间间隔进行程序转换。例如，保护气
提前给送和滞后停止、焊丝返烧熄弧等即属此类。可以使用延时 继电器或延时电路来实现。
线分别表示保护气体流量、冷却水流量和焊接速
度随时间的变化。也可将这些曲线放到一个坐标
图中。
图4-1 熔化极气体保护焊程序循环图示例
4.1.2电弧焊程序自动控制转换的类型和实现方法
• 1.程序自动控制转换的类型
•
除了需接受必要的外部人工操作指令（如启动、停止、急
停）以外，电弧焊的程序转换都应自动地实现。其转换方式有以
逻辑组合有“或”、“与”、“非”三种，复
杂一些的程序控制系统可以由它们复合而成。 其中，逻辑“或”组合实例如图4－2a所示，只
要气流预检开关S1、提前送气继电器K1的触点 和滞后停气时间继电器KT1的触点中有一个接通， 电磁气阀YV就可以接通。图4－2b是逻辑“与”
组合实例，不考虑空载接通开关S2，只有当中 间继电器K1的触点和时间继电器KT2的触点都接 通时，才能使继电器K2工作。
可以改变延时时间。该电路的缺点是延时精度易受网压波动 的影响。
熔化极气体保护焊
熔化极气体保护焊一、CO2电弧焊的特点和应用CO2电，以CO2气体作保护气体，依靠焊丝与焊件之间的电弧来熔化金属的气体保护焊的方法称CO2焊。
这种焊接法都采用焊丝自动送丝，敷化金属量大，生产效率高，质量稳定。
因此，在国内外获得广泛应用，与其它电弧焊相比有以下特点：1、生产效率高CO2电弧焊穿透力强，熔深大、而且焊丝熔化率高，所以熔敷速度快、生产效率可比手工电弧焊高3倍。
2、焊接成本低CO2焊的成本只有埋弧焊与手工电弧焊成本的40%-50%。
3、消耗能量低CO2电弧焊和药皮焊条相比3mm厚钢板对接焊缝，每米焊缝的用电降低30%，25mm 钢板对接焊缝时用电降低60% 。
4、适用范围宽不论何种位置都可以进行焊接，薄板可焊到1mm，最厚几乎不受限制（采用多层焊）。
而且焊接速度快、变形小。
5、抗锈能力强焊缝含氢量低抗裂性能强。
6、焊后不需清渣，引弧操作便于监视和控制，有利于实现焊接过程机械化和自动化。
我国在CO2焊接设备、焊接材料、焊接工艺方面已取得了很大的成就。
CO2电弧焊接在我国的造船、机车、汽车制造、石油化工、工程机械、农业机械中获得广泛应用。
二、焊机的型号和连接方法1、我公司CO2焊机型号（见文字说明表）2、面板上的旋钮作用与调节方法，（见说明书）3、连接方法水、电、气、焊枪（见说明书）4、焊枪的构造及软管、导电嘴、喷嘴。
5、焊机可能发生的故障及排除方法（见说明书）三、焊接材料1、CO2保护气体CO2有固态、液态、气态三种状态。
瓶装液态CO2是CO2焊接的主要保护气源。
液态CO2是无色液体，其密度随温度变化而变化。
当温度低于-11℃时密度比水大，当温度高于-11℃时则密度比水小。
由于CO2由液态变为气态的沸点很低为-78℃，所以工业焊接用CO2都是液态。
在常温下能自己气化。
CO2气瓶漆成黑色标有“CO2”黄色字样。
2、焊丝CO2气体保护焊对焊丝化学成分的要求：（1）焊丝必须含有足够数量的脱氧元素以减少焊缝金属中的含氧量和防止产生气体。
国际焊接工程师实习——熔化极气体保护焊
实习必答题目：熔化极气体保护焊实习报告（□√IWE □IWS ）姓名：实习目的：通过熔化极气体保护焊的操作过程，了解熔化极气体保护焊的基本操作技能，熟悉工艺规范参数及参数对焊缝成形的影响，产生各种缺欠的原因及预防措施，了解熔化极气体保护焊的工艺过程、适用范围及其相应的安全规程。
焊接准备：接头型式(简图) 母材及规格: Q235 300×150×6填充材料及规格: ER50—6（H08Mn2Si）Φ1.0电源型号: MEMORY350 : 焊道顺序(简图) 坡口加工方法: 火焰切割清理方法: 砂轮打磨装配与点固焊: 焊缝底部两端点固焊接工艺规范参数：电流种类极性焊接电流(A)电弧电压（V）焊丝干伸长（mm）保护气体种类（按ISO14175）气体流量（L/min）直流反接80～100 18～19 10 20 直流反接120～160 20～22 12 20 易产生的缺欠种类产生的原因预防办法咬边焊接速度过快、焊接电压过高、电流过大、两侧停留时间不够、焊枪角度不当。
采用低的焊接速度、降低电弧电压和送丝速度。
未熔合焊接区有氧化物、热输入不够、焊接熔池过大、焊接速度快、焊接坡口不合理。
焊前清理氧化膜、增加送丝速度和电弧电压降低干伸长防弧光防触电防烟尘个人措施穿好劳动保护工作服，戴好电焊手套和工作帽，戴好眼睛和皮肤保护用具，减少裸漏皮肤。
正确使用焊接电源和焊接发电机，使用绝缘良好的电缆和焊把。
戴防尘口罩,选择合适的焊接规范。
车间(工位)设施屏蔽焊接场地（间壁墙）。
焊接设备定期检查维修，焊接电源绝对安全。
完善的通风除尘设备。
表1-3二保焊是自动送丝操作方便，直线运条时焊接速度过快导致焊缝很窄，焊接时采用月牙形摆动增加焊缝宽度。
焊接过程中明显感觉到熔化金属喷射到裤腿上，焊接飞溅大要穿好工作服。
焊接过程由于焊接飞溅物堵塞焊枪导致焊接过程出现多次爆断，焊接前要检查焊枪是否堵塞。
焊前忘记清理工件导致焊缝与母材的融合性不好并且锈迹斑斑，焊前一定要清理工件。
08-熔化极活性混合气体保护焊
打底层 中间层 盖面层 打底层 中间层 盖面层 封底层
电弧电压 电弧电压的高低决定了电弧长短与熔滴过渡形式。 电弧电压的高低决定了电弧长短与熔滴过渡形式 当电流与电弧电压匹配良好时，电弧稳定、飞溅少、 声音柔和，焊缝熔合情况良好。 其它位置操作时其电弧电压和焊接电流的选择可根据 根据 平焊位置进行适当衰减调整 衰减调整。 平焊位置 衰减调整
焊速太慢又可能产生焊缝过热，甚至烧穿，成形不 良，生产效率低等。 电源种类和极性 富氩混合气体保护焊与CO2气体保护焊效果一样，为 了减小飞溅，一般均采用直流反极性焊接，即焊件接 一般均采用直流反极性焊接， 一般均采用直流反极性焊接 负极，焊枪接正极。 负极，焊枪接正极
二、药芯焊丝气体保护焊
含义及分类 含义： 使用药芯焊丝作为填充金属的各种电弧焊方法称为药 芯焊丝电弧焊。 分类：
药芯焊丝的型号 Y X XX X --X
表示保护形式。 表示保护形式。 表示药芯类型及电源种类（与电焊条相同） 表示药芯类型及电源种类（与电焊条相同） 表示熔敷金属抗拉强度最小值,单位（MPa） 表示熔敷金属抗拉强度最小值,单位（MPa） 表示钢种类别 表示药芯焊丝
药芯焊丝钢种类别
字母 J R D 钢类别 结构钢用 低合金耐热钢 堆焊 字母 G A 钢类别 铬不锈钢
Ar+CO2+O2 常用的混合比， Ar80%+CO2 15%+ O2 5% ： 特性：焊缝成形、接头质量，金属熔滴过渡，电弧稳定 性比前面两种混合气体要好。 富氩混合气体保护焊设备 富氩混合气体保护焊设 备见下图。与CO2气体保护焊 设备类似，它只是在CO2气体 保护焊设备系统中加入了氩 气源和气体混合配比器
与普通的熔化极气体保护焊的主要区别在于焊丝内部 焊丝内部 装有药粉。 装有药粉 这种焊接方法是一种气渣联合保护 气渣联合保护的方法。 气渣联合保护 特点 主要优点： 保护效果好，抗气孔能力 强，成形好，电弧稳定， 飞溅少。 焊丝的熔敷快，熔敷效 和率生产率高，经济效 益好。 焊接各种钢材的适应性 强。 对焊接电源无特殊要求。
气体保护焊
GMAW 熔化极气体保护焊
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GMAW 熔化极气体保护焊的术语
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熔化极气体保护焊
焊接设备主要由焊枪、送丝机构和平特性直流电源组成。 焊接材料主要由焊丝和CO2气体组成。 当焊丝与工件短路引燃电弧后，电弧及其周围区域得到CO2 气体的保护，避免了熔滴和熔池金属被空气氧化和氮化。 同时，在电弧高温下， CO2气体发生分解，有利于增强保 护效果； 另一方面，分解反应是吸热反应，对电弧产生强烈的冷却 作用，引起弧柱收缩，使电弧热量集中，焊丝的熔化率高，母 材的熔透深度大，焊接速度快，能够显著地提高焊接效率。
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CO2焊中的气孔 CO2焊中的气孔
CO2电弧焊时，由于熔池表面没有熔渣盖覆， CO2气流又有 较强的冷却作用，因而熔池金属凝固比较快，但其中气体来不 及逸出时，就容易在焊缝中产生气孔。 可能产生的气孔主要有3种：一氧化碳气孔、氢气孔和氮气 孔。 1）一氧化碳气孔 产生CO气孔的原因，主要是熔池中的FeO和C发生的还原反 应： FeO+C = Fe+CO 熔池开始凝固，CO气体不易逸出，于是在焊缝中形成CO气 孔。 如果焊丝中含有足够的脱氧元素Si和Mn，以及限制焊丝中 的含碳量，就可以抑制上述的还原反应，有效地防止CO气孔的 产生。 所以CO2电弧焊中，只要焊丝选择适当，产生CO气孔的可能 性是很小的。
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CO2气体的水分 CO2气体的水分
市售CO2气体如果含水量较高，可在焊接现场做如下减少水分 的措施： 1）将新灌气瓶倒立静置1～2h，然后开启阀门，把沉积在下部 的自由状态水排出。根据瓶中含水量的不同，可放水2～3次， 每隔30min左右放一次。放水结束后，将气瓶正置。 2）经倒置放水后的气瓶，在使用前仍须先放气2～3min，放掉 气瓶上面部分的气体。因为这部分气体通常含有较多的空气和 水分，这些空气和水分主要是灌瓶时混入瓶内的。 3）在气路中设置高压干燥器和低压干燥器，进一步减少CO2气 体中的水分。一般用硅胶或脱水硫酸铜做干燥器，用过的干燥 器经烘干后可重复使用。 4）瓶中气压降到980kPa时，不再使用。。
熔化极气体保护电弧焊
四、 CO2焊的气体及焊丝
（一） CO2气体
1、气体的性质 无色、无味 比空气重0.5倍 升华／凝华 压缩才能液化 高温下会分解 准钢瓶装（40L/25kg），允许使用的最高环境温度≤40℃； 压力表指示乃瓶内CO2饱和蒸气压（与液态多少无关） 指针下降即应换气！ 使用气瓶时应遵守有关的安全规程。
（短路）电压上升速度计算(T2～T3)：这一计算包含在掐 断阶段内。当计算结果表明达到特定的电压上升速度时，意 味着熔滴分离即将发生，电流在若干个微妙内降低到50A（ 注意这一事件在熔滴分离前发生，T4表明熔滴分离已发生， 但电流较低）；
冲击电弧阶段(T5～T6)：这一事件紧接着焊丝从熔池分离 之后，它是焊丝快速 “回熔”的大电流阶段（在这一阶段 焊丝熔化末端的几何形状很不规则） 燃弧阶段(T6～T7)：这一阶段是电流从等离子流冲击降 低到基本电流的周期。
注意：两机使用的都是鹅颈式焊枪（推丝枪）
（三）焊枪
⑴半自动焊枪
推丝式焊枪 拉丝式焊枪
以上为常见的通用焊枪，用量很大， 有专业厂家配套生产，以德国宾采 尔（BINZEL）焊枪为事实上的行 业标准。
推拉式焊枪
送不同材质的焊丝，要用不同的送 丝套管（如送钢焊丝用钢质套管即 可，而送铝焊丝通常要用特氟隆套 管）。
1、北京“时代” 逆变焊机，节能节材；可靠性尚可，价格相 对便宜，售后服务较好。 2、唐山“松下” 晶闸管焊机，但精细表现出色且可靠性极 高；售后服务较好，价格较贵但性价比高， 3、美国林肯 普通CO2焊机总体性能不错，但无价格优势。 值得推荐者为其STT（表面张力过渡） CO2焊机：飞溅极小、 成形极佳，但价格极贵。 除以上之外， 通用CO2焊机国内的品牌多如牛毛，但普遍 市场占有率低。除价格较低外，其它方面往往乏善可陈。 欧洲国家一般不做CO2焊专用焊机，而是MIG/MAG（CO2） 一体，所以其送丝机通常为双主动送丝。 如果焊机标可MIG/MAG/CO2焊，但却是单主动送丝，其 效果有限（目前国产焊机这种情况比较多见）。
第四章 熔化极气体保护焊
4.2 熔化极气体保护焊设备
熔化极气体保护焊设备主要由焊接电源、送丝系 统、焊枪、行走台车（自动焊）、供气系统和水 冷系统、控制系统等部分组成。
4.2 熔化极气体保护焊设备
一、焊接电源：直流电源 1、平特性电源——用于（短路过渡）0.8～1.6ｍｍ细丝焊接， 配用等速送丝系统； 2、下降特性电源——用于２ｍｍ粗丝焊接，配用变速送丝系统；
4.3 CO2气体保护焊
4.3.5 CO2焊冶金特点： 1.合金元素的氧化与脱氧 作为焊接保护气体， CO2表现出很强的氧化性 CO2 → CO + O + + Mn=MnO+CO↑ Mn=MnO 结果：①Mn、Si等合金元素烧损； ②FeO 能大量溶于熔池金属中，易使焊 缝金属产生气孔及夹渣等缺陷。③生成的CO气体体积极具膨胀，造成飞溅，并 且，由于CO不溶于金属，由于粘度和表面张力，就会形成CO气孔。 解决之道：冶金脱氧 对脱氧剂的要求（能脱氧但不能带来如夹渣、气孔等副作用） Mn-Si联合脱氧，有些牌号的焊丝中还添加了Ａｌ 和Ｔｉ 等较活 泼元素 CO2焊专用焊丝H08Mn2Si&H08Mn2SiA 脱氧剩下的Mn、Si用于补充碳和合金元素的损失 2. 关于CO2焊的气孔问题 正常焊接条件下， CO2焊并不容易产生气孔。相反，由于CO2气氛的氧化 性，其抗氢气孔能力较强，此外，如果CO2保护气氛被破坏，就容易出现N2气孔
4.3 CO2气体保护焊
4.3 CO2气体保护焊
基本电流段(T0～T1)：短路前的电流，稳定在基本电流之间； 短路形成段(T1～T2)：在刚短路时，弧压感测器给出“电弧短路”的信 号，基本电流在约0.75毫秒内迅速降低至10A；
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1．熔化极气体保护焊的原理 气体保护电弧焊是用外加气体作为电弧介质并保 护电弧和焊接区的电弧焊方法，简称气体保护焊。 使用熔化电极的气体保护电弧焊称为熔化极气体 保护焊。
• 2．熔ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ极气体保护焊的分类 • 熔化极气体保护焊按保护气体的成分可分 为熔化极惰性气体保护焊（MIG）、熔化极 活性气体保护焊（MAG）、CO2气体保护 焊（CO2焊）三种。 • 熔化极气体保护焊按所用的焊丝类型不同 分为实芯焊丝气体保护焊和药芯焊丝气体 保护焊。 • 熔化极气体保护焊按操作方式的不同，可 分为半自动气体保护焊和自动气体保护焊。
第四章 熔化极气体保护电弧焊
• 焊条电弧焊，埋弧焊是以渣保护为主的电 弧焊方法。 • 气体保护电弧焊已在国内外焊接生产中得 到了广泛的应用。 • 根据电极材料不同，气体保护电弧焊可分 为非熔化极气体保护焊和熔化极气体保护 焊，其中熔化极气体保护焊应用最广。
第一节
熔化极气体保护焊的原理及分类
一、熔化极气体保护焊的原理、特点及分类
3．熔化极气体保护焊的特点 • 采用明弧焊，一般不必用焊剂没有熔渣，熔池可 见度好，便于操作。而且，保护气体是喷射的， 适宜进行全位置焊接，不受空间位置的限制，有 利于实现焊接过程的机械化和自动化。 • 由于电弧在保护气流的压缩下热量集中，焊接熔 池和热影响区很小，因此焊接变形小、焊接裂纹 倾向不大，尤其适用于薄板焊接。 • 采用氩、氦等惰性气体保护，焊接化学性质较活 泼的金属或合金时，可获得高质量的焊接接头。 • 气体保护焊不宜在有风的地方施焊，在室外作业 时须有专门的防风措施，此外，电弧光的辐射较 强，焊接设备较复杂。
二、熔化极气体保护焊气体及应用
• • • • •
熔化极气体保护焊常用的气体有： 氩气（Ar）、氦气（He） 氮气（N2）、氢气（H2） 二氧化碳气体（CO2） 混合气体。
• 氩气（Ar）和氦气（He） 惰性气体，对化学性质活 泼而易与氧起反应的金属，是非常理想的保护气体，常用 于铝、镁、钛等金属及其合金的焊接。 • 氮气（N2）和氢气（H2） 还原性气体。氮可以同多数 金属起反应，是焊接中的有害气体，但不溶于铜及铜合金， 故可作为铜及合金焊接的保护气体。氢气已很少单独应用。 氮气、氢气常和其它气体混合起来使用。 • 二氧化碳（CO2） 氧化性气体。由于二氧化碳气体来 源丰富，而且成本低，因此值得推广应用，目前主要用于 碳素钢及低合金钢的焊接。 • 混合气体 混合气体是一种保护气体中加入适当份量 的另一种(或两种)其它气体。应用最广的是在惰性气体氩 （Ar）中加入少量的氧化性气体（CO2、O2或其混合气体）， 常作为焊接碳钢、低合金钢及不锈钢的保护气体。