一、采用保护气体的主要目的：

1.1防止熔融焊缝金属被周围气氛污染和损害

1.2要求：

1）对焊接区起到良好的保护

2）有利于引弧和稳弧

3）提高焊件加热效率，改善焊缝成形

4）减小飞溅

5）保护气体的有害冶金反应能控制,以减少气孔、裂纹和夹渣

6）价廉易得

1.3可供选择的气体：

1.3.1单一气体：Ar、He、H2、N2、CO2

1.3.2混合气体：Ar+He、Ar+H2、Ar+O2、Ar+CO2、Ar+CO2+O2,

1.3.3目的：适应不同金属材料和焊接工艺的要求，促使获得最佳的保护效果、

1.4电弧特性、熔滴过渡特性、焊缝成形和质量。

1.5熔化极脉冲氩弧焊焊接合金结构钢或不锈钢时，反接→加入少量的O2或CO2→稳定阴极斑点，改善电子发射能力和减小飘荡，降低熔滴和熔池的表面张力，易于获得稳定的脉冲喷射过渡，改善焊缝成形

二、CO2气体保护焊

2.1MAG(MetalActiveGas)

2.2CO2焊缝长度

B11：16个工位，mm

B14：23个工位，mm

S11：22个工位，mm

T11：22个工位，mm

某车型前门上铰链加强板与其支座板的CO2焊接。

2.3CO2保护焊的发展过程

解决三个问题：气孔、适应各种位置焊接、减少飞溅

2.4采用什么样的气体来隔绝空气的侵入?

2.5用做保护的气体必须满足下列要求：

2.5.1无毒,如CO有毒不能用；

2.5.2价廉易得，如氩、氦价格高；

2.5.3不能给焊接质量带来危害或危害可以消除；

2.年，有人利用过CO2焊接过低碳钢，焊缝出现气孔严重，焊缝很脆→否定CO2可以做为保护气体。

2.7二次大战前，高强度低合金钢应用日益广泛（坦克、装甲车），为解决这类钢的焊接，发展了碱性低氢型焊条。

CaCO3→CaO+CO2↑

2.8有效地防止了空气进入电弧空间，另CO2是一种氧化性气体，它会氧化金属，带来危害。

2.—年，科学家们又受到炼钢中脱氧的理论及实践的启发，又重新利用CO2作为保护气体试验结果证明，采用一定量的脱氧元素的焊丝（含一定量的Si、Mn），可以清除气孔，并获得优质的焊缝金属。

2.年CO2保护焊研究成功报告问世（前苏联柳巴斯基）。

2.11沿袭软管半自动埋弧焊习惯，采用直径为1.6—2.mm的焊丝，必须使焊接电流大于安培以上，熔滴成喷射过渡，焊接飞溅才得到一些改善，焊缝成形好。但在空间位置用这样大的电流焊接，熔池体积太大，熔池金属向下滴落或向下流动，焊接操作困难，焊缝成形不良，只能进行平焊，不能进行空间位置的焊接。

2.12必须解决第二个问题是使其能适应于各种能量的焊接及减少飞溅，科学家对焊接电弧进行了深入的研究,即“熔滴过渡”的规律。

2.年提出了“短路过渡”焊接法，设计了动特性好的电源，采用较细的焊丝直径（Φ0.8—Φ1.6mm），配合使用较低的焊接电压及较小的焊接电流，可以很好地进行空间位置的焊接并使飞溅很小。

2.14CO2焊接原理

2.15焊丝直径：细丝≤1.2毫米，粗丝≥1.6毫米）。按操作方法可分为CO2半自动焊和C02自动焊。

2.16共同点：送丝和送气都是自动的。

2.17区别是：C02半自动焊是用手工操作完成焊接热源的移动，C02自动焊是由相应的自动化装置来完成的(如机器人、自动角焊机等)。

2.18冶金特点：

2.18.1CO2的氧化性CO2→CO↑+O

与CO2作用

Fe+CO2=FeO+CO↑

Si+CO2=SiO+CO↑

Mn+CO2=MnO+CO↑

2.18.2与高温分解的氧原子作用

Fe+O=FeO

Si+O=SiO2

Mn+O=MnO

2.19飞溅:CO不熔于金属，熔滴中CO在电弧高温下急剧膨胀，使熔滴爆破而引起金属飞溅。

2.20气孔:在熔池中的CO若逸不出来，便成为焊缝中的气孔。

2.21氧化的结果：有用的合金元素被烧损，造成了焊缝金属力学性能降低，产生气孔和金属飞溅。

2.22解决的措施：脱氧

2.22.1在焊丝中加入一定量的脱氧剂，采用Si-Mn联合脱氧的效果，最好，可以焊出高质量的焊缝来。

2FeO+Si=2Fe+SiO2

FeO+Mn=Fe+MnO

2.22.2焊丝中有足够的脱氧元素Si和Mn，以及限制焊丝中的C的含量就可以有效的防止C0气孔。，目前国内外广泛采用H08Mn2Si焊丝,Si、Mn即是脱氧剂也是合金剂。

焊丝化学成分

H08Mn2SiA焊丝与Q钢焊接后化学对比

Q钢机械性能

Q+H08Mn2SiA焊丝接头机械性能

2.23气孔

可能产生的气孔主要有三种：CO、N、H。

2.23.1CO气孔的产生主要原因是：焊丝中所含的脱氧合金元素不够，使熔池中熔入较多的FeO（按与氧的亲合力来排为：Si、Mn、C），钢中又含有C，它和C发生强烈的还原反应:

FeO+C=Fe+CO↑

生成了CO气体，来不及逸出，从而形成气孔。

2.23.2CO气孔一般沿结晶方向呈长条形，在内部呈椭圆形。

2.23.3产生N气孔的原因：主要是保护不好，空气进入电弧电弧造成的。如CO2气流量过小或过大，焊丝伸出长度过长、喷嘴阻塞、导电嘴与喷嘴不同心、喷嘴气筛阻塞、外部气流量过大、室外焊接、电弧电压过高等。

2.23.4产生H气孔的原因：在高温时熔入了大量的H，在结晶的过程中不能充分排出，而留在焊缝金属中。H主要来自焊丝、工件表面的油污和铁锈以及CO2气体中的水分，前者易清除和防止，而后者往往是产生H2气孔的主要原因。因此对CO2气体进行提纯和干燥是必要的。氢气孔:一般在表面呈旋涡形，内部呈球形。

2.24飞溅问题(飞溅率为8~12%)

2.24.1飞溅的危害：增加焊丝及电能的消耗；降低焊接生产率和增加焊接成本；飞溅粘到导电嘴和喷嘴内壁上，会造成送丝和送气不畅而影响电弧的稳定和降低保护作用；恶化焊缝成形；粘到焊缝表面上又增加焊后清理工序；

2.24.2引起飞溅的原因：熔滴和熔池中的碳被氧化生成CO气体，随温度升高，CO气体膨胀引起爆破；当用正接长弧焊时，焊丝为阴极，受到来阳极的正离子的冲击，阴极斑点上的压力较大，焊丝末端易形成粗大熔滴和被顶偏而产生非轴向过渡，从而出现大颗粒飞溅。

2.24.3在短路过渡时由于焊接电源的动特性选择与调节不当而引起金属飞溅，减小短路电流上长速度或减少短路峰值电流都可以减少飞溅。一般是在焊接回路内串入较大的不饱和直流电感即可减少飞溅。

2.24.4焊接工艺参数选择不当而引起。主要是电弧电压升高，电弧变长，易引起焊丝末端熔滴长大，产生无规则的晃动，而出现飞溅。

2.24.5减少飞溅的措施：选用合适的焊丝材料或保护气体。例如选用含碳量低的焊丝，减少焊接过程中产生CO气体，长弧焊时，加入Ar的混合气体保护，使熔滴变细，甚至得到射流过渡，改善过渡特性。

2.24.6在短路过渡时，合理选择焊接电源，并匹配合适的可调电感，以便当采用不同直径的焊丝，能得到合适的短路电流增长速度。

2.24.7采用直流反接进行焊接。

2.24.8采用不同熔滴过渡形式焊接时，要合理地选择焊接工艺参数，以获得最小的飞溅。

2.24.9加入一定量的Ar,富氩飞溅率1~3%。

2.25焊接材料

2.25.1保护气体—CO2

2.25.2纯度要求＞99.5%,含水量＜0.05%。

2.25.3CO2：无色无毒，易溶于水，密度为空气的1.5倍,沸点-78℃。受压后变成无色的液体，当温度低于-11℃时，比水重

2.25.4当高于-11℃时，比水轻。在0℃和一个大气压下，一公斤CO2液体可蒸发升CO2气体。

2.25.5供焊接用的CO2气体，通常是以液态装于钢瓶中，钢瓶容量4升，可装入25kg的液态CO2。

2.25.6一瓶装25kg液化CO2气,若焊接时的流量为20L/min,则可连续使10小时左右

2.26减少水份的措施是：

a、倒立静置1~2h→开启阀门→可放水2~3次（时间为1分钟左右），每次间隔30min。

b、倒置放水后的气瓶，使用前先打开阀门放掉瓶内上部纯度低的气体。

c、在气路中设置高压干燥器和低压干燥器（干燥剂为：硅胶或脱水硫酸铜）。

d、使用瓶装CO2时，注意设置气体预热装置。

2.27焊丝的作用：电弧的一个极,向熔池提供熔化金属。

2.28CO2焊用的焊丝对化学成分有特殊要求：有足够数量的脱氧元素，焊丝的含碳量要低，通常要求w(C)0.11%,保证焊缝具有满意的力学性能和抗裂性能。

2.29焊丝应保证有均匀外径，其公差为+0-0.，一定的硬度和刚度、一定的挺直度。

2.30以冷拔状态供给，不能使用退火焊丝要镀铜。

三、CO2焊接工艺参数

3.1熔滴过渡:短路过渡，粗滴过渡和喷射过渡，熔点过渡的特点和形式取决于焊接工艺参数及有关条件。

3.2短路过渡

3.2.1短路过渡是在采用细丝，小电流，低电弧电压焊接时出现的。

3.2.2电弧很短，焊丝末端的熔滴还末形成大滴时，即与熔池接触而短路，使电弧熄灭。在短路电流产生的电磁收缩力及熔池表面张力的共同作用下，熔滴迅速脱离焊丝末端过渡到熔池中去，以后电弧又重新引燃。这样周期性的短路一燃弧交替过程，就称为短路过渡过程。

3.3工艺规范

CO2焊接的工艺参数有：电弧电压、焊接电流、焊接回路电感、焊接速度、气体流量和焊丝伸出长度等。

3.3.1焊接电流：焊接电流应根据焊件厚度、焊丝直径、焊缝空间位置来选择，当焊件试焊过程中，可根据下述几点来判断选择的电流是否合适：看飞溅、听声音、看电弧燃烧是否稳定、看焊缝成形、看焊丝熔化情况。

3.3.2对一定焊丝直径及焊接电流（即送丝速度），必须匹配合适的电弧电压，才能获得稳定的飞溅最小的短路过渡过程。现在各种CO2电源均设置了一元化调节装置，只要调整了焊接电流与之相应的焊接电压就得到自动调节。这种方法叫一元化调节。

3.4根据经验公式：当焊接电流小于A时候：焊接电压=(0.04倍焊接电流+16±1.5)伏

3.5焊接电压对焊接效果的影响：

3.5.1电压偏高时：弧长变长,飞溅颗粒变大,易产生气孔.焊道变宽,熔深和余高变小。焊接处出现“啪嗒！啪嗒！”声。

3.5.2电压偏低时：焊丝插向母材,飞溅增加,焊道变窄，熔深和余高大。焊接处出现“嘭！嘭！嘭！”声

3.6焊接回路的电感：短路过渡焊接要求焊接回路中有合适的电感量，用以调节短路电流增长速度di/dt,使焊接过程的飞溅最小。通常细丝CO2焊，焊丝熔化速度快，熔滴过渡周期短，需要较大的di/dt。反之，粗丝要求di/dt小些。

CO2焊短路过渡焊接回路电感参考值

3.7伸出长度：导电嘴末端至工件距离。

3.8伸出长度增加，焊丝上的电阻热增大，焊丝熔化加快。但电弧电压下降，焊接电流减小，熔深亦减小（电弧热量减少）

3.9短路过渡焊接所用的焊丝较细，若焊丝伸出过长，该段焊丝的电阻热大，易引起成段熔断，且喷嘴至工件距离增大，气体保护效果差，飞溅严重，焊接过程不稳定，熔深浅和气孔增多；若伸出过小，熔深深，则喷嘴至工件距离减小，喷嘴挡住视线，看不见坡口和熔池状态，飞溅的金属易引起喷嘴堵塞，从而增加导电嘴和喷嘴的消耗，但熔深深。一般焊丝伸出长度，约在10~20mm范围内。

3.10气体流量：细丝（≦1.2mm）短路过渡焊接时的气体流量一般为5~15L/min，焊丝（﹥1.6mm）焊接时气体流量一般在10~20L/min，焊接电流较大，焊接速度较快，焊丝伸出长度较长或在室外作业，气体流量应适当加大，以保证气流有足够挺度，加强保护效果，但是气流量过大，会引起外界空气卷入焊接区，反而降低保护效果。在室外作业时，风速一般不应超过1.5~2.0m/s。

表2-5CO2焊喷嘴距离与气体流量

表2-6CO2气体流量与风速界限

3.11焊接速度：焊枪移动过快，易引起焊缝两则咬边，而且保护气体向后拖，影响保护效果；但焊速过慢，则易产生烧穿和焊缝组织变粗的缺陷。

3.12一般汽车行业半自动焊选7~8mm/min,机器人选10mm/min.

3.13电源极性：CO2焊一般都应采用直流反接，可以获得飞溅小，电弧稳定，母材熔深大，焊缝成型好，而且焊缝金属含氢量低。

四、CO2焊设备

4.1按C02焊的特点，在选用设备时还应注意下列问题：

4.1.1电源特性要求：对外特性要求C02电弧的静特性是上升的，须选用平（恒压）的或下降外特性的电源。细丝C02焊通常选用等速送丝焊机，须配用平的或缓降外特性电源。

4.1.2电弧自身调节的性能：在等速送丝的条件下，我们知道，当电弧长度发生变化时，将引起焊接电流的变化，从而使焊丝的熔化速度相应变化，会使电弧长度恢复到原来的长度，以达到恢复稳定状态的目的，这就是电弧的自身调节作用。焊接电流的变化值越显著，电弧自身调节的性能越好。

4.1.3短路过渡焊接时采用平硬特性电源，其电弧长度和焊丝伸出长度的变化，对电弧电压的影响最小。采用平硬特性电源，可以对电弧电压和焊接电流分别加以调节，相互之间没有多大影响。

4.1.4焊接电源应有良好的动特性：从CO2焊焊接电源良好的动特性，是焊接过程稳定性的重要保证：电源空载电压；焊接电源的电压恢复速度dv/dt——短路到恢复到25V所需要的时间不得超过0.05秒。以使电弧迅速复燃；短路峰值电流Imax、短路电流增长速度di/dt。

4.2焊接电流及电弧电压能在一定范围内调节,用于细丝短路过渡的焊接电源，一般要求电弧电压为17~23伏。电弧电压分级调节时，每级不应大于1伏；焊接电流能在50~安范围内均匀调节。

4.3送丝系统：CO2保护焊通常采用等速送丝系统。

4.4对送丝系统的要求：送丝速度应均匀、稳定；调速要方便；结构紧凑及轻巧。CO2半自动焊的送丝方式有推丝式、拉丝式和推拉式三种：

4.5推丝式：焊枪和送丝机构是分开的，焊丝由送丝机构推送，通过一段软管进入焊枪，所以焊枪结构简单、轻便。但是，送丝通过软管时阻力较大，影响送丝速度的均匀和稳定，因而软管长度受到限制，一般只能在离送丝机构2~4米范围内操作。

4.6拉丝式送丝:是直接将送丝机构和焊丝盘装在焊枪上。这样就避免了焊丝通过软管的阻力影响，送丝速度均匀、稳定。但是，焊枪的重量增加，焊工的劳动强度较大。

4.7推拉式送丝:是以上两种送丝方式的结合，送丝时以推为主。由于焊枪上的送丝机，起到随时将软管中焊丝拉直的作用，使软管中的送丝阻力大大减少，从而使软管长度可以加长，增加了操作的灵活性，并且仍能保持送丝畅通，速度稳定。

4.8CO2保护半自动焊多采用推丝式送丝方式。推丝式送丝系统包括送丝机构、调速器、送丝软管及焊丝盘等。

4.9送丝机构送丝机构由送丝电动机、减速装置、送丝滚轮及压紧机构等组成。为适应不同的使用要求，通常与焊丝盘一起，把送丝机构做成手提式，小车式或悬挂式。

4.10调速器调速器用来调节送丝速度，一般采用改变送丝电动机电枢电压的方法，实现送丝速度的无级调节。

4.11送丝软管送丝软管是导送焊丝的管道。对送丝软管的要软管内径大小应均匀合适；焊丝通过的摩擦阻力要小；软管有较好的挺度和弹性。送丝软管一般均用65Mn或不锈钢丝绕制成螺旋弹簧管，并在其外面用多股细弹簧钢丝加固一层，使软管能柔软的弯曲，但又不能拉长，以保证送丝稳定。

4.12当送丝的长度增加时，阻力也随之增大。软管的长度有一定的限度。焊丝越细，软管应该越短。软管内径应与焊丝直径相配合，使摩擦阻力最小，有利于送丝的稳定。

4.13半自动焊枪：CO2保护半自动焊枪起到导电、导丝和导气的作用要求：应灵活轻便及坚固耐用；具有良好的导电、导丝和导气性能；能适应不同的焊接位置。CO2半自动焊枪按焊丝给送的方式，分为推丝式和拉丝式两类。

4.14推丝式焊枪

4.15拉丝式焊枪

4.16焊枪的喷嘴和导电嘴：要求：喷嘴的气体保护作用可靠，且气体消耗量又少，喷嘴也不宜过大，使观察熔池不便。一般半自动焊枪的喷嘴径为16~20毫米，最小可为12毫米。喷嘴的形状以圆柱形的较好，也有圆锥形的

按制作喷嘴的材料，分为紫铜喷嘴和陶瓷喷嘴

4.17导电嘴：导电嘴的作用:在焊枪上用以将焊丝导向熔池，并向焊丝馈送电流的零件。

4.18导电嘴孔径的大小，对送丝速度和焊丝伸出长度有一定影响：导电嘴孔径过大时，焊丝在导电嘴内的接触点不固定，使焊丝实际伸出长度经常变化；导电嘴孔径过小时，送丝阻力增大，焊丝不能顺利通过，送丝速度也不均匀，这样会造成焊接工艺参数不稳定，以致影响焊接质量。此外，导电嘴的长度也要适宜，以保证导电性能良好及送丝的顺利。一般导电嘴的孔径比焊丝直径略大0.2~0.3毫米。用于细丝CO2焊的导电嘴长度，以20毫米左右为宜。对于直径大于1.2毫米的焊丝，导电嘴长度在30毫米左右。制作导电嘴的材料，常用紫铜，也可采用铬青铜、磷青铜等材料。

4.19对供气系统的要求：供气系统的作用：是使气瓶内的CO2液体成为质量符合要求、具有一定流量的CO2气体，并均匀地从焊枪的喷嘴中射出。电气上要设置提前供气和廷后断气程序。

（1）供气系统。C02焊的供气系统和氩弧焊CO2焊供气系统基本相同，区别是在气路上要求接入预热器和干燥器。由CO2气瓶，包括预热器、干燥器、减压器、流量计及气阀等组成。

A、预热器及干燥器：预热器须接在减压器之前

B、干燥器的用途：是吸收ＣＯ２气体的水分，接在减压器前面的干燥器称为高压干燥器，接在减压器的后面干燥器称为低压减压器，这些应根据气体纯度和焊接质量要求而选用。一般情况下，气路中只接高压干燥器。如果对焊缝质量要求不高或CO2气体中含水分较少时，这两种干燥器都可以不用。

C减压器的作用：将高压CO2气体变为低压气体，并调节气体的流量。CO2气体的工作压力为0.1~0.2兆帕。

D流量计的作用：流量计是用来测量CO2气体的流量。常用的玻璃转子流量计。也可采用减压器和流量计一体的浮标式流量计，其流量调节范围有0~15升/分和0~30升/分两种。

E气阀：气阀是用来控制CO2气体的送气与停气。若控制的准确性要求高时，可以采用电磁气阀来完成气体的输送和停止动作。控制要求不严格时，也可直接采用机械的气阀开关由手工掌握。

4.20控制系统控制系统的作用是对CO2焊的供气、送丝和供电等系统实现控制。对供气系统的控制大致是三个过程：弧焊时要求提前送气约0.05~0.6秒，以排除引弧区的空气；焊接时气流要均匀可靠；结束时，因熔池金属尚未完全冷却凝固，应滞后停气0.35~0.9秒。

4.21对送丝系统的控制，是指对送丝电动机的控制，应保证能够完成焊丝的正常送进与停止，焊前可调节焊丝伸出长度，均匀调节送丝速度，对焊接过程的网路电压波动有补偿作用。对供电系统的控制，即对焊接主电源的控制，这与送丝部分密切相关。供电可在送丝之前接通，或与送丝同时接通，但在停电时要求送丝先停而后断电，这样可以避免焊丝末端与熔池粘连，而影响焊缝弧坑处的质量。

4.22无收弧—当收弧转换开关置于“无”时，焊接开始时，合上开关（一直按着），焊接结束时，再次松开焊枪开关，结束焊接，称之为“无”收弧。无收弧焊接—应用于反复进行定位焊、瞬时焊及薄板焊接。

4.23有收弧—当收弧转换开关置于“有”时，焊接结束时，再次按上（合上）焊枪开关，即可转换为比焊接电流低的收弧焊接电流的程序，称之为“有”收弧。

五、CO2气体保护焊的缺陷和检验

5.1焊接接头常见的缺陷的分析

5.1.1气孔

形成过程：气体吸收、气体的析出、气泡的长大、气泡的上浮

5.1.2裂纹

5.1.2.1热裂纹(结晶裂纹、凝固裂纹）:焊接过程中,焊缝和热影响区

5.1.2.2金属冷却到固相线附近的高温区产生的裂纹

5.1.2.3产生的部位:多在焊缝中

5.1.2.4冷裂纹：冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度下（对钢来说是Ms线以下）产生的裂纹

5.1.2.5原因:1)焊接应力2)淬硬组织3)富氢带

5.2焊缝尺寸及形状不符合要求

危害：焊缝成形不美观、影响焊缝与母材的结合强度

5.3原因：1）焊件坡口角度不当2）装配间隙不均匀3）焊接电流过大或过小4）运条速度或手法不当5）焊枪角度不合适

5.4解决办法：焊丝指向和运条角度

5.5咬边：沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷

5.6危害：减弱焊件的有效面积、降低接头的机械性能、咬边处应力集中-承载后可能产生裂纹

5.7原因：1）平焊时电流太大2）运条速度不合适，在两侧停留时间过小。3）运条角度或电弧长度不当

5.8解决办法：焊丝指向和运条角度

5.9焊瘤：焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤（立焊、仰焊）。

5.10原因：操作不熟练和运条不当、立焊时电流过大而操作又不当、焊接电弧过长

5.11措施：善于控制熔池的形状

5.12夹渣：焊后残留在焊缝中的熔渣

5.13危害：减弱焊件的有效面积、降低焊缝的机械性能、夹渣处应力集中-结构破坏

5.14凹坑与弧坑

凹坑：焊后在焊缝表面或背面形成的低于母材表面的局部低洼部分

弧坑：也是凹坑的一种，它是指焊缝收尾处产生的凹陷现象

5.15危害：减弱焊缝的有效面积降低焊缝的承载能力、对弧坑来说，由于杂质的集中，会导致弧坑裂纹和气孔

5.16原因：操作技能未熟练掌握、不善于控制熔池的形状、焊表面时电流过大，焊条又未摆动、过早进行表面焊缝的焊接、收弧时不会运条、焊机未打在收弧上

5.17未焊透与未熔合

未焊透：焊接时接头根部未熔透的现象

未熔合：焊接时焊道与母材、焊道与焊道之间，未完全熔合的现象

5.18原因：电流太小、焊接速度太快、坡口角度太小、钝边太厚、间隙太窄、焊件表面有氧化皮或前一焊道表面有熔渣、焊件边加热不充分而导致假焊、对一定直径的焊丝，电流过大，焊丝发红，熔化过快。

5.19塌陷与烧穿：熔化焊时，由于焊接工艺不当，造成焊缝金属透过背面，而使焊正面塌陷，背面凸起的现象。

5.20原因：对焊件加热过甚、焊接电流大、焊件间隙大、焊接速度太慢、操作工艺不当、电弧在某处停留时间过长。

5.21飞溅

六、钨极氩弧焊(TIG焊)

6.1氩弧焊概述

6.1.1氩弧焊是使用氩气作为保护气体的一种气体保护焊。

6.1.2它是利用从焊枪喷嘴中喷出的氩气流，在电弧区形成严密封闭的气层，使电极和金属熔池与空气隔绝，以防止空气的侵入，同时利用电弧产生的热量，来熔化填充焊丝和基本金属，液体金属熔池凝固后形成焊缝。TIG焊接用于焊缝外观十分重要的场合。

6.1.3TIG焊的特点

6.1.4氩气是一种惰性气体，不与金属起化学反应，所以不会使被焊金属中的合金元素烧损，能充分保护金属熔池不被氧化。氩气在高温时不溶于液体金属中，所以焊缝不易引起气孔。氩气的保护作用是有效和可靠的。

6.2氩弧焊的特点:

6.2.1氩气保护性能优良，焊接时不必配制相应的焊剂或熔剂，基本上是金属熔化与结晶的简单过程，能获得较为纯净及质量高的焊缝。

6.2.2由于电弧受到氩气流的压缩和冷却作用，电弧热量集中，同时氩弧焊的温度又高。热影响区很窄，焊接变形与应力均小，裂纹倾向也小，这尤其适用于薄板。适用于焊接厚度小于4mm的薄板

6.2.3因是明弧焊，操作及观查较方便，容易实现焊接过程的机械化和自动化。在一定条件下可进行各种空间位置的焊接。

6.2.4可焊的材料范围很广，几乎所有的金属材料都可以进行氩弧焊，特别适宜焊接化学性质活泼的金属和合金。多用于焊接铝、镁、钛；铜及铜合金，低合金钢，不锈钢及耐热钢等。

6.3氩弧焊的分类及应用:

分为：不熔化极（钨极）氩弧焊、熔化极氩弧焊两类

6.3.1钨极氩弧焊：钨极氩弧焊是采用高熔点的钨棒作为电极，在氩气层流的保护下利用钨极与焊件之间的电弧热量，来熔化加入的填充金属和基本金属，以形成焊缝。而钨极本身是不熔化的，只起发射电子的作用。

6.3.2钨极氩弧焊的一些特点：手工和自动、焊接时需要另外加入填充焊丝，有时也不加填充焊丝，仅将接缝处熔化后形成焊缝。

6.3.3为了防止钨极的熔化与烧损，所用的焊接电流受到限制，因此电弧功率较小，熔深也受到影响，只能适用于薄板焊接。后来在钨极氩弧焊的基础上，发展了熔化极钨极氩弧焊的工艺方法。

6.4钨极氩弧焊电弧特性

我们知道:电离电位与激励电位越低,气体电离越容易。

6.4.1氩弧的特性：引燃电弧较困难

某些元素的电离电位和激励电位（电子伏特)

6.4.2使气体分子或原子电离所需的能量即为电离电位。

几种常用保护气体的物理性质

单位质量的某种物质温度升高1℃吸收的热量,叫做这一物质的比热容

6.5电弧燃烧稳定

6.5.1氩弧一旦引燃后，就能比较稳定地燃烧。

6.5.2原因：氩气是单原子气体，电离不经过分子分解成原子的过程，所以能量损失较小。氩气的热容量与导热率较小，故只要较小的热量就可把电弧空间加热到高温，且电弧的热量不易传失，这有利于气体的热电离，致使电弧燃烧稳定。

6.6“阴极破碎”作用：电弧焊时，氩气电离后形成大量正离子，并以高速向阴极移动。当采用直流反接时，焊件是阴极，即氩的正离子流向焊件，它撞在金属熔池表面上，能够将高熔点且又致密的氧化膜撞碎，使焊接过程顺利进行，这种现象称为“阴极破碎”作用（或“阴极雾化”作用）。

6.7氩弧焊是依靠电弧的阴极破碎作用去除氧化膜，可以得到光亮的焊缝，获得满意的焊接效果。钨极氩弧焊时，焊接铝、镁及其合金一般都采用交流电源。

6.7.1交流钨极氩弧的特点

6.7.2电弧电压的波形与电源电压波形相差很大

6.7.3电弧重新引燃要求有一定的引燃电压引燃电压的大小取决于气体介质的电位高低和阴极发射电子能力的大小。

6.7.4正半波时,电弧的导电性很好，电弧电流很多，而电弧电压较低。

6.7.5负半波引弧就更困难，电弧导电困难，电弧电流小，电弧电压较高.也就是说负半波时电弧的引燃很困难，焊接过程中电弧的稳定性很差。在开始焊接时，电弧空间和焊件都是冷的.引弧性差!

6.7.6直流分量的存在直流分量将显著降低阴极破碎作用，

6.7.7当焊接不绣钢、耐热钢、钛、铜及合金时，直流钨极氩弧焊一般都采用直流正接。

6.8引弧稳弧的措施及直流分量的消除

6.8.1引弧与稳弧的装置：高频振荡器

6.8.2高频振荡器是一个高频高压发生器，它将普通的工频低压交流电变换成高频高压的交流电，其输出电压为0~0伏，频率~赫，功率约~瓦。与焊接电源并联或串联使用。高频振荡器只供焊接时初次引弧。

6.8.3脉冲稳弧器：高压脉冲必须与焊接电流严格同步，也就是正好焊接电流经过零点的瞬间输送给电弧，才能起到稳弧的作用。脉冲要有一定的功率，目前常用的脉冲电压为~伏；脉冲电流为2安左右。

6.8.4直流分量的消除方法:消除直流分量的方法通常有三种。

七、钨极氩弧焊焊材料

7.1氩气是一种理想的保护气体。在惰性气体中，氩在空气中的比例最多，按体积约占空气的0.93%。氩比空气重25%，通常是液态空气制氧时的副产品。各种金属材料焊接时，对氩气纯度有不同的要求。化学性质活拨的金属和合金，氩气纯度要求更高。（含一定量的氧、氮、二氧化碳和水分等。将会降低氩气的保护性能，对焊接质量造成不良影响）。目前生产的氩气可达到99.9%的纯度。

7.2钨极：对电弧稳定性和焊缝质量有很大影响

7.2.1要求：钨极具有电流容量大、施焊损耗小、引弧和稳弧性能好的特性，这主要取决于钨极的电子发射能力大小。钨极有纯钨极、钍（Tu）钨极和铈钨极三种。

7.2.2纯钨极的熔点很高，约为~34℃；沸点也很高，约为℃。为此不易熔化与蒸发。

7.3钍钨极

7.3.1在纯钨中加入1~3%的氧化钍，即是钍钨极。由于钨棒内含有钍元素的成分，使钨极的电子发射能力增强。

7.3.2钍钨极与纯钨极相比，具有容易引弧、所需的引弧电压小；许用电流增大；不易烧损，使用寿命长；电弧稳定性较好等优点。但钍钨极有微量放射性。

7.3.3铈钨极：是在纯钨中加入2%的氧化铈。铈钨极没有放射性，在电子发射能力、工艺性能、损耗程度、引弧和稳性能等方面，优于钍钨极。钨极端部的形状，对电弧稳定性和焊缝成形有一定的影响。从不同形状钨极端部的比较来看，以锥形平底的效果最好。

钨极端部形状的影响

7.3.4焊丝：一般可以选用与被焊材料相同或相似成分的焊丝。钨极手工氩弧焊的填充丝，也可采用与焊件相同的板材切成条料使用。

7.4钨极氩弧焊设备

7.4.1主电路系统

7.4.2焊枪构造：枪体、喷嘴、电极夹持机构、电缆、氩气输入管、按钮开关等

7.4.3焊枪的作用：◇夹持钨极、传导电流和输送氩气。◇保护效果好是焊枪必需满足的条件，◇同时要求焊枪消耗氩气少、导电好；◇钨极的装夹和调整应可靠方便。

7.4.4焊枪的喷嘴形状：以圆柱形喷嘴的氩气保护效果为佳，有利于氩气流呈稳定层流状态，并有一定的挺度。喷嘴的材料是用陶瓷制成的。

7.4.5供气装置：氩弧焊供气装置由气瓶、减压器、电磁气阀、气体流量计等组成，其作用是使钢瓶内的氩气按一定的流量，满足焊接保护的要求。

7.4.6氩气瓶与氧气瓶一样，其标称容量为40L，满瓶压力为15.2MPa，氩气瓶应涂灰色，并标有“氩气”的字样。减压器、电磁气阀。减压器和气体流量计常组成一体，这样使用方便可靠。

7.4.7水路系统：当电流在安以上时,钨极和焊枪必须用流动冷水进行冷却.

7.4.8控制系统钨极氩弧焊时，通过控制线路实现对供电、供气、引弧与稳弧等部分的控制。自动焊还应配合完成焊丝给送、小车行走（或焊件旋转）等动作。

7.4.9钨极氩弧焊机:按操作形式来分，手工氩弧焊、半自动和自动三类。

7.5钨极氩弧焊工艺

7.5.1焊件和焊丝的焊前清理

7.5.2氩气保护效果

7.6焊接工艺参数选择及对焊缝形状的影响：焊接电源种类和极性、钨极直经、焊丝直经、焊接电流、电弧电压、氩气流量、焊接速度，喷嘴直经D=（2.5-3.2）d，喷嘴至焊件距离、钨极伸出尺度。

表铝及铝合金手工钨极氩弧焊焊接工艺参数

7.7操作技术：

7.7.1焊前检查，焊枪、焊丝和工件相互位置

7.7.2操作技巧和注意事项：填充焊丝应在焊件上形成熔池后才缓慢送至熔池前沿，不应直接送至熔池中心，细丝可连续送进。

7.7.3粗丝应间隙送进,间隙送进必须有焊丝后退动作,但不能离开氩气保护区,否则高温焊丝头被空气氧化.焊丝不能与钨极相碰,也不能扰乱氩气流。

7.7.4操作技能的熟练程度是防止气孔的重要环节。焊枪、焊丝、工件之间要保持正确的位置和相对角度动作要协调。施焊时电弧要平稳，电弧的高度要均匀一致，严禁忽高忽低，防止气体瞬间进入熔池产生气孔，同时也要注意观察熔池的变化，提高对气孔的排出能力。

7.7.5收弧时要避免出现弧坑和缩孔并保证焊缝不低于母材，可以采用焊缝增加法，即收弧时焊接速度减慢，焊炬向后倾角增大，焊丝送进量增加当熔池温度过高时，可以熄弧再引弧直至填满弧坑。使用过粗的焊丝或送丝速度过快,会形成大熔滴进入熔池,使熔池温度骤降,液体金属粘度增加,对焊透和成形不利.

7.8I型对接焊要点

7.9角焊要点

7.10搭接角焊要点

7.11水平角焊要点

7.12TIG焊接薄板时可不填焊丝

7.13TIG焊产生的缺陷咬边、烧穿、未焊透、表面成形好

7.14设备

7.15KemppiMASTER设备：MMA手工电焊机,可焊接所有类型的药皮焊条

7.15.1TIG焊设备:电源、功能面板、TIG焊枪、地线和一可供选择的冷却水箱；

7.15.2电源：多功能直流焊接电源，可用于MMA，TIG，脉冲TIG焊。微处理器控制的逆变电源，频率大约为20kHz

八、熔化极氩弧焊（MIG焊）

8.1MIG(MetalInertGas)—熔化极惰性气体保护焊（Ar、He、Ar+He)

8.2MAG（MetalActiveGas)—熔化极氧化性混合气体保护焊（CO2、CO2+Ar、O2+Ar)

8.3熔化极氩弧焊：熔化极氩弧焊是采用焊丝作为电极，电弧在焊丝与焊件之间燃烧，同时处于氩气流的保护之下，焊丝以一定的速度连续给送，并不断熔化形成熔滴过渡到熔池中去，液态金属熔池冷却凝固后形成焊缝。

8.4其操作型式有半自动和自动的两种。

8.4.1熔熵过渡过程：采用射流过渡的形式。

8.4.2在氩气气氛中，产生射流过渡要比CO2气体保护焊时容易的多，也就是说，熔滴过渡形式转变为射流过渡时，所需要的临界电流较低。具有焊接过程稳定、飞溅小、熔深大及焊缝成形好等特点。电极是焊丝，焊接电流可以增大，因此电弧功率大，可用于中厚板的焊接。

8.5工艺参数：焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、焊丝伸出长度、焊丝倾角、焊接位置、极性、保护气体流量等。

8.6焊接电流的选择：焊件厚度→焊丝直径，然后按所需的熔滴过渡形式确定焊接电流的大小。MIG焊的焊丝直径≤1.6mm时属细焊丝,＞1.6mm属粗焊丝。焊丝直径不同,熔滴过渡形式和使用的电流范围也不同,主要根据具体工艺要求而定.熔滴过渡形式还取决于焊接位置

8.7在稳定焊接过程中，其他条件不变情况下，焊接电流的增加焊丝熔化速度增加，会使焊缝的熔深和余高明显增加，而熔宽略有增加。

8.8电弧电压：焊丝直径一定时，要获得稳定的熔滴过渡，除了要选用与之相适应的焊接电流外，同时还须匹配合适的电弧电压（即弧长）

8.9图3-5-24表示三种基本熔滴过渡形式的最佳焊接电流和电弧电压范围，超出此范围，容易使工艺性变坏产生焊接缺陷。如电弧电压过高（即电弧过长），则可能产生气孔和飞溅，如电压过低，即短弧，就可能踏弧短接随着电弧电压的增加，熔深和余高减小，而缝宽增大。

8.10焊接速度：提高焊接速度，则单位长度上电弧传给母材的热量显著减少，母材熔化速度减慢，其熔深和熔宽则减小。若速度过高，就会引起咬边；或焊速过慢，单位长度上熔敷量增加，熔池体积增大，熔深反而减小而熔宽增加。

8.11焊丝伸出长度：焊丝伸出长度愈长，焊丝的电阻热愈大、其熔化速度愈快。若伸出过长，则导致电弧电压下降，熔敷金属过多，焊缝成形不良，熔深减小，电弧不稳定。若伸出过短，则电弧易烧导电嘴，且金属飞溅，易堵塞喷嘴。一般对于短路过渡焊丝伸出长度，以6.4-13mm较合适。而其他形式的熔滴过渡，推荐伸出长度的13-25mm。

8.12焊丝的位置：焊丝向前进方向倾斜焊接时，称前倾焊法，也称右焊法焊丝向前进相反方向倾斜焊接时，称后倾焊法，也称左焊法焊丝轴线与焊缝轴线垂直称正直焊法。

8.13焊接位置：喷射过渡焊接适合于平焊而不宜于立焊和仰焊位置。上坡焊和下坡焊：若用下坡焊（夹角≤15），夹缝余高和熔深减小。焊接速度可以提高，有利于焊接薄板。若用上坡焊，重力会使液态金属后流，使熔深和余高增加，而熔宽减小。短路过渡的焊接可用于薄板的平焊和全位置焊接。

8.14极性：直流反接时熔深大于直流正接

表3-5-11调整焊缝几何形状等的方法

8.15熔化极氩弧焊设备

8.15.1熔化极氩弧焊设备的组成：熔化极氩弧焊分为自动焊及半自动焊两种。其设备主要由以下五个部分组成：焊接电源、送丝机构、焊枪及行走机构、控制系统和供气系统。

8.15.2MIG焊机:奥地利福尼斯公司，型号:TPS；KEMPPI芬兰制造

8.16熔化极氩弧焊焊枪，其设计原理和钨极氩弧焊相同。因熔化极氩弧焊的电弧功率及熔池体积一般较钨极氩弧焊时大，所以焊枪喷嘴口径比较大，并且枪体要水冷.为了增加保护效果，在大口径的焊枪中常常增加一个气体分流套，将保护气流分成内外两层。内层所受阻力小，流速大，保证电弧扰动最强烈的中心区具有较大气流挺度，使电弧稳定。外层流速较小，能扩大保护范围和减小氩气消耗。

8.17熔化极半自动氩弧焊的送丝方式及影响送丝稳定性的因素：

8.17.1送丝方式：推丝式送丝软管不能太长，一般在2-5米左右；拉丝式；推拉丝式

8.17.2影响送丝稳定性的因素：:送丝的稳定性，一方面和送丝电动机的机械特性及拖动控制线路的控制精度有关。另一方面则和焊丝送进过程中的阻力有关。焊丝在送进过程中的阻力主要有：送丝软管中的阻力及导电嘴中的阻力等。

8.17.3焊丝在送丝软管中的阻力：软管内径；焊丝的弯曲度焊丝若有局部弯曲，将使焊丝在软管中的阻力激增，而使送丝速度不稳定；软管弯曲度软管平直，送丝阻力小，软管弯曲，送丝阻力大；送丝软管是熔化极气体保护焊半自动焊机中关键的部件。软管整体应有一定的刚度，操作中不会产生局部小弯曲。但又要有一定的挠性，使焊把握在手中能操作自如。软管材料要有足够的耐磨性，使软管有一定的使用性命。

8.17.4焊丝在导电嘴中的阻力：导电嘴应有合适的孔径与长度。既要保证导电可靠，又要尽可能减少焊丝在导电嘴中的阻力，以保证送丝通畅。导电嘴孔径不能过大，如孔径过大，不仅导电不稳定，而且还会引起焊丝与导电嘴之间起弧，送丝也不稳定。

8.18常见故障的现象与检查要点

8.18.1引弧时无高频

8.18.2有高频但不能引燃电弧

8.18.3钨极损耗严重

8.18.4能焊接但电弧不稳定

8.18.5气体保护效果不好

8.18.6异常指示灯亮