使用熔化电极的气体保护焊,称为熔化极气体保护焊,简称GMAW焊。在焊接过程中,利用焊丝与焊件之间的电弧热量来熔化焊丝和母材金属,还向焊接区域稳定地输送保护气体,使电弧、熔化焊丝、熔池及附近的热影响区得到保护,是目前应用十分广泛的一种焊接方法。根据保护气体的不同,熔化极气体保护焊可分为如下三种:
(1)熔化极惰性气体保护电弧焊 是指使用熔化电极的惰性气体保护电弧焊,简称MIG焊。
焊接过程中所使用的是惰性气体保护,通常是氩(Ar)气、氦(He)气等,或者是Ar+He气的混合保护。该类气体在焊接过程中,不与液态金属发生冶金反应,只是起到把焊接区域与空气严密隔绝作用。
(2)活性气体保护电弧焊 利用活性气体(通常是CO2、Ar+O2、Ar+CO2和Ar+CO2+O2等)作为保护气体的金属极气体保护电弧焊方法,简称MAG焊。又称为熔化极氧化性混合气体保护电弧焊。
(3)CO2气体保护电弧焊(简称CO2焊) CO2气体保护焊是指利用CO2作为保护气体的气体保护电弧焊,简称为CO2焊。从喷嘴中喷出的CO2气体,在高温下分解为一氧化碳并放出氧气,其反应式如下:
温度越高,CO2气体的分解率越高,放出的氧气越多,所以,CO2气体保护焊过程中,CO2气及其在高温分解出的氧,都具有很强的氧化性。在3000K时,三种气体成分的体积分数(百分比)分别为:CO243%;CO38%;O219%。这时保护气体中的氧化性已超出了空气。因此,在CO2气体保护焊焊接时,二氧化碳气和氧气会使铁及其他合金元素氧化。因此,在进行二氧化碳气体保护焊时,必须采取措施,防止母材和焊丝中的合金元素的烧损。
1.CO2气体保护焊的工艺特点
目前CO2气体保护焊工艺主要用于焊接低合金钢等黑色金属,铸件的焊补、耐磨件的堆焊等。CO2气体保护焊工艺具有以下的特点:
(1)生产效率高 由于CO2气体保护焊的焊丝直径小,电流密度大,电弧穿透能力强,熔深大而且焊丝的熔化效率高,所以熔敷速度快,其生产效率为焊条电弧焊的2~4倍。
(2)焊接变形小 由于CO2气体保护焊的热量集中,产生的焊接变形小,适合于薄板结构的焊接,焊后可以节省大量的焊接变形修整工时。
(3)能耗少 CO2气体保护焊和焊条电弧焊相比,厚度为3mm的低碳钢板对接焊缝,每米焊缝消耗的电能,前者为后者的70%左右。厚度为25mm的低碳钢板对接焊缝,每米焊缝消耗的电能,前者为后者的40%左右。CO2气体保护焊是较好的节能焊接方法。
(4)适用范围广 采用CO2气体保护焊工艺可以进行全位置焊接,钢板的厚度最薄可焊到1mm,厚板可以采用多层多道焊,最厚不受限制。并且在薄板焊接时,与气焊比较,焊接速度快,焊接变形小。
(5)抗锈能力强 CO2气体保护焊焊出的焊缝中含氢量低,抗裂性好,是一种低氢焊接方法。(www.xing528.com)
(6)机动灵活,操作简便 CO2气体保护焊具有自动送丝系统和焊条电弧焊的机动性,又是明弧,便于监视和控制熔池及电弧有利于实现焊接过程的机械化和自动化。焊接后不需要清渣,采用药芯焊丝CO2气体保护焊,焊缝的外形美观,可提高焊缝的外观质量。目前,对于船体和大跨度公路桥钢箱梁板单元上加强筋的焊接,广泛采用了自动药芯焊丝CO2气体保护焊工艺。
(7)焊接综合成本低 CO2气体是酿造厂和化工厂的副产品,来源广泛,价格低。另外,综合其焊接效率高,焊接变形小,能耗少等优势,CO2气体保护焊的综合成本低。
(8)明弧操作 CO2气体保护焊焊接过程中,便于观察熔池和电弧,电弧跟踪性强。
(9)焊接飞溅大 焊接飞溅是CO2气体保护焊工艺中较为突出的问题。与埋弧焊、氩弧焊相比,这是CO2气体保护焊工艺的不足之处。但是随着药芯焊丝CO2气体保护焊工艺的应用,已经大大的减小了焊接飞溅。
(10)弧光强 CO2气体保护焊时,弧光很强,操作者需要加强焊接防护。
2.CO2气体保护焊的冶金特点
(1)CO2气体的保护作用 从喷嘴中喷出的高压CO2气体隔绝空气,保护熔池不跟空气中的氧气、氮气等直接接触,保护效果很好。
CO2气体在高温下部分分解为CO和O2,氧气跟金属反应生成金属氧化物,CO2气体在电弧的高温作用下,也具有很强的氧化性,与金属反应生成金属氧化物和一氧化碳(CO)。因此必须采取措施,防止母材和焊丝中合金元素的烧损。
(2)CO2气体保护焊的脱氧措施 CO2气体是氧化性气体,在电弧的高温作用下能分解出氧原子,且具有很强的氧化性,使熔滴和熔池的铁及合金元素氧化,生成CO及氧化物。
由于合金元素的烧损,严重地影响着焊缝的质量,因此必须进行脱氧,一般在焊丝中加入一定量的脱氧元素,如Si、Mn、Al和Ti等。
若用碳脱氧,将产生飞溅并产生气孔,故限制焊丝中碳的质量分数小于(含碳量)0.1%。若仅用硅脱氧,将产生高熔点的二氧化硅,不易浮出熔池,容易引起夹渣;若仅用锰脱氧,生成的氧化锰密度大,不易浮出熔池,也容易引起夹渣;若用硅和锰联合脱氧,并保持适当的比例,则硅和锰的氧化物形成硅酸锰盐,它的密度小,容易从熔池中浮出,不会产生夹渣,因此,CO2气体保护焊用焊丝都含有较高的锰和硅。
(3)焊缝金属的合金化 药芯或焊丝中加入合金元素,熔化后过渡到熔池中,可提高焊缝金属中合金元素的含量,从而改善焊缝金属的性能,通过渗合金甚至可获得性能与母材完全不同的焊缝金属。
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