如何选择气体保护焊设备？

7.3.5.1 气体保护焊设备的选用原则

1.根据焊机自身特点选用

钨极气体保护电弧焊机主要用于薄板焊接；熔化极气体保护电弧焊机常用于厚度大于2mm的薄板和中厚板的焊接；对于大中型焊件可采用熔化极氩弧焊机、CO₂气体保护电弧焊机或者窄间隙气体保护电弧焊机。如果焊件对金相组织、焊接变形程度有较高的要求时，应采用小电流脉冲钨极氩弧焊机（脉冲频率小于10Hz）。

2.根据焊件材料选用

直流手工钨极氩弧焊机，可以焊接不锈钢、耐热钢、钛及其合金、铜及其合金。如果采用直流反接还可以焊接铝、镁及其合金的薄板结构。铝、镁及其合金还可以选用钨极交流氩弧焊机焊接（焊机价格较便宜）或交流脉冲氩弧焊机（价格稍高于钨极氩弧焊机）或选用熔化极直流脉冲氩弧焊机（焊接质量好，价格高）。自动熔化极氩弧焊机适用于焊接中等厚度的铝及铝合金。当焊接低碳钢、低合金钢时宜选用CO₂气体保护电弧焊机：焊件属于薄板结构时，宜选用细丝CO₂气体保护电弧焊机，焊件属于厚板结构时，宜选用粗丝CO₂气体保护电弧焊机。

3.根据焊接位置选用

气体保护焊方法适用于焊接各种位置的焊缝，特别是CO₂气体保护焊，由于电弧有一定吹力，所以更适合全位置焊接。由于各种气体保护焊采用的保护气体不同，每种焊接方法具体的适应性也不同。氩气比空气质量重，因而氩弧焊更适合水平位置的焊接；氦气比空气质量轻，因而氦弧焊更适合于空间位置的焊接，特别是仰焊位置的焊接，但是实际应用较少，大量应用的仍是采用氩气作为保护气体进行焊接。

表7.3-60 国外典型的多功能焊机型号及技术数据（一）

表7.3-61 国外典型的多功能焊机型号及技术数据（二）

（续）

4.根据焊缝存在位置是否容易施焊选用

半自动弧焊机焊枪轻便，构造简单，便于焊工灵活操作，劳动强度小。自动弧焊机操作方便，环焊、定位焊及补焊均有电流衰减，收尾过渡平滑，可以获得良好的成形和气密性可靠的焊缝。但是自动弧焊机的生产准备过程时间过长，适于大批量、直线焊缝或环缝的焊接。对于既不是直焊缝又不是环焊缝的情况，采用半自动弧焊机就显得更有优势：不仅能焊平直焊缝、环形焊缝，而且还能焊出不规律的曲线焊缝。

5.根据焊机价格选用

如果企业资金雄厚的话可以选用MIG焊机；如果资金紧张的话，可以选用TIG焊机。具体气体保护电弧焊机的参考价格见表7.3-62所示。

表7.3-62 气体保护电弧焊机的参考价格

6.根据对气体保护焊机综合指标的考核选用

为选用较理想、实用的焊机，需要对气体保护焊机进行综合指标考核，择优选用。各种气体保护电弧焊机综合指标考核见表7.3-63。

表7.3-63 各种气体保护电弧焊机综合指标考核

7.3.5.2 焊接设备选用实例

下面给出几种不同焊接方法及其设备的选用原则在车辆、石油化工等方面的应用实例。

1.自动钨极氩弧焊机

实例：0.5mm不锈钢薄板圆筒的纵缝焊接

选择的设备是自动钨极氩弧焊设备，之所以采用自动钨极氩弧焊来进行焊接，是综合多方面的因素进行考虑的结果，主要有：

1）根据焊机自身特点，最重要的是相比其他焊接设备，形状规则的焊缝可以采用自动TIG焊工艺。脉冲TIG焊可以焊接厚度为1.0mm以下的低合金钢或不锈钢薄板。如果焊件对金相组织、焊接变形程度有较高的要求时，应采用小电流脉冲钨极氩弧焊机（脉冲频率小于10Hz）。这里，由于不锈钢板比较薄，所以焊接过程中比较容易产生变形，为了控制变形，防止烧穿，必须采用控制精度高的电源以及焊接工装，采用的电源一般是脉冲TIG电源，以利于控制热输入，防止烧穿。

2）根据焊接钢板的厚度来考虑，钨极氩弧焊适用的焊件厚度范围，从生产率考虑以3mm以下的薄板焊接最为适宜。相比之下，对于更大厚度的板材，采用熔化极气体保护焊更加经济实用。

3）根据焊接材料而言，因为本例是不锈钢材料，而钨极氩弧焊焊接不锈钢最佳，当焊接低碳钢、低合金钢时宜选用CO₂气体保护弧焊机。

4）从焊接位置来考虑，钨极氩弧焊也十分适合全位置的焊接，常规的对接、搭接、T形接头和角接等接头无论处在任何位置，只要结构上具有可达性就能焊接，另外薄板的卷边接头、搭接的点焊接头均可焊接，而且无需填充金属。当然，这里纵缝焊接也适合。

5）根据焊缝存在位置是否容易施焊来考虑，因为自动弧焊机焊接程序是自动进行的，操作方便，环焊、点焊及补焊均有电流衰减，收尾过渡平滑，可以获得良好的成形和气密性可靠的焊缝。

所以综合以上各因素，本例选用自动钨极氩弧焊机。对于本例而言，焊接参数见表7.3-64。

表7.3-64 0.5mm不锈钢薄板圆筒纵缝的自动钨极氩弧焊参数

2.手工钨极氩弧焊机

实例：啤酒发酵罐的钨极氩弧焊

图7.3-59 322m³啤酒发酵罐结构图

对于如图7.3-59所示的啤酒发酵罐（容量为322m³）的焊接工程，选用手工钨极氩弧焊的设备。这主要是通过考虑以下因素决定的：

1）根据焊件材料，该啤酒发酵罐的材料为德国SS142333-28和瑞典WI4301两种奥氏体不锈钢，而直流手工钨极氩弧焊机，除了熔点较低的铅、锌等金属难以焊接外，它可以焊接不锈钢、耐热钢、钛及其合金、铜及其合金。特别需要指出的是，手工钨极氩弧焊设备焊接奥氏体不锈钢时更为适宜，相比其他设备而言，自动熔化极氩弧焊机适用于焊接中等厚度的铝及铝合金。当焊接低碳钢、低合金钢时宜选用CO₂气体保护电弧焊机。

2）根据被焊材料的厚度来说，该啤酒发酵罐的板厚包括了3～8mm和10mm的各种尺寸，属于中薄厚度范围之内。要求焊缝内表面磨平、抛光，不允许有气孔、裂纹、咬边等缺陷。除了可以焊接质量要求较高的薄壁件之外，还适合焊接各种类型的坡口和接头，最适合于焊接厚度为1.6～10mm的板材和直径为25～100mm的管子。对于更大厚度的板材，采用熔化极气体保护焊更加经济实用。

3）由于该啤酒发酵罐的结构庞大，而且较为复杂，因此采用手工钨极氩弧焊将啤酒罐的封头、筒体和锥体分别进行组焊，然后拼接成整体更为合适。从焊接性进行分析，奥氏体不锈钢材料本身的焊接性是良好的，但是其导热率小，线胀系数大，而产品又是壁薄、轮廓庞大的构件，焊接工作量大，无胎夹具，所以控制焊接变形是焊接工作的关键。而手工钨极氩弧焊一个最好的优点就是焊接时加热集中，焊件变形小。特别是采用“双面互保护”的手工钨极氩弧焊更能减少变形。

4）从焊接位置和经济性方面考虑，由于该啤酒发酵罐涉及多种位置的焊接，比如立焊、横焊。而钨极氩弧焊也适合全位置的焊接，另外它的成本相对来说也没有那么大，所以根据以上原则，最终选择手工钨极氩弧焊设备来进行焊接。

啤酒发酵罐钨极氩弧焊所采用的坡口形式和焊接参数见表7.3-65。

3.熔化极氩弧焊机

实例：铝储罐的半自动熔化极氩弧焊(www.xing528.com)

铝储罐的结构参数如图7.3-60所示，其材质为1060工业纯铝。罐体重6.2t，罐装98%（质量分数）的浓硝酸，在常温常压下工作。罐体壁厚为10～24mm。

表7.3-65 啤酒发酵罐钨极氩弧焊所采用的坡口形式和焊接参数

注：不同厚度钢板对接时，内侧平齐，坡口形式以厚板为准，其他焊接参数在两者之间。

图7.3-60 铝储罐的结构示意图

此焊接工程选用的焊接设备是NB-500型的熔化极氩弧焊机，其电流调节范围为50～500A。焊丝选用1070A，其铝的含量高于1060工业纯铝，可保证焊接接头耐蚀性的要求。焊丝直径为1.6mm和2.0mm。氩气的纯度不低于99.96%。

之所以选用半自动熔化极氩弧焊设备，是因为考虑了以下几方面因素：

1）根据焊接材料决定的。该储罐为铝制，因为铝及铝合金的导热性和热膨胀系数大，所以焊接变形比较大，易产生未熔合和未焊透缺陷，而采用MIG焊时，恰恰热量集中，因此比较适合于焊接铝。另外，熔化极氩弧焊几乎可以焊接所有的钢铁材料和非钢铁材料，从焊丝供应以及制造成本考虑，它还是特别适合于铝及铝合金、钛及钛合金、铜及铜合金以及不锈钢等的焊接。

2）从焊机本身性质来考虑，由于是连续送丝，允许使用的电流密度较高，母材的熔深大，填充金属熔敷速度快，没有更换焊条工序，节省了时间，另外，熔化极氩弧焊的电弧是明弧，焊接过程参数稳定，易于检测和控制，因此容易实现自动化，所以生产效率较高。

3）从焊接位置进行考虑，熔化极氩弧焊的适应性较好，可以进行任何接头位置的焊接，其中以平焊位置和横焊位置的焊接效率最高，其他焊接位置的效率也比焊条电弧焊要高。

4）根据焊接材料的板厚来考虑，该铝储罐的厚度为10～24mm，属于中上等厚度范围内，而熔化极氩弧焊设备用于焊接厚度较大的铝、铜、钛等有色金属及其合金时生产率比钨极氩弧焊要高，焊件变形比钨极氩弧焊小。而且NB-500型半自动熔化极氩弧焊机特别适合于中等厚度、大厚度的铝及铝合金、不锈钢等的焊接。

综上所述，最终选择NB-500型半自动熔化极氩弧焊机来焊接该铝储罐最为合适，铝储罐的焊接参数见表7.3-66。

表7.3-66 铝储罐的焊接参数

4.CO₂气体保护焊机

实例：机车车辆转向架的CO₂气体保护焊

机车车辆焊接转向架具有质量轻、生产效率高、成本低及高速运行时可改善车辆的运行品质等优点。作为车辆转向架的核心部分，构架是全焊接方式，焊接后必然产生较大的焊接变形，使组装过程中出现组装间隙，影响组装精度。因此必须通过合理的焊接工艺和焊接方法才能保证车辆转向架的精度和质量。

机车转向架是内燃机车的行走部分，承受车体上部的垂直载荷、纵向牵引力、制动力和冲击载荷等，受力大而复杂，要求转向架具有足够的强度和刚度。机车转向架的外形尺寸为5910mm×2500mm×900mm，重3.5t。机车转向架是用板厚10～14mm的Q235钢板焊成的箱形结构。由前、后端梁、侧梁和横梁组成。具体结构如图7.3-61所示。

图7.3-61 机车转向架的结构

1—前端梁 2—侧梁 3—横梁 4—后端梁

此焊接工程之所以采用CO₂气体保护焊进行焊接，主要考虑到以下几个因素：

1）根据CO₂气体保护焊设备自身的特点，CO₂气体保护焊具有明弧、无渣、焊接质量好、生产效率高，生产效率比焊条电弧焊高3倍。另外，CO₂气体保护焊采用短路过渡技术，电弧有一定吹力，特别适合全位置焊接。而且焊接变形小，焊接速度快。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。

2）CO₂气体保护焊生产成本低，CO₂气体价格便宜，一瓶装25kg液化CO₂，若焊接时流量为20L/min，则可以连续使用10h左右。而且CO₂气体保护焊的成本只有埋弧焊与焊条电弧焊成本的40%～50%，另外，焊接成本比熔化极氩弧焊低。

3）根据焊件的材料和厚度，该转向架材质为Q235，属于普通碳素结构钢，而且CO₂气体保护焊广泛应用于多种材料的焊接，特别适合于低碳钢、低合金钢的焊接。另外，CO₂气体保护焊的材料厚度范围很大，目前最薄的为0.6mm，最厚的为150mm。而这里该转向架厚度为中厚范围，所以比较合适。

综上所述，采用了CO₂气体保护焊来焊接该机车转向架，其焊参数见表7.3-67所示。

5.等离子弧焊机

实例：压力传感器的等离子弧焊

压力传感器的形状、尺寸、焊缝位置及接头设计如图7.3-62所示。传感器体的材质为镍合金或不锈钢，外径为29mm，高度为31mm。芯管的材质为不锈钢，外径为4mm，壁厚为1mm。膜片材质为不锈钢，厚度为0.01～0.06mm，外径为24mm。

表7.3-67 转向架的CO₂气体保护焊的焊参数

图7.3-62 压力传感器的结构及接头设计

1—膜片 2—传感器体 3—芯管 4—铜模具 5—焊缝

该压力传感器采用微束等离子弧焊设备进行焊接，之所以选择等离子弧焊机，主要考虑以下几方面因素：

1）根据焊件的材料来考虑，一般TIG焊能焊接的大多数金属，均可用等离子弧焊进行焊接，如碳钢、低合金钢、不锈钢、铝及铝合金、镍及镍合金、钛及钛合金等。低熔点和沸点的金属如铅、锌等不适合等离子弧焊。而该压力传感器的材料涉及不锈钢和镍合金，所以十分适合等离子弧焊。

2）根据焊件的厚度来考虑，该压力传感器的厚度非常薄，最厚的只有1mm，而这里采用微束等离子弧焊，是因为微束等离子弧是指焊接电流在30A以下的等离子弧焊，喷嘴直径很小（φ0.5～φ1.5mm），得到的针状细小的等离子弧，它主要用于焊接1mm以下的超薄、超小、精密的焊件。微束等离子弧焊特别适合薄板和细丝焊接，而焊接不锈钢时，最小厚度可达0.025mm，当焊接电流为15～100A，可焊厚度范围为0.5～3mm，特别适合于薄板结构，而且可取代部分气焊、钨极氩弧焊和CO₂气体保护焊。

3）根据微束等离子弧焊自身的特点来考虑，目前微束等离子弧焊在焊接不锈钢、钛及其合金以及薄板和超薄板中具有以下特点：

①等离子弧的弧柱温度高，能量密度大，因此等离子弧对焊件加热集中，熔透能力强。故在焊接时，可采用比钨极氩弧焊高得多的焊速施焊，因而可提高焊接生产率。

②由于等离子弧的弧态近似于圆柱形，挺直度好，所以当焊接过程中弧长波动时，熔池表面积变化不大，容易获得均匀的焊缝成形。

③等离子弧在电流小于1A时仍能保证焊接工作稳定，因此在焊接生产中可用小电流等离子弧焊接超薄构件，而钨极氩弧焊则不能。

④等离子弧的温度、电流、弧长、冲击力和弧柱直径数值可以根据需要调节。

综上所述，微束等离子弧焊对于该压力传感器的焊接非常合适，并且价格低廉，使用时间长，对焊件污染程度极低，众多的中小型企业能够接受并能更好地应用到生产中。

压力传感器微束等离子弧焊的焊接参数见表7.3-68。

表7.3-68 压力传感器微束等离子弧焊的焊接参数