1.保护气体
氩弧燃烧非常稳定,进行熔化极氩弧焊时,熔滴很容易呈稳定的轴向射流过渡,飞溅范围较小。在气体保护焊中,氩气主要用于有色金属及其合金、不锈钢和高强度钢等的焊接。但纯氩气保护的气体保护焊不适宜焊接低碳钢、低合金钢等钢铁材料。
在相同的电弧长度下,氦弧比氩弧的弧压和电弧温度高,氦的传热系数大。由于氦属于重量第二轻的元素,比空气轻。为有效保护焊接区,其气体流量要比氩气大得多。另外,由于氦比氩稀缺,价格也更高,因此除特殊情况外,很少使用氦气。
二氧化碳弧的收缩性较强,不利于熔滴的过渡,焊缝的成型受熔滴过渡形式的影响较大。在气体保护焊中,二氧化碳气体常用于碳钢及低合金高强度结构钢的焊接。
2.熔滴过渡形式
气体保护焊的熔滴过渡形式非常重要。它不仅关乎焊接过程的稳定和飞溅,还进一步影响焊缝的成型和截面特征。一般来说,气体保护焊的熔滴过渡形式有短路过渡、滴状过渡和喷射过渡三种。
(1)短路过渡。
在电流小、电压低的情况下,形成短路过渡,如图3-54所示。因为电弧短,液态熔滴还未增大时即与熔池接触形成短路,使电弧熄灭,熔滴脱离焊丝过渡到熔池中去,然后电弧重新引燃。这种周期性短路—燃弧交替进行,即为短路过渡。在这种过渡形式中,焊丝与熔池的短路频率为20~200次/s,其产生体积小而快速凝固的焊接熔池,母材受热量较少,变形小,熔深较浅,适合于薄板的焊接。汽车钣金焊接多采用此种形式。
(2)滴状过渡。
在电弧电压高、焊接电流小的情况下,金属熔滴不易与熔池发生短路,于是熔滴在电弧空间自由过渡,形成滴状过渡。由于焊接电流较小,弧根面积的直径小于熔滴直径,熔滴与焊丝之间的电磁力不易使熔滴形成缩颈,斑点压力又阻碍熔滴过渡。随着焊丝的熔化,熔滴长大,最后重力克服表面张力的作用而形成滴状过渡,如图3-55所示。
图3-54 短路过渡焊接过程示意
图3-55 滴状过渡
(a)大滴过渡;(b)排斥过渡;(c)细颗粒过渡
(3)喷射过渡。
氩气或富氩气体保护焊时,能够产生稳定、无飞溅的轴向喷射过渡。根据不同的工艺条件,因熔滴尺寸和过渡形态也不同,喷射过渡又分为射滴过渡、连续射滴过渡和旋转射流过渡等形式,如图3-56所示。
图3-56 喷射过渡
(a)射滴过渡;(b)连续射滴过渡;(c)旋转射滴过渡
3.焊丝直径及送丝方式
与其他焊接方法相比,气体保护焊的焊丝直径虽小,但电流的适用范围却很宽。焊丝的平均直径为1.0~1.6 mm,但是焊丝的直径可以小到0.5 mm或大于5 mm。表3-8为CO2气体保护焊时,不同焊丝直径的适用范围。
表3-8 CO2气体保护焊焊丝直径适用范围
汽车钣金修理中,焊丝的直径以0.8 mm居多。近年来,国外修理设备中直径为0.4 mm的细丝应用得较为普遍。
由于气体保护焊采用的是小直径的焊丝及较大的电流,所以焊丝的熔化速度高。除镁外,所有金属的熔化速度范围为2.4~20.4 m/min,而镁丝的熔化速度可达35.4 m/min。当选择细焊丝时,应采用等速送丝方式配合电弧自动调节系统来实现弧长控制。当使用3m以上的粗焊丝焊接时,由于自身调节系统的灵敏度降低,因此可采用变速送丝方式配合弧压反馈系统来稳定弧长。
4.焊接电流
焊接电流的种类包括直流电流、脉冲电流和交流电流。(www.xing528.com)
(1)直流电流。
MIG焊、MAG焊和CO2焊均可以采用直流电流,使用的熔滴过渡形式包括短路过渡、滴状过渡和喷射过渡。
(2)脉冲电流。
脉冲电流主要用于MIG焊和MAG焊,但CO2焊一般不采用。
(3)交流电流。
由于电流过零时,电弧会熄灭,电弧难以再引燃且焊丝为负极的半波电弧不稳定,因此气体保护焊通常不使用交流电。
焊接电流的大小根据焊件的厚度选择,其直接决定了焊缝的熔深,且电流值实际上与送丝速度有着对应关系。表3-9列出的是CO2气体保护焊焊接电流与电弧电压的适用范围。
表3-9 CO2气体保护焊焊接电流与电弧电压的适用范围
续表
5.电弧电压
电弧电压决定了电弧的长度,在其他参数保持不变的情况下,电弧电压与电弧长度呈正比。在电流一定的情况下,当电弧电压降低时,电弧长度减小,将会使焊道变得窄而高且熔深减小,但当电弧电压过低时,则会产生焊丝插桩现象,焊缝呈狭窄凸起状,如图3-57(a)所示。当电弧电压增加时,焊道宽而平坦;但当电弧电压过高时,电弧长度增加,将会出现气孔、飞溅和咬边,焊缝呈扁平状,如图3-57(c)所示。
图3-57 电弧电压和焊缝的形状
(a)电弧电压低;(b)电弧电压中等;(c)电弧电压高
6.喷嘴直径和气体流量
气体保护焊要求保护气体有很好的保护效果,如果保护不良,将会产生焊接质量问题。当气体保护焊的喷嘴直径为20 mm时,气体流量大。
保护气体从喷嘴流出时如果能形成较厚的层流,将会有较大的保护范围及良好的保护效果。若气体流量过大,将会形成涡流,降低保护层的效果,造成气体浪费;若气体流量过小,则保护层的效果也会降低,不能良好地保护焊接熔池。因此,对于一定孔径的喷嘴,都有一个合适的气体流量范围。常用的保护气体流量为10~30 L/min,必要时可达30~60 L/min。
7.干伸长度
干伸长度是指焊丝从导电嘴到母材的距离,如图3-58所示。焊接过程中,保持焊丝干伸长度的不变是保证焊接过程稳定的重要因素之一。当干伸长度过长时,气体保护的效果不好,易产生气孔等缺陷,引弧性能变差,电弧不稳,熔深变浅,焊道过窄,焊核过大,飞溅范围扩大,焊丝容易断,焊缝成型不好,但干伸长度过短时,则看不清电弧,焊嘴易被飞溅物堵塞,熔深变深,焊道过宽,焊核又扁又平,焊丝易与导电嘴产生粘连,造成保护效果不好,同时,易烧坏导电嘴,因此,标准的干伸长度应为6~16 mm。
8.焊接速度
图3-58 干伸长度
在焊件厚度、焊接电流及电弧电压等其他条件确定的情况下,增加焊接速度,焊接熔深及熔宽均减小,焊缝单位长度上的焊丝熔敷量减小,焊缝余高将减小,焊缝会变成圆拱形。但焊接速度过快,还可能出现咬边现象;焊接速度过低则易产生烧穿孔,因此,要根据焊缝成型及焊接电流确定合适的焊接速度。正常情况下,焊接速度应调节控制在表3-10所列的参数范围内。
表3-10 焊接速度与母材板厚的关系
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