埋弧焊接工艺石油工程

埋弧焊接工艺石油工程（精选3篇）

埋弧焊接工艺石油工程 篇1

埋弧自动焊具有焊缝质量高、生产率高、劳动条件好等优点, 在厚板焊接中广泛应用, 但具有其易变形、易产生裂纹的缺陷使得埋弧自动焊的一次成功率不高。针对这一情况, 结合工程实际和大量实验, 改进了焊接工艺, 提高了焊缝一次成功率。

万箱船中厚板材质主要有:AH32、DH32、AH36、EH36、DH40、EH40。

1 焊前装备

1.1 钢板的清理及预热

由表1所见, 万箱船所使用的厚板碳当量较低, 焊接性良好, 一般情况下不会产生冷裂纹, 但在板厚增加后, 冷裂纹就成为影响焊接质量的一个原因, 因此在厚板焊接中, 要采用焊前预热的工艺措施防止冷裂纹的产生, 万箱船使用的厚板埋弧自动焊焊前预热温度, 如下表1所示。

将焊道两侧30~50mm范围内的油、锈、氧化物等杂质清理干净。

1.2 钢板的定位

由于板厚较大, 定位焊焊缝厚度要求6~8mm, 长度100mm, 间距400mm, 为了提高效率, 采用CO2气保焊, 在焊接之前使用烘枪将定位焊位置加热至表2中要求的温度, 定位焊焊材的选择如下:

普通船体结构钢及EH36级以下高强度船体结构钢用TWE-711Ф1.2焊丝。

EH36及EH40级高强度船体结构钢用Supercored 81-K2Ф1.2焊丝。

1.3 引熄弧板的安装

为保证焊缝起点和终点的焊接质量, 需安装引熄弧版。安装引熄弧板前, 需使用烘枪将引熄弧位置加热至表2要求的温度后, 方可安装引熄弧板。

1.4 焊接材料

焊材材料的选用依据是母材的化学成份及强度等级, 同时必须考虑板厚及坡口形式, 万箱船厚板埋弧自动焊焊材选择如下 (焊接在施焊前要烘干, 烘干唯独为250~300℃, 保温1~2h) :

普通船体结构钢及EH36级以下高强度船体结构钢用BHM-4Ф4焊丝, SJ101焊剂。

EH36及EH40级高强度船体结构钢用BHM-8Ф4焊丝, XUN-121焊剂。

2 焊接工艺参数

2.1 埋弧焊坡口形式如图1所示

2.2 工艺参数如表2所示

3 质量控制

焊前要进行严格的清理、预热及焊剂烘干工作, 板对接不留间隙或留很小间隙。

焊接过程要严格控制焊接参数、焊接顺序和道间温度, 要有相应的消除应力的措施。

为更好的控制变形, 应在正面坡口焊接一半深度后将钢板翻身, 焊接反面, 反面焊接一半深度后再次将钢板翻身, 焊接正面, 正面焊接完成后翻身焊接反面。

使用埋弧焊方式焊接底层、填充层及盖面层, 每层焊道厚度不得大于4mm, 在烧的过程中密切注意拼板的变形量。

焊接环境湿度<60%, 风速<2m/s。

4 结束语

将上述工艺方法应用于万箱船厚度为68mm的抗扭箱分段拼板焊接, 检测结果焊缝合格率达100%。

参考文献

[1]中国船级社.材料与焊接规范[S].人民交通出版社, 2009.

埋弧焊接工艺石油工程 篇2

埋弧自动焊是焊接生产中广泛应用的一种机械化、高效率焊接方法。本章主要讲述埋弧自动焊的实质与特点，自动调节基本原理，及有关的焊接设备、焊接材料、焊接工艺方法等内容。

第一节： 埋弧自动焊概述

一、电弧焊接过程自动化的基本概念

电弧焊接过程一般包括引燃电弧、正常焊接和熄弧收尾三个阶段，并要求电弧及焊接过程始终保持稳定，即具有一定的调节作用，以达到电弧焊接的预定目的。

手工电弧焊的焊接过程与稳定，是依靠焊工用手工控制来实现的，这是一种人工调节作用。自动焊实质是机械化程度高的焊接，以相应的自动调节作用取代人工调节作用。为此，自动电弧焊不仅要完成各个阶段的机械化操作，还要求自动地调节有关的焊接工艺参数，才能保证电弧及焊接过程的稳定，满足电弧焊接的需求。

自动电弧焊分为埋弧（焊剂层下）自动焊和明弧焊（气体保护）两种。

埋弧自动焊与手工电弧焊的根本区别，在于焊丝的给送和电弧沿着焊接方向移动都是自动的，并且有相应的自动调节作用。

二、埋弧自动焊的实质与特点

埋弧自动焊实质是一种电弧在颗粒状焊剂下燃烧的熔焊方法。焊丝送入颗粒状的焊剂下，与焊件之间产生电弧，使焊丝和焊件熔化形成熔池，熔池金属结晶为焊缝；部分焊剂熔化形成熔渣，并在电弧区域形成一封闭空间，液态熔渣凝固后成为渣壳，覆盖在焊缝金属上面。随着电弧沿焊接方向移动，焊丝不断地送进并熔化，焊剂也不断地撒在电弧周围，使电弧埋在焊剂层下燃烧，由此进行自动的焊接过程。

埋弧自动焊与手工电弧焊相比具有以下的特点：

１、焊接生产率高

埋弧自动焊可采用较大的焊接电流，同时因电弧加热集中，使熔深增加，可一次焊透14ｍｍ以下不开坡口的钢板。而且埋弧自动焊的焊接速度也比手工焊快，从而提高了焊接生产率。

２、焊接质量好

因熔池有熔渣和焊剂的保护，使空气中的氮、氧难以侵入，提高了焊缝金属的强度和韧性。同时由于焊接速度快，线能量相对减小，故热影响区的宽度比手弧焊小，有利于减小焊接变形及防止近缝区金属过热。另外，焊缝表面光洁、平整。

３、改善焊工的劳动条件

由于实现了焊接过程机械化，操作较简便，而且没有弧光的有害影响，放出烟尘也少，因此焊工的劳动条件得到改善。

但是，埋弧自动焊在实用上也受到一定的限制，因为焊接过程是依靠焊剂堆积及熔化后形成保护作用的，所以仅适用于水平面焊缝的焊接，并对焊件边缘的加工和装配质量要求较高。而且埋弧自动焊的设备比手弧焊复杂，维修保养的工作量也较大。埋弧自动焊主要适用于低碳钢及合金钢中厚板的焊接，是大型焊接结构生产中常用的一种焊接技术。

三、电弧长度变化自动调节途径

１、影响焊接电流和电弧电压稳定的因素

合理地选择焊接工艺参数，并保证预定的工艺参数在焊接过程中稳定，是获得优质焊缝的重要条件。

焊接电流和电弧电压在外界干扰下，将会引起较大变化。埋弧自动焊要求焊接电流和电弧电压的波动分别不超过士２５～５０Ａ与士2Ｖ，否则会影响焊缝尺寸，以致破坏焊接过程的稳定。电弧的稳定工作点，是由电源的外特性曲线和电弧静特性曲线的交点所确定的。因此，凡是使电源外特性和电弧静特性发生变化的外界因素，都会影响焊接电流和电弧电压的稳定。

（１）电弧长度的变化 由于焊件表面不平整和装配质量不良及有定位焊缝等原因，使电弧长度经常发生变化，因而电弧静特性曲线位臵也相应变化，造成对焊接电流和电弧电压的影响。

（２）网路电压的波动 网路电压发生波动时，电源外特性曲线的位臵也发生变化，从而影响了焊接电流。

上述两个影响因素中，由于弧长变化对焊接电流和电弧电压的影响最为严重，因此埋弧自动焊的自动调节是以消除电弧长度变化的干扰作为主要目标。

２．电弧长度自动调节的途径

焊接过程中，当弧长变化时希望能迅速得到调整，恢复到原来长度。而电弧长度是由焊丝送给冷度和焊丝熔化速度决定的，只有使焊丝送给速度等于焊丝熔化速度时，电弧长度才有可能保持稳定不变。为此可通过两种途径来实现，一是调节焊丝送给速度；二是调节焊丝熔化速度，从而达到稳定电弧长度的目的。

所谓焊丝送给速度是指在单位时间送入焊接区的焊丝长度，而焊丝熔化速度是指单位时间内熔化送入焊接区的焊丝长度。

目前按电弧长度的调节原理，即焊丝送给的方式，埋弧自动焊有两种型式：一为焊丝送给速度在焊接过程中恒定不变的等速送丝式，焊机型号有ＭＺ－1000型；二为焊丝送给速度随电弧电压变化而变化的变速送丝式，焊机型号有ＭＭ－1000型。

第二节： 等速送丝式埋弧自动焊机

一、等速送丝式埋弧焊机的工作原理

等速送丝式埋弧焊机的特点是：选定的焊丝送给速度，在焊接过程中恒定不变，当电弧长度变化时，依靠电弧的自身调节作用，来相应地改变焊丝熔化速度，以保持电弧长度的不变。

１．等熔化速度曲线

等速送丝式埋弧焊机的自动调节性能，关键在于焊丝熔化速度，而焊丝熔化速度直接与焊接电流和电弧电压有关，其中又以焊接电流的影响为大些。当焊接电流增大时，焊丝熔化速度显著地增快；当电弧电压升高时，焊丝熔化速度略有减慢，因而焊接电流和电弧电压的变化，使焊丝熔化速度发生相应变化。

通过实验的方法，所选定的焊丝送给速度和焊接工艺条件相同，仅调节焊接电源外特性，并分别测出电弧稳定燃烧点的焊接电流和电弧电压，以及相应的电弧长度，连接这几个电弧稳定燃烧点，可得到一条曲线Ｃ。这条曲线近似看作是一条直线，称作等熔化速度曲线。

等熔化速度曲线表明，在曲线的每一点上，不同的焊接电流与电弧电压相配合，电弧均保持一定的长度稳定燃烧，而且焊丝熔化速度是相等的，并等于已选定的焊丝送给速度。

等熔化速度曲线略微向右倾斜，说明随着电弧电压的升高，焊接电流则相应增大，因为电弧电压升高使焊丝熔化速度减慢，需增大焊接电流来补偿，以达到焊丝熔化速度与送给速度之间的平衡。等熔化速度曲线平行右移或左移，说明焊丝送给速度的变化，必须利用焊接电流的变化，来改变焊丝熔化速度，才能达到与焊丝送给速度的相互平衡，从而保持电弧长度的稳定。

２．电弧自身调节作用

根据等熔化速度曲线的含义，等速送丝式焊机的电弧稳定燃烧点，应是电源外特性曲线、电弧静特性曲线和等熔化速度曲线的三线相交点。

当电弧长度发生变化时，假定电弧稳定燃烧，由于某种外界的干扰，使电弧长度突然从拉长，此时，电弧燃烧点下移，焊接电流减小，电弧电压增大。然而电弧燃烧是不稳定的，因为焊接电流的减小和电弧电压的升高，都减慢了焊丝熔化速度，而焊丝送给速度是恒定不变的，其结果使电弧长度逐渐缩短，电弧燃烧点将沿着电源外特性曲线，回到原来的稳定燃烧点，这样又恢复至平衡状态，保持了原来的电弧长度。反之，如果电弧长度突然缩短时，由于焊接电流随之增大，加快焊丝熔化速度，而送丝速度仍不变，这样也会恢复至原来的电弧长度。

在受到外界的干扰使电弧长度发生改变时，会引起焊接电流和电弧电压的变化，尤其是焊接电流的显著变化，从而引起焊丝熔化速度的自行变化，使电弧恢复至原来的长度而稳定燃烧，这称为电弧自身调节作用。

３、影响电弧自身调节性能的因素

（１）焊接电流 电弧长度改变后，焊接电流变化越显著，则电弧长度恢复得越快。当电弧长度改变的条件相同时，选用大电流焊接的电流变化值，要大于选用小电流焊接的电流变化值。因而，采用大电流焊接时，电弧自身调节作用就强烈，即电弧自行恢复到原来长度的时间就短。

（２）电源外特性

当电弧长度改变相同时，较为平坦的下降电源外特性曲线的电流变化值，要比陡降的电源外特性曲线的电流变化值大些。这说明下降的电源外特性曲线越平坦，焊接电流变化就越大，电弧自身调节作用就越好。所以，等速送丝式埋弧自动焊机的焊接电源，要求具有缓降的电源外特性。

４、焊接电流和电弧电压调节方法

等速送丝式埋弧焊机的焊接电流和电弧电压调节方法，可以通过改变焊丝送给速度和电源外特性来实现。

电源外特性不变时，改变焊丝送给速度，使等熔化速度曲线平行移动，于是，焊接电流变化值较大，电弧电压变化值较小。反之，焊丝送给速度固定，调节电源外特性，因等熔化速度曲线近似垂直，所以电弧电压变化值较大。

为此，需调节焊接电流，改变焊丝送给速度；需调节电弧电压，改变电源外特性。由于电弧稳定工作点，要求焊接电流和电弧电压的相互配合，当焊接电流调节时，电弧电压也要相应调节，所以需要同时改变焊丝送给速度和电源外特性。

二、ＭＺＩ－１０００型埋弧自动焊机的组成

ＭＺＩ－１０００型是典型的等速送丝式埋弧自动焊机，根据电弧自身调节原理设计的。这种焊机的电气控制线路比较简单，外形尺寸不大，焊接小车结构也较简单，使用方便，可选用交流和直流焊接电源，主要用于焊接水平位臵及倾斜小于１５°的对接和角接焊缝，也可以焊接直径较大的环形焊缝。

ＭＺ－１０００型埋弧自动焊机由焊接小车、控制箱和焊接电源三部分组成。

１、焊接小车

焊接小车的交流电动机为送丝机构和行走机构共同使用，电动机两头出轴，一头经送丝机构减速器送给焊丝，另一头经行走机构减速器带动焊车。

焊接小车的前轮和主动后轮与车体绝缘，主动后轮的轴与行走机构减速器之间，装有摩擦离合器，脱开时，可以用手推动焊车。焊接小车的回转托架上装有焊剂斗、控制板、焊丝盘、焊丝校直机构和导电嘴等。焊丝从焊丝盘经校直机构、送给轮和导电嘴送入焊接区，所用的焊丝直径为 1.6～5ｍｍ。

焊接小车的传动系统中有两对可调齿轮，通过改换齿轮的方法，可调节焊丝送给速度和焊接速度。焊丝送给速度调节范围为0.87～6.7ｍ／ｍｉｎ，焊接速度调节范围为16～126ｍ／ｈ。

２．控制箱

控制箱内装有电源接触器、中间继电器、降压变压器、电流互感器等电气元件，在外壳上装有控制电源的转换开关、接线板及多芯插座等。３．焊接电源

常见的埋弧自动焊交流电源采用ＢＸＺ－ＩＱ００型同体式弧焊变压器。

第三节：变速送丝式埋弧自动焊机

一、变速送丝式埋孤自动焊机的工作原理

变速送丝式埋弧自动焊机的特点是；通过改变焊丝送给速度来消除对弧长的干扰，焊接过程中电弧长度变化时，依靠电弧电压自动调节作用，来相应改变焊丝给送速度，以保持电弧长度的不变。

1．电弧电压自动调节静特性曲线

变速送丝式埋弧自动焊机的自动调节原理，主要是引入电弧电压的反馈，用电弧电压来控制焊丝送给速度，而原来选定的焊丝送给速度，是由决定送丝的给定电压来进行调节。由于焊接过程中的电弧电压直接与焊丝送给速度有关，当电弧电压升高时，焊丝送给速度就增快，反之电弧电压降低时，则焊丝送给速度减慢，因此保持了电弧长度的不变。

通过实验的方法，在确定的焊接工艺条件下，所选定的送丝给定电压不变，然后调节焊接电源外特性，并分别测出电弧稳定燃烧点的焊接电流和电弧电压，连接这几个电弧稳定燃烧点，可得到一条曲线。这条曲线基本上可看作是一条直线，称为电弧电压自动调节静特性曲线。

电弧电压自动调节静特性曲线与等熔化速度曲线一样，是反映建立稳定焊接过程中焊接电流和电弧电压关系的曲线，表明电弧在曲线的每一点上燃烧时，其焊丝熔化速度等于焊丝送给速度。但是，变速送丝式的焊丝送给速度不是恒定不变的，因而在曲线上的各个不同点，都有不同的焊丝送给速度，对应着不同的焊丝熔化速度，使电弧在一定的长度下稳定燃烧。

电弧电压自动调节静特性曲线稍微上升，说明随着焊接电流的增大，电弧电压需相应升高，因为焊接电流增大时，使焊丝熔化速度增快，这需要加快焊丝送给速度来配合，以达到焊丝送给速度与熔化速度之间的平衡。电弧电压自动调节静特性曲线的平行上移或下移是通过电位器的调节来改变给定电压的大小而达到的。当其它条件相同时，如给定电压通过电位器调节而增大测电弧电压自动调节静特性曲线上移，反之则下移，但斜率不变。

２．电弧电压自动调节作用

按照电弧电压自动调节静特性曲线的含义，变速送丝式焊机的电弧稳定燃烧点，必定是电源外特性曲线，电弧静特性曲线和电弧电压自动调节静特性曲线的三线相交点。

当电弧长度发生变化时，通过自动调节而恢复到原来弧长的过程，当受到某种外界干扰时，便电弧长度突然从已拉长，这时，电弧燃烧点从上移，电弧电压增大，因电弧电压的反馈作用，使焊丝送给速度加快；而焊接电流减小到稳定燃烧点，引起焊丝熔化速度减慢。由于焊丝送给速度的加快，同时焊丝熔化速度又减慢，因此，电弧长度迅速缩短，电弧从不稳定燃烧的点，回到原来的稳定燃烧点，于是又恢复至平衡状态，保持了原来的电弧长度。反之，如果电弧长度突然缩短时，由于电弧电压随之减小。使焊丝送给速度减慢，同时焊接电流的增大，引起焊丝熔化速度加快，结果也是恢复到原来的电弧长度。

从上述的自动调节过程中，存在着电弧自身调节作用，不过，电弧长度的自动恢复，主要是由电弧电压的变化，依靠焊丝送给速度的变化，也就是电弧电压自动调节作用所决定的。

在受到外界的干扰，造成电弧长度改变时，即电弧电压引起变化，使焊丝送给速度随着电弧电压的变化而相应改变，以达到恢复原来的电弧长度而稳定燃烧的目的，这称为电弧电压自动调节作用。

３、影响电弧电压自动调节性能的因素

主要的影响因素是网路电压波动，当网路电压升高时，电源外特性曲线亦相应上移。

控制线路较为复杂。可使用交流和直流焊接电源，主要用于平焊位臵的对接焊，也可用于船形位臵的角接焊。ＭＺ－1000型埋弧自动焊机由三部分组成：焊接小车、控制箱和焊接电源。

１．焊接小车

焊接小车，小车的横臂上悬挂着机头、焊剂斗、焊丝盘和控制盘。机头的功能是送给焊丝，它由一只直流电动机、减速机构和送给轮组成，焊丝从滚轮中送出，经过导电嘴进入焊接区，焊丝送给速度可在0.5～2ｍ／ｍｉｎ范围内调节。控制盘和焊丝盘安装在横臂的另一端，控制盘上有电流表、电压表，用来调节小车行走速度和焊丝送给速度的电位器，控制焊丝上下的按钮、电流增大和减小按钮等。

焊接小车由台车上的直流电动机通过减速器及离合器来带动焊接速度可在 15～70ｍ加 范围内调节。为适应不同形式的焊缝，焊接小车在结构上可在一定的方位上转动。

２．控制箱

控制箱内装有电动机—发电机组，还有接触器、中间继电器、降压变压器、整流器、电流互感器等电气元件。

３．焊接电源

一般选用ＢＸＺ－1000型弧焊变压器，或选用具有陡降外特性的弧焊发电机和弧焊整流器。

三、ＭＺ－1000型埋弧自动焊机基本电气原理

ＭＺ－1000型埋弧自动焊机的焊丝送给和电弧电压自动调节的基本电气原理是他激式直流电动机，通过减速机构带动送丝滚轮，即进行焊丝送给。而电动机由他激式直流发电机供电，因此，直流发电机发出的电压高低，控制了电动机的转速，也就控制了焊丝送给速度的快慢。还有，直流发电机的极性，决定了电动机的转向，即使焊丝下送或上抽。当直流发电机的电压为零时，直流电动机不旋转，焊丝也停止送给。

由此可知，焊丝下送或上抽及送给速度的变化，是与直流发电机输出的极性和电压高低有关。直流发电机有两个激磁线圈，激磁线圈所产生磁通量的方向相反。其中激磁线圈；由网路经降压、整流后再经给定电压调节电位器供电，因而初级磁通的大小取决于给定电压；激磁线圈是引入焊接回路中电弧电压的反馈，则次级磁通的大小由电弧电压的高低决定。因此，作用于直流发电机的合成磁通方向和大小，取决于激磁线圈所产生的磁通的变化。

如果激磁线圈的磁通向大干激磁线圈的磁通则合成磁通的方向与一致，这时直流发电机的极性使电动机正转，焊丝即下送，而且，当电弧电压越高，反馈到激磁线圈所产生的磁通量也越大，致使直流发电机的电压增高，电动机的正转速度增快，因此焊丝下送的速度加快。反之，当电弧电压越低，使焊丝下送的速度减慢。如果只有激磁线圈儿所产生磁通的作用，而没有激磁线圈的磁通队的作用，则合成磁通的方向必定与一致，这时直流发电机的极性使电动机反转，焊丝就上抽。

在正常的焊接过程中，激磁线圈们的磁通向总是大于激磁线圈的磁通向，以保证焊丝不断地向下给送。然而，形成的合成磁通大小不是恒定的，它将随着弧长变化使电弧电压反馈的内磁通也相应变化，从而引起电动机转速的变化，使焊丝送给速度发生变化，达到利用电弧电压自动调节的基本目的。

焊接启动时，在焊丝与焊件之间在接触短路的条件下，电弧电压为零，因而激磁线圈不起作用，直流发电机只受到激磁线圈的作用，所以焊丝上抽，电弧被引燃。随着电弧的逐渐拉长，电弧电压不断增高，激磁线圈的作用也不断增强，当的磁通的磁通量时，则直流发电机的极性改变，电动机的转向也相应改变，焊丝就下送，直至焊丝送给速度等于焊丝熔化速度时，电弧燃烧趋向稳定状态，进入正常的焊接过程。

第四节： 埋弧焊的焊接材料

埋弧自动焊的焊接材料有焊丝和焊剂。

一、焊丝

焊丝在埋弧焊中作为填充金属，对焊缝金属质量有直接的影响。目前，埋弧焊的焊丝与手工电弧焊焊条的钢芯，同属一个国家标准。按照焊丝的成分和用途，可分为碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢三大类。

对埋弧焊所用焊丝的要求，与焊条的钢芯基本相同。常用的焊丝直径为２、３、４、ｓｍｍ和６ｍｍ。焊丝在使用时，表面要清洁，不应有氧化皮、铁锈及油污等杂质。

二、焊剂

１．焊剂的作用及对焊剂的要求

焊剂的主要作用是：

（１）焊接时覆盖焊接区，防止空气中氮、氧等有害气体侵入熔池，焊后熔渣覆盖在焊缝上，减缓了焊缝金属的冷却速度，改善焊缝的结晶状况及气体逸出的条件，从而减少气孔。

（２）对焊缝金属渗合金，改善焊缝的化学成分和提高力学性能。焊接低碳钢和普通低合金钢时，焊缝的力学性能主要是通过焊剂和焊丝的渗合金来获得（渗合金元素是锰和硅）。为此，焊剂中应含有足够数量的氧化锰和二氧化硅。

（３）防止焊缝中产生气孔和裂纹。焊剂中含有一定数量的萤石，它有去氢作用，防止焊缝中产生氢气孔。另外，焊剂中的萤石和氧化锰对熔池金属有去硫作用，可防止焊缝中产生裂纹。

对焊剂的主要要求是：

（1）与焊丝配合，能保证焊缝金属的化学成分及力学性能都符合要求。

（２）应有良好的焊接工艺性，即电弧能稳定燃烧，脱渣容易，焊缝成形美观。

（３）应有一定的物理性能，且不易吸潮。

２．焊剂的分类

焊剂是根据制造方法和化学成分而分类。

（１）按制造方法分类 有熔炼型焊剂和烧结型焊剂。

熔炼型焊剂是由各种矿物原料混合后，在电炉中经过熔炼，再倒入水中粒化而成。熔炼型焊剂呈玻璃状，颗粒强度高，化学成分均匀，但需经过高温熔炼，因而不能加入用于渗合金的铁合金粉。目前，熔炼型焊剂应用最多。

烧结型焊剂是用矿石、铁合金粉和粘结剂（水玻璃）等，按一定比例制成颗粒状的混合物，并加热到一定温度烧结而成。烧结型焊剂可任意加入铁合金粉，有补充和添加合金的作用，但颗粒强度较低，且容易吸潮。

（２）按化学成分分类 有高锰焊剂、中锰焊剂、低锰焊剂和无锰焊剂等，并以焊剂中氧化锰、二氧化硅和氟化钙的含量高低，分成不同的焊剂类型。

３．焊剂牌号

焊剂牌号格式为：“焊剂ＸＸＸ”，“焊剂”后面有三位数字，具体表示是：

（１）第一位数字表示焊剂中氧化锰的平均含量。

（２）第二位数字表示焊剂中二氧化硅、氟化钙的平均含量。

（３）第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号。对同一种牌号焊剂生产两种颗粒度，则在细颗粒产品后面加一“细”字。

例如“焊剂４３１细”表示为：

４．焊剂使用应注意事项

（１）焊剂应妥善运输防止破损，应存放在干燥的库房内，并防止受潮。（２）使用前焊剂均应在250～300℃烘焙2ｈ。（３）焊前焊接处应清除铁锈及油污。

（４）使用中回收的焊剂，应清除其中的渣壳、碎粉及其它杂物，并与新焊剂混匀后使用。（５）使用直流电源时，一般均采用直流反接。

５．国家标准ＧＢ5293—85《碳素钢埋弧焊用焊剂》的焊剂型号划分方法。（１）焊剂型号划分原则 根据埋弧焊焊缝金属的力学性能来划分焊剂的型号。（２）焊剂型号的表示方法及内容 焊剂型号的表示方法如下:

１）在焊剂型号中，“ＨＪ”后面的第一位数字有 3、4或 5，各位数字代表的焊缝金属拉伸性能

２）第二位数字有０或１，表示拉伸试样和冲击试样的状态。３）第三位数字有 １、２、３、４、５或 ６，它们表示焊缝金属冲击值不小于 34.3J/cm2（3.5kg/cm）时的最低试验温度。

例如：ＨＪ401－Ｈ08Ａ型号表明此焊剂与Ｈ08Ａ焊丝配合使用，按所规定的母材及焊接工艺焊接试板，在焊态取力学性能试样测试，σb＝410～550ＭＰ；σs＞330ＭＰ；δ5＞

222％；在0℃时冲击值＞34.3Ｊ／cm，均能满足ＧＢ5293—85的要求。

三、焊剂与焊丝的选配

根据被焊材料来选用焊剂，并要配以合适的焊丝，方可得到化学成分和力学性能符合要求的焊缝金属，所以必须正确的选配焊剂与焊丝。

在一般的低碳钢、普通低合金钢焊接中，为保证焊缝的综合力学性能良好，并不要求其化学成分与焊件金属完全相同，通常要求焊缝金属的含碳量降低，且含有适量的锰、硅等元素，以达到焊件所需的机械性能。

焊接实践证明，较为理想的焊缝金属化学成分，其含碳量为0.1～0.13％；含锰量为0.6～

0.9％；含硅量为0.15～0.30％，这需要依靠焊剂与焊丝的选配来实现。

焊接低碳钢、普通低合金钢时，采用熔炼型焊剂，有两种不同的焊剂与焊丝配合方式：

1、选用高锰高硅焊剂（如焊剂430、焊剂431），配合低锰焊丝（Ｈ08）或含锰焊丝（Ｈ08ＭｎＡ）。

2、选用无锰高硅或低锰高硅焊剂（如焊剂130、焊剂230），配合高锰焊丝（Ｈ10Ｍn2）。第一种选配方式：焊缝所需的锰和硅，主要通过焊剂来过渡，因而过渡量比较小，有效过渡到焊缝的比例不高。由于焊剂中的氧化锰和二氧化硅的含量较多，因此能保证焊缝金属的质量要求。而且熔渣的氧化性强，抗氢气开性能较好，熔渣中的氧化锰又能去硫，提高了焊缝抗裂性能。同时熔池中碳的烧损较多，使焊缝金属的含碳量降低。

第二种选配方式：主要由焊丝来直接过渡合金元素，以满足焊缝中的含锰量，因而有效过渡至焊缝的比例较高，合金元素过渡过程的损耗少。由于熔渣的氧化性弱，因此脱渣性较好，但焊缝的抗氢气孔和抗裂性能较差。

这两种选配方式均可得到满意的焊接结果，目前，低碳钢及普通低合金钢的埋弧自动焊 时，多选用第一种的焊剂与焊丝配合方式。

第五节：埋弧自动焊工艺

一、焊缝形状和尺寸

埋弧自动焊时，焊丝与焊件金属在电弧热量的作用下，形成了一个熔池，随着电弧热源向前移动，熔池中的液态金属逐渐冷却凝固而成为焊缝。焊缝形状不仅关系到表面的成形，还会直接影响焊缝金属的质量。

焊缝形状可用焊缝宽度Ｃ、焊缝有效厚度δ和焊缝余高ｈ的尺寸来表示。合理的焊缝形状、要求各尺寸之间有恰当的比例关系。

焊缝形状系数ψ表示焊缝形状的特征，由焊缝宽度Ｃ与焊缝有效厚度Ｓ之比决定： ψ＝c/s 焊缝形状系数ψ值的大小，对焊缝质量具有重要意义。ψ值过小时，焊缝形状窄而深，容易产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷；ψ值过大时，使熔宽过大，熔深浅。则浪费焊接材料，甚至于会造成未焊透。因而，必须把焊缝形状系数控制在合理的数值内，埋弧自动焊的焊缝形状系数一值在1.3～2之间较为适宜。

埋弧自动焊的焊缝形状由焊接工艺参数和工艺因素决定，因此，正确的选择焊接工艺参数，是保证焊缝质量的重要措施。

二、焊接工艺参数对焊缝质量的影响

埋弧自动焊的焊接工艺参数是：焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径和工艺因素等。

１、焊接电流

焊接过程中，当其它因素不变，增加焊接电流则电弧吹力增强，使焊缝有效厚度增大，但电弧的摆动小，所以焊缝宽度变化不大。另外，由于焊接电流增大，焊丝的熔化速度也相应增快，因此焊缝余高稍有增加。

２、电弧电压

在其它因素不变的条件下，如增加电弧长度，则电弧电压增加。电弧电压对焊缝形状的影响：随着电弧电压增加，焊缝宽度显著增大，而焊缝有效厚度和余高略有减小。这是因为电弧电压越高，电弧就越长，则电弧的摆动作用加剧，使焊件被电弧加热而面积增大，以致焊缝宽度增大。此外，由于焊丝熔化速度不变，而熔滴金属被分配在较大的面积上，故使余高相应减小。同时，电弧吹力对焊件金属的作用变弱，因而焊缝有效厚度有所减小。３、焊接速度

焊接速度对焊缝形状的影响。当其它条件不变时，焊接速度增大，开始时焊缝有效厚度略有增加，而焊缝宽度相应减小，当速度增加到一定值以后，焊缝有效厚度和焊缝宽度都随速度增大而减小。焊接速度过大，则焊件与填充金属容易产生未熔合的缺陷。

焊接实践证明，焊速在 40ｍ/h以内时，焊缝有效厚度通常随焊速增大而略有增加，焊速超过40ｍ/h以后，焊缝有效厚度与焊缝宽度都随焊速增大而减少。４、焊丝直径

当焊接电流不变时，随着焊丝直径的增大，电流密度减小，电弧吹力减弱，电弧的摆动作用加强，使焊缝宽度增加而焊缝有效厚度稍减小；焊丝直径减小时，电流密度增大，电弧吹力加大，使焊缝有效厚度增加。故用同样大小的电流焊接时，小直径焊丝可获得较大的焊缝有效厚度。

５．工艺因素

（１）焊丝倾斜的影响 埋弧自动焊的焊丝位臵通常垂直于焊件，但有时也采用焊丝倾斜方式。焊丝倾斜对焊缝形状的影响:：焊丝向焊接方向倾斜称为后倾，反焊接方向倾斜则为前倾。焊丝后倾时，电弧吹力对熔池液态金属的作用加强，有利于电弧的深入，故焊缝有效厚度和余高增大，而焊缝宽度明显减小。焊丝前倾时，电弧对熔池前面的焊件预热作用加强，使焊缝宽度增大，而焊缝有效厚度减小。

（２）焊件倾斜的影响 焊件有时因处于倾斜位臵，因而有上坡焊和下坡焊之分。

上坡焊与焊丝后倾作用相似，焊缝有效厚度和余高增加，焊缝宽度减小，形成窄而高的焊缝，甚至于出现咬边的缺陷。下坡焊与焊丝前倾作用相似、焊缝有效厚度和余高都减小，而焊缝宽度增大，且熔池内液态金属容易下淌，严重时会造成未焊透的缺陷。所以，无论是上坡焊或下坡焊，焊件的倾角ａ都不得超过６°～８°，否则会破坏焊缝成形及引起焊接缺陷。

（３）焊丝伸出长度的影响 当焊丝伸出长度增加时，则电阻热作用增大，使焊丝熔化速度增快，以致焊缝有效厚度稍有减少，余高略有增加。一般要求焊丝伸出长度的变化不超过5～10mｍ。

（４）装配间隙与坡口大小 当其它焊接工艺条件不变时，焊件装配间隙与坡口角度的增大，使焊缝有效厚度增加，而余高减少，但焊缝有效厚度加上余高的焊缝总高度大致保持不变。为了保证焊缝的质量，埋弧自动焊对焊件装配间隙与坡口加工的工艺要求较严格。

第十章 气体保护电弧焊

气体保护电弧焊适用于绝大多数金属材料的焊接，目前在焊接生产中应用极其广泛。本章主要介绍气体保护电弧焊的概念，以及常用的二氧化碳气体保护焊和钨极氩弧焊的基本知识。

第一节： 气体保护电弧焊概述

气体保护电弧焊属于以电弧为热源的熔化焊接方法。在熔焊过程中，为得到质量优良的焊缝，必须有效地保护焊接区，防止空气中有害气体的侵入，以满足焊接冶金过程的需要。但电弧熔焊过程的保护形式有所区别，手工电弧焊、埋弧自动焊是采用渣—气联合保护，而气体保护电弧焊是采用气保护的形式。

随着工业生产和科学技术的迅速发展，各种有色金属、高合金钢、稀有金属的应用日益增多，对于这些金属材料的焊接，以渣保护为主的电弧熔焊方法很难适应，然而，使用气保护形式的气体保护电弧焊，能够可靠地保证焊接的质量，以弥补手工电弧焊和埋弧自动焊的局限性。同时，气体保护电弧焊在薄板、高效焊接方面，还具备独特的优越性，因此在焊接生产中的应用日益广泛。

一、气体保护电弧焊的原理

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。

气体保护焊直接依靠从喷嘴中连续送出的气流，在电弧周围造成局部的气体保护层，使电极端部、熔滴和熔池金属处于保护气罩内，机械地将空气与焊接区隔绝，以保证焊接过程的稳定性，并获得质量优良的焊缝。

气体保护焊接所用的电极材料，有两类不同的方式：一是采用一根不熔化电极（钨极）的电弧焊，称为不熔化极气体保护焊；二是采用一根或多根熔化电极（焊丝）的电弧焊，称为熔化极气体保护焊。

二、气体保护电弧焊的特点

气体保护焊与其它电弧焊方法比较的特点是：

１．采用明弧焊，一般不必用焊剂，故熔池可见度好，便于操作。而且，保护气体是喷射的，适宜进行全位臵焊接，不受空间位臵的限制，有利于实现焊接过程的机械化和自动化。

２．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，因此焊件变形及裂纹倾向不大，尤其适用于薄板焊接。

３．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，具有很高的焊接质量。

４．在室外作业须有专门的防风措施，否则会影响保护效果；电弧的光辐射较强；焊接设备较复杂。

三、保护气体的种类及用这

气体保护焊时，要依靠保护气体在焊接区形成保护层，同时电弧又在气体中放电，因此，保护气体的性质对焊接状态和质量有着密切的关系。

焊接用的保护气体主要有：氩气（Ａｒ）、氦气（Ｈｅ）、氮气（Ｎ2）、氢气（Ｈ2）、二氧化碳气体（ＣＯ2）等。在气体保护焊的初期，使用的大多是单一气体。以后，在不断的焊接实践中，发现在一种气体中加入一定比例的另一种气体，可以提高电弧稳定性和改善焊接效果。因此，现在采用混合气体保护的方法也很普遍。，常用保护气体的选择，根据这些保护气体的化学性质和物理特征，各自适用范围有所区别。

氦气、氦气是用性气体，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，故常用于铝、镁、钛等金属及其合金的焊接。由于氦气的消耗量很大，而且价格昂贵，所以很少用单一的氦气，常和氩气等混合起来使用。

氮气、氢气是还原性气体。氮可以同多数金属起反应，是焊接中的有害气体，但是对于铜，实际上是惰性的，它不溶于铜，所以，可作为铜及铜合金焊接的保护气体。氢气主要用于氢原子焊，目前这种方法已很少应用。另外氮气、氢气也常和其它气体混合起来使用。二氧化碳气体是氧化性气体。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。

四、气体保护电弧焊的分类

根据所用的电极材料，可分为不熔化极气体保护焊和熔化极气体保护焊。

按照焊接保护气体的种类有；氖弧焊、氦弧焊、氮弧焊、氢原子焊、二氧化碳气体保护焊等方法。并且按操作方式的不同，又分为手工、半自动和自动气体保护焊。

本章重点叙述常用的二氧化碳气体保护焊和钨极氩弧焊。

第二节： 二氧化碳气体保护焊

一、CO2气体保护焊概述

CO2气体保护焊是用CO2作为保护气体，依靠焊丝与焊件之间产生的电弧来熔化金属的一种气体保护焊方法，简称CO2焊。

１．CO2气体保护焊的过程

ＣＯ。焊的焊接过程：电源的两输出端分别接在焊枪和焊件上。盘状焊丝由送丝机构带动，经软管和导电嘴不断地向电弧区域送给；同时，CO2气体以一定的压力和流量送入焊枪，通过喷嘴后，形成一股保护气流，使熔池和电弧不受空气的侵入。随着焊枪的移动，熔池金属冷却凝固而成焊缝，从而将被焊的焊件连成一体。

CO2焊按所用的焊丝直径不同，可分为细丝CO2气体保护焊（焊丝直径为0.5～1.2ｍｍ）及粗丝CO2气体保护焊（焊丝直径为1.6～5ｍｍ）。按操作方式又可分为CO2半自动焊和CO2自动焊。主要区别在于：CO2半自动焊用手工操作焊枪完成电弧热源移动，而送丝、送气等同CO2自动焊一样，由相应的机械装臵来完成。CO2半自动焊的机动性较大，适用不规则或较短的焊缝；CO2自动焊主要用于较长的直线焊缝和环缝等焊缝的焊接。

２．CO2气体保护焊的特点

（1）焊接成本低

CO2气体来源广、价格低，而且消耗的焊接电能少，因而CO2焊的成本低。

（２）生产率高

因CO2焊的焊接电流密度大，使焊缝有效厚度增大；焊丝的熔化率提高．熔敷速度加快；另外，焊后没有焊渣，特别是多层焊接时，节省了清渣时间。所以生产率比手弧焊高1～4倍。

（３）抗锈能力强

CO2焊对铁锈的敏感性不大，因此焊缝中不易产生气孔，而且焊缝含氢量低，抗裂性能好。

（４）焊接变形小 由于电弧热量集中，焊件加热面积小，同时CO2气流具有较强的冷却作用，因此，焊接热影区和焊件变形小，特别宜于薄板焊接。

（５）操作性能好 因是明弧焊，可以看清电弧和熔池情况，便于掌握与调整，也有利于实现焊接过程的机械化和自动化。

（６）适用范围广CO2焊可进行各种位臵的焊接，不仅适用焊接薄板，还常用于中、厚板的焊接，而且也用于磨损零件的修补堆焊。

但是CO2焊也存在一些缺点，如使用大电流焊接时，焊缝表面成形较差，飞溅较多；不能焊接容易氧化的有色金属材料；很难用交流电源焊接及在有风的地方施焊。

由于CO2焊的优点显著，而其不足之处，随着对CO2焊的设备、材料和工艺的不断改进，将逐步得到完善与克服。因此，CO2焊是一种值得推广应用的高效焊接方法。所以目前CO2焊技术已在焊接生产中广泛的应用，有取代手弧焊的发展趋势。

二、CO2气体保护焊的冶金特点

在常温下，CO2气体的化学性能呈中性，在电弧高温下，CO2气体被分解而呈很强的氧化性，能使合金元素氧化烧损，降低焊缝金属的力学性能，还可成为产生气孔和飞溅的根源。为此CO2焊的焊接冶金具有特殊性。

1、合金元素的氧化及脱氧措施

CO2在电弧高温下作用，分解为一氧化碳与氧。而且，CO2的分解程度与温度有关，温度越高，分解程度越大，反应进行得越激烈，致使电弧气氛具有很强的氧化性。

CO2＝CＯ＋Ｏ

其中CO在焊接条件下不溶于金属，也不与金属发生反应。而原子状态的氧使铁及合金元素迅速氧化，其化学反应式如下：

Ｆe＋Ｏ ＝ＦeＯ Ｓｉ＋Ｏ＝ＳiＯ2 Ｍｎ＋Ｏ＝ＭｎＯ C十O ＝CO 以上氧化反应既发生于熔滴过渡过程中，也发生在熔池内，其反应的结果，使铁氧化生成ＦｅＯ，能大量溶于熔池内，将导致焊缝产生气孔。同时，锰、硅氧化生成ＭｎＯ和ＳiＯ2成为熔渣浮出，使合金元素大量氧化烧损，焊缝金后力学性能降低。此外，溶入金属的ＦｅＯ与Ｃ元素作用产生的CO气体，能使熔滴和熔池金属发生爆破，从而产生大量的飞溅。这些问题都与电弧气氛的氧化性有关，因此，必须采取有效的脱氧措施。

在CO2悍的冶金过程中，通常的脱氧方法是增加焊丝中脱氧元素含量。常用的脱氧元素是锰、硅、铝、钛等，这些元素与氧的结合能力比铁强，可降低液态金属内ＦｅＯ的浓度，抑制碳及合金元素的氧化，从焊接冶金方面解决合金元素的严重烧损、气孔和飞溅问题。

一般对于低碳钢及低合金钢的焊接，主要采用锰、硅联合脱氧的方法，也就是说，必须采用含有足够脱氧元素的锰、硅焊丝，才能满足焊接质量要求。当锰和硅脱氧后生成ＭｎＯ和ＳiＯ2，它们复合成熔渣，易浮出熔池，形成一层微薄的渣壳覆盖在焊缝表面。

２．气孔的产生与防止途径

CO2焊时，如果焊丝中的脱氧元素不足，CO2气体纯度不符合要求，焊接工艺参数选用不当，则焊缝中就可产生气孔。

同时，选择合适的焊接电流和电弧电压，也是维持短路过渡过程稳定的重要条件。CO2焊的短路过渡形式由于短路频率很高，所以电弧非常稳定，飞溅小，焊缝成形良好。细丝CO2焊多采用短路过渡形式，适宜于薄板焊接及全位臵的焊接。

２．颗粒状过渡

（１）颗粒状过渡过程 当采用的焊接电流和电弧电压高于短路过渡条件时，会出现颗粒状过渡形式。

由于电弧长度增大，焊丝熔化加快，使熔滴的颗粒增大，形成颗粒状的熔滴过渡。CO2焊颗粒状过渡的特点是：电弧比较集中，而且电弧总是在熔滴的下方产生，熔滴较大且不规则，过渡频率较低，并易形成偏离焊丝轴线方向的过渡。CO2颗粒状过渡形式，其过渡过程的稳定性较差，以致焊缝成形较粗糙，飞溅较大。粗丝CO2焊时，常发生颗粒状过渡形式，多用于中、厚板的焊接。

（２）颗粒状过渡的稳定性 通常用熔滴体积和每秒过渡的滴数，来衡量颗粒状过渡过程的稳定性，其主要影响因素是焊接电流和电弧电压。

焊接电流对颗粒状过渡过程的稳定性有显著的影响。当焊接电流增大（电弧电压也相应增大）时，会使颗粒状过渡的熔滴体积减小，颗粒细化，且熔滴过渡频率增加，可见，随着焊接电流的增大，熔滴呈现小颗粒的过渡形式，焊接过程的稳定性得到改善。同时，非轴线方向的熔滴过渡大为减少，也使飞溅减少。因此，采用颗粒状过渡形式时，应尽量选用较大的焊接电流。但是，焊接电流的提高会曾到许多条件的限制。

四、CO2气体保护焊的飞回问题

CO2气体保护焊时容易产生飞溅，这是由CO2气体的性质所决定的，问题在于应把CO2焊的飞溅减少到最低的程度。通常颗粒状过渡过程的飞溅程度，要比短路过渡过程时严重得多。当使用颗粒状过渡形式焊接，飞溅损失应控制在焊丝熔化量的１０％以下，短路过渡形式的飞溅量则在２～４％范围内。

CO2焊时的大量飞溅，不仅增加了焊丝的损耗，并使焊件表面被金属熔滴溅污，影响外观及增加辅助工作量。更主要的是容易造成喷嘴堵塞，使气体保护效果变差，导致焊缝容易形成气孔。如果金属熔滴沾在导电嘴上，还会破坏焊丝的正常给送，引起焊接过程不稳定，使焊缝成形变差或产生焊接缺陷。为此，CO2焊必须重视飞溅问题，应尽量降低飞溅的不利影响，才能确保CO2焊的生产率和焊缝质量。

CO2焊产生飞溅的原因及减少飞溅的措施主要有以下几方面：

１．由冶金反应引起的飞溅

这种飞溅主要由CO气体造成。CO在电弧高温作用下，体积急速膨胀，压力迅速增大，使熔滴和熔池金属产生爆破，从而产生大量飞溅。应采用含有锰硅脱氧元素的焊丝，并降低焊丝中的含碳量，这种飞溅可大为减少。

２．由极点压力产生的飞溅

这种飞溅主要取决于电弧的极性。当使用正极性焊接时（焊件接正极、焊丝接负极），正离子飞向焊丝端部的熔滴，机械冲击力大，形成大颗粒飞溅。而反极性焊接时，飞向焊丝端部的电子撞击力小，致使极点压力大为减小，因而飞溅较少。所以CO2焊应选用直流反接。

３．熔滴短路时引起的飞溅

这种飞溅发生在短路过渡过程中，当焊接电源的动特性不好时，则更显得严重。短路电流增长速度过快，或者短路最大电流值过大时，当熔滴刚与熔池接触，由于短路电流强烈加热及电磁收缩力的作用，结果使缩颈处的液态金属发生爆破，产生较多的细颗粒飞溅。如果短路电流增长速度过慢侧短路电流不能及时增大到要求的电流值，此时，缩颈处就不能迅速断裂，使伸出导电嘴的焊丝在电阻热的长时间加热下，成段软化和断落，并伴随着较多的大颗粒飞溅。减少这种飞溅的方法，主要是调节焊接回路中的电感值，若串入焊接回路的电感值合适，则爆声较小，过渡过程比较稳定。

４．非轴向颗粒状过渡造成的飞溅

这种飞溅发生在颗粒状过渡过程时，由于电弧的斥力作用而产生的。当熔滴在极点压力和弧柱中气流的压力共同作用下，熔滴被推到焊丝端部的一边，并抛到熔池外面去，产生大颗粒飞溅。

５．焊接工艺参数选择不当引起的飞溅

这种飞溅是因焊接电流、电弧电压和回路电感等焊接工艺参数选择不当而引起的。只有正确地选择CO2焊的焊接工艺参数才会减少产生这种飞溅的可能性。

五、CO2气体保护焊的焊接材料

CO2气体保护焊所用的焊接材料有：CO2气体和焊丝。１．CO2气体

焊接用的CO2一般是将其压缩成液体贮存于钢瓶内，以供使用。CO2气瓶的涂色标记为铝白色，并标有“液化二氧化碳”的字样。

容量为４０Ｌ的气瓶，可装２５kｇ的液态CO2，满瓶压力约为５～７ＭＰa。气瓶内的压力与外界温度有关，其压力随着外界温度的升高而增大，因此，CO2气瓶不准靠近热源或臵于烈日下爆晒，以防发生意外事故。

液态CO2在大气压力下的沸点为一７８℃，所以在常温下容易汽化，Ｉｋｇ液态CO2可汽化成５０9Ｌ气态的CO2。液态CO2在温度高于一１１℃时比水轻，可溶解占重量约0.0５％的水。溶于液态CO2中的水分，蒸发成水汽混入CO2气体中，影响CO2气体的纯度。

气瓶内汽化的CO2气体中的含水量，与瓶内的压力有关，随着使用时间的增长，瓶内压力降低，水汽增多。当压力降低到０．９８ＭＰａ时，CO2气体中含水量大为增加，便不能继续使用。

焊接用CO2气体的纯度应大于99.5％，含水量、含氮量均不应超过0.1％，否则会降低焊缝的力学性能，焊缝也易产生气孔。如果CO2气体的纯度达不到标准，可进行提纯处理。

２．焊丝

为了保证焊缝金属具有足够的力学性能，并防止焊缝产生气孔，CO2焊所用的焊丝必须比母材含有更多的Mn和Si等脱氧元素。此外，为了减少飞溅，焊丝含C量必须限制在0.10％以下。

Ｈ08Ｍｎ2Ｓi是用得最普遍的一种焊丝，它具有较好的工艺性能和较高的力学性能，适用于焊接重要的低碳钢和普通低合金钢（如１６锰钢）结构，能获得满意的焊缝质量。CO2焊所用的焊丝直径在0.5～5ｍｍ范围内，CO2半自动焊常用的焊丝有φ0.８、1.0、1.2、1.6ｍｍ等几种，CO2自动焊大多采用φ2.0、2.5、3.0、4.0、5.0ｍｍ的焊丝。焊丝表面有镀铜和不镀铜两种，镀铜可防止生锈，有利于保存，并可改善焊丝的导电性及送丝的稳定性。焊丝在使用前应适当清除表面的油污和铁锈。

六、CO2气体保护焊设备

CO2气体保护焊设备有半自动焊设备和自动焊设备。常用的CO2半自动焊设备，主要由焊接电源、焊枪及送丝机构、CO2供气装臵、控制系统等部分组成。

１．焊接电源

由于CO2焊的电流密度大，而且CO2气体对电弧有较强的冷却作用，所以电弧静特性曲线是上升的，焊丝直径越小，电流密度越大，静特性曲线上升的斜率越大。

CO2焊在等速送丝的条件下，必须依靠电弧自身调节作用，以达到恢复稳定状态的目的。CO2焊在不同的电源外特性时，各自的电弧自身调节性能。当电弧长度变化相同时，平硬特性曲线所引起的焊接电流变化值，要比缓降或陡降特性曲线的焊接电流变化值大些，因而，平硬特性电源的电弧自身调节作用最好。

由于CO2焊用交流电源焊接的电弧不稳定，所以，必须使用直流电源，通常选用弧焊整流器，并要求焊接电源具有平硬的外特性，这是由CO2电弧静特性和电弧自身调节作用所决定的。

２．焊枪及送丝机构

CO2半自动的焊丝送给为等速送丝，其送丝方式有拉丝式、推丝式和推拉式三种。

在拉丝式中，焊丝盘、送丝机构与焊枪连在一起，故不必采用软管，送丝较稳定，但焊枪结构复杂，重量增加。拉丝式只适用细焊丝（直径为0.5～0.8ｍｍ），操作的活动范围较大。

在推丝式中，焊丝盘、送丝机构与焊枪分离，因而焊枪结构简单，重量减轻，但焊丝通过软管时会受到阻力作用，故软管不能过长或扭曲，否则焊丝不能顺利送出，影响送丝的稳定。推丝式所用的焊丝直径宜在０.8ｍｍ以上，其焊枪的操作范围在２～４ｍ以内。目前CO2半自动焊多采用推丝式焊枪。

推拉式送丝，具有前两种送丝方式的优点，焊丝送给时以推丝为主，而焊枪内的送丝机构，起着将焊丝拉直的作用，可使软管中的进丝阻力减小，因此增加送丝距离和操作的灵活性，但焊枪及送丝机构较为复杂。

３、CO2供气装臵

CO2的供气装臵由气瓶、干燥器、预热器、减压器和流量计等组成。

因为瓶装的液态CO2汽化时要吸热，其中所含水分可能结冰，所以需经预热器加热。并在输送到焊枪之前，应经过干燥器圾收CO2气体中的水分，使保护气体符合焊接要求。减压器是将CO2气体调节至0.1～0.2MPａ的工作压力，流量计是控制和测量CO2气体的流量，以形成良好的保护气流。

４、控制系统

CO2焊控制系统的作用是对供气、送丝和供电等部分实现控制。

目前，定型生产的ＮＢＣ系列CO2半自动焊机有：ＮＢＣ－200型、ＮＢＣＩ－300型、ＮＢＣＩ－500型等。

七、CO2气体保护焊的焊接工艺参数

合理地选择焊接工艺参数是获得优良焊接质量和提高焊接生产率的重要条件。CO2气体保护焊的主要焊接工艺参数是：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量、电源极性和回路电感等。

１．焊丝直径 焊丝直径应根据焊件厚度、焊接位臵及生产率的要求来选择。当焊接薄板或中厚板的立、横、仰焊时，多采用直径1.6ｍｍ以下的焊丝；在平焊位臵焊接中厚板时，可以采用直径1.2ｍｍ以上的焊丝。

２．焊接电流

焊接电流是CO2焊的重要焊接工艺参数，它的大小应根据焊件厚度、焊丝直径、焊接位臵及熔滴过渡形式来决定。用直径0.8～1.6ｍｍ的焊丝，当短路过渡时，焊接电流在50～230Ａ内选择；颗粒状过渡时，焊接电流可在250～500Ａ内选择。

３．电弧电压

电弧电压必须与焊接电流配合恰当，它的大小会影响到焊缝成形、焊缝有效厚度、飞溅、气孔及焊接过程的稳定性。短路过渡焊接时，电弧电压与焊接电流的关系：通常电弧电压在16～24Ｖ范围内。颗粒状过渡焊接时，电弧电压随着焊接电流增大而相应增高，对于直径为1.2～3.0ｍｍ的焊丝，电弧电压可在２５～３６Ｖ范围内选择。

４．焊接速度

在一定的焊丝直径、焊接电流和电弧电压条件下，焊速增加，焊缝宽度与焊缝有效厚度减小。焊速过快，容易产生咬边及未熔合等缺陷，且气体保护效果变差，可能出现气孔；但焊速过慢，则焊接生产率降低，焊接变形增大，一般CO2半自动焊时的焊接速度在15～30ｍ／ｈ。

５．焊丝伸出长度

焊丝伸出长度取决于焊丝直径，一般约等于焊丝直径的１０倍，且不遇过１５ｍｍ。

６．CO2气体流量

CO2气体流量应根据焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度及喷嘴直径等选择，过大或过小的气体流量都会影响气体保护效果。通常在细丝CO2焊时，CO2气体流量约为 8～15Ｌ/min；粗丝CO2焊时，CO2气体流量约在15～25L/min。７．电源极性

为了减少飞溅，保证焊接电弧的稳定性，CO2焊应选用直流反接。８．回路电感

焊接回路的电感值应根据焊丝直径和电弧电压来选择，不同直径焊丝的合适电感值。电感值通常随焊丝直径增大而增加，并可通过试焊的方法来确定，若焊接过程稳定，飞溅很少，则此电感值是合适的。

CO2焊的焊接工艺参数应按细丝焊与粗丝焊，及半自动焊与自动焊的不同形式而确定，同时，要根据焊件厚度、接头型式和焊缝空间位臵等因素，来正确选择适用的焊接工艺参数。

第三节：氩 弧 焊

一、氩弧焊概述

氩弧焊是以氩气作为保护气体的一种气体保护电弧焊方法。

二．氩弧焊的过程

氩弧焊的焊接过程。从焊枪喷嘴中喷出的氩气流，在电弧区形成严密的保护气层，将电极和金属熔池与空气隔绝；同时，利用电极（钨极或焊丝）与焊件之间产生的电弧热量，来熔化附加的填充焊丝或自动给送的焊丝及基本金属，待液态熔池金属凝固后即形成焊缝。

由于氩气是一种惰性气体，它不与金属起化学反应，被焊金属中的合金元素不会氧化烧损，而且在高温时不溶解于液态金属，使焊缝金属不易产生气孔，同时，氩气对电弧和熔池金属的保护是有效和可靠的，可以得到较高的焊接质量。

２．氩弧焊的特点

氩弧焊与其它电弧焊方法比较特点是：

（１）焊缝性能优良 由于氦气保护性能优良，不必配制相应的焊剂或熔剂，基本是金属熔化和结晶的简单过程，因此，能获得较为纯净及高质量的焊缝。

（２）焊接变形与应力小 因为电弧受氦气流的冷却和压缩作用，电弧的热量集中，且氩弧的温度又很高，故热影响区很窄。焊接变形与应力小，特别适宜于焊接很薄的材料。

（３）可焊的材料范围很广 几乎所有的金属材料都可进行氩弧焊，特别适宜焊接化学性质活泼的金属和合金。通常，多用于焊接铝、镁、钛、铜及其合金和低合金钢、不锈钢及耐热钢等。

由于氩弧焊具有这些显著的特点，随着有色金属、高合金钢及稀有金属的产品结构日益增多，而用一般的气焊、电弧焊方法已不易达到所要求的焊接质量，所以，氩弧焊的焊接技术得到越来越广泛的应用。

（４）易于实现机械化 因是明弧焊，便于观察与操作，尤其适用全位臵焊接，并容易实现焊接的机械化和自动化。

３．氩气

氩气是无色、无味的气体。氩在空气中的含量按体积计为0.935％，故是一种稀有气体。氩气是制氧过程中得到的副产品。

氩弧焊对氩气的纯度要求很高如果氩气中含有一些氧、氮和少量其它气体，将会降低氩气保护性能，对焊接质量造成不良影响。目前生产的工业纯氩，其纯度高达99.99％，可完全满足氩弧焊的需要。由于氩气比空气重２５％，因而气流不易漂浮散失。有利于对焊接区的保护作用。

焊接用工业纯氩以瓶装供应，在温度20℃时满瓶压力为14.7ＭＰａ，容积一般为40Ｌ。氩气钢瓶外表应涂灰色，并标有“氩气”的字样。

４．氩弧的特性

在氩气保护下的电弧具有两方面的特性：

（１）引燃电弧较困难 气体电离是引燃电弧的必要条件之一，为使气体分子或原子电离所需的能量即为电离势。

由于氩的电离势较高，因此，氩气电离所需要的能量较高，引燃电弧较困难。

（２）电弧燃烧稳定 氩气是单原子气体，电离不经过分子分解成原子的过程，所以能量损耗少。同时，氩气的热容量和导热率都较小，故只要较小的热量就可把电弧空间加热到高温，且电弧热量不易散失，有利于气体的热电离。所以在氩气中，电弧一旦引燃，燃烧就很稳定，在常用的保护气体中，氩弧的稳定性最好。

５．氩弧焊的分类 氩弧焊根据所用的电极材料，可分为钨极（不熔化极）氩弧焊和熔化极氩弧焊。按其操作方式又有手工、半自动和自动氩弧焊。

二、钨极氩弧焊

钨极氩弧焊是用高熔点钨棒作为电极材料，在氩气流的保护下，钨极与焊件之间引燃电弧，利用电弧热量熔化加入的填充焊丝和基本金属，冷却凝固之后形成焊缝。钨极在电弧中只起发射电子作用，而不熔化，故也称不熔化极氩弧焊。

按其操作方式的不同，分为手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊两种，焊接时均需另外加入填充焊丝，有时也可不加填充焊丝，仅将焊件接缝处的金属熔化形成焊缝。

钨极氩弧焊时，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，焊缝有效厚度也受到影响，主要适用于薄板焊接。

１．电极材料

钨极氩弧焊对电极材料的要求是：电流容量大、损耗小、引弧和稳弧性能好，这主要取决于电极发射电子的能力。常用的不熔化电极材料有钨极、铁钨极和体钨极。

纯钨的熔点高达3400℃，沸点约为5900℃，在电弧热作用下不易熔化与蒸发，可以作为不熔化电极材料，基本上能满足焊接过程的要求。

为了增强钨极电子发射能力。在纯钨中加入 １～2%氧化钍（ThO2），即为钍钨极，由于钍是一种电子发射能力很强的稀土元素，因而电极电子发射能力显著提高。钍钨极与纯钨极比较，具有容易引弧，所需引弧电压小；许用电流增大；不易烧损，使用寿命长；电弧稳定性好等优点，但钍有放射性，虽然含量很低，必须加强劳动防护措施。

近年来研制的铈钨极，是在纯钨中加入２％的氧化铈（ＣｅＯ）。由于铈钨极没有放射性危害，而且更优于钍钨极，进一步提高了电子发射能力和工艺性能，降低了电极的损耗率，所以铈钨极是目前最为理想的电极材料。

电极端部形状对电弧稳定性有一定的影响，如果端面凹凸不平，则产生的电弧既不集中又不稳定，为此电极端都必须磨光。当交流钨极氩弧焊时，一般将电极端部磨成圆珠形，否则因极性的变化，使电极损耗增大。在直流钨极氩弧焊时，多用直流正接，为使电弧集中，燃烧稳定，通常把电极端部磨成平底锥形。用小电流施焊时，电极可以磨成尖锥形。

２．电流种类和极性

钨极氩弧焊可以使用直流电，也可以使用交流电。电流种类和极性的选择，与被焊材料有关，下面分别加以讨论。

（１）直流钨极氩弧焊 直流电设有极性变化，电弧燃烧很稳定，钨极氩弧焊采用直流正接时，电弧燃烧稳定性更好。

１）直流反接 钨极氩弧焊采用直流反接时（即钨极为正极、焊件为负极），由于电弧阳极温度高于阴极温度，使接正极的钨棒容易过热而烧损，为不使钨极熔化，需限制钨极的许用电流，同时焊件上产生的热量不多，因而焊缝有效厚度浅而宽，焊接生产率低。所以直流反接的热作用对焊接过程不利，钨极氩弧焊时，除了焊接铝、镁及其合金薄板外，很少采用直流反接。

然而，直流反接有一种去除氧化膜的作用，一般称为“阴极破碎”作用。这种作用在交流电反极性半周波中也同样存在，它是焊接铝、镁及其合金的有利因素。在焊接铝、镁及其合金时，由于金属的化学性质活泼，极易氧化，形成熔点很高的氧化膜（如以Al2O3，熔点为2050℃，而铝的熔点为 657℃），焊接时氧化膜覆盖在熔池表面，阻碍基本金属和填充金属的良好熔合，无法使焊缝很好成形。因此，必须把被焊金属表面的氧化膜去除才能进行焊接。

当用直流反接焊接时，电弧空间的氩气电离后形成大量的正离子，由钨极的阳极区飞向焊件的阴极区，撞击金属熔池表面，可将这层致密难熔的氧化膜击碎，以去除铝、镁等金属表面的氧化膜，使焊接过程顺利进行，并得到表面光亮、成形良好的高质量焊缝，这就是在反接极性时电弧所产生的“阴极破碎”作用。而在直流正接焊接时，因为焊件的阳极区只受到能量很小的电子撞击，没有去除氧化膜的条件，所以不可能有“阴极破碎”作用。

直流反接时虽能将被焊金属表面的氧化膜去除，但钨极的许用电流小，同时焊件本身散热很快，温度难以升高，影响电子发射的能力，使电弧燃烧不稳定。因此，铝、镁及其合金应尽可能使用交流电来焊接。

２）直流正接 钨极氩弧焊采用直流正接时（即钨极为负极、焊件为正极），由于电弧在焊件阳极区产生的热量大于钨极阴极区，致使焊件的熔深增加，焊接生产率高。而且钨极不易过热与烧损。所以对于同一焊接电流可以采用直径较小的钨棒，使钨极的许用电流增大。同时电流密度也大，使电子发射能力增强，电弧燃烧稳定性要比直流反接时好。因此，除了铝、镁及其合金外，其它金属的焊接都采用直流正接。

（２）交流钨极氩弧焊 焊接铝、镁及其合金时一般多使用交流电，将产生最佳的焊接效果。

由于交流电极性是不断变化的，这样在交流正极性的半周波中（钨极为阴极），钨极可以得到冷却，以减小烧损。而在交流负极性的半周波中（焊件为阴极）有“阴极破碎”作用，可以清除熔池表面的氧化膜。使两者都能兼顾，焊接过程可顺利进行。实践证明，用交流焊接铝、镁等金属是完全可行的。但是，采用交流焊接电源时，需要采取引弧、稳弧的措施和消除所产生的直流分量。

电弧电压波形与电源空载电压波形相差很大，虽对电弧供电的空载电压是正弦波，但电弧电压波形不是正弦波，而随着电弧空间和电极表面温度发生变化。

由于交流电的焊接电流每秒有５０次正负极性变换，即电流每秒有１００次通过零点。在每次经过零点时，电弧将瞬时熄灭，然后再重新引燃，电弧再引燃要求有一定的引燃电压，一般都比正常的电弧电压要高。所以当极性换向时，电源空载电压必须超过一定的引燃电压，电弧才能重新复燃。

用交流电进行焊接时，焊件利钨极的极性不断变换。当正半波时，钨极为负极，由于钨极的烙点高，导热系数低。且断面尺寸小。可使电极端都加热到很高的温度，同时热量损失少，这样钨极容易维持高温，电子发射能力强。因此，电弧电流较大，电弧电压较低，对引燃电压的要求不高。

而在交流的负半波时，焊件为负极，由于焊件的熔点低，导热性能好，断面尺寸又大，以致金属熔池表面不能加热到很高的温度，电弧在焊件上产生的热量较少，使电子发射能力减弱。所以电弧电流较小，电弧电压及再引燃电压都较高。也就是说负半波时，电弧的重新引燃困难，电弧稳定性很差．

两个半波的电弧电流不对称。因为交流电弧里两个电极的电子发射能力有板大的差别，正负半波时的电弧导电情况大不相同，当钨极为负时正半波电流大，而焊件为负时负半波电流小。所以电弧的整流作用引起回路中产生直流分量。所形成的直流对焊接工艺及交流电源均不利：其一是削弱了“阴极破碎”作用；其二使焊接变压器的工作条件恶化，易损坏设备。为此，交流钨极氩弧焊时必须采取稳弧措施及消除直流分量。

3、引弧和稳弧措施及消除直流分量的方法

氩气的电离势较高，引燃电弧困难，要求焊接电源具有较高的空载电压，但提高空载电压的方法不安全，通常采用的是使用高频振荡器协助引燃电弧。对于交流钨极氩弧焊，还需使用脉冲脉冲稳弧器。以保证重复引燃电弧，并且。常用在焊接回路中串联电容的方法，来消除交流回路中产生的直流分量。

（1）、高渡振荡器 这是钨极氩弧焊设备的专门引弧装臵，主要用于开始焊接时的第一次引弧，并能达到与焊件非接触而点燃电弧的目的。高频振荡器是一个高频高压发生器，可在焊接回路中加入约3000V的高频电压，致使电弧空间产生很强的电场，加强了阴极电子自发射作用，克服氩弧不易引燃的困难，这时焊接电源的空载电压只要6５Ｖ左右即可，并且，当钨极与焊件距离几毫米时，可引起电弧放电而点燃电弧；不必接触引弧。高频振荡器一般仅供焊接时初次引弧，不用于稳弧，同时要求点燃电弧后马上切断。

（２）脉冲稳弧器 用脉冲稳弧器稳弧效果良好，这是交流钨极氢弧焊广为使用的方法。交流负半波时电弧引燃电压较高，使电流通过零点以后电弧再引燃很难，以致电弧不稳定。如果在正半波向负半波转变瞬间，施加一个高压脉冲而迅速地向电弧放电，则电弧就能保持连续燃烧，从而起到稳定电弧的作用。

脉冲稳弧器常用的脉冲电压为200～250Ｖ，脉冲电流为2Ａ左右。它可与高须振荡器联合使用，当高频振荡器保证第一次引弧后，然后用高压脉冲放电保证电弧重复引燃，这样解决了交流焊接的引弧和稳弧问题。

（３）串联电容消除直流分量 在焊接回路中串联电容，是交流钨极氩弧焊时消除直流分量的常用方法。

由于电容对交流电的阻抗很小，可允许交流电通过，而使直流电通不过，因此隔绝了直流电。这种方法消除直流分量的效果很好，使用维护简单，但所需的电容量大，成本高。通常采用电解电容器，其电容量根据最大焊接电流来计算，一般按每安全流需要30μＦ左右。经过消除直流分量的交流电，可获得良好的焊缝有效厚度，焊波均匀的焊接结果。

４．钨极氩弧焊设备

手工钨极氛弧焊设备包括主电路系统。焊枪、供气系统、冷却系统和控制系统等部分，自动钨极氛弧焊设备，除上述几部分外，还有等速送丝装臵及焊接小车行走机构。（1）主电路系统 这部分主要是焊接电源、高频振荡器、脉冲稳弧器和消除直流分量装臵，交流与直流的主电路系统部分不相同。

交流钨极氩弧焊的主电路系统，由焊接变压器、高频振荡器、脉冲稳弧器和电解电容器等部分组成。而直流钨极氖弧焊的主电路系统较为简单，直流焊接电源附加高频振荡器即可使用。

钨极拉弧焊的电弧静特性曲线是水平的，与焊接电源的外特性曲线的关系是：当电弧长度受到干扰变化时，陡降外特性曲线的焊接电流变化值为小，则对焊接过程电弧稳定的影响也小。所以适宜选用具有陡降外特性的焊接电源，一般手工电弧焊焊接电源，可供钨极氩弧焊使用。

（２）焊枪 钨极氩弧焊弧焊焊枪的作用是夹持电极、导电和输送氩气流。手工焊焊枪手把上装有启动和停止按钮。焊枪一般分为大、中、小型三林小型的最大焊接电流为100Ａ，大型的可达400～600Ａ，采用水冷却。焊枪本体用尼龙压制，具有重量轻、体积小，绝缘和耐热性能好等特点。

焊枪的喷嘴是决定氩气保护性能的重要部件。圆柱带锥形或球形的喷嘴，其保护效果最佳，氩气流速度均匀，容易保持层流。圆锥形的喷出，因氩气流速度变快，故保护效果较差，但这种喷嘴操作方便，熔池可见度好，焊接时也经常使用。

（３）供气系统 钨极氩弧焊的供气系统由氩气瓶、减压器、流量计和电磁气阀等组成。减压器用以减压和调压。流量计是标定通过氢气流量的大小，有的气体流量计将减压器与流量计制成一体。电磁气阀是控制气体通断装臵。

（４）冷却系统 一般选用的最大焊接电流在200Ａ以上时，必须通水来冷却焊枪、电极和焊接电缆。

冷却水接通并有一定压力后，才能起动焊接设备，通常在钨极氩弧焊设备中设有保护装臵—水压开关。（５）控制系统 钨极氩弧焊的控制系统是通过控制线路，对供电、供气、引弧与稳弧等各个阶段的动作程序实现控制。手工钨极氩弧焊的控制程序方框图。

定型生产的ＮＳＡ系列手工钨极氦弧焊机的应用较为普遍，直流的有ＮＳＡＩ－300型，交流的有ＮＳＡ－300型、ＮＳＡ４－300型ＮＳＡ－500型，交直流两用的有ＮＳＡＺ－300型等。

５．钨极氩弧焊工艺

（1）焊前清理 钨极氩弧焊时，必须对被焊材料的接缝附近及焊丝进行焊前清理，除掉金属表面的氧化膜和油污等杂质，以确保焊缝的质量。焊前清理的方法有：机械清理、化学清理和化学—机械清理等方法。

１）机械清理法 这种方法比较简便，而且效果较好，适用于大尺寸、焊接周期长的焊作。通常使用直径细小不锈钢丝刷等工具进行打磨，也可用刮刀铲去表面氧化膜，使焊接部位露出金属光泽．轮后再用消除油污的有机溶剂，对焊件接缝附近进行清洁处理。

２）化学清理法 对于填充焊丝及小尺寸焊件，多采用化学清理法。这种方法与机械清理法相比，具有清理效率高、质量稳定均匀、保持时间长等特点。化学清理法所用的化学溶液和工序过程，应按被焊材料和焊接要求而定。

３）化学—机械清理法 清理时先用化学清理法，焊前再对焊接部位进行机械清理。这种联合清理的方法，适用于质量要求更高的焊件。

（２）气体保护效果 氩气是很理想的保护气体，但氩气保护效果在焊接过程中，会受到多种工艺因素的影响。因而，钨极氩弧焊时必须重视氩气的有效保护，防止氩气保护效果遭到干扰和破坏，否则难以获得满意的焊接质量。

影响气体保护效果的焊接工艺因素有；气体流量、喷嘴形状与直径、喷嘴至焊件的距离、焊接速度、焊接接头型式等，应全面考虑和正确地选择。

气体保护效果的好坏，常采用焊点试验法，通过测定氩气有效保护区大小的方法来评定。

例如用交流手工钨极氩弧焊在铝板上进行点焊，试验过程中焊接工艺条件保持不变，这样，电弧引燃后焊枪固定不动，待燃烧 ５～１０s后断开电源，铝板上将会留下一个熔化焊点。在焊点周围因受到“阴极破碎”作用，使铝板表面的一层氧化膜被消除了，出现有金属光泽的灰白色区域。这个去除氧化膜的部分即是氢气有效保护区。有效保护区的直径越大，说明气体保护效果越好。

此外，评定气体保护效果是否良好，还可用直接观察焊缝表面的色泽来评定。如不锈钢材料焊接，若焊缝金属表面呈现银白、金黄色时，则气体保护效果良好，而看到焊缝金属表面显出灰、黑色时，说明气体保护效果不好。

（３）焊接工艺参数 钨极氩弧焊的气体保护效果、焊接过程稳定性和焊缝质量，均直 接与焊接工艺参数有关。为此，合理地选择焊接工艺参数是获得优质焊接接头的重要保证。

钨极氛弧焊的焊接工艺参数是：电源种类和极性、钨极直径、焊接电流、氩气流量、焊接速度和工艺因素等。

ｌ）电源种类和极性 钨极氩弧焊的电源种类和极性，应根据被焊材料及操作方式而选择。

２）钨极直径 主要按焊件厚度来选取钨极直径。另外，在被焊材料厚度相等时，因使 用的电源种类和极性不同，钨极的许用电流不一样，所以采用钨极直径也不相同。如果钨极直径选择不当，将造成电弧不稳、严重烧损和焊缝夹钨。

３）焊接电流 当钨极直径选定后，再选择适当的焊接电流。过大或过小的焊接电流都会使焊缝成形不良或产生焊接缺陷。４）氩气流量 主要根据钨极直径及喷嘴直径来选择氩气流量。对于一定孔径的喷嘴，选用的氩气流量要适当，如果流量过大风气体流速增大，难以保持稳定的层流，对焊接区的保护作用不利，同时带走电弧区的热量多，影响电弧稳定燃烧。而流量过小也不好，容易受外界气流的干扰，以致降低气体保护效果。通常氩气流量在３～２０Ｌ／min范围内。

５）焊接速度 在一定的钨极直也焊接电流和氩气流量条件下，焊速过快，会使保护气流偏离钨极与熔池，从而影响气体保护效果，并且，焊速显著影响焊缝形状。因此，应选择合适的焊接速度。“

６）工艺因素 主要指喷嘴形状与直径、喷嘴至焊件的距离、钨极伸出长度、填充焊丝直径等。这些工艺因素虽然变化不大，却对焊接过程及气体保护效果，有不同程度的影响。所以应按具体的焊接要求给予选定。

一般喷嘴直径在５～２０ｍｍ内选用；喷嘴至焊件的距离不超过１５ｍｍ为宜；钨极伸出喷嘴的长度为 ３～４ｍｍ；填充焊丝直径应根据焊件厚度而选择。

三、熔化极氩弧焊

熔化极氩弧焊是在氩气保护下以焊丝为电极，电弧在焊丝与焊件之间燃烧，焊丝连续送给并不断熔化，而熔化的熔滴也不断向熔池过渡，与液态的焊件金属馄合，经冷却凝固后形成焊缝。按其操作方式有；熔化极半自动氩弧焊和熔化极自动氩弧焊两种。

１、熔化极氩弧焊的特点。

钨极氩弧焊虽然能获得优良的焊接质量，但因受到钨极许用电流的限制，所以焊接电流不能太大，熔深也受到影响。当焊件厚度在６mｍ左右时需开坡口，进行多层焊及大厚度焊件需预热与保温。因此，中等厚度以上的焊件，钨极氩弧焊方法很难适应焊接的需求，其生产率低、焊接变形大、劳动条件差，不能满足中、厚板的焊接要求。

熔化极氩弧焊用焊丝作为电极，因而可使用大电流焊接，焊缝的有效厚度也大，所以一次焊接的焊缝有效厚度显著增为加，例如铝及铝合金，当焊接电流为４５０～４７０Ａ时，焊缝的有效厚度可达１５～２０ｍｍ。这样在焊接时不必采取开放口，预热与保温等措施，具有很高的焊接生产率，并改善了劳动条件。因此熔化极氖弧焊特别适用于中等和大厚度的焊件。

熔化极氩弧焊的熔滴过渡特点决定了熔滴过渡形式。当采用短路过渡或颗粒状过渡焊接时，由于飞溅严重，电弧复燃困难，焊件金属熔化不良及容易产生焊缝缺陷，所以熔化极氩弧焊一般不采用短路过渡或颗粒状过渡形式。

在采用射流过渡的焊接过程中，焊丝的熔滴以很小微粒流形式高速射入熔池，使过渡过程稳定，飞溅减小，焊缝有效厚度增大，电弧的功率也较大。而且在氩气保护下的熔滴过渡转变为射流过渡形式时，所需的临界电流值不高，即容易形成射流过渡，这是一个很有利的因素，所以熔化极氩弧焊熔滴过渡多采用射流过渡的形式

２．熔化极氩弧焊设备

熔化极冠弧焊设备主要是由焊接电源、供气系统、送丝机构、控制系统、半自动焊枪或自动焊小车等部分组成。

熔化极氛弧焊机自动调节工作原理与埋弧焊基本相同。选用细焊丝时，采用等速送丝系统，配用缓降特性的焊接电源；选用粗焊丝时，采用变速送丝系统，配用陡降特性的焊接电源，以保证自动调节作用及焊接过程稳定性。另外，半自动红弧焊用细焊丝，而自动氩弧焊大都用粗焊丝。

熔化极氩弧焊的供气系统与钨极氩弧焊相同。半自动氩弧焊的焊枪送丝方式和ＣＯ２半自动焊枪一样。

定型生产的熔化极半自动氩弧焊机有ＮＢＡ－１８０型、ＮＢＡＩ－５００经ＮＢＡ２－２００型、ＮＢＡ５－５００型；熔化极自动红弧焊机有ＮＺＡ－１０００型、ＮＺＡ１９－５００型、ＮＺＡ２０—２００型等。

３．熔化极氩弧焊的焊接工艺参数

熔化极氩弧焊的主要焊接工艺参数是：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、喷嘴直径、氩气流量等。

焊接电流和电弧电压是获得射流过渡形式的关键，一般焊接电流应大于临界电流值，电弧电压选择得低一些，可使熔滴呈现稳定的射流办形式。

埋弧焊接工艺石油工程 篇3

关键词：大型钢井架,自动焊焊接,探讨

井架是矿井运输、生产中的重要提升设备, 是井下与井上人员、施工运输、煤炭提升的主要设施, 也是唯一的地面支撑系统, 承载量较大。它是整个煤矿能够正常安全生产的重中之重。为了满足井架承载量, 大型井架箱体截面增大至1800mm×2400mm, 甚至更大如皖北局朱集主井井架截面为3000mm×1600mm, 其板材厚度也在随之增加, 原井架的板材厚度一般在δ14~δ16, 现在为δ20~δ25。

施工工序:下料———组对———焊接———整形———打磨———预组装

井架主焊缝采用的是埋弧自动焊焊接, 埋弧焊的实质是在一定大小颗粒的焊剂层下, 由焊丝和焊件之间放电而产生的电弧热使焊丝的端部及焊件的局部熔化, 形成溶池, 溶池金属凝固后即形成焊缝。这个过程是在焊剂层下进行的, 所以称为埋弧焊。埋弧自动焊具有焊缝质量高, 生产率高, 节省焊接材料, 劳动条件好等优点。在中厚板材焊接中广泛应用, 但由于其易变形, 易产生气孔的缺陷使得埋弧自动焊的一次成功率不高, 经常出现气孔、夹渣、咬边、根部未焊透等现象。

尤其是近年来大型井架较多, 原焊接工艺不能适用现在的井架焊接要求, 焊缝返工次数较多。针对这一情况, 结合施工中实际和大量试验, 在传统工艺的基础上, 对原工艺进行了改进, 目的是为了提高焊缝一次成功率。使用高效率低能耗的焊接方法能最大限度地减轻工人的劳动强度, 改善生产条件。提高工程质量。

1 工艺评定

1.1 材料的选定

1) 大型井架设计常采用的Q235-B板, 板厚δ20~δ25。自动焊焊丝选用H08A, 焊剂为HJ431。

2) 井架箱体焊接坡口形式。

1.2 传统的埋弧自动焊焊接工艺

1) 打底焊, 第一遍焊缝用φ3.2m m焊条, 由技术水平较高的焊工焊接, 焊缝高度6mm, 保证根部焊缝焊透, 焊缝平整, 防止气孔、夹渣、裂纹等缺陷产生, 第一遍焊缝是至关重要的一道焊缝, 是第二遍、第三遍焊缝的基础, 第一遍焊缝若有缺陷, 不易清根。

2) 对打底焊缝清理后, 开始埋弧自动焊, 在焊接第二遍焊缝前必须用小尖锤敲击焊缝, 以清除第一遍焊缝上的药皮飞溅物等, 用钢丝刷或磨光机将毛刺清除干净后, 焊接下一道焊缝。

3) 焊接第三遍焊接时要保证焊缝高度均匀。最后一遍焊缝要保证焊缝饱满, 焊缝的高度和角度要达到图纸要求 (第二遍是采用埋弧自动焊焊接) 在焊接第一遍前, 在焊缝两端设置引弧和熄弧板, 其材质和坡口形式应与焊件相同, 引弧和熄弧板的长度, 埋弧自动焊在100mm左右, 手工电弧焊在50mm左右;焊接完毕采用气割切除引弧和熄弧板, 并修磨平整。

1.3 根据试验统计数据显示, 使用原焊接工艺产生缺陷次数最多的是———根部未焊透

经过仔细研究探讨, 从上图中可以分析出产生根部未焊透的原因有三个方面。

1) 第一道封底焊, 焊缝不够高, 自动焊时易击穿。

2) 埋弧自动焊第一遍送丝角度不正确, 溶滴不易进入焊道根部。

3) 第一遍电流较小, 不能满足要求, 易产生根部未焊透、气孔、夹渣等焊接缺陷。

1.4 根据以上对焊缝缺陷的分析, 我们研究制定出新的焊接工艺

1) 封底焊, 第一遍焊缝用CO2气体保护焊焊接, 焊缝高度8m m~10m m, 保证根部焊缝焊透, 增加焊缝高度是为了保证第一遍自动焊大电流时, 封底焊缝不易被击穿。焊缝要平整, 防止气孔、夹渣、裂纹等缺陷产生, 第一遍焊缝是至关重要的一道焊缝。

2) 焊接前用碳弧气刨对自动焊焊道清根, 并用角向磨光机打磨干净, 保证焊道及根部清洁、光滑。自动焊倾斜20~25°送丝, 使焊熔滴更容易进入焊道根部, 使其能焊透根部。

3) 焊接第三遍焊接时要保证焊缝高度均匀。最后一遍焊缝要保证焊缝饱满, 焊缝的高度和角度要达到图纸要求, 在焊接第一遍前, 在焊缝两端设置引弧和熄弧板, 其材质和坡口形式应与焊件相同, 引弧和熄弧板的长度, 埋弧自动焊在100mm左右, 焊接完毕采用气割切除引弧和熄弧板, 并修磨平整。 (如下图二所示)

4) 打底和盖面焊接时, 电流也要增大, 而且还要适当增加焊接电压, 以保证得到合适的焊缝形状和质量。埋弧焊电流对焊丝的预热作用比焊条电弧焊大得多, 再加上电弧在密封的熔剂气泡中燃烧, 热效率极高, 使焊丝的熔化系数增大、母材熔化快, 提高了焊接速度。

按照新的焊接工艺, 我们得到了较为满意的结果。

2效益分析

此项改进后的新技术不仅提高了埋弧自动焊焊缝的质量, 也大大提高了劳动效率, 节约了成本。倾斜送丝法在我处编写的《大型钢结构井架加工及竖立工艺》省科技成果鉴定会上, 专家给与了充分的肯定。为了进一步验证新工艺的可行性, 我们将此项技术在屯留主井、口孜东主井、高河主井三个大型井架的加工制作中推广应用。工程结束后, 各个施工班组的初步统计, 原来每焊100米自动焊缝, 就有10%~15%不合格, 需要清根从焊。现在运用此项工艺, 焊缝的不合格率控制在3%~5%左右, 大大缩短了施工工期, 同时也节约了成本, 焊缝表面成形均匀、饱满, 焊缝内部通过专业探伤人员检测, 均达到一级焊缝要求。工程质量经过建设单位、监理单位的检验, 都给与较高的评价, 多项质量指标均为优良。为企业创造效益的同时, 也为企业赢得良好的信誉!

参考文献

[1]焊接手册.中国机械工程学会焊接学会编.北京:机械工业出版社, 2001.

[2]高忠民.实用电焊技术.北京:金盾出版社, 2004.

[3]孙景荣.实用焊工手册.北京:化学工业出版社, 2004.

[4]王国凡.钢结构焊接制造.工业装备与信息工程出版社, 2004.

[5]钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级.中华人民共和国国家标准.