气体保护电弧焊

利用气体作为保护介质的电弧焊

利用气体作为保护介质的电弧焊。它包括钨极惰性气体保护焊(TIG)和熔化极气体保护焊(GMAW)。两者的差别在于所用的电极不同，前者用的是非熔化电极—钨棒，后者用的是熔化电极—焊丝。气体保护电弧焊是在第二次世界大战期间发展起来的。在飞机制造业中，为适应铝合金、镁合金、不锈钢等焊接的需要，钨极惰性气体保护焊首先问世。

焊机设备

气体保护电弧焊机主要分手工、半自动和自动三类。

手工焊机只用于钨极惰性气体保护焊，由弧焊电源、焊接电缆、气瓶、气体管路和焊枪等部分组成。钨极固定在焊枪中，由人工操纵焊枪施焊。如需填充焊丝，也由人工操纵。

半自动焊机适用于熔化极气体保护焊。该焊机除具有手工焊机所需各组件外，还需要有焊丝输送机构和必要的配套件。焊丝通过焊枪中的导电嘴进入焊接区，导电嘴接于电源。焊枪由人工操纵。图2给出了一台半自动二氧化碳气体保护焊设备的组成。

自动焊机可用于不熔化极或熔化极气体保护焊。该焊机除具有前述组件外，还有供焊枪与焊件作相对运动的机械装置和相应的控制系统。在焊枪对准接缝并调整好电压、电流、气体流量、行程等焊接工艺参数后，焊接过程可自动进行。

工艺分类

气体保护电弧焊分钨极惰性气体保护焊和熔化极气体保护焊两大类。

钨极惰性气体保护焊

是在惰性气体的保护下利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝（如果使用填充焊丝）的一种焊接方法。用氩气作为保护气体的称钨极氩弧焊，用氦气作为保护气体的称为钨极氦弧焊。由于氦气价格昂贵，在工业上广泛使用的是钨极氩弧焊。钨极氩弧焊按操作方式分为手工焊、半自动焊和自动焊。以手工钨极氩弧焊应用最广泛，其次是自动钨极氩弧焊，半自动钨极氩弧焊则很少应用。钨极惰性气体保护焊适宜于焊接各种有色金属和合金。其特点是电弧稳定，输入能量易于控制，焊接质量高，对焊接位置和接头几何形状的适应性也较强。但因焊接电流受钨极许用电流的限制和向焊缝中添加填充金属不方便，这种方法不利于焊接工件，焊接生产率也低。

当用脉冲电源时，如用0.5～5 Hz的低频脉冲电流进行焊接，可降低焊件的热输入，便于控制焊缝冷却结晶和控制熔深，适用于薄壁构件的焊接、悬空全位置焊接和厚壁结构的打底焊等。如用20 kHz高频脉冲电流，可使电弧挺直而稳定、焊缝金属晶粒细化，并可提高焊接速度。

熔化极气体保护焊

采用可熔化的焊丝（熔化电极）与焊件之间的电弧热作为热源来熔化焊丝与母材金属，并向焊接区输送保护气体，使电弧、熔化的焊丝、熔池及附近的母材金属免受空气影响的气体保护焊。它适宜于焊接各种金属材料。与钨极惰性气体保护焊相比，焊接生产率高许多倍。用细焊丝（一般直径小于1.6 mm），小电流时，可用于各种位置的焊接；用粗焊丝，大电流时，则主要用于平焊位置。

（1）熔化极惰性气体保护焊通常用氩、氦、或氩与氦的混合气体作保护气体，熔滴过渡形式是喷射过渡或脉冲喷射过渡，适宜于焊接各种有色金属和奥氏体不锈钢和高温合金。

（2）氧化性混合气体保护焊保护气体由惰性气体和少量氧化性气体——O2、CO2或其混合气体（一般O2为2%～5%，CO2为5%～20%）混合而成。熔滴过渡形式为短路过渡、喷射过渡或脉冲喷射过渡，适用于碳钢、合金钢和不锈钢等黑色金属材料的焊接。

（3）二氧化碳气体保护焊保护气体主要用二氧化碳，有时在其中加入一定量的氧（5%～20%）。熔滴过渡形式是短路过渡或滴状兼短路过渡，只适宜于焊接碳钢和合金结构钢，焊接成本低。

（4）药芯焊丝气体保护焊采用中心含有药芯（焊剂）的管状焊丝，用二氧化碳或二氧化碳加氩气体作为保护气体，兼有二氧化碳气体保护焊和手弧焊的某些特点，适宜于焊接碳钢、低合金钢、镍及其合金等。主要特点：①由于采用二氧化碳气体和焊剂的联合保护，易于获得优质焊缝；②电弧稳定，飞溅少，焊缝成形好；③对焊件钢材成分的适应性强；④焊接生产率高，约为手弧焊的3～5倍。

（5）气电立焊是由熔化极气体保护焊和电渣焊发展而形成的一种熔化极气体保护焊方法。保护气体采用二氧化碳气体或氩气加氧气。其主要优点是可不开坡口焊接厚板，生产率高、成本低。

气体使用

在气体保护电弧焊初期，使用的主要是单一气体；如氩气（Ar）、氦气（He）和CO2气，后来发现一种气体中加入一定分量的另一种或两种气体后，可以分别在细化熔滴、减少飞溅、提高电弧的稳定性、改善熔深以及提高电弧的温度等方面获得满意的效果。

常用的混合气体有：（1）Ar+He。广泛用于大厚度铝板及高导热材料的焊接，以及不锈钢的高速机械化焊接。（2）Ar+H2。利用混合气体的还原性来焊接镍及其合金，可以消除镍焊缝中的气孔。（3）Ar+O2混合气体（O2量为1%）。特别适用于不锈钢MIG焊接，能克服单独用氩气时的阴极飘移现象。（4） Ar+CO2或Ar+CO2+O2。适于焊接低碳钢和低合金钢，焊缝成形、接头质量以及电弧稳定性和熔滴过渡都非常满意。

历史和展望

气体保护电弧焊是在第二次世界大战期间发展起来的。在飞机制造业中，为适应铝合金、镁合金、不锈钢等焊接的需要，钨极惰性气体保护焊首先问世。其后，为克服钨极惰性气体保护焊难以焊接厚的焊件和焊接生产率低等缺点，在20世纪40年代末，对熔滴过渡形式有了一定认识以后，熔化极惰性气体保护焊进入实用阶段。1953年苏联B·柳巴夫斯基等发明了二氧化碳气体保护焊，克服了惰性气体保护焊成本高的缺点，使气体保护焊在碳钢、低合金钢等普通钢材的焊接上得到推广应用。以后又出现氧化性混合气体保护焊、药芯焊丝气体保护焊、脉冲氩弧焊、气电立焊等许多种气体保护焊方法。1980年，加拿大WeldProcess公司研究成功TIME焊接新工艺及专用设备，大大提高了焊接生产率。其后，气体保护焊以其高效、节能在航空、航天、机械制造、造船、车辆制造等许多工业部门中得到推广应用。随着焊接设备自动化水平的提高、新型弧焊电源的使用及电子技术、智能控制技术的推广应用，气体保护焊的焊接质量、焊接生产率及稳定性将显著提高，混合气体保护焊将获得更大的发展。

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