第五章熔化极惰性气体保护电弧焊

1、第五章熔化极惰性气体保护电弧焊 （MIG :metal inert-gas arc welding ）本章重点：补充内容：MAG熔化极活性混合气体保护焊脉冲MIG焊本章难点： MAG焊混合气体的选择；脉冲工艺参数的确定学习建议： MAG焊比MIG焊应用更广、发展更快、发展潜力更大，应给予更多的关注； MAG焊（包括脉冲MAG焊）可以选用的熔滴过渡形式较多，应注意熔滴过渡形式对MAG焊是工艺的一个重要问题。脉冲MIG 、MAG焊的参数较复杂，注意紧紧抓住“四个基本参数”。可通过练习制订相应的焊接工艺等实践环节来培养和提高工艺能力和经验。第一节MIG焊的特点及应用一、MIG焊的基本原理 定义：MI

2、G焊是利用外加的惰性气体作为电弧介质、利用焊丝作熔化电极的电弧焊。 根据GB/T5185-1985金属焊接与钎接方法在图样上的表示方法，MIG焊的标注代号为131。焊接过程动画二、MIG焊的特点优点：焊接质量好； 焊接生产率高； 适用范围广；绿色环保 。缺点：成本较高；对杂质敏感。三、MIG焊的应用材料：常用黑色和有色金属均可（但由于成本的原因，多用于有 色金属的焊接）厚度：厚、薄均可（薄板除短路过渡外，还可用脉冲）位置：可全位置结构：中、厚板的有色金属结构，尤其是铝合金结构，如铝罐等。第二节MIG焊设备一、组成及要求 组成：电源、控制系统、送丝系统、焊枪及行走系统（自动焊）、供气系统、（水冷

3、系统）等。 实际生产中有CO2专用焊机，但一般不做专用于MIG焊的焊机， 而是MIG/MAG/CO2焊通用，统称熔化极气体保护焊设备。熔化极气体保护焊机的型号编制请参见GB/T10249-1998电焊机型号编制方法，如：NB-400、 NBC-250等 与CO2焊的送丝机构相似，有推丝式、拉丝式和推拉式。但由于MIG焊较多地用于有色金属，尤其是铝合金的焊接，所以其推丝式送丝机构应是双主动送丝（CO2专用焊机的送丝机构可以用单主动送丝）。1、焊接电源 熔化极气体保护焊电源与SAW电源及CO2焊电源相似，细丝通常用平特性电源配等速送丝系统，粗丝通常用陡降外特性电源配变速送丝系统。 逆变电源的使用越

4、来越多，是发展方向。 2、送丝机构3、焊枪 与CO2焊使用的焊枪通用。4、控制系统 功能：动作程序控制、各种功能控制 现在已逐步在逆变焊机上采用以数字处理器（DSP）为核心元件的数字化控制，使焊机的功能大大扩展、控制精度大大提高，甚至在焊机上嵌入了焊接专家系统，而电路却得到简化，即发展到“靠软件控制焊接”的水平。典型的如奥地利Fronius全数字化焊机。 专家系统今后将成为熔化极气体保护焊设备的标准配置。 5、供气、供水系统 1、供气系统：气瓶、减压流量计、电磁气阀等 MIG焊所用的Ar气瓶涂色为灰色，减压流量计要用Ar气专用的。 2、水冷系统：用于大电流/自动焊枪Fronius全数字化焊机二

5、、典型控制电路（略）一、熔滴过渡特点 传统上，MIG焊可以采用的熔滴过渡形式：短路过渡、喷射过渡、脉冲喷射过渡。最新的技术使可以采用双脉冲（double pulse）过渡或超脉冲（super pulse ）过渡。 在实际生产中，MIG焊多用来焊接铝合金，这使它对熔滴过渡方式的使用受到一定的限制。 对于短路过渡，由于其处于小参数区间，而（尤其大厚度）铝合金的导热很快，所以较少采用短路过渡。 对于喷射过渡，由于其冲力大，而铝合金密度低，所以打底、盖面的效果均欠佳，用于填充焊尚可，但仍不易全位置焊。 脉冲喷射过渡的焊接效果较好，厚薄板、打底/填充/盖面、全位置焊均可，但要有带脉冲功能的焊机（普通焊机

6、不可）。第三节MIG焊工艺很多教科书都介绍过以 “亚射流”过渡MIG焊铝合金。所谓的“亚射流”过渡，是一种兼有射流过渡和短路过渡特点的特殊的熔滴过渡形式。亚射流过渡的获得：焊接电流增加到大于射流过渡的临界电流后，降低电弧电压，使之间或出现短路现象，就是亚射流过渡。然而到目前为止，未见“亚射流”过渡在生产上实际应用的报告。 事实上，技术发展到今天，在逆变焊机的基础上通过采用数字技术，已可以对熔滴过渡进行实时、精确的控制，如在脉冲的半波内再加以脉冲（所谓的双脉冲）甚至在一个脉冲周期内，前后两个半波分别采用不同的熔滴过渡形式（所谓的超脉冲），使焊接开始逐渐进入“随心所欲”的境地。例如，用超脉冲，不但

7、已可以焊接很薄的铝板，而且用MIG焊可以焊出与TIG焊一样的焊缝。又例如，奥地利Fronius公司用四元混合气体，用数字化焊机对铝合金的角焊缝进行脉冲MIG焊，单面焊双面精确成形，效果非常好。有关双脉冲和超脉冲过渡，请参看“网络课程”的相关内容。二、保护气体1. Ar：应符合GB/T4842-1995纯氩的要求比空气重，用于厚度不大的铝、铜（合金）的焊接2. He: 应符合GB4844.2-1995纯氦的要求电弧发热量大但比空气轻，价格昂贵，一般不单独使用3. Ar + He: 常用于大厚度的铝、铜（合金）的焊接另外，N2对于铜（合金）而言是惰性的，可以用Ar + N2焊接铜（合金）。最后，需

8、要指出的是，现在对于铝、铜（合金）的焊接，已不再单纯限于用惰性气体，正越来越多地采用微量活性的混合气体，即铝、铜（合金）的焊接也正在由MIG向MAG焊发展，如奥地利Fronius公司铝合金角焊缝双面成形MIG焊用的四元混合气体就是微量活性气体（0.5O2、8CO2、26.5He、65Ar） 。三、焊接参数的选择 MIG焊的焊接参数计有：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、（焊接速度）、保护气流量等。1、焊丝直径： 应根据焊件的厚度、焊接层次及位置、接缝间隙大小、所选熔滴过渡形式等因素来综合考虑确定。 细焊丝通常多用于短路过渡的薄板/全位置焊，粗丝多用于喷射过渡的中厚板的平位置填充、盖面焊。 需要特别

9、指出的是，铝合金的MIG焊对杂质敏感，而且铝的材质较软，为最大限度保证焊缝质量和送丝稳定可靠，追求选用尽可能粗的焊丝进行焊接。 现在的技术已可以使铝合金MIG焊时，以粗丝焊薄板。如Fronius的全数字化焊机就可以用1.2mm的铝焊丝MIG对接焊0.8mm的铝板。下面是用冷金属过渡技术以1.2mm的铝焊丝MIG对接焊0.8mm铝板的照片。焊缝截面焊缝正面焊缝背面（实芯焊丝焊接，背面无保护）2、焊接电流 应根据焊件的厚度、焊接层次及位置、焊丝直径大小、所需熔滴过渡形式等因素来综合考虑确定。 焊丝直径一定时，可以通过改变电流的大小来获得不同的熔滴过渡形式。 铝合金MIG焊时各种熔滴过渡的参数区间可

10、参考下图。注意图中电流是连续电流，而脉冲喷射过渡的电流是指它的平均电流。3、电弧电压 短路过渡的电弧电压较低，喷射过渡的电弧电压相对较高。 MIG焊时的IU关系可参考右图（板A1-Mg2.5%，焊丝A1-g3.5% ）。4、焊接速度 焊接速度要与焊接电流相匹配，尤其是自动焊时更应如此。 铝合金焊接一般用较快的焊接速度，半自动焊常在560m/h之间，自动焊约在25150m/h之间。 铝合金对接条件下各种焊接位置的IV关系可参考下图。5、MIG焊所需的气体流量比TIG焊的要大，通常在3060L/min，喷嘴孔径也相应地应有所增加，有时甚至要用双层喷嘴、双层气流保护。 同时要注意焊丝的伸出长度对保护

11、效果、电弧稳定性和焊缝成形的影响。铝材T形接头MIG焊的焊接工艺参数 a)平焊 b)立焊、横焊、仰焊 总结： MIG焊工艺参数选择的一般方法：板厚，然后，熔滴过渡形式I，最后根据I配以合适的U、V及气体流量。 另外，对铝合金的MIG焊：1. 坡口：角度可大至90,Al、Cu的导热性好，要留足够的钝边；2. 焊前清理：MIG焊对杂质非常敏感，对工件、焊丝均应进行严格的焊前清理并尽可能选用粗焊丝、用双主动轮送丝。3、建议尽量选用带脉冲的焊机，用脉冲电流焊接，若需单面焊双面成形时更应如此，并建议用衬垫或双脉冲焊接，注意背面保护。第四节MIG焊的其它方法一、脉冲MIG焊脉冲MIG焊是利用脉冲电流取代通

12、常的脉动直流的MIG焊方法。脉动直流和脉冲电流（方波）的波形如下图。it脉动直流：由交流整流而得（如再经滤波，则脉动程度减少）。其幅值可调，但脉动频率不可调。（方波）脉冲电流：由脉冲发生器产生，其幅值、频率均可调，即波峰、波谷的幅值、宽度（持续时间）均可以方便调节。it平均电流 由于采用脉冲电流，脉冲MIG焊的电弧是脉冲式的，与通常的连续电流（脉动直流）焊接相比:1、焊接参数调节范围更宽；如平均电流小于喷射过渡的下临界电流I0，只要脉冲峰值电流大于I0 ，仍然可以获得喷射过渡。2、可方便、精确控制电弧能量；不仅脉冲或基值电流大小可调，而且其持续时间可以10-2 S为单位调节。3、薄板及全位置、

13、打底焊能力优越。 熔池仅在脉冲电流时间内熔化，在基值电流时间内可得到冷却结晶。与连续电流的焊接相比，在熔深相同的前提下，平均电流（对焊缝的热输入）更小。点击看脉冲电弧2、焊接参数的选择 脉冲MIG焊焊接参数的内容与连续电流的普通MIG焊的大致相同，不同的是，其电流分为四个基本参数：脉冲电流ip、基值电流i0、脉冲（持续）时间tp 、基值（持续）时间t0，见图。itipi0t0tp 脉冲电流 主要决定熔池形状（尤熔深大小）和熔滴过渡形式。 基值电流 主要作用是维持电弧的燃烧，同时对焊缝的热输入、焊丝的预热有影响。 脉冲持续时间 主要影响焊缝热输入和熔池形状（大小）。 基值持续时间 对焊缝的热输入

14、、焊丝的预热有影响，同时影响焊接效率（焊接速度）。 另外，由以上四个基本脉冲参数可以推出其它参数，如周期T= tp + tp、频率=1/T、脉宽比（占空比） = tp / T、幅比= ip / i0等。这些参数都是在表述脉冲工艺时常用到的概念。在此需要特别指出的是，并非所有的焊机其脉冲参数的调节都是调“四个基本参数”，有的可能是调“占空比”或“频率”等。故此要对这些概念及它们之间的关系准确、熟练地掌握。 脉冲参数的选择：以上的脉冲参数是互相关联的，比如要增加对焊缝的热输入（平均电流），既可以通过增加ip ，也可以通过增加i0 ，甚至还可以通过增加tp或t0来达到（当然它们的效果不完全相同）。所

15、以，对脉冲参数的正确选择是比较复杂的，要考虑材质、熔深、焊接层次、位置、焊接速度以及焊工个人的操作习惯以及反应速度等许多因素，进行综合平衡、协调一致。建议参考有关手册的经验数据，然后通过焊接工艺评定试验来确定。 另外，由于GMAW（熔化极气体保护电弧焊）工艺参数（尤脉冲工艺参数）确定的复杂多变性，每一次焊接都靠人工试验来摸索、确定工艺参数，将会非常不经济，对工艺的推广也会带来很大的制约，所以，现在正逐步通过在焊机上建立专家系统来解决这个问题。这就是焊接专家系统的意义所在。 关于“一脉一滴”：所谓一脉一滴，即一个脉冲过渡一个熔滴，这样的熔滴过渡，对焊接的控制（包括焊缝成形和热输入）最精准，是焊接

16、所追求的。但如果焊机没有相应的智能化的数字控制环节，仅靠人工调节焊接参数，是很难获得一脉一滴的。二、窄间隙焊（NGW-narrow gap welding） 厚大板件（对接）焊接时不开坡口、只留很窄间隙的一种焊接工艺，有窄间隙焊埋弧焊、窄间隙气体保护焊包括NG-TIG 、NG-MIGMAG 等形式。 窄间隙焊的特点：1、生产率高、成本低（因不开坡口，节约材料和电能等）2、焊接质量好（HAZ小，焊缝组织细密）3、能全位置焊4、设备复杂/对电弧变化敏感NG-MIGMAG的应用材料：低碳钢、低合金钢、高合金钢、铝和钛等合金。行业：锅炉、石化行业的容器最多见，另外，在机械、建筑、管道、造船和桥梁等也有

17、应用。窄间隙熔化极气保焊的形式： 低热输入窄间隙熔化极氩弧焊b=69.5mm,细焊丝（0. 8 1.6mm）随导电嘴导入间隙内，保护气亦随导电嘴导入间隙内，可采用双层气流；为提高生产效率，可采用双丝或多丝。多采用活性混合气体。可进行全位置焊，焊缝力学性能好，焊件变形、应力小。难点：侧壁的熔合以及焊枪的小型化 高热输入窄间隙熔化极氩弧焊 b=1015mm，粗丝（24.8mm）伸入间隙内（导电嘴和气体喷嘴在间隙外），可采用正极性，也可采用多丝焊，一般用活性气体保护。 工艺相对简单易行，焊接生产效率高，但不易进行全位置焊，所焊厚度通常小于152mm。补充：熔化极活性（混合）气体保护焊（MAG:met

18、al active-gas arcwelding ） MIG焊在焊接效果上存在一些不足，所以其应用范围较窄，多用于铝合金的焊接。事实上，近年来，连铝合金的焊接也在向用活性混合气体扩展。MAG比单纯的MIG应用范围要广得多，是熔化极气体保护焊的发展方向。 按照GB/T5185-1985金属焊接及钎接方法在图样上的表示方法的规定，熔化极非惰性气体保护焊包括二氧化碳气体保护焊，所以，MAG（俗称富氩气体保护焊）包含CO2焊的标注代号都是135。 目前，由于商品混合气的供应和专家系统的应用，使MAG上 述缺点已得以克服。 MAG由于焊接质量高、适应性好，对各种 金属尤其是钢类的焊接比MIG应用更广，发

19、展很快。 要用混合气体而多元气体的混合困难；焊接工艺参数复杂。 混合气体及熔滴过渡形式多样，参数可调范围很宽，适 应范围更广，焊接效果更好； 便于自动焊接。缺点：一、 MAG的特点 优点：二、MAG常用活性混合气体及其适用范围（P90表3-9）混合气体参考配比适用范围Ar+O212% O2不锈钢或高合金钢O2max20%碳钢和低合金钢Ar+CO2配比可任意调整（CO225%时呈CO2电弧特性 ）碳钢和低合金钢Ar+CO2+O22% O2、5%CO2 不锈钢或高合金钢（焊不锈钢时CO2仅用微量/焊超低碳不锈钢不推荐含CO2）80：15：5碳钢和低合金钢注：表中的配比为参考值，在实际焊接中成分、配

20、比均可以变化；焊接碳钢、低合金钢时混合气体不必用精氩，用粗氩即可。 点击此处了解更多混合气体！三、MAG焊工艺（一）熔滴过渡形式及规律 用什么熔滴过渡形式在MAG焊中是一个重要的问题。熔滴过渡形式获得特点适用场合短路过渡低电压、较小电流时获得有短路过程、热输入小打底全位置薄板喷射过渡电流大于临界电流时易在Ar弧中获得熔滴细、频率高熔深大、熔敷快中厚板的填充、盖面可全位置焊脉冲射流过渡脉冲峰值电流大于临界电流时易在Ar弧中获得(要用脉冲焊机)可控性最好（尤一脉一滴）打底全位置厚、薄板填充、盖面均宜可用的熔滴过渡形式见下表：Ar-CO2气体混合比焊缝金属含氧量的影响（焊接热输入，2.5MJ/m）

21、焊丝A 焊丝B 焊丝CAr-CO2气体混合比对合金元素过渡率的影响（焊丝1.2mm，成分：C 0.07%、Mn 1.13%、Si 0.65%、Cr 1.42%、Mo 0.60%） Ar-CO2气体混合比对短路过渡频率的影响短路过渡时气体混合比对飞溅率的影响11.6mm，23V，220A 21.2mm，22V，140A31.6mm，23V，190A 41.2mm，26V，160A MAG焊熔滴过渡的规律 在（富）氩电弧中，在正常的焊接电压的条件下，熔滴过渡形式依次为： 粗滴过渡 细滴过渡 射滴过渡 射流过渡 旋转射流过渡电流：小 大熔滴体积：大 小过渡频率：慢 快 在（富）氩电弧中，在较低的焊接电压和电流的条件下也可获得短路过渡。 由此可见， MAG可以采用不同的熔滴过渡形式，如用脉冲电流，通过（数字机）精确控制，还可以获得一脉一滴的精确可控的脉冲射流过渡，可以满足焊接的不同要求，这是其它焊接方法所不具备的，是MAG优越性的体现，使它得到广泛的应用。 最后，需要指出的是，专家系