气体保护焊熔化极资料

第一章气体保护焊工艺基础（5b）

第五节保护气体

・单•成分的保护气体

二混合保护气体

三常用保护气体的选择

许多材料可以用较多种类的保护气体焊接。在选择采用何种保护气体时必须考虑许多因素，进行相互比较,

旨在得到高的焊接质量和经济性。

表1T2给出了几种最基本保护气体的性能，气瓶颜色和连接螺纹。在选择保护气体时应注意以下事项：

•材料和材料外形尺寸

•焊缝准备及其公差

•焊接位置

•保护作用和防气孔的可靠性

•保护气体和焊丝的合理搭配

•焊渣量

•焊缝金属的性能

•耐腐蚀性（尤其是铭银钢）

•可应用的电弧种类和工作点

•焊接速度

•由一只喷咀或同两只喷咀喷出保护气体

•飞溅量和飞溅大小

•焊机购置

•经济性

•由保护气体区出来的有害物质和杂质。

保护气体对于焊接影响的大小，不仅决定于保护气体的组成和性能，更主要的影响因素却在于电弧种类和

工作点选择、焊丝种类、焊接电源特性、焊炬情况及其它的边界条件。表1-13介绍了常用保护气体的分

类，它是按反应性能来分类的。

表1-12几种基本保护气体和性能，气瓶颜色和连接螺纹

焊接时的反应性在15°C和1巴时的气瓶颜色气瓶连接螺纹

气体种类比重公斤/米3

鼠Ar惰性1.759灰色W21.80x1/4“

氢He惰性0.176灰色W21.80x1/4"

二氧化碳C02氧化性1.849灰色X）V2L80x1/4“

氧02xx)氧化性1.3361色R3/4“

X）二氧化碳气瓶除了颜色外，另外有识别字母S或ST

XX）氧气只能和其它保护气体混合使用

表1-13常用保护气体的分类

各组成成分的体积气按DI、1910

氧化性惰性还原性反应惰第4部分适

分类序号组成气性用的焊接方备注

体数

C0202ArHeH2N2法

R11————100—原子氢焊还原性

22——其余—113—鸽极氢弧焊还原性

1)等离子焊

I11——100———鸨极量弧焊

21—等离子焊，

惰性

3211余熔化极惰性

气体保护

焊，焊根保

护

Ml12—1-3其余—————

1)t

222-5—其:东———

1)

MAGM

326-14—人余——

弱氧化性

1)

强氧化性

M21215-25—其余————

1)

235-151-3其余———

1)▼

32—4-8其余———

1)

M31226-40—其余———

1)

235-204-6其余———

1)

32—9-12其余———

1)

•

-11100—————MAGC

•

*12——乂余—1-30—煌根保护在H2>10%时呈现还原

1)性

22————1-30其余

1)此处的鼠气可部分由氨气代替

表中的R类气体为起还原作用的保护气体。属于这类的有原子氢焊用的氢气，还有氧气含量达15%的氢-氢

混合气体，用于等离子焊最外层的保护气体和焊银材时采用，偶尔在鸽极敏弧焊也采用这种保护气体。

I类为惰性气体。这里多指氨气、氮气和敏-氮混合气体，用于铛极氢弧焊、熔化极惰性气体保护焊和等离

子弧焊。

M类属于具有氧化性的保护气本，又可按氧化性的强弱进一步细分为Ml,M2和W3和另外一类完全用C02作

保护气体的C类。M和C类同为氧化性保护气体。M类适用于混合气体的熔化极活性气体保护焊（MAGM）。

主要气体成分为氢气，部分也允许用氮气代替。这种混合气体的活性成分为二氧化碳（C02）,在电弧的高

温F，二氧化碳分解生成一氧化碳和氧或氧分子（02）o三元混合气体指除氧气外，还有两个活性成分，

即C02和02。完全用：氧化碳作保护气体的焊接称为MAGC焊，即二氧化碳熔化极活性气体保护焊，简称

为C02气体保护焊。

F类为作焊根保护用的保护气为。供单面焊时防止焊根氧化，利于底部焊道的成形。一般由菽气和氢气或

氢气和氮气组成。后一种主要用于焊接非合金和低合金钢。

为确保焊接质量，防止产生气孔，除了应正确选择合适的保护气体外，还必须注意保持保护气体的纯净。

具体措施为：

•应保持保护气体管道和焊炬的密封和干燥

•注意冷却水的密封，使焊炬上无冷凝水

•使用干净的和与焊接任务一致的保护气体喷咀

•注意正确调节气体喷咀的位置（距离、倾角和对准焊缝1

•注意计量好保护气体的流量

•选择合适的电弧工作点（指电弧长度等）

•注意焊接时气瓶的压力不得低于气体流量表的工作压力（2-4巴），以确保对焊缝金属的保护效

果.

•注意在旋开减压阀后，必须立即再关闭气瓶阀门，不能让空气跑进“空”瓶内去。

此外，应根据焊接方法和材料来选择相应的保护气体（表1-14）°

如表所示，对有色金屈、奥氏体不锈钢和高温合金可以用惰性气体（纯敏或纯氨）进行的气体保护焊，既

可以用铝极，也可以用焊丝（熔化极）。

对铜及铜合金以及用氮合金化的奥氏体钢可用纯氮气进行熔化极气体保护焊。对碳钢和合金结构钢一般用

C02气体保护焊。对铝和铝合金、钛行钛合金则常用敏和筑混合气体的气体保护焊。此时短含量应W75柒

不锈钢和银基合金钢则广泛使用氨气加二氧化碳、氢气加氧气和氮气加二氧化碳加氧气的熔化极活性气体

保护焊。

表1-14常用保护气体适用的焊接方法和材料

适用焊接方法焊丝直径适用的金属焊件厚度施焊方式焊接位置.备注

保护气体成材料（亳米）

分

钙极显弧焊手工焊，自动焊

熔化极惰性喷射过渡0.8-1.63-5半自动焊全位置立焊向下焊

纯Ar

气体保护焊1.6-5.05-40平焊

脉冲喷射过0.8-2.01.5-5自动焊全位置立焊向下焊

TJUjlE牺9

渡1.6-5.06-40平焊

奥氏体不锈

铛极氮弧焊手工焊，自动焊

钢和高温合

熔化极惰性喷射过渡0.8-1.64-6半自动焊，全位置立焊向下焊

纯He气体保护焊自动焊

1.2-4.06-40自动焊平焊

脉冲喷肘过0.8-1.22-5半自动焊，全位置立焊向下焊

渡自动焊

Ar+HeAr+<75%He中等好好扁平形焊接热输入

熔深较大比Ar高

Ar+H2/\r+(5-15)%H2中等好还原性，H2

大于5%时会

产生气孔熔深较大

Ar+CO2Ar+5%CO2低，中等好好弱氧化性

Ar+20%C02好好中等氧化性

蘑菇形，熔深

Ar+02Ar+(1-5)%02低好好弱氧化性

较人（改善焊

Ar+C02+02Ar+20%■1好好中等氧化性

缝成形）

C02+5%02

CO2+O2CO2+W2O*02高稍差满意强氧化性扁平形

熔深较大

而用纯氮气作保护气体时，其电位梯度比用纯K气时高。焊缝呈扁平形。因为焊接热输入较大，电孤能量

分布宽。

使用氮气时尽管弧柱电位高，但电弧不稔定，熔滴过渡特性差，易在钢中引起气孔和氮化物，使煌健金属

脆化，较适用于铜和锲的焊接。

当用氨加氮的混合保护气体时，按相互所估比例的不同，乂分以氮气为主的和以岚气为主的两种。孤柱电

位梯度为中等。两者间熔滴过渡特性有一些区别。熔深均较大。同时具有两种惰性气体的性能。适合焊大

厚度的铝制工件。

下面着重介绍熔化极活性气体保护焊（MAG）常用保护气体的•些重要知识，即在表1-30中的C类和M类

保持气体对焊接性能的影响。总的来讲，使用这些活性保护气体必须注意如下几点：

防气孔的可靠性

由二氧化碳（CO2）分解出的氧或作为保护气体加入的氧和熔池起反应。除引起合金元素烧损外，有可能在

熔池中形成气体状物质。如焊健金属内有足够的与氧有较大化合力的元素存在的话，可避免产生气体状氧

化物。产生的氧立即被化合以焊渣形式迅速从熔池分离出去。焊接非合金钢时必须采用合金钢焊丝。为了

避免气孔，应让保护气体与焊丝合理搭配，此外还应确定合理的电弧工作点。电弧电压调节不当和熔化功

率偏高时均可能引起气孔。

烧损和夹渣

如前所述，氧的最重要的化学反应是造成氧化物夹渣。夹渣沉积在焊缝区内，此外氧还易造成烟气并导致

合金元素的烧损。

在表1-13中M3类混合保护气体以及用CO2保护气体时，其夹渣情况比用Ml和M2时严重一些。因为央渣

景附煌丝中的锦和硅含量增加而增加。此外，这种夹渣量还随电弧长度（申.弧由压）增加，并随电弧功率

提高和焊接速度降低而增多。必须采用有足够高合金成分的焊丝来弥补合金元素的烧损。

焊缝金属中残留的氧化物可导致焊接接头韧性的降低。尽管如此，用C02或高含氧量的混合保护气体（如

M3.3）所取得的冲击韧性在许多应用范围也是完全可满足要求的.

在用强氧化性保护气体进行多道焊时必须注意，不得有夹渣。为比，每焊一道焊缝之前必须仔细检衣，看

看前一首这焊缝内是否有夹渣，如有，必须先清除掉夹渣后再焊。

对格银钢的耐腐蚀性

不能用纯二氧化碳保护气体焊接低碳奥氏体铭银钢。可以用混合保护气体，但其中的二氧化碳含量应限制

在一定范用（CO2V5%=c当采用的一氯化碳含量小于此.5%的宙就的混合保护气体时，可得到基木上无氧

化的焊缝表面。当用非镇定的铭锦钢焊丝焊接时，保护气体中应完全放弃采用C02,而改用含1-5%氧的富

氢的混合保护气体。若保护气体中的二氧化碳偏高，熔池内吸收由保护气体中分离出的碳。那些仅仅微量

增高的碳也可能促进产生晶间腐蚀。对于没有

明显腐蚀应力的铝银钢，例如低温技术中应用的铭银钢，用较高二氧化碳含量（<20*=）的混合保护气体

也没有问题。

充填（空心）焊丝

这种充填（空心）焊丝不能自己保护。焊接非合金钢和低合金钢时多用二氧化碳气体保护焊或用混合气体

的气体保护焊焊接。但应控制混合气体中的含氧量不宜过大。

1二氧化碳（C02）

二氧化碳保护气体多用于焊接非合金钢和部分低合金钢。

氧化碳的最小单位（分子）是由一原子碳和二原子氧组成的化合物。因这个化合物处于全饱和状态，不和

其它物质产生反应。二氧化碳是一种无色无味的气体。在市场上二氧化碳被作为碳酸（二氧化碳的水溶液）

出售。和空气相比，二氧化碳的流动性好，比重较大，在电弧区受热后体枳和压力增大（分子分解所引起），

从而使二氧化碳气体具有良好的保护作用，可以可靠地防止产生气孔。

使用二氧化碳保护气体对焊接性能的影响表现在以下三个方面：

1）对电弧的影响

二氧化碳电弧除r受到金属烟'雾的影响外，还在很大程度上受到这种保护气体导热性的影响。二氧化碳气

体导热性好，故导电的电弧截面小，所以二氧化碳电弧中的电压降和电流密度比混合保护气体电弧大一些。

其电弧电压比用混合保护气体时大4伏。尽管.•氧化碳电弧有高的能量密度，用正常焊接参数焊接时在焊

缝中心不会产生指状熔池。二氧化碳的导热性好除了引起分子变化外（CO2<­»COtO）,在相同的电弧

功率下焊缝熔池成形比用富氮混合保护气体时明显宽一些。故用少量的侧向摆动焊丝，便可以得到较宽的

熔池。二氧化碳气体保护焊特别适用于某些特殊位置的焊接，尤其是厚壁工件下降焊缝的焊接。

2）对熔滴过渡的影响

二氧化碳电弧，由于电流密度和温度较高，靠发热和分子分解时产生的爆炸压力产现熔滴过渡。此外，在

较大电弧功率时的二氧化碳电弧的熔滴过渡有可能引起短路。这种作用在电弧上的力和短路过程使烯滴过

渡变得较困难，往往会造成剧烈飞溅，并会因振动而导致熔池位移。为减少熔滴过渡的这种困难，可采取

下列措施：

•选择合适的电弧工作点

•缩短焊丝伸出端的长度

•选用合适的焊丝材料和直径

•调节电功率

在二氧化碳气体保护岬时必须非常仔细地调节电压和电流强度（熔化功率）.电流强度的变化曲线对各个

电孤相位有很大的影响。尤其重要的是短路后再次引弧电功率不宜过高。只要全面考虑了各种可能的影响

因素，可以得到光滑的焊缝和较少的飞溅量。

用二氧化碳保护气体焊接壁厚1亳米以卜的薄壁工件比较困难，另外当开I型或V型坡口无铜垫间隙大时

其搭桥性能不如用混合气体的气体保护焊。

纯二氧化碳电弧不能用山脉冲电流控制的熔滴过渡。只有在保护气体区域具有较高的二氧化碳含量（80%）,

并在焊炬旁通过一附加喷咀向电弧区内喷入纯氢气才能得到喷射电弧和脉冲电弧。

3）对焊渣的影响

二氧化碳气体保护焊产生的焊渣较多。在焊接小焊缝时焊渣沉积区可能出现不均匀成形的焊道。当用大电

弧功率焊接时，焊渣造成烙池剧烈振动，若焊接参数选择不当将会引起咬边。

2氨气和二氧化碳混合气体

焊接非合金钢和低合金钢时可以应用二氧化碳含量在10-30%的富冠混合保护气体。可用实心焊丝和充填（空

心）焊丝。一般不宜用于焊接奥氏体格锲不锈钢。

和用纯氢气时相比较，随着寂气中二氧化碳含量的增加，熔池变深（图1-21）,气孔敏感性小，焊渣量大。

只要电弧不是过长，工件表面没有氧化皮和铁锈，产生的焊渣比用纯二氧化碳气体保护焊时明显降低。

当采用二氧化碳短弧、喷射弧和脉冲弧工作时，只要焊接参数合理，焊接时的飞溅很小。现分述如下：

1）短弧

用抗气和二氧化碳混合气体短弧焊时，适用于薄板连接和间隙大时搭桥。对于强制位置.焊，尤其是厚壁工

件下降角焊缝，应优先采用高二氧化碳含量的保护气体。从而可以减少因焊接速度不均匀和运条不当造成

的连接缺陷。

2）喷射弧

在电弧功率大时，用低二氧化碳含量的这种混合保护气体焊接也可得到喷射弧。当二氧化碳含量超过15%

后，熔滴变大，伴随短路，形成部分熔滴过渡。在二氧化碳含量大于30%以后，其熔滴过渡情况和二氧化

碳气体保护焊时的很类似。防止产生气孔的可靠性增加，由于此时氨气中的二氧化碳气体较多，熔池深度

增大，但也同时增加了焊渣量和飞溅。

3）脉冲弧

随着二氧化碳含量增加，脉冲瓠焊较困难.只有在焊炬结构上采取一定措施，让两种保护气体分开来送入

电弧区时，才能在采用高二氧化碳含量的混合气体时得到脉冲弧［图1-23）,这一点也同样对喷射弧适用。

根据电源的动态特性曲线和其它的焊接条件，在短弧和喷射弧间的工作点可能会引起剧烈的飞溅。故应避

免在这中间区域施焊，应调节成脉冲弧以减少"贱。在喷射弧区内，如焊到大间隙或工件边缘，往往会由

于偏吹而出现剧烈的飞溅。

3氨气和氧气的混合气体

焊接钢材时，在这种混合气体中的含氧量为1T2%。

这种混合气体和纯氧气相比，熔池较深和烧损较大。若增加混合气体中的含氧量，可降低熔滴过渡时的表

面张力，减小熔化范围。形成一种平坦而光滑的焊道。适用于焊接奥氏体铭镣钢。优点在于焊缝金属不会

海碳。可通过变化含氧量和焊丝化学成分的措施控制电弧工作点以调节烧损。尽管含氧量高的这种混合气

体焊接后焊缝金属的韧性有一些降低，但一般情况下仍能达到材料要求的冲击韧性。

1）喷射弧和脉冲弧

在这种氮气和氧气的混合气体中喷射弧和脉冲弧很稳定。和氧气加二氧化碳的混合气体相比，喷射孤的工

作范围在较小的电弧功率时便已开始。由于电弧形状决定于氨气，也由于焊丝端部的表面张力较小，故为

一种小体积和无飞溅状的熔滴过渡。飞溅少是因为较小的体积和较少热焰的缘故。工件熔池不大，熔滴分

离较容易。在保护气体喷咀上只有少量6溅，能不间断地焊较长的焊缝，不需要中途中断下来清洁保护气

体喷咀。

2）短弧

这种鼠气和氧气的混合气体很适合用短弧焊接薄壁工件。对•于强制位置的厚壁工件应改用氢-•.氧化碳混合

气体或大或小纯二氧化碳气体保护焊，因为这种氢气和氧气的混合气体焊接时熔池的表面张力较小，尤其

是焊下降焊缝时，会出现熔池过快前跑的危险。在上升焊或其它强制位置，当电弧功率足够大时，很难避

免出现较大的焊缝拱顶。

4氢气-二氧化碳-氧气的三元混合气体

这种混合气体的组成为3-7%氧气和575%二氧化碳气体，其余为氢气。

适合于焊接非合金钢和低合金钢。只有当••氧化碳含量低于5$时，才允许将这种混合气体用于焊接有腐蚀

应力的奥氏体格探钢。

这种三元混合气体的优点是兼有氨气-二辄化碳和氨气氧气这两种混合气体的特点。

当采用短弧焊接时，特别适合于薄板和大间隙搭桥焊。在采用有高熔敷量的喷射弧时，熔滴过渡很细，几

乎看不见飞溅。

在这种三元混合气体中若减少：氧化碳含量，增加含氧量，也可勉强用于强制位置厚壁工件的焊接。

图1-22表示熔化极活性气体保护焊(MAG)中三种具有代表性的活性气体组成和V形坡口与角焊缝对焊缝

截面形状的影响。

焊接参数

焊丝SG2DI

焊丝直径1.

母材:Rst31

试样表面经i

自动焊焊接

焊接位置：；

焊炬调节：।

焊丝速度：0

焊接速度：：

保护气体流〕

接触管距离:

工作电压：；

备注：1)在

215A/J5V

图1-22几种保护气体组成和坡口形状对焊缝截而形状的影响

五MAG焊时在电弧和保护包体区分别送入不同保护气体的方法（MAGCI）

图1-23表示一只带有两个气体喷咀的熔化极气体保护焊的焊炬示意图。用处在内部的一只喷咀向保护区中

心区域输送氨气或筑气-氧气混合气体。而由外喷咀向保护区喷出二氧化碳气体。中心区域采用何种保护气

体主要决定于应用的电弧种类。当应用喷射弧和脉冲弧时希望最好向电弧区喷出高含氧量的保护气体。这

两种电弧均可调节，使匕溅减少到很小的程度。外部区域用二氧化碳气体保护不会对熔滴过渡带来不良影

响。

图1-23分别将不同保护气体送入内、外保护区的MAG焊焊炬示意图（MAGC1法）

为确保电弧区含氧气多的部位的氧气不流失，内喷咀和电弧间的距离不得过大。下列情况可能造成二氧化

碳侵入电弧区，从而出现问题，即：焊丝端部和喷咀中民线偏差过大；喷喷变形或位移：K溅粘附于喷咀

上：在高度时选用了不合理的焊接参数；焊炬倾斜角太大或坡口没开好等。

这种MAGCI法尽管存在着保护气体消耗大，保护气体控制和焊炬结构以及必须确保与这种方法有关的焊接

条件等缺点，但还是必须的，因为用它来焊接非合金钢和低合金钢还是完全经济的。其主要的优点是仅用

少量的缸气（15-25%）,其余为二氧化碳，应用飞溅很少的喷射瓠或脉冲弧。

和纯二氧化碳气体保护焊相比，熔深小和焊渣较少，但若和其它多数混合气体保护焊相比则较大。焊健性

能和其它MAG焊所达到的差不多。

六焊缝背面保护气体和焊根保护设备

焊缝背面和焊根受到较高的温度加热，但从焊炬喷出的保护气体往往不能对这部分进行保护或保护得不够。

焊接时如焊缝背面暴露在空气下，即未施加保护时会产生氧化。对钢材来说，会因受热变色，出现粗糙的

氧化层。对某些气体敏感性的材料（如钛、偌和锌I）,在热影响区会引起严重的脆化。常用的焊缝背面用

的焊根保护气体有菽气、菽气和氢气以及氮气和氢气的混合保护气体。

负气的价格较贵，只有在有特殊要求时才用于作焊缝背面的保护气体。常用的焊根保护气体有两种。当焊

缝背面表面质量要求较高时（例如热变色）应用氧气加（1-30%）氢气，一般非合金钢和低合金钢的焊根保

护气体均采用氮气加（1-30%）氧气。由于这些保护气体含有氮气和氢气，对大冬数非铁金属材料有不利的

影响，故几乎只适用于钢材（铁素体铭钢也不能用）。

如果钢材焊后不允许出现热变色，必须对温度在400K以上的工件热影响区施行焊根气体保护。有下列常用

的焊根保护设备：

最简单的，但不完善的保护方法是在焊^坡口背面垫一块带有槽的短板来作对接焊缝的焊根保护（图1-24）。

工件上部焊炬喷出的氮气被垫板挡住，从而使焊根也处在保护气体的保护范围内。这种方法仅对工件焊根

留有间隙的焊接才适用，而垫板和工件间不得有间隙。

图1-25山铜滑块下面通入埠根保护气体的夹具图1-26焊接气体敏感性强材料用夹具

图1-25是一种较完善的焊根保护方法。铜滑块的槽内钻有许多孔，即从铜滑块下面向焊根通入焊根保护气

体。

如需作大面积保护，可以焊缝背面用多孔的金属过滤板或用前面放有细孔板的钢丝网实现气体保护的均匀

分布。焊接那些对气体敏感的材料（如钛材），如不能在充满氮气的小室或帐篷内焊，便应用图1-26这种

带有保护气体喷雾器的夹具。

图1-27表示各种管子焊根保护气体的输送设备。可限制保护气体空间以较少的气体量收到良好的保护效

果。这种设备也起夹持零件和焊根成形的作用。

图1-27由管端管塞通入焊根保护气体

图1-28大直径管用油毛毡密封

可采用专用夹具来密封管内的保护气体的空间。当焊接较长的小直径管道，因为从管道内部无法焊，可从

管道两端管塞的孔中通入焊根保护气体。管塞可用木塞或橡皮塞（图127）o

对于大宜径管子，为进行焊根保护，可在管内用油毛毡制造的密封碗或密封留锥插入，通入焊根保护气体

时自动张开。管外焊缝上帖一铝或玻璃纤维的胶带或带槽的可回转挡板（图1-28）。

大直径管采用这种密封方法的目的是节省煌根保护气体。但在使用时应尽量限制预热温度不宜过高，否则

油毛毡易燃烧。管子外侧用胶带或带槽牢房转挡板盖住未焊部位可防止焊根保护气体的流失和空气的侵入。

图1-29是大直径管适用的焊根保护专用夹具。采用了皮革或橡皮碗的弹性密封方式。

这种密封方法比图1-28的密封效果好，但制造专用工具费用也高•些。同样也要控制预热温度，闪反革或

橡皮均不能耐高温。另一方面，如工件直径变化时，需更换相异常直径的密封环。

如她也好.出戊

图129适用于大直径管的弹性密封方法

图1-30大直径管焊由

为了解决这几个问题，又发展了图1-30这种采用弓形结构，靠推杆和弹簧胀缩，刚性的大直径管焊根保护

夹具。

图1-30这种夹具的优点是焊根保护气体的耗量最少。管径的微量变化对密封的影响不大。不怕采用高的预

热温度和焊接热影响区的高温影响。

应正确控制焊根保护气体的流量，不宜过大，因过大时挤压熔池，导致焊根成形缺陷。但过小又起不到驱

赶空气、防止空气侵入的作用。

7.对熔化极气体保护焊焊机的评价

现在还没有具有约束力的标准和判定标准来评价和比较焊接设备,评估焊机的使用性能首先应注意技术参

数，可以从焊机制造厂商提供的铭牌和焊机使用说明书中杳到技术参数。其次再通过试样焊接来判定焊机

的操作性和焊接性能。最后再考虑焊机的经济性和制造厂商的售后服务部等因素。

表5-3给出r评估焊机的一些重要的项目，其中有的项目和焊机的应用范围有关。

表5-3熔化极气体保护焊焊机的评估项目

焊接性能操作性能经济性

技术参数

调节范围引弧操纵元件购置鸵

负荷性能（合闸时间）电弧稳定性测量设备可用率

连续或分段的电压调节和电弧长度调节运输可能性功率因素

级差的大小（“内调节”的惰忤）检定性效率

遥控飞溅情况和各种电网电压连接的可空载损失

调节脉冲电弧的可能性焊缝成型能性维修班用

焊接参数储存（编程）（戌型，焊波）焊接电缆和焊炬的连接备件情况

从焊缝开始到结束的电流估地面积（供货期，费用）

程序保护方式

可调节的附加电感（扼流

圈）

点焊和缝焊定时开关

可调节的自由燃烧时间

稳压设备

冷却设备

噪音大小

第三节熔化极气体保护焊的电弧和熔滴过渡1）

一概述

在焊接时电弧作为能源，将电能恃换成热能.电弧过程可看成“独立的放电”，其过程如下：

电子从负极（阴极＞流出，以巨大的加速度飞往正极（阳极）。电广在冲撞正极时将运动能转换成热能。

产生高温，高温使有关材料熔化和部分汽化。电子在两极间飞行时碰到原子，便冲撞原子的电子壳层，又

进一步释放出电子，新电子流乂流向正极。原子残留物由于失掉了电子不再呈中性，而显示出带正电荷，

称为离子。离子具有正电荷，故离子加速流向负极。离子和负极冲撞时也同样产生热能，导致熔化和蒸发。

电子和离子在气柱的电场内的流体称为“等离子”。离子主要由金属原子产生，而保护气体中的原子是儿

乎不参加电离的。尽管如此，保护气体的化学成分对熔滴过渡的种类和焊缝成形仍有很大的影响。保护气

体的种类会影响到导电电弧截面的大小，从而也会影响到熔滴分寓力的大小和方向。导电电弧柱的截面和

发光的电弧外壳不是•回事，它和保护气体的导热性有关。当为具有优良导热性的保护气体时，可形成一

种截面剧烈收缩，电流密度较大和温度较高的电弧核心。

二氧化碳气体和氮气都具有很好的导热性。在这两种保护气体作用下均可形成•种与氤气或富氢混合保护

气体时相反的细的导电的电弧核心。电弧柱的剧烈收缩会造成电阻增加和正负极间电压降的加大。在同样

的熔化能力下二氧化碳电弧的电压比富气混合气体的的电压高3伏左右。

尽管在二氧化碳气体保护焊时电弧核心很小，但由于这种气体导热性很好，可得到如图5-38所示较宽的高

温环形区和较深的侧向熔池。

图5-38氯气和二氧化碳保护气体对电弧形状的影响

图5-39熔滴过程

在二氧化碳气体保护焊时部分二氧化碳气体被电弧焊接热量分解（热分解）。二氧化碳分子分解成一氧化

碳和氧。同时产生•膨胀力。在低温电弧区（指电弧外层和引弧部位）一氧化碳和氧又再次结合生成二氧

化碳（再化合）。并同时释放出在分解时吸收的能量，增加熔池温度。部分分解出的氧和熔池材料化合，

形成对渣。这样化合的氧也产生少量二氧化碳。电弧像任何通电的炉体样会产生个磁场，这个磁场会

使其中导电的电弧焊接核心产生进一步压缩的效果。随着导体电流密度的增加（安/宅米2）,在电磁场的

作用下电弧焊接核心的径向截面收缩增加，这个过程称为“收缩效应”（挤压效应）。在引弧区的电流密

度特别大，在这个区域以外的电流密度则较小，收缩力也较小。

在电极（焊丝）方向产生不同的收缩力，引弧部位和电弧柱受到轴向力作用，该轴向力由高电流密度区（大

径向力）向较小电流密度区（小径向力）的方向作用。这有点类似于挤牙膏时的情况，有一个部位呈现网

环形状收缩，牙仔从管子内被挤出来。焊丝熔滴分离的的机理也与此相同（图5-39）。

菽弧焊时由于菽气这种保护气体的导热性较小，形成较宽的电弧核心，电弧罩着较大范围的焊丝端剖。电

弧的热量熔化焊丝端部，但熔液的表面张力反作用，造成熔滴分离。如果在焊接时达到一定的临界电流强

度和电压，焊丝端中电弧焊接开始部位的截面便会剧烈收缩（收缩效应），分离成许多小熔滴，并快速流

向熔池。在德国标准DIN1910中称这种熔滴过渡形式为喷射弧，只有在用家气或富氨混合气体进行焊接时

才会产生这种电弧。

氧弧焊的熔池特点是在工件表面熔池较宽（二氧化碳气体保护焊则与此相反），而在熔池中心部位，则形

成熔深大而尖呈手指状的熔池。后者是由剧烈加速的线状熔滴射流而引起的。

在二氧化碳气体保护焊时，形成一种截面收缩的电弧柱。在电弧开始部位的截面特别小，所谓电弧开始部

位指位于焊丝端面的下面的部位。由于此部位的电流密度高会产牛.一个抵制熔滴分离的力，即产生一个反

冲力。在此反冲力的作用下形成•大熔滴，该熔滴在产生剧烈侧向偏转后才分离。在熔滴分离前与熔池已

往往产生了如图5-40所示的短路。

根据德国标准D1N1910规定，二氧化碳气体保护焊的熔滴过渡形式随功率不同而异。当功率较小时用短弧,

而在功率较大时则宜用长弧。二氧化碳气体保护焊不宜用脉冲电流焊接（见脉冲电弧），因为如在脉冲相

位遇到巨大的收缩力会阻碍及时的熔滴分离。

1焊丝的极性

焊接钢材时焊丝可以接正极或负极。如图5-40所示，在焊丝接正极时，只要焊接参数调节正确可以得到较

平坦的焊缝凸起部位的，并且同时具有足够熔深和较小飞溅损失的焊缝，故焊接钢材时多选用正极为焊丝

电极。

在焊丝接负极时，其熔化能力比按正极时提高30%以上，而在电源方面并不多消耗电能。估计产生这种效

应的原因是焊丝端部离子放电和电弧开始部位快速后跳获得高热量的缘故。焊丝接负极时具有较大熔化能

力和较小熔深的特点可利用来进行堆焊和焊接壁厚W0.8毫米的薄板。此时熔滴频率明显低于焊丝接正极

时的熔滴频率。焊丝接负极的缺点是焊缝凸起部分大，熔深小。当熔化能力大时产生飞溅多（图5-40）。

吩

发小

砂

图5-40焊丝极性的影响

2）铝

熔化极氯弧焊焊接铝时焊丝接正极。旨在能在工件上（负极）使高熔点氧化皮裂开和清除，即有一种“净

化效应”。而在焊丝接负极时却没有这种“净化效应'，使用氢气时的“净化效应”比使用叙气时要好一

些。正确的握持焊炬可加快这种“净化效应”。

2电弧偏移

任何带电导体周围无存在着一个磁场。这一点对电弧和。因为电弧可被看成一种运动的导体。若外加一个

磁场可引起电弧偏移。此时电弧不再沿着最短距离（即由焊丝到工件）燃烧。在局部强磁场作用卜，电弧

向弱磁场方向偏移。当用长电弧焊接时电弧的偏移尤其明显，这一点图5-41所示的过渡的熔滴。

防止电弧偏移的措施有：

焊接时不宜将电弧调节得过长:

在焊缝边缘焊一块辅助板；

倾斜握持焊炬.

3电弧种类

熔化极气体保护焊有以下几种最重要的熔滴过渡形式：即喷射弧，长弧，短弧和脉冲弧（表5-4）,在德

国标准DIN1910第4部分中对电弧种类的名称作了明确的规定。

表5-4按DIN1910第4部分规定办理的电弧种类

缩写符号材料过渡短路情况

名称

喷射弧（焊接）S最细的熔滴无短路

长弧（焊接）L粗熔滴偶尔短路

短弧（焊接）K细熔演短路

脉冲弧（焊楂）P可调节熔滴大小和熔滴频无短路

率

第三节熔化极气体保护焊的日弧和熔滴过渡2）

-概述

二喷射弧（MAGS/MIGS）

^11DIN1910第1部分所述，喷射弧的特点是熔滴最小，材料过渡无短路。即喷射弧焊接时焊接参数不变，

用微小熔滴和自由飞行的熔滴实现材料过渡。焊丝端部在焊接时被熔化成尖形或扁平状主要决定于材料、

保护气体、电流密度和焊丝伸出端电阻的加热。喷射弧的熔滴过渡情况如图5-42所示。

由于喷射弧焊接时熔滴很小，且熔池流动性好，不适合于全位置焊接，一般多用于水平焊缝的填充和盖面

焊道的焊接。

现对喷射孤的调节说明如下：

图5-43上的工作点和图5-44上的工作点为喷射弧在熔化极气体保护焊电弧和熔滴过渡曲线图上的位置。

只有在应用了合适保护气体并具有足够高的电流强度和电压时才会形成这种飞溅少的喷射弧。图5-43上的

工作点和图5-44上的工作点表明此时具有足够的电压，但电流强度过小（或焊丝送进速度过小），熔滴

较粗大，因为电流密度过小。而在图5-43上的工作点，此时电压高出实际需要的电弧特性曲线救国很多,

引弧后电弧很长并突然中断。焊丝继续送进，接触工件后又重新引弧，电弧焊接达到较大长度后又突然中

断，这样反曳只能呈断续地焊接。

图5-44一的工作点表示的也是喷射弧的一种情况，具有足够的电压，但焊丝送进速度选得过大，电弧较

短。焊丝端部较尖，经常短路。

短的喷射弧（见DIN1910第4部分长弧）适用于厚板单层水平角焊缝的焊接。可避免角焊缝垂宜边卜.的

咬边和保证熔深达到角点，若电弧过短，焊炬位置不对以及焊接速度不当，尽管电弧功率较高，仍会造成

大的焊道凸起高度（如图5-45）所示。

图5-43熔化极气体保护层焊的电弧和熔滴过渡（一:

在较高熔化能力区MAG焊，保护气体组成为90%氯气+

在熔化能力不变的情况下，电压不同时的曲线

图5-45在用。

Stromst?rke：H

2

图5-4£

图5-44熔化极气体保护焊的电弧和熔滴过渡（二）

焊丝送进速度和电流强度对喷射弧的影响

用二氧化碳气体保护焊焊接钢材时，在•般生产中常用电流密度下依然会出现短路状的熔滴过渡。但在用

富量的混合保护气体（Ar+O2,ArKO2,Ar+CO2+O2）焊接时，尽管比时二班化碳含量一般低于20%,但在足

够高的电流密度下已看不到明显的短路现象。

在较大的喷射弧功率作用下，导电咀和气体喷咀将承受很高的热负荷。为避免导电咀和焊丝送进装置出现

故障，应在焊丝送进精度和电阻发热元件允许的范围内增加导电咀的距离。图5-46介绍了喷射孤焊时导电

咀端面距气体喷咀端面和工件表面距离的经验数据。当然，焊炬必须得到充分的冷却，对此也应给予足够

的重视。

三长瓠（MAGL）

图5T7表示长弧的熔滴过渡情况。这种长弧表示熔滴自由《行过渡和短路过渡混在一起的状态。长弧的熔

滴比喷射弧的熔滴大。

图5-47长弧的熔滴过渡

图5-48表示用二氧化碳或二氧化碳含员超过20%的富氤混合保护气体焊接忖.在整个电孤特性曲线卜除短

弧范围外可采用的几个工作点。Ar+02,Ar+C02或Ar+<20%C02这几种混合保护气体适合于喷射弧焊接，

长弧的特点是其工作点处在喷射弧边界位下面。图5-47表明，隹于长孤熔滴过渡时存在着部分短路现象，

故会产生很大的电流强度峰值。飞溅损失-•般较大。可采用以下措施来明显地减少飞溅损失：

图5-48二氧化碳气体保护焊用长弧焊接时的癖滴过渡（在较大熔敷量区域）

在相同熔敷量和不同电压的条件下选择工作点

1在众多减少飞溅损失的措施中，改善电源特性具有很大的意义,能调节特性曲线倾角，通过电子控制设

备和扼流圈可控制电流上升速度和短路时的电流峰值。如电源动杰特性较差时，可在焊机外附加扼流圈，

用滤波装置来实现对焊接参数的调节。

2优化电弧电压减少飞溅。在较大熔敷量时若具有足够高的电压，不仅可减少飞溅，而且可得到如图5-48

所示那种平妲和光洁的焊道作点）。并不是对任何熔敷量都可得到同样少的S溅。有时尽管熔敷量不

一样，但若采用合适的保护气体一焊丝搭配焊接，也可以得到较隹的工作点。

3高电流强度，很短的电弧，可在深的熔坑中产生熔滴过渡，让飞溅尽可能从侧壁开始。

4可采用图5-49这种较短的焊丝伸出长度来减少飞溅。

采用合适的焊接速度和正确的焊炬握持方法减少飞溅，因为焊接速度大时飞溅产生也多。

四短弧（UAGK/MIGK）

短弧的主要特点是在每一次熔滴过渡时均有短暂而有限制的短路所引起的电弧的中断现象。图5-50表明,

通过焊丝接触熔池会快速交替地出现燃烧的电弧和短路中断现象,这种几乎呈周期性中断的电弧焊接可用

较小的有效电流强度熔化焊丝。

图5-50短弧的熔滴过渡

图5-51用混合保护气体进行的熔化极气体保护牌

混合保护气体组成：90%;\r+5%C02+5%02,选取工作,

对于多数焊丝一保护气体搭配的情况而言，这种电弧和短路快速交替变化的工作区域处在电流允许负荷的

下半•部。图5-51和图5-52则表示电压值也处在电弧特性曲线区域的下T：部。

图5-50表示熔化极气体保护焊用短弧焊接时周期性的熔滴过渡的变化情况。为了便于理解，图5-50中的女

示重新引弧区，接下去是电弧加热熔池和焊丝端部。当处在位置时，熔化的焊丝端部和熔池接触，日于此

时电流密度和电压较小，不能产生自由的熔滴分离。熔化的焊丝材料流向熔池。由于熔滴接触工件，电压

迅速降低到零，