第一章氣體保護焊工藝基礎(chǔ)（5b）

第五節(jié)保護氣體

?單?成分的保護氣體

二混合保護氣體

三常用保護氣體的選擇

許多材料可以用較多種類的保護氣體焊接。在選擇采用何種保護氣體時必須考慮許多因素，進行相互比較,

旨在得到高的焊接質(zhì)量和經(jīng)濟性。

表1T2給出了幾種最基本保護氣體的性能，氣瓶顏色和連接螺紋。在選擇保護氣體時應(yīng)注意以下事項：

?材料和材料外形尺寸

?焊縫準備及其公差

?焊接位置

?保護作用和防氣孔的可靠性

?保護氣體和焊絲的合理搭配

?焊渣量

?焊縫金屬的性能

?耐腐蝕性（尤其是銘銀鋼）

?可應(yīng)用的電弧種類和工作點

?焊接速度

?由一只噴咀或同兩只噴咀噴出保護氣體

?飛濺量和飛濺大小

?焊機購置

?經(jīng)濟性

?由保護氣體區(qū)出來的有害物質(zhì)和雜質(zhì)。

保護氣體對于焊接影響的大小，不僅決定于保護氣體的組成和性能，更主要的影響因素卻在于電弧種類和

工作點選擇、焊絲種類、焊接電源特性、焊炬情況及其它的邊界條件。表1-13介紹了常用保護氣體的分

類，它是按反應(yīng)性能來分類的。

表1-12幾種基本保護氣體和性能，氣瓶顏色和連接螺紋

焊接時的反應(yīng)性在15°C和1巴時的氣瓶顏色氣瓶連接螺紋

氣體種類比重公斤/米3

鼠Ar惰性1.759灰色W21.80x1/4“

氫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）二氧化碳氣瓶除了顏色外，另外有識別字母S或ST

XX）氧氣只能和其它保護氣體混合使用

表1-13常用保護氣體的分類

各組成成分的體積氣按DI、1910

氧化性惰性還原性反應(yīng)惰第4部分適

分類序號組成氣性用的焊接方備注

體數(shù)

C0202ArHeH2N2法

R11————100—原子氫焊還原性

22——其余—113—鴿極氫弧焊還原性

1)等離子焊

I11——100———鴇極量弧焊

21—等離子焊，

惰性

3211余熔化極惰性

氣體保護

焊，焊根保

護

Ml12—1-3其余—————

1)t

222-5—其:東———

1)

MAGM

326-14—人余——

弱氧化性

1)

強氧化性

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—煌根保護在H2>10%時呈現(xiàn)還原

1)性

22————1-30其余

1)此處的鼠氣可部分由氨氣代替

表中的R類氣體為起還原作用的保護氣體。屬于這類的有原子氫焊用的氫氣，還有氧氣含量達15%的氫-氫

混合氣體，用于等離子焊最外層的保護氣體和焊銀材時采用，偶爾在鴿極敏弧焊也采用這種保護氣體。

I類為惰性氣體。這里多指氨氣、氮氣和敏-氮混合氣體，用于鐺極氫弧焊、熔化極惰性氣體保護焊和等離

子弧焊。

M類屬于具有氧化性的保護氣本，又可按氧化性的強弱進一步細分為Ml,M2和W3和另外一類完全用C02作

保護氣體的C類。M和C類同為氧化性保護氣體。M類適用于混合氣體的熔化極活性氣體保護焊（MAGM）。

主要氣體成分為氫氣，部分也允許用氮氣代替。這種混合氣體的活性成分為二氧化碳（C02）,在電弧的高

溫F，二氧化碳分解生成一氧化碳和氧或氧分子（02）o三元混合氣體指除氧氣外，還有兩個活性成分，

即C02和02。完全用：氧化碳作保護氣體的焊接稱為MAGC焊，即二氧化碳熔化極活性氣體保護焊，簡稱

為C02氣體保護焊。

F類為作焊根保護用的保護氣為。供單面焊時防止焊根氧化，利于底部焊道的成形。一般由菽氣和氫氣或

氫氣和氮氣組成。后一種主要用于焊接非合金和低合金鋼。

為確保焊接質(zhì)量，防止產(chǎn)生氣孔，除了應(yīng)正確選擇合適的保護氣體外，還必須注意保持保護氣體的純凈。

具體措施為：

?應(yīng)保持保護氣體管道和焊炬的密封和干燥

?注意冷卻水的密封，使焊炬上無冷凝水

?使用干凈的和與焊接任務(wù)一致的保護氣體噴咀

?注意正確調(diào)節(jié)氣體噴咀的位置（距離、傾角和對準焊縫1

?注意計量好保護氣體的流量

?選擇合適的電弧工作點（指電弧長度等）

?注意焊接時氣瓶的壓力不得低于氣體流量表的工作壓力（2-4巴），以確保對焊縫金屬的保護效

果.

?注意在旋開減壓閥后，必須立即再關(guān)閉氣瓶閥門，不能讓空氣跑進“空”瓶內(nèi)去。

此外，應(yīng)根據(jù)焊接方法和材料來選擇相應(yīng)的保護氣體（表1-14）°

如表所示，對有色金屈、奧氏體不銹鋼和高溫合金可以用惰性氣體（純敏或純氨）進行的氣體保護焊，既

可以用鋁極，也可以用焊絲（熔化極）。

對銅及銅合金以及用氮合金化的奧氏體鋼可用純氮氣進行熔化極氣體保護焊。對碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼一般用

C02氣體保護焊。對鋁和鋁合金、鈦行鈦合金則常用敏和筑混合氣體的氣體保護焊。此時短含量應(yīng)W75柒

不銹鋼和銀基合金鋼則廣泛使用氨氣加二氧化碳、氫氣加氧氣和氮氣加二氧化碳加氧氣的熔化極活性氣體

保護焊。

表1-14常用保護氣體適用的焊接方法和材料

適用焊接方法焊絲直徑適用的金屬焊件厚度施焊方式焊接位置.備注

保護氣體成材料（亳米）

分

鈣極顯弧焊手工焊，自動焊

熔化極惰性噴射過渡0.8-1.63-5半自動焊全位置立焊向下焊

純Ar

氣體保護焊1.6-5.05-40平焊

脈沖噴射過0.8-2.01.5-5自動焊全位置立焊向下焊

TJUjlE犧9

渡1.6-5.06-40平焊

奧氏體不銹

鐺極氮弧焊手工焊，自動焊

鋼和高溫合

熔化極惰性噴射過渡0.8-1.64-6半自動焊，全位置立焊向下焊

純He氣體保護焊自動焊

1.2-4.06-40自動焊平焊

脈沖噴肘過0.8-1.22-5半自動焊，全位置立焊向下焊

渡自動焊

Ar+HeAr+<75%He中等好好扁平形焊接熱輸入

熔深較大比Ar高

Ar+H2/\r+(5-15)%H2中等好還原性，H2

大于5%時會

產(chǎn)生氣孔熔深較大

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

較人（改善焊

Ar+C02+02Ar+20%■1好好中等氧化性

縫成形）

C02+5%02

CO2+O2CO2+W2O*02高稍差滿意強氧化性扁平形

熔深較大

而用純氮氣作保護氣體時，其電位梯度比用純K氣時高。焊縫呈扁平形。因為焊接熱輸入較大，電孤能量

分布寬。

使用氮氣時盡管弧柱電位高，但電弧不稔定，熔滴過渡特性差，易在鋼中引起氣孔和氮化物，使煌健金屬

脆化，較適用于銅和鍥的焊接。

當用氨加氮的混合保護氣體時，按相互所估比例的不同，乂分以氮氣為主的和以嵐氣為主的兩種。孤柱電

位梯度為中等。兩者間熔滴過渡特性有一些區(qū)別。熔深均較大。同時具有兩種惰性氣體的性能。適合焊大

厚度的鋁制工件。

下面著重介紹熔化極活性氣體保護焊（MAG）常用保護氣體的?些重要知識，即在表1-30中的C類和M類

保持氣體對焊接性能的影響?？偟膩碇v，使用這些活性保護氣體必須注意如下幾點：

防氣孔的可靠性

由二氧化碳（CO2）分解出的氧或作為保護氣體加入的氧和熔池起反應(yīng)。除引起合金元素?zé)龘p外，有可能在

熔池中形成氣體狀物質(zhì)。如焊健金屬內(nèi)有足夠的與氧有較大化合力的元素存在的話，可避免產(chǎn)生氣體狀氧

化物。產(chǎn)生的氧立即被化合以焊渣形式迅速從熔池分離出去。焊接非合金鋼時必須采用合金鋼焊絲。為了

避免氣孔，應(yīng)讓保護氣體與焊絲合理搭配，此外還應(yīng)確定合理的電弧工作點。電弧電壓調(diào)節(jié)不當和熔化功

率偏高時均可能引起氣孔。

燒損和夾渣

如前所述，氧的最重要的化學(xué)反應(yīng)是造成氧化物夾渣。夾渣沉積在焊縫區(qū)內(nèi)，此外氧還易造成煙氣并導(dǎo)致

合金元素的燒損。

在表1-13中M3類混合保護氣體以及用CO2保護氣體時，其夾渣情況比用Ml和M2時嚴重一些。因為央渣

景附煌絲中的錦和硅含量增加而增加。此外，這種夾渣量還隨電弧長度（申.弧由壓）增加，并隨電弧功率

提高和焊接速度降低而增多。必須采用有足夠高合金成分的焊絲來彌補合金元素的燒損。

焊縫金屬中殘留的氧化物可導(dǎo)致焊接接頭韌性的降低。盡管如此，用C02或高含氧量的混合保護氣體（如

M3.3）所取得的沖擊韌性在許多應(yīng)用范圍也是完全可滿足要求的.

在用強氧化性保護氣體進行多道焊時必須注意，不得有夾渣。為比，每焊一道焊縫之前必須仔細檢衣，看

看前一首這焊縫內(nèi)是否有夾渣，如有，必須先清除掉夾渣后再焊。

對格銀鋼的耐腐蝕性

不能用純二氧化碳保護氣體焊接低碳奧氏體銘銀鋼?？梢杂没旌媳Ｗo氣體，但其中的二氧化碳含量應(yīng)限制

在一定范用（CO2V5%=c當采用的一氯化碳含量小于此.5%的宙就的混合保護氣體時，可得到基木上無氧

化的焊縫表面。當用非鎮(zhèn)定的銘錦鋼焊絲焊接時，保護氣體中應(yīng)完全放棄采用C02,而改用含1-5%氧的富

氫的混合保護氣體。若保護氣體中的二氧化碳偏高，熔池內(nèi)吸收由保護氣體中分離出的碳。那些僅僅微量

增高的碳也可能促進產(chǎn)生晶間腐蝕。對于沒有

明顯腐蝕應(yīng)力的鋁銀鋼，例如低溫技術(shù)中應(yīng)用的銘銀鋼，用較高二氧化碳含量（<20*=）的混合保護氣體

也沒有問題。

充填（空心）焊絲

這種充填（空心）焊絲不能自己保護。焊接非合金鋼和低合金鋼時多用二氧化碳氣體保護焊或用混合氣體

的氣體保護焊焊接。但應(yīng)控制混合氣體中的含氧量不宜過大。

1二氧化碳（C02）

二氧化碳保護氣體多用于焊接非合金鋼和部分低合金鋼。

氧化碳的最小單位（分子）是由一原子碳和二原子氧組成的化合物。因這個化合物處于全飽和狀態(tài)，不和

其它物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)。二氧化碳是一種無色無味的氣體。在市場上二氧化碳被作為碳酸（二氧化碳的水溶液）

出售。和空氣相比，二氧化碳的流動性好，比重較大，在電弧區(qū)受熱后體枳和壓力增大（分子分解所引起），

從而使二氧化碳氣體具有良好的保護作用，可以可靠地防止產(chǎn)生氣孔。

使用二氧化碳保護氣體對焊接性能的影響表現(xiàn)在以下三個方面：

1）對電弧的影響

二氧化碳電弧除r受到金屬煙'霧的影響外，還在很大程度上受到這種保護氣體導(dǎo)熱性的影響。二氧化碳氣

體導(dǎo)熱性好，故導(dǎo)電的電弧截面小，所以二氧化碳電弧中的電壓降和電流密度比混合保護氣體電弧大一些。

其電弧電壓比用混合保護氣體時大4伏。盡管.?氧化碳電弧有高的能量密度，用正常焊接參數(shù)焊接時在焊

縫中心不會產(chǎn)生指狀熔池。二氧化碳的導(dǎo)熱性好除了引起分子變化外（CO2<-?COtO）,在相同的電弧

功率下焊縫熔池成形比用富氮混合保護氣體時明顯寬一些。故用少量的側(cè)向擺動焊絲，便可以得到較寬的

熔池。二氧化碳氣體保護焊特別適用于某些特殊位置的焊接，尤其是厚壁工件下降焊縫的焊接。

2）對熔滴過渡的影響

二氧化碳電弧，由于電流密度和溫度較高，靠發(fā)熱和分子分解時產(chǎn)生的爆炸壓力產(chǎn)現(xiàn)熔滴過渡。此外，在

較大電弧功率時的二氧化碳電弧的熔滴過渡有可能引起短路。這種作用在電弧上的力和短路過程使烯滴過

渡變得較困難，往往會造成劇烈飛濺，并會因振動而導(dǎo)致熔池位移。為減少熔滴過渡的這種困難，可采取

下列措施：

?選擇合適的電弧工作點

?縮短焊絲伸出端的長度

?選用合適的焊絲材料和直徑

?調(diào)節(jié)電功率

在二氧化碳氣體保護岬時必須非常仔細地調(diào)節(jié)電壓和電流強度（熔化功率）.電流強度的變化曲線對各個

電孤相位有很大的影響。尤其重要的是短路后再次引弧電功率不宜過高。只要全面考慮了各種可能的影響

因素，可以得到光滑的焊縫和較少的飛濺量。

用二氧化碳保護氣體焊接壁厚1亳米以卜的薄壁工件比較困難，另外當開I型或V型坡口無銅墊間隙大時

其搭橋性能不如用混合氣體的氣體保護焊。

純二氧化碳電弧不能用山脈沖電流控制的熔滴過渡。只有在保護氣體區(qū)域具有較高的二氧化碳含量（80%）,

并在焊炬旁通過一附加噴咀向電弧區(qū)內(nèi)噴入純氫氣才能得到噴射電弧和脈沖電弧。

3）對焊渣的影響

二氧化碳氣體保護焊產(chǎn)生的焊渣較多。在焊接小焊縫時焊渣沉積區(qū)可能出現(xiàn)不均勻成形的焊道。當用大電

弧功率焊接時，焊渣造成烙池劇烈振動，若焊接參數(shù)選擇不當將會引起咬邊。

2氨氣和二氧化碳混合氣體

焊接非合金鋼和低合金鋼時可以應(yīng)用二氧化碳含量在10-30%的富冠混合保護氣體?？捎脤嵭暮附z和充填（空

心）焊絲。一般不宜用于焊接奧氏體格鍥不銹鋼。

和用純氫氣時相比較，隨著寂氣中二氧化碳含量的增加，熔池變深（圖1-21）,氣孔敏感性小，焊渣量大。

只要電弧不是過長，工件表面沒有氧化皮和鐵銹，產(chǎn)生的焊渣比用純二氧化碳氣體保護焊時明顯降低。

當采用二氧化碳短弧、噴射弧和脈沖弧工作時，只要焊接參數(shù)合理，焊接時的飛濺很小。現(xiàn)分述如下：

1）短弧

用抗氣和二氧化碳混合氣體短弧焊時，適用于薄板連接和間隙大時搭橋。對于強制位置.焊，尤其是厚壁工

件下降角焊縫，應(yīng)優(yōu)先采用高二氧化碳含量的保護氣體。從而可以減少因焊接速度不均勻和運條不當造成

的連接缺陷。

2）噴射弧

在電弧功率大時，用低二氧化碳含量的這種混合保護氣體焊接也可得到噴射弧。當二氧化碳含量超過15%

后，熔滴變大，伴隨短路，形成部分熔滴過渡。在二氧化碳含量大于30%以后，其熔滴過渡情況和二氧化

碳氣體保護焊時的很類似。防止產(chǎn)生氣孔的可靠性增加，由于此時氨氣中的二氧化碳氣體較多，熔池深度

增大，但也同時增加了焊渣量和飛濺。

3）脈沖弧

隨著二氧化碳含量增加，脈沖瓠焊較困難.只有在焊炬結(jié)構(gòu)上采取一定措施，讓兩種保護氣體分開來送入

電弧區(qū)時，才能在采用高二氧化碳含量的混合氣體時得到脈沖弧［圖1-23）,這一點也同樣對噴射弧適用。

根據(jù)電源的動態(tài)特性曲線和其它的焊接條件，在短弧和噴射弧間的工作點可能會引起劇烈的飛濺。故應(yīng)避

免在這中間區(qū)域施焊，應(yīng)調(diào)節(jié)成脈沖弧以減少"賤。在噴射弧區(qū)內(nèi)，如焊到大間隙或工件邊緣，往往會由

于偏吹而出現(xiàn)劇烈的飛濺。

3氨氣和氧氣的混合氣體

焊接鋼材時，在這種混合氣體中的含氧量為1T2%。

這種混合氣體和純氧氣相比，熔池較深和燒損較大。若增加混合氣體中的含氧量，可降低熔滴過渡時的表

面張力，減小熔化范圍。形成一種平坦而光滑的焊道。適用于焊接奧氏體銘鐐鋼。優(yōu)點在于焊縫金屬不會

海碳?？赏ㄟ^變化含氧量和焊絲化學(xué)成分的措施控制電弧工作點以調(diào)節(jié)燒損。盡管含氧量高的這種混合氣

體焊接后焊縫金屬的韌性有一些降低，但一般情況下仍能達到材料要求的沖擊韌性。

1）噴射弧和脈沖弧

在這種氮氣和氧氣的混合氣體中噴射弧和脈沖弧很穩(wěn)定。和氧氣加二氧化碳的混合氣體相比，噴射孤的工

作范圍在較小的電弧功率時便已開始。由于電弧形狀決定于氨氣，也由于焊絲端部的表面張力較小，故為

一種小體積和無飛濺狀的熔滴過渡。飛濺少是因為較小的體積和較少熱焰的緣故。工件熔池不大，熔滴分

離較容易。在保護氣體噴咀上只有少量6濺，能不間斷地焊較長的焊縫，不需要中途中斷下來清潔保護氣

體噴咀。

2）短弧

這種鼠氣和氧氣的混合氣體很適合用短弧焊接薄壁工件。對?于強制位置的厚壁工件應(yīng)改用氫-?.氧化碳混合

氣體或大或小純二氧化碳氣體保護焊，因為這種氫氣和氧氣的混合氣體焊接時熔池的表面張力較小，尤其

是焊下降焊縫時，會出現(xiàn)熔池過快前跑的危險。在上升焊或其它強制位置，當電弧功率足夠大時，很難避

免出現(xiàn)較大的焊縫拱頂。

4氫氣-二氧化碳-氧氣的三元混合氣體

這種混合氣體的組成為3-7%氧氣和575%二氧化碳氣體，其余為氫氣。

適合于焊接非合金鋼和低合金鋼。只有當??氧化碳含量低于5$時，才允許將這種混合氣體用于焊接有腐蝕

應(yīng)力的奧氏體格探鋼。

這種三元混合氣體的優(yōu)點是兼有氨氣-二輒化碳和氨氣氧氣這兩種混合氣體的特點。

當采用短弧焊接時，特別適合于薄板和大間隙搭橋焊。在采用有高熔敷量的噴射弧時，熔滴過渡很細，幾

乎看不見飛濺。

在這種三元混合氣體中若減少：氧化碳含量，增加含氧量，也可勉強用于強制位置厚壁工件的焊接。

圖1-22表示熔化極活性氣體保護焊(MAG)中三種具有代表性的活性氣體組成和V形坡口與角焊縫對焊縫

截面形狀的影響。

焊接參數(shù)

焊絲SG2DI

焊絲直徑1.

母材:Rst31

試樣表面經(jīng)i

自動焊焊接

焊接位置：；

焊炬調(diào)節(jié)：?

焊絲速度：0

焊接速度：：

保護氣體流〕

接觸管距離:

工作電壓：；

備注：1)在

215A/J5V

圖1-22幾種保護氣體組成和坡口形狀對焊縫截而形狀的影響

五MAG焊時在電弧和保護包體區(qū)分別送入不同保護氣體的方法（MAGCI）

圖1-23表示一只帶有兩個氣體噴咀的熔化極氣體保護焊的焊炬示意圖。用處在內(nèi)部的一只噴咀向保護區(qū)中

心區(qū)域輸送氨氣或筑氣-氧氣混合氣體。而由外噴咀向保護區(qū)噴出二氧化碳氣體。中心區(qū)域采用何種保護氣

體主要決定于應(yīng)用的電弧種類。當應(yīng)用噴射弧和脈沖弧時希望最好向電弧區(qū)噴出高含氧量的保護氣體。這

兩種電弧均可調(diào)節(jié)，使匕濺減少到很小的程度。外部區(qū)域用二氧化碳氣體保護不會對熔滴過渡帶來不良影

響。

圖1-23分別將不同保護氣體送入內(nèi)、外保護區(qū)的MAG焊焊炬示意圖（MAGC1法）

為確保電弧區(qū)含氧氣多的部位的氧氣不流失，內(nèi)噴咀和電弧間的距離不得過大。下列情況可能造成二氧化

碳侵入電弧區(qū)，從而出現(xiàn)問題，即：焊絲端部和噴咀中民線偏差過大；噴噴變形或位移：K濺粘附于噴咀

上：在高度時選用了不合理的焊接參數(shù)；焊炬傾斜角太大或坡口沒開好等。

這種MAGCI法盡管存在著保護氣體消耗大，保護氣體控制和焊炬結(jié)構(gòu)以及必須確保與這種方法有關(guān)的焊接

條件等缺點，但還是必須的，因為用它來焊接非合金鋼和低合金鋼還是完全經(jīng)濟的。其主要的優(yōu)點是僅用

少量的缸氣（15-25%）,其余為二氧化碳，應(yīng)用飛濺很少的噴射瓠或脈沖弧。

和純二氧化碳氣體保護焊相比，熔深小和焊渣較少，但若和其它多數(shù)混合氣體保護焊相比則較大。焊健性

能和其它MAG焊所達到的差不多。

六焊縫背面保護氣體和焊根保護設(shè)備

焊縫背面和焊根受到較高的溫度加熱，但從焊炬噴出的保護氣體往往不能對這部分進行保護或保護得不夠。

焊接時如焊縫背面暴露在空氣下，即未施加保護時會產(chǎn)生氧化。對鋼材來說，會因受熱變色，出現(xiàn)粗糙的

氧化層。對某些氣體敏感性的材料（如鈦、偌和鋅I）,在熱影響區(qū)會引起嚴重的脆化。常用的焊縫背面用

的焊根保護氣體有菽氣、菽氣和氫氣以及氮氣和氫氣的混合保護氣體。

負氣的價格較貴，只有在有特殊要求時才用于作焊縫背面的保護氣體。常用的焊根保護氣體有兩種。當焊

縫背面表面質(zhì)量要求較高時（例如熱變色）應(yīng)用氧氣加（1-30%）氫氣，一般非合金鋼和低合金鋼的焊根保

護氣體均采用氮氣加（1-30%）氧氣。由于這些保護氣體含有氮氣和氫氣，對大冬數(shù)非鐵金屬材料有不利的

影響，故幾乎只適用于鋼材（鐵素體銘鋼也不能用）。

如果鋼材焊后不允許出現(xiàn)熱變色，必須對溫度在400K以上的工件熱影響區(qū)施行焊根氣體保護。有下列常用

的焊根保護設(shè)備：

最簡單的，但不完善的保護方法是在焊^坡口背面墊一塊帶有槽的短板來作對接焊縫的焊根保護（圖1-24）。

工件上部焊炬噴出的氮氣被墊板擋住，從而使焊根也處在保護氣體的保護范圍內(nèi)。這種方法僅對工件焊根

留有間隙的焊接才適用，而墊板和工件間不得有間隙。

圖1-25山銅滑塊下面通入埠根保護氣體的夾具圖1-26焊接氣體敏感性強材料用夾具

圖1-25是一種較完善的焊根保護方法。銅滑塊的槽內(nèi)鉆有許多孔，即從銅滑塊下面向焊根通入焊根保護氣

體。

如需作大面積保護，可以焊縫背面用多孔的金屬過濾板或用前面放有細孔板的鋼絲網(wǎng)實現(xiàn)氣體保護的均勻

分布。焊接那些對氣體敏感的材料（如鈦材），如不能在充滿氮氣的小室或帳篷內(nèi)焊，便應(yīng)用圖1-26這種

帶有保護氣體噴霧器的夾具。

圖1-27表示各種管子焊根保護氣體的輸送設(shè)備?？上拗票Ｗo氣體空間以較少的氣體量收到良好的保護效

果。這種設(shè)備也起夾持零件和焊根成形的作用。

圖1-27由管端管塞通入焊根保護氣體

圖1-28大直徑管用油毛氈密封

可采用專用夾具來密封管內(nèi)的保護氣體的空間。當焊接較長的小直徑管道，因為從管道內(nèi)部無法焊，可從

管道兩端管塞的孔中通入焊根保護氣體。管塞可用木塞或橡皮塞（圖127）o

對于大宜徑管子，為進行焊根保護，可在管內(nèi)用油毛氈制造的密封碗或密封留錐插入，通入焊根保護氣體

時自動張開。管外焊縫上帖一鋁或玻璃纖維的膠帶或帶槽的可回轉(zhuǎn)擋板（圖1-28）。

大直徑管采用這種密封方法的目的是節(jié)省煌根保護氣體。但在使用時應(yīng)盡量限制預(yù)熱溫度不宜過高，否則

油毛氈易燃燒。管子外側(cè)用膠帶或帶槽牢房轉(zhuǎn)擋板蓋住未焊部位可防止焊根保護氣體的流失和空氣的侵入。

圖1-29是大直徑管適用的焊根保護專用夾具。采用了皮革或橡皮碗的彈性密封方式。

這種密封方法比圖1-28的密封效果好，但制造專用工具費用也高?些。同樣也要控制預(yù)熱溫度，閃反革或

橡皮均不能耐高溫。另一方面，如工件直徑變化時，需更換相異常直徑的密封環(huán)。

如她也好.出戊

圖129適用于大直徑管的彈性密封方法

圖1-30大直徑管焊由

為了解決這幾個問題，又發(fā)展了圖1-30這種采用弓形結(jié)構(gòu)，靠推桿和彈簧脹縮，剛性的大直徑管焊根保護

夾具。

圖1-30這種夾具的優(yōu)點是焊根保護氣體的耗量最少。管徑的微量變化對密封的影響不大。不怕采用高的預(yù)

熱溫度和焊接熱影響區(qū)的高溫影響。

應(yīng)正確控制焊根保護氣體的流量，不宜過大，因過大時擠壓熔池，導(dǎo)致焊根成形缺陷。但過小又起不到驅(qū)

趕空氣、防止空氣侵入的作用。

7.對熔化極氣體保護焊焊機的評價

現(xiàn)在還沒有具有約束力的標準和判定標準來評價和比較焊接設(shè)備,評估焊機的使用性能首先應(yīng)注意技術(shù)參

數(shù)，可以從焊機制造廠商提供的銘牌和焊機使用說明書中杳到技術(shù)參數(shù)。其次再通過試樣焊接來判定焊機

的操作性和焊接性能。最后再考慮焊機的經(jīng)濟性和制造廠商的售后服務(wù)部等因素。

表5-3給出r評估焊機的一些重要的項目，其中有的項目和焊機的應(yīng)用范圍有關(guān)。

表5-3熔化極氣體保護焊焊機的評估項目

焊接性能操作性能經(jīng)濟性

技術(shù)參數(shù)

調(diào)節(jié)范圍引弧操縱元件購置鴕

負荷性能（合閘時間）電弧穩(wěn)定性測量設(shè)備可用率

連續(xù)或分段的電壓調(diào)節(jié)和電弧長度調(diào)節(jié)運輸可能性功率因素

級差的大小（“內(nèi)調(diào)節(jié)”的惰忤）檢定性效率

遙控飛濺情況和各種電網(wǎng)電壓連接的可空載損失

調(diào)節(jié)脈沖電弧的可能性焊縫成型能性維修班用

焊接參數(shù)儲存（編程）（戌型，焊波）焊接電纜和焊炬的連接備件情況

從焊縫開始到結(jié)束的電流估地面積（供貨期，費用）

程序保護方式

可調(diào)節(jié)的附加電感（扼流

圈）

點焊和縫焊定時開關(guān)

可調(diào)節(jié)的自由燃燒時間

穩(wěn)壓設(shè)備

冷卻設(shè)備

噪音大小

第三節(jié)熔化極氣體保護焊的電弧和熔滴過渡1）

一概述

在焊接時電弧作為能源，將電能恃換成熱能.電弧過程可看成“獨立的放電”，其過程如下：

電子從負極（陰極＞流出，以巨大的加速度飛往正極（陽極）。電廣在沖撞正極時將運動能轉(zhuǎn)換成熱能。

產(chǎn)生高溫，高溫使有關(guān)材料熔化和部分汽化。電子在兩極間飛行時碰到原子，便沖撞原子的電子殼層，又

進一步釋放出電子，新電子流乂流向正極。原子殘留物由于失掉了電子不再呈中性，而顯示出帶正電荷，

稱為離子。離子具有正電荷，故離子加速流向負極。離子和負極沖撞時也同樣產(chǎn)生熱能，導(dǎo)致熔化和蒸發(fā)。

電子和離子在氣柱的電場內(nèi)的流體稱為“等離子”。離子主要由金屬原子產(chǎn)生，而保護氣體中的原子是兒

乎不參加電離的。盡管如此，保護氣體的化學(xué)成分對熔滴過渡的種類和焊縫成形仍有很大的影響。保護氣

體的種類會影響到導(dǎo)電電弧截面的大小，從而也會影響到熔滴分寓力的大小和方向。導(dǎo)電電弧柱的截面和

發(fā)光的電弧外殼不是?回事，它和保護氣體的導(dǎo)熱性有關(guān)。當為具有優(yōu)良導(dǎo)熱性的保護氣體時，可形成一

種截面劇烈收縮，電流密度較大和溫度較高的電弧核心。

二氧化碳氣體和氮氣都具有很好的導(dǎo)熱性。在這兩種保護氣體作用下均可形成?種與氤氣或富氫混合保護

氣體時相反的細的導(dǎo)電的電弧核心。電弧柱的劇烈收縮會造成電阻增加和正負極間電壓降的加大。在同樣

的熔化能力下二氧化碳電弧的電壓比富氣混合氣體的的電壓高3伏左右。

盡管在二氧化碳氣體保護焊時電弧核心很小，但由于這種氣體導(dǎo)熱性很好，可得到如圖5-38所示較寬的高

溫環(huán)形區(qū)和較深的側(cè)向熔池。

圖5-38氯氣和二氧化碳保護氣體對電弧形狀的影響

圖5-39熔滴過程

在二氧化碳氣體保護焊時部分二氧化碳氣體被電弧焊接熱量分解（熱分解）。二氧化碳分子分解成一氧化

碳和氧。同時產(chǎn)生?膨脹力。在低溫電弧區(qū)（指電弧外層和引弧部位）一氧化碳和氧又再次結(jié)合生成二氧

化碳（再化合）。并同時釋放出在分解時吸收的能量，增加熔池溫度。部分分解出的氧和熔池材料化合，

形成對渣。這樣化合的氧也產(chǎn)生少量二氧化碳。電弧像任何通電的爐體樣會產(chǎn)生個磁場，這個磁場會

使其中導(dǎo)電的電弧焊接核心產(chǎn)生進一步壓縮的效果。隨著導(dǎo)體電流密度的增加（安/宅米2）,在電磁場的

作用下電弧焊接核心的徑向截面收縮增加，這個過程稱為“收縮效應(yīng)”（擠壓效應(yīng)）。在引弧區(qū)的電流密

度特別大，在這個區(qū)域以外的電流密度則較小，收縮力也較小。

在電極（焊絲）方向產(chǎn)生不同的收縮力，引弧部位和電弧柱受到軸向力作用，該軸向力由高電流密度區(qū)（大

徑向力）向較小電流密度區(qū)（小徑向力）的方向作用。這有點類似于擠牙膏時的情況，有一個部位呈現(xiàn)網(wǎng)

環(huán)形狀收縮，牙仔從管子內(nèi)被擠出來。焊絲熔滴分離的的機理也與此相同（圖5-39）。

菽弧焊時由于菽氣這種保護氣體的導(dǎo)熱性較小，形成較寬的電弧核心，電弧罩著較大范圍的焊絲端剖。電

弧的熱量熔化焊絲端部，但熔液的表面張力反作用，造成熔滴分離。如果在焊接時達到一定的臨界電流強

度和電壓，焊絲端中電弧焊接開始部位的截面便會劇烈收縮（收縮效應(yīng)），分離成許多小熔滴，并快速流

向熔池。在德國標準DIN1910中稱這種熔滴過渡形式為噴射弧，只有在用家氣或富氨混合氣體進行焊接時

才會產(chǎn)生這種電弧。

氧弧焊的熔池特點是在工件表面熔池較寬（二氧化碳氣體保護焊則與此相反），而在熔池中心部位，則形

成熔深大而尖呈手指狀的熔池。后者是由劇烈加速的線狀熔滴射流而引起的。

在二氧化碳氣體保護焊時，形成一種截面收縮的電弧柱。在電弧開始部位的截面特別小，所謂電弧開始部

位指位于焊絲端面的下面的部位。由于此部位的電流密度高會產(chǎn)牛.一個抵制熔滴分離的力，即產(chǎn)生一個反

沖力。在此反沖力的作用下形成?大熔滴，該熔滴在產(chǎn)生劇烈側(cè)向偏轉(zhuǎn)后才分離。在熔滴分離前與熔池已

往往產(chǎn)生了如圖5-40所示的短路。

根據(jù)德國標準D1N1910規(guī)定，二氧化碳氣體保護焊的熔滴過渡形式隨功率不同而異。當功率較小時用短弧,

而在功率較大時則宜用長弧。二氧化碳氣體保護焊不宜用脈沖電流焊接（見脈沖電?。驗槿缭诿}沖相

位遇到巨大的收縮力會阻礙及時的熔滴分離。

1焊絲的極性

焊接鋼材時焊絲可以接正極或負極。如圖5-40所示，在焊絲接正極時，只要焊接參數(shù)調(diào)節(jié)正確可以得到較

平坦的焊縫凸起部位的，并且同時具有足夠熔深和較小飛濺損失的焊縫，故焊接鋼材時多選用正極為焊絲

電極。

在焊絲接負極時，其熔化能力比按正極時提高30%以上，而在電源方面并不多消耗電能。估計產(chǎn)生這種效

應(yīng)的原因是焊絲端部離子放電和電弧開始部位快速后跳獲得高熱量的緣故。焊絲接負極時具有較大熔化能

力和較小熔深的特點可利用來進行堆焊和焊接壁厚W0.8毫米的薄板。此時熔滴頻率明顯低于焊絲接正極

時的熔滴頻率。焊絲接負極的缺點是焊縫凸起部分大，熔深小。當熔化能力大時產(chǎn)生飛濺多（圖5-40）。

吩

發(fā)小

砂

圖5-40焊絲極性的影響

2）鋁

熔化極氯弧焊焊接鋁時焊絲接正極。旨在能在工件上（負極）使高熔點氧化皮裂開和清除，即有一種“凈

化效應(yīng)”。而在焊絲接負極時卻沒有這種“凈化效應(yīng)'，使用氫氣時的“凈化效應(yīng)”比使用敘氣時要好一

些。正確的握持焊炬可加快這種“凈化效應(yīng)”。

2電弧偏移

任何帶電導(dǎo)體周圍無存在著一個磁場。這一點對電弧和。因為電弧可被看成一種運動的導(dǎo)體。若外加一個

磁場可引起電弧偏移。此時電弧不再沿著最短距離（即由焊絲到工件）燃燒。在局部強磁場作用卜，電弧

向弱磁場方向偏移。當用長電弧焊接時電弧的偏移尤其明顯，這一點圖5-41所示的過渡的熔滴。

防止電弧偏移的措施有：

焊接時不宜將電弧調(diào)節(jié)得過長:

在焊縫邊緣焊一塊輔助板；

傾斜握持焊炬.

3電弧種類

熔化極氣體保護焊有以下幾種最重要的熔滴過渡形式：即噴射弧，長弧，短弧和脈沖?。ū?-4）,在德

國標準DIN1910第4部分中對電弧種類的名稱作了明確的規(guī)定。

表5-4按DIN1910第4部分規(guī)定辦理的電弧種類

縮寫符號材料過渡短路情況

名稱

噴射?。ê附樱㏒最細的熔滴無短路

長弧（焊接）L粗熔滴偶爾短路

短弧（焊接）K細熔演短路

脈沖?。ê搁㏄可調(diào)節(jié)熔滴大小和熔滴頻無短路

率

第三節(jié)熔化極氣體保護焊的日弧和熔滴過渡2）

-概述

二噴射?。∕AGS/MIGS）

^11DIN1910第1部分所述，噴射弧的特點是熔滴最小，材料過渡無短路。即噴射弧焊接時焊接參數(shù)不變，

用微小熔滴和自由飛行的熔滴實現(xiàn)材料過渡。焊絲端部在焊接時被熔化成尖形或扁平狀主要決定于材料、

保護氣體、電流密度和焊絲伸出端電阻的加熱。噴射弧的熔滴過渡情況如圖5-42所示。

由于噴射弧焊接時熔滴很小，且熔池流動性好，不適合于全位置焊接，一般多用于水平焊縫的填充和蓋面

焊道的焊接。

現(xiàn)對噴射孤的調(diào)節(jié)說明如下：

圖5-43上的工作點和圖5-44上的工作點為噴射弧在熔化極氣體保護焊電弧和熔滴過渡曲線圖上的位置。

只有在應(yīng)用了合適保護氣體并具有足夠高的電流強度和電壓時才會形成這種飛濺少的噴射弧。圖5-43上的

工作點和圖5-44上的工作點表明此時具有足夠的電壓，但電流強度過?。ɑ蚝附z送進速度過?。?，熔滴

較粗大，因為電流密度過小。而在圖5-43上的工作點，此時電壓高出實際需要的電弧特性曲線救國很多,

引弧后電弧很長并突然中斷。焊絲繼續(xù)送進，接觸工件后又重新引弧，電弧焊接達到較大長度后又突然中

斷，這樣反曳只能呈斷續(xù)地焊接。

圖5-44一的工作點表示的也是噴射弧的一種情況，具有足夠的電壓，但焊絲送進速度選得過大，電弧較

短。焊絲端部較尖，經(jīng)常短路。

短的噴射?。ㄒ奃IN1910第4部分長?。┻m用于厚板單層水平角焊縫的焊接?？杀苊饨呛缚p垂宜邊卜.的

咬邊和保證熔深達到角點，若電弧過短，焊炬位置不對以及焊接速度不當，盡管電弧功率較高，仍會造成

大的焊道凸起高度（如圖5-45）所示。

圖5-43熔化極氣體保護層焊的電弧和熔滴過渡（一:

在較高熔化能力區(qū)MAG焊，保護氣體組成為90%氯氣+

在熔化能力不變的情況下，電壓不同時的曲線

圖5-45在用。

Stromst?rke：H

2

圖5-4￡

圖5-44熔化極氣體保護焊的電弧和熔滴過渡（二）

焊絲送進速度和電流強度對噴射弧的影響

用二氧化碳氣體保護焊焊接鋼材時，在?般生產(chǎn)中常用電流密度下依然會出現(xiàn)短路狀的熔滴過渡。但在用

富量的混合保護氣體（Ar+O2,ArKO2,Ar+CO2+O2）焊接時，盡管比時二班化碳含量一般低于20%,但在足

夠高的電流密度下已看不到明顯的短路現(xiàn)象。

在較大的噴射弧功率作用下，導(dǎo)電咀和氣體噴咀將承受很高的熱負荷。為避免導(dǎo)電咀和焊絲送進裝置出現(xiàn)

故障，應(yīng)在焊絲送進精度和電阻發(fā)熱元件允許的范圍內(nèi)增加導(dǎo)電咀的距離。圖5-46介紹了噴射孤焊時導(dǎo)電

咀端面距氣體噴咀端面和工件表面距離的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。當然，焊炬必須得到充分的冷卻，對此也應(yīng)給予足夠

的重視。

三長瓠（MAGL）

圖5T7表示長弧的熔滴過渡情況。這種長弧表示熔滴自由《行過渡和短路過渡混在一起的狀態(tài)。長弧的熔

滴比噴射弧的熔滴大。

圖5-47長弧的熔滴過渡

圖5-48表示用二氧化碳或二氧化碳含員超過20%的富氤混合保護氣體焊接忖.在整個電孤特性曲線卜除短

弧范圍外可采用的幾個工作點。Ar+02,Ar+C02或Ar+<20%C02這幾種混合保護氣體適合于噴射弧焊接，

長弧的特點是其工作點處在噴射弧邊界位下面。圖5-47表明，隹于長孤熔滴過渡時存在著部分短路現(xiàn)象，

故會產(chǎn)生很大的電流強度峰值。飛濺損失-?般較大。可采用以下措施來明顯地減少飛濺損失：

圖5-48二氧化碳氣體保護焊用長弧焊接時的癖滴過渡（在較大熔敷量區(qū)域）

在相同熔敷量和不同電壓的條件下選擇工作點

1在眾多減少飛濺損失的措施中，改善電源特性具有很大的意義,能調(diào)節(jié)特性曲線傾角，通過電子控制設(shè)

備和扼流圈可控制電流上升速度和短路時的電流峰值。如電源動杰特性較差時，可在焊機外附加扼流圈，

用濾波裝置來實現(xiàn)對焊接參數(shù)的調(diào)節(jié)。

2優(yōu)化電弧電壓減少飛濺。在較大熔敷量時若具有足夠高的電壓，不僅可減少飛濺，而且可得到如圖5-48

所示那種平妲和光潔的焊道作點）。并不是對任何熔敷量都可得到同樣少的S濺。有時盡管熔敷量不

一樣，但若采用合適的保護氣體一焊絲搭配焊接，也可以得到較隹的工作點。

3高電流強度，很短的電弧，可在深的熔坑中產(chǎn)生熔滴過渡，讓飛濺盡可能從側(cè)壁開始。

4可采用圖5-49這種較短的焊絲伸出長度來減少飛濺。

采用合適的焊接速度和正確的焊炬握持方法減少飛濺，因為焊接速度大時飛濺產(chǎn)生也多。

四短?。║AGK/MIGK）

短弧的主要特點是在每一次熔滴過渡時均有短暫而有限制的短路所引起的電弧的中斷現(xiàn)象。圖5-50表明,

通過焊絲接觸熔池會快速交替地出現(xiàn)燃燒的電弧和短路中斷現(xiàn)象,這種幾乎呈周期性中斷的電弧焊接可用

較小的有效電流強度熔化焊絲。

圖5-50短弧的熔滴過渡

圖5-51用混合保護氣體進行的熔化極氣體保護牌

混合保護氣體組成：90%;\r+5%C02+5%02,選取工作,

對于多數(shù)焊絲一保護氣體搭配的情況而言，這種電弧和短路快速交替變化的工作區(qū)域處在電流允許負荷的

下半?部。圖5-51和圖5-52則表示電壓值也處在電弧特性曲線區(qū)域的下T：部。

圖5-50表示熔化極氣體保護焊用短弧焊接時周期性的熔滴過渡的變化情況。為了便于理解，圖5-50中的女

示重新引弧區(qū)，接下去是電弧加熱熔池和焊絲端部。當處在位置時，熔化的焊絲端部和熔池接觸，日于此

時電流密度和電壓較小，不能產(chǎn)生自由的熔滴分離。熔化的焊絲材料流向熔池。由于熔滴接觸工件，電壓

迅速降低到零，