氬弧焊機(jī)工作原理
一、什么是氬弧焊氬弧焊即鎢極惰性氣體保護(hù)弧焊，指用工業(yè)鎢或活性鎢作不熔化電極，惰性氣體（氬氣）作保護(hù)的焊接方法，簡(jiǎn)稱(chēng)TIG。二、氬弧焊的起弧方式氬弧焊的起弧采用高壓擊穿的起弧方式，先在電極針（鎢針）與工件間加以高頻高壓，擊穿氬氣，使之導(dǎo)電，然后供給持續(xù)的電流，保證電弧穩(wěn)定。三、氬弧焊的一般要求對(duì)氣體的控制要求：要求氣體先來(lái)后走，氬氣是較易被擊穿的惰性氣體，先在工件與電極針間充滿(mǎn)氬氣，有利于起?。缓附油瓿珊?，保持送氣，有助于防止工件迅速冷卻防止氧化，保證了良好的焊接效果。電流的手開(kāi)關(guān)控制要求：要求按下手開(kāi)關(guān)時(shí)，電流較氣延遲，手開(kāi)關(guān)斷開(kāi)（焊接結(jié)束后），根據(jù)要求延時(shí)供氣電流先斷。高壓的產(chǎn)生與控制要求：氬弧焊機(jī)采用高壓起弧的方式，則要求起弧時(shí)有高壓，起弧后高壓消失。干擾的防護(hù)要求：氬弧焊的起弧高壓中伴有高頻，其對(duì)整機(jī)電路產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，要求電路有很好的防干擾能力。四、氬弧焊機(jī)與手弧焊機(jī)的工作電路的差別氬焊機(jī)與手弧焊機(jī)在主回路、輔助電源、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路等方面都是相似的。但它在后者的基礎(chǔ)上增加了幾項(xiàng)控制：1、手開(kāi)關(guān)控制；2、高頻高壓控制；3、增壓起弧控制。另外在輸出回路上，氬弧焊機(jī)采用負(fù)極輸出方式，輸出負(fù)極接電極針，而正極接工件。五、氬弧焊機(jī)的工作原理氬弧焊機(jī)在主回路、輔助電源、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路等方面的工作原理是與手弧焊機(jī)是相同的。在此不再多敘述，而著重介紹氬弧焊機(jī)所特有的控制功能及起弧電路功能。手開(kāi)關(guān)控制手開(kāi)關(guān)原理圖如圖8.1圖8.1氬弧焊機(jī)要求氬氣先來(lái)后走，而電流則后來(lái)先走（相對(duì)氣而言），這此都是通過(guò)手開(kāi)關(guān)控制實(shí)現(xiàn)的。由圖知：當(dāng)焊機(jī)主開(kāi)關(guān)合上后，輔助電源工作，給控制電路提供了24V的直流電。手開(kāi)關(guān)未合上時(shí)，24V直流電通過(guò)電阻R5使Q2導(dǎo)通， CW3525芯片的8腳經(jīng)過(guò)T形濾波器（L5、C5組成，抗干擾用）對(duì)地短路，此時(shí)，CW3525處于封波狀態(tài)，電路無(wú)輸出；手開(kāi)關(guān)合上時(shí)，24V直流電通過(guò)電阻R4、 R8使Q1導(dǎo)通，Q2基極被拉低而關(guān)斷，24V直流電通過(guò)電阻R6、 R7使Q3導(dǎo)通繼電器J3A吸合，使控制氣體供給的電磁閥工作，給焊接供氣。而8腳電位由于緩起動(dòng)電阻，電容的作用緩慢增長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，CW3525開(kāi)始工作，電路開(kāi)始輸出功率。這樣，電流就較氣延時(shí)供給延時(shí)時(shí)間由緩起動(dòng)動(dòng)阻、容值決定）。電磁閥為氣體供給控制器件，當(dāng)繼電器J3A合上，電磁閥中的電感線(xiàn)圈獲得電流，產(chǎn)生磁能，把鐵塊吸離氣管管口，氣體通過(guò)電磁閥供給焊接。手開(kāi)關(guān)控制電路中，電感線(xiàn)圈L1~L4及C1、C2起到防止干擾而使手開(kāi)關(guān)誤導(dǎo)通的作用。手開(kāi)關(guān)合上時(shí)，由于Q3導(dǎo)通繼電器J3A吸合，電磁閥打開(kāi)供氣。輔助電源向電容C17充電。而由于熱敏電阻RT4、RT5的限流，使得手開(kāi)關(guān)不到于因電流過(guò)大而損壞；2、焊接結(jié)束，手開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，Q2導(dǎo)通，CW3525 的8腳電位被拉低，電路停止輸出，而C17上仍充有電能，它通過(guò)R6、R7放電供給Q3導(dǎo)通，保持電磁閥導(dǎo)通延時(shí)供氣。實(shí)現(xiàn)了焊接對(duì)電流、氣體的控制要求。高頻、高壓電流的產(chǎn)生與控制產(chǎn)生：氬弧焊機(jī)的起弧需要高壓，為了能在手弧焊機(jī)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生高壓并送到輸出回路，采用了如圖8.2的電路。圖8.2工作原理：升壓變壓器；圖中變壓器為24：70，將307電壓升高約3倍。采用4倍壓整流電路；如圖（C11~C14、D11~D14）來(lái)產(chǎn)生高壓：①當(dāng)升壓變壓器（T1）初級(jí)流過(guò)一正脈沖電流時(shí)（電壓值為U），N2產(chǎn)生一上正下負(fù)（正向）的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并給電容C14充電，使電容C14的端電壓也為U，（方向如圖）；且由于線(xiàn)圈續(xù)流和D14的作用，在主變中無(wú)電流流過(guò)時(shí)，C14也不能放電；②升壓變壓器流過(guò)一等值的負(fù)脈沖電流時(shí)，在N2上產(chǎn)生一上負(fù)下正的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（值為U），給C11充電，使得C11上的壓降VC11=VC14+U感應(yīng) =2V，方向如圖；③升壓變壓器T1再流過(guò)一正脈沖電流時(shí)，N2上又產(chǎn)生上正下負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這時(shí)，電容C13充電，端電壓VC13=VC11+U感應(yīng)-VC14=2V，方向如圖；④升壓變壓器的電流方向再次改變，使得N2上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)樯县?fù)下正，這時(shí)，電容C12得到電能，且VC12=VC13+VC14-VC11=2V，方向如圖，這樣，在A、B間便形成了4U的壓降。高頻振蕩發(fā)生器：（由L3（N3）、C5、放電嘴組成）①A、B兩點(diǎn)的壓降達(dá)到4V（V為逆變器輸出電壓，約1KV），給電容C15充電；②放電嘴因高壓擊穿放電，此時(shí)，相當(dāng)于短路L3、C15；③L3、C15產(chǎn)生高頻振蕩，f=L/2π√LC ④由于輸出能量的不斷補(bǔ)充，使得每隔一定時(shí)間，L3、C15便產(chǎn)生高頻振蕩電流，并通過(guò)T4次級(jí)輸出到輸出。由于T4上要通過(guò)高頻高壓的電流，其技術(shù)參數(shù)要求嚴(yán)格，它的質(zhì)量是起弧難易，焊接效果的決定性因素?？刂戚敵龌芈分杏懈哳l高壓電流后，保證了起弧，可如果防護(hù)不當(dāng)，高頻高壓電流便會(huì)反向擊穿二次整流中的整流管，甚至損壞主變T1初級(jí)線(xiàn)圈所聯(lián)接的電路，而且，高頻高壓只是在起弧時(shí)使用，起弧后，便不再需要，所以，需適時(shí)斷開(kāi)高頻高壓發(fā)生器，其控制電路如圖8.3所示 圖8.3①防干擾控制：在輸出端的正負(fù)極間接有壓敏電阻與電容，其對(duì)于高頻高壓電流來(lái)說(shuō)明相當(dāng)于短路同時(shí)，正負(fù)端都接有抗高頻的電感線(xiàn)圈，這樣，就控制了高頻高壓電流反竄到二次整流的電路中，只在輸出端形成回路。同時(shí)，接在正極與機(jī)殼間的電阻（壓敏）和電容也能有效地防止高頻電流及其它干擾。②高頻高壓電流的產(chǎn)生與關(guān)斷控制：高頻高壓電流的產(chǎn)生與關(guān)斷都由繼電器J控制，手開(kāi)關(guān)全上時(shí)，把S2合上，這時(shí)，電路工作，輸出約56伏的直流電壓，它使繼電器動(dòng)作，吸合JA，使高頻高壓電路工作，產(chǎn)生高頻高壓電流輸出，引起電弧，電弧一引起，輸出回路便出現(xiàn)大電流，流經(jīng)電抗器（電感線(xiàn)圈）；由于電感的續(xù)流作用，能使電抗器正端（圖中A點(diǎn)）電壓降到很低的電位（甚至為負(fù)值），這時(shí)，繼電器被可靠地?cái)嚅_(kāi)，高頻高壓發(fā)生器停止工作，完成了對(duì)高頻高壓電流的控制。增壓起弧控制為了保護(hù)輕易起弧，提供焊接質(zhì)量，氬弧焊機(jī)還在輸出端增設(shè)了一個(gè)增壓起弧的裝置，其利用高頻高壓發(fā)生器的變壓器的另一組次邊作為增壓變壓器，使得高頻高壓發(fā)生器工作時(shí)，也同時(shí)抬高了輸出端的電壓，保證起弧，起弧后，增壓裝置也隨著高頻高壓電流發(fā)生器一起被斷開(kāi)。其原理圖如圖8.2福州金橋高級(jí)中學(xué) TeachingPlan 2006年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一 第八章 氬弧焊機(jī)工作原理 什么是氬弧焊 氬弧焊即鎢極惰性氣體保護(hù)弧焊，指用工業(yè)鎢或活性鎢作不熔化電極，惰性氣體（氬氣）作保護(hù)的焊接方法，簡(jiǎn)稱(chēng)TIG。 二、氬弧焊的起弧方式 氬弧焊的起弧采用高壓擊穿的起弧方式，先在電極針（鎢針）與工件間加以高頻高壓，擊穿氬氣，使之導(dǎo)電，然后供給持續(xù)的電流，保證電弧穩(wěn)定。 三、氬弧焊的一般要求 對(duì)氣體的控制要求：要求氣體先來(lái)后走，氬氣是較易被擊穿的惰性氣體，先在工件與電極針間充滿(mǎn)氬氣，有利于起??；焊接完成后，保持送氣，有助于防止工件迅速冷卻防止氧化，保證了良好的焊接效果。
鎢極氬弧焊原理圖
第四節(jié) 氣體保護(hù)電弧焊
氣體保護(hù)電弧焊簡(jiǎn)稱(chēng)氣體保護(hù)焊或氣電焊，它是利用電弧作為熱源，氣體作為保護(hù)介質(zhì)的熔化焊。在焊接過(guò)程中，保護(hù)氣體在電弧周?chē)斐蓺怏w保護(hù)層，將電弧、熔池與空氣隔開(kāi)，防止有害氣體的影響，并保證電弧穩(wěn)定燃燒。氣體保護(hù)焊，可以按電極的狀態(tài)、操作方式、保護(hù)氣體種類(lèi)、電特性、極性、適用范圍等不同加以分類(lèi)，常用氣體保護(hù)焊分類(lèi)見(jiàn)表3-14。
根據(jù)具體情況的不同，氣體保護(hù)焊可采用不同的氣體，常用的保護(hù)氣體有二氧化碳、氬氣、氦氣、氫氣及混合氣體。氣體保護(hù)焊的優(yōu)點(diǎn)是：電弧線(xiàn)性好，對(duì)中容易，易實(shí)現(xiàn)全位置焊接和自動(dòng)焊接；電弧熱量集中，熔池小，焊接速度快，熱影響區(qū)較窄，焊件變形小，抗裂能力強(qiáng)，焊縫質(zhì)量好。缺點(diǎn)是不宜在有風(fēng)的場(chǎng)地施焊，電弧光輻射較強(qiáng)。本節(jié)著重介紹氬弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊。
一、氬弧焊
氬弧焊按照電極的不同分為熔化極氬弧焊和非熔化極氬弧焊兩種。
1．非熔化極氬弧焊的工作原理及特點(diǎn)
非熔化極氬弧焊是電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，在焊接電弧周?chē)鬟^(guò)一種不和金屬起化學(xué)反應(yīng)的惰性氣體(常常用氬氣)，形成一個(gè)保護(hù)氣罩，使鎢極端頭，電弧和熔池及已處于高溫的金屬不與空氣接觸，能防止氧化和吸收有害氣體。從而形成致密的焊接接頭，其力學(xué)性能非常好。如圖3-9所示。
鎢極氬弧焊的特點(diǎn)如下。
(1)可以焊接化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷慕饘偌昂辖稹６栊詺怏w氬或氦即使在高溫下也不與化學(xué)性質(zhì)活潑的鋁、鈦、鎂、銅、鎳及其合金起化學(xué)反應(yīng)，也不溶于液態(tài)金屬中。用熔渣保護(hù)的焊接方法(如手弧焊或埋弧焊等)很難焊接這些材料，或者根本不能焊接。
(2)可獲得體質(zhì)的焊接接頭。用這種焊接方法獲得的焊縫金屬純度高，氣體和氣體金屬夾雜物少，焊接缺陷少。對(duì)焊縫金屬質(zhì)量要求高的低碳鋼、低合金鋼及不銹鋼常用這種焊接方法來(lái)焊接。
(3)可焊接薄件、小件。
(4)可單面焊雙面成形及全位置焊接。
(5)焊接生產(chǎn)率低。
鎢極氬弧焊所使用的焊接電流受鎢極載流能力的限制，電弧功率較小，電弧穿透力小，熔深淺且焊接速度低，同時(shí)在焊接過(guò)程中需經(jīng)常更換鎢極。
2．熔化極氬弧焊的工作原理及特點(diǎn)
熔化極氬弧焊原理如圖3-10所示。
焊絲通過(guò)絲輪送進(jìn)，導(dǎo)電嘴導(dǎo)電，在母材與焊絲之間產(chǎn)生電弧，使焊絲和母材熔化，并用惰性氣體氬氣保護(hù)電弧和熔融金屬來(lái)進(jìn)行焊接的。它和鎢極氬弧焊的區(qū)別：一個(gè)是焊絲作電極，并被不斷熔化填入熔池，冷凝后形成焊縫；另一個(gè)是保護(hù)氣體，隨著熔化極氬弧焊的技術(shù)應(yīng)用，保護(hù)氣體已由單一的氬氣發(fā)展出多種混合氣體的廣泛應(yīng)用，如Ar 80％＋CO220％的富氬保護(hù)氣。通常前者稱(chēng)為MIG，后者稱(chēng)為MAG。從其操作方式看，目前應(yīng)用最廣的是半自動(dòng)熔化極氬弧焊和富氬混合氣保護(hù)焊，其次是自動(dòng)熔化極氬弧焊。
熔化極氬弧焊與鎢極氬弧焊相比，有如下特點(diǎn)。
(1)效率高 因?yàn)樗娏髅芏却?，熱量集中，熔敷率高，焊接速度快。另外，容易引弧?
(2)需加強(qiáng)防護(hù) 因弧光強(qiáng)烈，煙氣大，所以要加強(qiáng)防護(hù)。
3．保護(hù)氣體
(1)最常用的惰性氣體是氬氣。它是一種五色無(wú)味的氣體，在空氣的含量為0．935％(按體積計(jì)算)，氬的沸點(diǎn)為－186℃，介于氧和氦的沸點(diǎn)之間。氬是氧氣廠(chǎng)分餾液態(tài)空氣制取氧氣時(shí)的副產(chǎn)品。
我國(guó)均采用瓶裝氬氣用于焊接，在室溫時(shí)，其充裝壓力為15MPa。鋼瓶涂灰色漆，并標(biāo)有“氬氣”字樣。純氬的化學(xué)成分要求為：Ar≥99．99％；He≤0．01％；O2≤0．0015％；H2≤0．0005％；總碳量≤0．001％；水分≤30mg／m3。
氬氣是一種比較理想的保護(hù)氣體，比空氣密度大25％，在平焊時(shí)有利于對(duì)焊接電弧進(jìn)行保護(hù)，降低了保護(hù)氣體的消耗。氬氣是一種化學(xué)性質(zhì)非常不活潑的氣體，即使在高溫下也不和金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而沒(méi)有了合金元素氧化燒損及由此帶來(lái)的一系列問(wèn)題。氬氣也不溶于液態(tài)的金屬，因而不會(huì)引起氣孔。氬是一種單原子氣體，以原子狀態(tài)存在，在高溫下沒(méi)有分子分解或原子吸熱的現(xiàn)象。氬氣的比熱容和熱傳導(dǎo)能力小，即本身吸收量小，向外傳熱也少，電弧中的熱量不易散失，使焊接電弧燃燒穩(wěn)定，熱量集中，有利于焊接的進(jìn)行。
氬氣的缺點(diǎn)是電離勢(shì)較高。當(dāng)電弧空間充滿(mǎn)氬氣時(shí)，電弧的引燃較為困難，但電弧一旦引燃后就非常穩(wěn)定。
(2)氦氣(He)。氦氣在空氣中的含量很少，按體積計(jì)算只占0．0005％，密度約為氬氣的1／10。因而為了獲得良好的保護(hù)效果，就要加大流量。
用氦氣保護(hù)時(shí)，電弧電壓比氬要高得多，氦弧的發(fā)熱量要比氬弧大得多。因此，氦氣保護(hù)焊可焊接大厚度工件及導(dǎo)熱性好的材料，如銅及銅合金，也用于不銹鋼管的高速機(jī)械化焊接。
但是，氦氣提取的成本費(fèi)用昂貴，因而應(yīng)用很少。
(3)混合氣體。在一種氣體中加人少量的另外一種或兩種氣體后，對(duì)細(xì)化熔滴、減少飛濺、提高電弧穩(wěn)定性、改變?nèi)凵罴疤岣唠娀囟鹊扔幸欢ê锰?。因而，以氬為主的混合氣體熔化極氣體保護(hù)焊應(yīng)用十分廣泛，如Ar 80％＋CO2(5～20)％，Ar 95％＋O2(1～5)％，Ar 80％＋N2 20％，Ar＋H2，Ar＋He，Ar 80％＋CO2 15％＋O2 5％等。
4．非熔化電極
(1)非熔化極氣體保護(hù)焊對(duì)電極材料的要求
①耐高溫，在焊接過(guò)程中本身不熔化。
②電極要有較高的電子發(fā)射能力，要易于引弧及維持電弧的穩(wěn)定燃燒。
從這些要求來(lái)看，鎢是比較理想的電極材料。
(2)常用鎢極材料的特點(diǎn) 鎢極氬弧焊用的非熔化極材料有純鎢極、釷鎢極、鈰鎢極、鑭鎢極、鋯鎢極、釔鎢極等。其中前三種是最常見(jiàn)的。
①純鎢極 是使用歷史最長(zhǎng)的一種非熔化電極。但其有一些缺點(diǎn)：一是電子發(fā)射能力較差，要求電源有較高的空載電壓；二是抗燒損性差，使用壽命較短，需要經(jīng)常更換重磨鎢極端頭。目前主要用于交流電焊接鋁、鎂及其合金時(shí)，利用其破碎氧化膜的作用好的特點(diǎn)。
②釷鎢極 在鎢中加入一定量的氧化釷(ThO2)后就成為釷鎢極。其電子發(fā)射能力高，所需電弧電壓低，引弧容易而且穩(wěn)定，大大延長(zhǎng)鎢極的使用壽命。但氧化釷(THO2)有微量放射性。
③鈰鎢極 在鎢中加入2％以下的氧化鈰(CeO)，就制成了鈰鎢極。其主要特點(diǎn)是：沒(méi)有放射性，許用電流增大，熱電子發(fā)射能力強(qiáng)，電弧穩(wěn)定，熱量集中，使用壽命長(zhǎng)，端頭形狀易于保持。
5．電流種類(lèi)和極性
氬弧焊既可以使用直流電又可以使用交流電。而在使用直流電時(shí)，直流正極性應(yīng)用最廣。電流種類(lèi)及極性不同時(shí)，電弧的特點(diǎn)也截然不同。
(1)直流反極性 產(chǎn)生兩種極重要的物理現(xiàn)象，即“陰極破碎作用和鎢極過(guò)熱問(wèn)題”。
①陰極破碎作用。電流在直流反極性時(shí)，由于焊件是陰極，電弧空間的正離子飛向焊接熔池及其附近的區(qū)域，質(zhì)量大的正離子帶著很大的動(dòng)力撞擊其表面，釋放出很多能量，正離子撞擊陰極釋放出的能量要比電子撞擊陽(yáng)極表面釋放出的能量多。在正離子的撞擊作用下，金屬表面氧化膜被破壞，甚至發(fā)生分解、蒸發(fā)而消失，液態(tài)金屬附近的母材表面清潔而光亮。冷卻以后，焊縫表面無(wú)氧化膜，成形美觀(guān)。這就是陰極破碎作用，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷慕饘?，如鋁、鎂及其合金的焊接。
②鎢極過(guò)熱 由于鎢極是陽(yáng)極，電子以很高的速度轟擊鎢極，放出大量的熱量，造成鎢極溫度升高，降低鎢極使用壽命，因而除了焊接鋁鎂合金外，一般很少使用。
(2)直流正極性
①焊件為正極，經(jīng)受電子轟擊時(shí)放出的全部能量轉(zhuǎn)變成熱能，焊接熔池深而窄，有利于金屬的連接，焊接內(nèi)應(yīng)力和變形都小，焊接生產(chǎn)率高。
②鎢極不易過(guò)熱，使用壽命長(zhǎng)，許用電流值大。
③鎢極發(fā)射電子能力強(qiáng)，電弧穩(wěn)定。
④沒(méi)有陰極破碎作用，因而不能焊接鋁、鎂及其合金，但廣泛用于碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鎳基合金、鈦合金、銅合金等的焊接。
二、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊
二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊簡(jiǎn)稱(chēng)為CO2氣體保護(hù)焊或CO2焊，屬于熔化極氣體保護(hù)焊。它是利用CO2氣體保護(hù)電弧，使電弧與空氣隔離，電弧在焊絲和工件之間燃燒，焊絲自動(dòng)送進(jìn)，熔化了的焊絲和母材形成焊縫。CO2氣保焊分為半自動(dòng)焊和自動(dòng)焊兩類(lèi)。
CO2氣體保護(hù)焊是應(yīng)用最廣泛的一種熔化極氣體保護(hù)電弧焊方法。其主要有以下優(yōu)點(diǎn)。
(1)焊接成本低。CO2氣體是釀造廠(chǎng)和化工廠(chǎng)的副產(chǎn)品，價(jià)格低、來(lái)源廣，其焊接成本約為手弧焊和埋弧焊的40％～50％。
(2)焊接生產(chǎn)率高。由于焊絲自動(dòng)送進(jìn)，焊接時(shí)焊接電流密度大，焊絲的熔化效率高，所以熔敷速度高。焊接生產(chǎn)率比手弧焊高2～3倍。
(3)應(yīng)用范圍廣。可以焊接薄板、厚板以及全位置的焊接等。
(4)抗銹能力強(qiáng)。CO2焊對(duì)焊件上的鐵銹、油污及水分等，不像其他焊接方法那樣敏感，具有較好的抗氣孔能力。
(5)操作性好，具有手弧焊那樣的靈活性。
但是CO2氣體保護(hù)焊也有一些缺點(diǎn)。
(1)在電弧空間里，CO2氣體氧化作用強(qiáng)，因而需對(duì)焊接熔池脫氧，要使用含有較多脫氧元素的焊絲。
(2)飛濺大。不論采用什么措施，也只能使CO2焊接飛濺減小到一定程度，但仍比手弧焊、氬弧焊大得多。
1．CO2氣體
CO2是一種無(wú)色、無(wú)味的氣體。在0℃和1atm(101325Pa)下，密度為1．9768g／L，是空氣的1．5倍。CO2在常溫下很穩(wěn)定。
焊接用的CO2氣是鋼瓶的液態(tài)CO2汽化形成的。液態(tài)CO2是無(wú)色液體。其沸點(diǎn)為－78℃，在常溫下能迅速汽化，因而從鋼瓶放出的是氣態(tài)的CO2。標(biāo)準(zhǔn)鋼瓶容積為40L。經(jīng)常灌人25kg的液態(tài)CO2，占鋼瓶容積的80％左右，其余20％的空間則充滿(mǎn)了已汽化的CO2。CO2鋼瓶為鋁白色，字體為黑色。
CO2氣體的純度要大于99．5％，其水分要求小于1～2g／m3，O2小于0．1％。通常，為減少CO2氣體中的水分，可將氣瓶倒置一段時(shí)間，然后正放，擰開(kāi)氣閥將上部水分較多的氣體放掉。同時(shí)在焊接氣路系統(tǒng)中可串聯(lián)一個(gè)干燥器或預(yù)熱器。
2．CO2焊的冶金特點(diǎn)
雖然CO2氣體在常溫下是穩(wěn)定的，但高溫下是不穩(wěn)定的。在電弧高溫作用下有部分CO2要發(fā)生下式的分解，即
分解出來(lái)的原子狀態(tài)的氧，具有強(qiáng)烈的氧化作用。在電弧區(qū)有40％～60％的CO2發(fā)生分解，因而在電弧氣氛中，同時(shí)有CO2、CO和O的存在。而原子狀態(tài)的氧在液態(tài)熔滴和焊接熔池表面，對(duì)熔化金屬產(chǎn)生如下的氧化反應(yīng)作用，即
在上述反應(yīng)產(chǎn)物中，SiO2和MnO成為熔渣浮于熔池表面，CO2會(huì)逸出到空氣里，F(xiàn)eO會(huì)進(jìn)入熔池當(dāng)中繼續(xù)和其他元素反應(yīng)，即
所形成的CO不溶于液態(tài)金屬，形成氣泡從液態(tài)金屬中逸出，由于氣體的析出十分猛烈，會(huì)使液態(tài)金屬沸騰，甚至在氣泡浮出時(shí)使其發(fā)生粉碎性的細(xì)滴爆炸。CO2氣體保護(hù)焊時(shí)，在焊絲端頭和焊接熔池都可能產(chǎn)生這一過(guò)程。飛濺也主要是由這一原因造成的。
另外，由于焊接熔池的凝固速度快，CO氣體來(lái)不及逸出，而在焊縫中形成氣孔。同時(shí)殘留在焊縫金屬中的FeO，增加了焊縫金屬的含氧量，引起力學(xué)性能降低。
因此，為了解決CO2氣體保護(hù)焊中FeO的不利影響以及飛濺和氣孔的問(wèn)題，就應(yīng)加強(qiáng)其脫氧作用，亦即在焊絲當(dāng)中增加脫氧元素(如Mn、Si等)來(lái)抑制FeO的生成和飛濺的形成。
三、氣體保護(hù)焊的不安全因素
(1)產(chǎn)生有毒氣體。由于氣體保護(hù)焊的電流密度大、弧溫高、弧光強(qiáng)，除了金屬的蒸發(fā)和氧化產(chǎn)生有害的金屬粉塵外，還會(huì)產(chǎn)生溫度較高的有毒氣體，如臭氧、氮氧化物和一氧化碳等。例如，氬弧焊時(shí)電弧外圍空氣受熱所產(chǎn)生的臭氧和氮氧化物的濃度，分別是手工電弧焊的4．4倍和7倍。
(2)弧光輻射強(qiáng)。氣體保護(hù)焊的弧光輻射強(qiáng)度高于手工電弧焊，例如波長(zhǎng)為233～290nm的紫外線(xiàn)相對(duì)強(qiáng)度，手工電弧焊為0．06，而氬弧焊為1．0。強(qiáng)烈的紫外線(xiàn)輻射，會(huì)損害焊工的皮膚、眼睛和工作服。
(3)氬氣是一種惰性氣體，但其壓縮氣瓶在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用中，存在著引起氣瓶爆炸的危險(xiǎn)性。
(4)氬弧焊采用高頻振蕩器引弧，高頻振蕩器工作期間有電磁場(chǎng)輻射產(chǎn)生，而使用的釷鎢極的放射性物質(zhì)會(huì)對(duì)操作者帶來(lái)危害。
四、手工鎢極氬弧焊的操作規(guī)程
1．準(zhǔn)備工作
(1)熟悉圖樣及工藝規(guī)程，掌握施焊位置、尺寸和要求，合理地選擇施焊方法及順序。
(2)清理好工作場(chǎng)地，準(zhǔn)備好輔助工具和防護(hù)用品。
(3)檢查設(shè)備。焊機(jī)上的調(diào)整機(jī)構(gòu)、導(dǎo)線(xiàn)、電纜及接地是否良好；手把絕緣是否良好，地線(xiàn)與工件連接是否可靠；水路、氣路是否暢通；高頻或脈沖引弧和穩(wěn)弧器是否良好。
(4)檢查工件。坡口內(nèi)不得有熔渣、泥土、油污、砂粒等物存在，在焊縫兩側(cè)20mm范圍內(nèi)不得有油、銹，焊絲應(yīng)進(jìn)行除油除銹工作。
(5)不要在風(fēng)口處或強(qiáng)制通風(fēng)的地方施焊。
(6)依據(jù)工藝文件和產(chǎn)品圖樣要求，正確選擇焊絲。
2．安全技術(shù)
(1)穿戴好個(gè)人防護(hù)用品，應(yīng)在通風(fēng)良好的環(huán)境下工作，工作場(chǎng)地嚴(yán)防潮濕和存有積水，嚴(yán)禁堆放易燃物品。
(2)工件必須可靠接地，用直流電源焊接時(shí)要注意減少高頻電作業(yè)時(shí)間，引弧后要立即切斷高頻電源。
(3)冬季施焊時(shí)，一定要用壓縮空氣將整個(gè)水路系統(tǒng)中的水吹凈，以免凍壞管道。
(4)修磨鎢極時(shí)要戴手套和口罩。
3．工藝參數(shù)的選擇
鎢極氬弧焊的工藝參數(shù)主要有焊接電流種類(lèi)及極性、焊接電流、鎢極直徑及端頭形狀、保護(hù)氣體流量等。
(1)焊接電流種類(lèi)及大小 一般根據(jù)工件材料選擇電流種類(lèi)。焊接電流的大小是決定焊縫熔深的最主要參數(shù)，它主要根據(jù)工件材料、厚度、接頭形式、焊接位置選擇，有時(shí)還考慮焊工技術(shù)水平(手工焊時(shí))等因素。
(2)鎢極直徑及端頭形狀 鎢極直徑根據(jù)焊接電流大小、電流極性選擇(見(jiàn)表3-14)。
鎢極端頭形狀是一個(gè)重要工藝參數(shù)。根據(jù)所用焊接電流種類(lèi)，選用不同的端頭形狀，如圖3-11所示，尖端角度。的大小會(huì)影響鎢極的許用電流、引弧及穩(wěn)弧性能，表3-15列出了鎢極不同尖端尺寸推薦的電流范圍。
圖3-11 電極的端頭形狀
(3)氣體流量和噴嘴直徑 氬弧焊質(zhì)量在很大程度上取決于氬氣的保護(hù)效果。在一定條件下，氣體流量和噴嘴直徑有一個(gè)最佳范圍，此時(shí)，氣體保護(hù)效果最佳，有效保護(hù)區(qū)最大。表3-16列出焊接電流和噴嘴直徑、氣體流量的關(guān)系。
氬氣保護(hù)效果的評(píng)定，主要是根據(jù)焊縫表面的顏色。焊接表面色澤和氣體的保護(hù)效果見(jiàn)表3-17。
4．操作技術(shù)
鎢極氬弧焊的操作技術(shù)包括引弧、填絲焊接、收弧等過(guò)程。
(1)引弧
①短路引弧法(接觸引弧法)，即在鎢極與焊件瞬間短路，立即稍稍提起，在焊件和鎢極之間便產(chǎn)生了電??；
②高頻引弧法，是利用高頻引弧器把普通工頻交流電(220V或380V，50Hz)轉(zhuǎn)換成高頻(150～260kHz)、高壓(2000～3000V)電，把氬氣擊穿電離，從而引燃電弧。
(2)收弧
①增加焊速法，即在焊接即將終止時(shí)，焊炬逐漸增加移動(dòng)速度；
②電流衰減法，焊接終止時(shí)，停止填絲使焊接電流逐漸減少，從而使熔池體積不斷縮小，最后斷電，焊槍或焊炬停止行走。
(3)填絲焊接 填絲時(shí)必須等母材熔化充分后才可填加，以免未熔合，填充位置一定要填到熔池前沿部位，并且焊絲收回時(shí)盡量不要馬上脫離氬氣保護(hù)區(qū)。
五、CO2氣體保護(hù)焊操作規(guī)程
1．準(zhǔn)備工作
(1)認(rèn)真熟悉焊接有關(guān)圖樣，弄清焊接位置和技術(shù)要求。
(2)焊前清理。CO2焊雖然沒(méi)有鎢極氬弧焊那樣嚴(yán)格，但也應(yīng)清理坡口及其兩側(cè)表面的油污、漆層、氧化皮以及鐵金屬等雜物。
(3)檢查設(shè)備。檢查電源線(xiàn)是否破損；地線(xiàn)接地是否可靠；導(dǎo)電嘴是否良好；送絲機(jī)構(gòu)是否正常；極性是否選擇正確。
(4)氣路檢查。CO2氣體氣路系統(tǒng)包括CO2氣瓶、預(yù)熱器、干燥器、減壓閥、電磁氣閥、流量計(jì)。使用前檢查各部連接處是否漏氣，CO2氣體是否暢通和均勻噴出。
2．安全技術(shù)
(1)穿好白色帆布工作服，戴好手套，選用合適的焊接面罩。
(2)要保證有良好的通風(fēng)條件，特別是在通風(fēng)不良的小屋內(nèi)或容器內(nèi)焊接時(shí)，要注意排風(fēng)和通風(fēng)，以防CO2氣體中毒。通風(fēng)不良時(shí)應(yīng)戴口罩或防毒面具。
(3)CO2氣瓶應(yīng)遠(yuǎn)離熱源，避免太陽(yáng)曝曬，嚴(yán)禁對(duì)氣瓶強(qiáng)烈撞擊以免引起爆炸。
(4)焊接現(xiàn)場(chǎng)周?chē)粦?yīng)存放易燃易爆品。
3．焊接工藝
CO2氣體保護(hù)焊的工藝參數(shù)有焊接電流、電弧電壓、焊絲直徑、焊絲伸出長(zhǎng)度、氣體流量等。在其采用短路過(guò)渡焊接時(shí)還包括短路電流峰值和短路電流上升速度。
(1) 焊接電流和電弧電壓 短路過(guò)渡焊接時(shí)，焊接電流和電弧電壓周期性的變化。電流和電壓表上的數(shù)值是其有效值，而不是瞬時(shí)值，一定的焊絲直徑具有一定的電流調(diào)節(jié)范圍。常用焊接電流和電弧電壓的范圍見(jiàn)表3-18。
(2)焊絲伸出長(zhǎng)度 是指導(dǎo)電嘴端面至工件的距離。由于CO2焊時(shí)選用焊絲較細(xì)，焊接電流流經(jīng)此段所產(chǎn)生的電阻熱對(duì)焊接過(guò)程有很大影響。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，合適的伸出長(zhǎng)度應(yīng)為焊絲直徑的10～20倍，一般在5～15mm范圍內(nèi)。
(3)氣體流量 小電流時(shí)，氣體流量通常為5～15L／min；大電流時(shí)，氣體流量通常為10～20L／min，并不是流量越大保護(hù)效果越好。氣體流量過(guò)大時(shí)，由于保護(hù)氣流的紊流度增大，反而會(huì)把外界空氣卷入焊接區(qū)。
(4)電源極性 CO2氣體保護(hù)焊一般都采用直流反接，飛濺小，電弧穩(wěn)定，成形好。
鎢極氬弧焊技術(shù)操作規(guī)程（B標(biāo)準(zhǔn)）
1、 主題內(nèi)容和適用范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鎢極氬弧焊的操作規(guī)程 本標(biāo)準(zhǔn)適用于本廠(chǎng)結(jié)構(gòu)件的鎢極弧焊 2、 引用標(biāo)準(zhǔn) YB/JQ101.10 鋼鐵企業(yè)機(jī)修設(shè)備制造通用技術(shù)條件，焊接構(gòu)件 3、 焊前準(zhǔn)備 3．1熟悉圖紙和工藝要求，弄清焊縫位置和技術(shù)要求。 3．2準(zhǔn)備好焊接工具氬氣及勞保用品。 3．3檢查設(shè)備 3．3．1檢查焊槍是否正常，地線(xiàn)是否可靠。 3．3．2檢查水路，氣路是否通暢，儀呂儀表是否完好。 3．3．3檢查高頻引弧系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)是否正常，導(dǎo)線(xiàn)、電纜接頭是否可靠，對(duì)于自動(dòng)絲極氬弧焊，還要檢查調(diào)整機(jī)構(gòu)、送絲機(jī)構(gòu)是否完好。 3．4根據(jù)工件的材質(zhì)選擇極性，接好焊接回路，一般材質(zhì)用直流正接，對(duì)鋁 及鋁合金用反接法或交流電源。 3．5檢查焊接坡口是否合格，坡口表面不得有油污、鐵銹等，在焊縫兩側(cè)200mm內(nèi)要除油除銹。 3．6對(duì)于用胎具的要檢查其可靠性，對(duì)焊件需預(yù)熱的還要檢查預(yù)熱設(shè)備、測(cè)溫儀器。 4、 焊接工藝 4．1根據(jù)工藝要求選用填充金屬或通過(guò)工藝試驗(yàn)確定。填充金屬不得有油污、銹斑，焊絲必須矯直后繞入焊絲盤(pán)內(nèi)。 4．2根據(jù)工藝要求或?qū)嶋H情況選用電極。 4．2．1電極一般常用鈰鎢極；電極大小要考慮電流和板厚，一般電極直徑盡可能小 （參考表1） 表1 電極直和直徑流正接的放用電流 4．2．2手工焊鎢極伸出長(zhǎng)度為5—10mm。 4．2．3鎢極端部要磨光，端部形狀隨電源變化，交流用圓珠形，直流用錐臺(tái)形，錐度取決于電流，電流越小，錐度越大。 4．3通過(guò)工藝試驗(yàn)確定焊接電流、電壓，氣體流量。對(duì)孔徑為12—20mm的噴嘴，流量一般為12—15升/分。 4．4根據(jù)確定的工藝參數(shù)調(diào)機(jī)施焊。 4．5手工焊時(shí)噴嘴離工件的距離應(yīng)盡可能減小，鎢極中心線(xiàn)與工件一般保持80o—85o，填充焊絲應(yīng)位于鎢極前方邊熔化邊送絲，要求均勻準(zhǔn)確，不可擾亂氬氣氣流。 4．6手工焊接過(guò)程必須保持一事實(shí)上高度的電弧，焊槍均勻移動(dòng)。 4．7絲極自動(dòng)氬弧焊時(shí)，焊極端部與焊件之間的距離為0.8—2mm。對(duì)薄板對(duì)接焊縫應(yīng)用引弧板和熄弧板，并用鋼性?shī)A固以防變形；對(duì)環(huán)焊縫，焊縫首尾應(yīng)重疊10—20mm。 4．8焊接時(shí)應(yīng)注意焊縫表面的顏色，以判斷氬氣的保護(hù)效果，對(duì)于不銹鋼以銀白、金黃色最好，顏色變深、變灰黑都不好。 4．9熄弧后焊槍?xiě)?yīng)在焊縫上保持3—5秒，直到鎢 極熔池區(qū)冷卻后再移走焊槍?zhuān)P(guān)閉氬氣。 4．10焊后對(duì)焊件進(jìn)行檢查。 5、 焊接過(guò)程中或焊后發(fā)現(xiàn)缺陷必須返修 5．1發(fā)現(xiàn)缺陷先分析原因，訂出措施，對(duì)裂紋還應(yīng)找出首尾。 5．2重要焊縫同一部位返修不超過(guò)兩次，超過(guò)兩次要經(jīng)主管部門(mén)批準(zhǔn)。 5．3當(dāng)一條焊縫有三分之一以上不合格時(shí)，該焊縫應(yīng)全部返修 |
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