氣體保護(hù)電弧焊（GMAW）-云南特種設(shè)備焊工考試培訓(xùn)報(bào)名
這里要討論的工藝是氣體保護(hù)電弧焊，簡寫為GMAW。它是美國焊接學(xué)會所給出的一種工藝，也就是我們常說的熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊MIG。通常它是用作一種半自動工藝，但也可作為機(jī)械化和自動化工藝來應(yīng)用，因此它很適合于焊接機(jī)器人來操作。氣體保護(hù)電弧焊是通過焊槍連續(xù)不斷的送絲，由焊絲和工件之間產(chǎn)生的電弧的熱量將母材和焊絲熔化，從而達(dá)到焊接的目的。圖3.10描述了這一焊接工藝的基本過程。
氣體保護(hù)電弧焊很重要的一個(gè)特點(diǎn)是焊接過程的保護(hù)氣體也是由焊槍輸送的，這些氣體有惰性的，也有非惰性的。惰性氣體如氬、氦可用于某些焊接當(dāng)中，它們可單獨(dú)使用，也可混合使用，或與其它非惰性氣體如氮?dú)�、氧氣或二氧化碳混合使用。多�?shù)氣體保護(hù)電弧焊使用二氧化碳作為保護(hù)氣體，因?yàn)榕c惰性氣體相比，它價(jià)格較為便宜。
氣體保護(hù)電弧焊的電極是實(shí)芯焊絲，實(shí)芯焊絲纏繞成不同規(guī)格尺寸盤或卷，美國焊接學(xué)會給出了它們的標(biāo)識方法，是以字母ER打頭，后面有二到三個(gè)數(shù)字，然后是連字符S，最后是一個(gè)數(shù)字，見圖3.11。
字母ER代表焊絲既可用作電極，也可用作填充金屬，或僅用作填充金屬（對其它焊接工藝而言）。二到三個(gè)數(shù)字表示焊縫金屬的最小抗拉強(qiáng)度，單位為千磅每平方英寸。因此，與手工電弧焊一樣，“70”就表示填充金屬的最小抗拉強(qiáng)度為70,000磅每平方英寸（PSI）。字母S表示為實(shí)芯焊絲，連字符后的最后一個(gè)數(shù)字表示電極的化學(xué)成分，說明了其操作特性以及焊縫的性能。典型的氣體保護(hù)電弧焊電極均增加脫氧劑如錳、硅和鋁等，從而避免了氣孔的發(fā)生。
雖然焊絲沒有藥皮，但在不用時(shí)，也需妥善保管，最重要的一點(diǎn)是要確保焊絲干凈。如果把焊絲隨便堆放，它將會受到灰塵、油、濕氣、打磨飛灰以及其它存在于焊接車間介質(zhì)的污染。因此，在不用時(shí)，焊絲必須貯存在原塑料包裝或原運(yùn)輸包裝內(nèi)，如果一卷焊絲已經(jīng)裝在焊機(jī)上，當(dāng)較長時(shí)間不用時(shí)，應(yīng)加蓋保護(hù)。
氣體保護(hù)電弧焊的電源與手工電弧焊的電源不同，它不是恒流電源，而是我們所說的恒壓電源、或平特性電源，也就是說，氣體保護(hù)電弧焊的焊接是在設(shè)定的電壓下，通過焊接過程中電流的變化來完成的。
氣體保護(hù)焊通常采用直流反接(DCEP)，當(dāng)用這種類型的電源和送絲機(jī)構(gòu)配合時(shí)，就可以組成半自動、機(jī)械或全自動的焊接方法。圖3.12給出了典型的氣體保護(hù)焊設(shè)備配置。
正如所看見的那樣，這種設(shè)備較手工電弧焊所使用的設(shè)備要復(fù)雜一些。一個(gè)完整的配置包括電源、送絲機(jī)構(gòu)、保護(hù)氣體以及通過柔性電纜連接在送絲機(jī)構(gòu)上的焊槍，這根柔性電纜可以焊絲和保護(hù)氣體。焊工可以通過在電源上調(diào)節(jié)電壓，在送絲機(jī)構(gòu)上調(diào)節(jié)送絲速度，以來設(shè)置焊接參數(shù)。當(dāng)送絲速度增加，焊接電流也隨之增加。焊絲的熔化率與焊接電流成適當(dāng)?shù)谋壤@實(shí)際上是由送絲速度所控制的。
值得一提的是這種電源是平特性電源。圖3.13給出了典型的V-A曲線。圖上的曲線不是平的實(shí)際上有一點(diǎn)輕微的下降。這種特性允許實(shí)現(xiàn)半自動工藝功能，也就是說焊工不必象手工電弧焊焊工那樣控制填充金屬的送進(jìn)。換句話說，這種系統(tǒng)被稱為“自調(diào)節(jié)平特性”系統(tǒng)。這種特性是因?yàn)楹笜屌c工件的相對位置的微小變動會引起焊接電流的明顯的增大或減小。
從圖3.13中可以看見，當(dāng)焊槍靠近工件時(shí)會使電阻減小從而使焊接電流立刻增大，立刻將焊絲多熔化一些，使電弧長度和電流恢復(fù)到設(shè)定值。這減小了焊工操作對焊接特性的影響，使該方法對操作人員不敏感，因此操作容易掌握。
如果改變設(shè)備的調(diào)節(jié)機(jī)置，將導(dǎo)致操作特性的極大變化。首先所關(guān)注的是熔化金屬從電極端部穿過電弧區(qū)到達(dá)母材的過渡方式。對于氣體保護(hù)焊，有四種基本的過渡方式，它們是射流過渡、熔滴過渡、脈沖過渡和短路過渡。
圖3.14給出了四種過渡方式中的三種。它們的特性完全不同以至幾乎認(rèn)為是四種獨(dú)立的焊接方法。每種特定的過渡方式都有特定的優(yōu)點(diǎn)和局限，因此有不同的適用范圍。過渡方式由包括保護(hù)氣體、電流和電壓以及電源特性在內(nèi)的若干因素決定。
這四種不同的過渡方式的一個(gè)基本特性就是向工件傳送不等的熱量。射流過渡被認(rèn)為熱量最高，接下來是脈沖過渡、熔滴過渡，最后是短路過渡。因而，在平焊位置，射流過渡最適合厚板以及全焊透接頭。
熔滴過渡能產(chǎn)生大量的熱量以及熔敷金屬，但操作穩(wěn)定性略有下降，容易產(chǎn)生飛濺。
脈沖氣體保護(hù)焊要求焊接電源能夠產(chǎn)生直流脈沖輸出，并且焊工能夠準(zhǔn)確地對脈沖進(jìn)行程控，使峰值電流和基值電流進(jìn)行組合，從而增加對熱輸入和工藝穩(wěn)定性的控制。焊工能夠?qū)Ψ逯得}沖電流的值和寬度進(jìn)行設(shè)置。這樣在焊接過程中，焊接電流能夠在峰值脈沖電流和基值脈沖電流之間變換，并且，二者均可以通過焊機(jī)進(jìn)行控制。
短路過渡向母材傳送的熱量最少，這使得它成為薄板焊接和由于裝配導(dǎo)致的間隙過寬的接頭焊接的首選。短路過渡方式具有冷卻的特性，這是因?yàn)殡姌O實(shí)際上與母材接觸，在焊接循環(huán)中產(chǎn)生部分短路。這樣電弧是間歇地產(chǎn)生和消失。在電弧消失的這段期間，會發(fā)生冷卻現(xiàn)象從而減小薄板材料燒穿的傾向。短路過渡用于厚板焊接時(shí)必須特別小心，因?yàn)闊崃坎蛔闳菀桩a(chǎn)生未熔合。
正如所提及的那樣，保護(hù)氣體對過渡方式有著重要的影響作用。在混合氣體中，只有在至少80%氬氣含量的情況下，射流過渡才能產(chǎn)生。CO2氣體廣泛的用于碳鋼的氣體保護(hù)焊，這主要是因?yàn)槠涞土某杀竞蛢?yōu)異的熔透特性。然而，它仍有缺點(diǎn)，這就是要產(chǎn)生大量的飛濺，而這些飛濺必須去除，因而降低了生產(chǎn)效率。
這種工藝的多樣性使它在許多工業(yè)應(yīng)用中得到采用。GMAW能夠有效地應(yīng)用于許多種類的鐵基金屬和非鐵基金屬的連接或搭接。用保護(hù)氣體來代替容易受到污染的焊劑，能夠減少將氫帶入焊接區(qū)域的可能性，因而，GMAW能夠成功用于由于氫的存在而出現(xiàn)問題的情況。
由于沒有焊后必須去除的焊渣，GMAW非常適合自動化和機(jī)器人焊接，或其它高效生產(chǎn)情況。這是這種工藝的主要優(yōu)點(diǎn)之一。由于焊后極少或沒有清理要求，操作人員總的生產(chǎn)效率得到極大的提高。這個(gè)效率由于使用焊絲盤而得到進(jìn)一步的提高，連續(xù)的焊絲不需要象使用單根焊條的手工電弧焊那樣經(jīng)常更換。所以節(jié)約下來的時(shí)間可以用于完成更多的焊接生產(chǎn)。
GMAW的主要優(yōu)勢在于每小時(shí)的金屬熔敷量，這極大地降低了勞動力成本。氣體保護(hù)焊的另一個(gè)優(yōu)勢在于它是一種干凈的工藝，這主要?dú)w功于沒有使用焊劑。在通風(fēng)不良的車間會發(fā)現(xiàn)，從手工電弧焊或藥芯焊換成氣體保護(hù)焊后情況會得到改善，這是因?yàn)闊煹漠a(chǎn)生減少了。由于有各種各樣的焊絲可選用，而且焊接設(shè)備變的更便于攜帶，氣體保護(hù)焊的適用領(lǐng)域不斷得到擴(kuò)展。該工藝的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可見性。因?yàn)闆]有焊渣，焊工能夠很容易地觀察電弧和熔池的情況，從而改善控制。
使用保護(hù)氣體代替焊劑，確實(shí)會得到一些好處，但同樣被認(rèn)為是有局限的，這是因?yàn)闅怏w是焊接過程中保護(hù)和清潔熔池的主要方法。如果母材過臟，單靠保護(hù)氣體不足以避免氣孔的產(chǎn)生。GMAW還對氣流和風(fēng)特別敏感，它們會將保護(hù)氣體吹開，留下未保護(hù)的金屬。正是這個(gè)原因，氣體保護(hù)焊不大適合工地焊接。應(yīng)充分認(rèn)識到，氣體流量大于推薦值的上限，并不能保證對熔池適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。實(shí)際上，大的氣體流量反而導(dǎo)致氣體紊亂，并增大氣孔產(chǎn)生的可能性，這是因?yàn)樵龃髿怏w流量實(shí)際上可能將空氣帶入焊接區(qū)。
另一個(gè)缺點(diǎn)是設(shè)備要求比手工電弧焊的設(shè)備復(fù)雜。這增加了由于機(jī)械故障而導(dǎo)致焊接質(zhì)量問題的可能性。諸如焊槍內(nèi)襯和導(dǎo)電嘴的磨損會改變送絲和電特性從而產(chǎn)生有缺陷的焊縫。
主要的問題已經(jīng)討論過。他們是：由于污染或保護(hù)不良產(chǎn)生的氣孔，厚板焊接采用短路過渡產(chǎn)生的未熔合，焊槍襯里和導(dǎo)電嘴磨損而產(chǎn)生的電弧不穩(wěn)定。雖然這些問題對焊接質(zhì)量非常有害，但如果采取了預(yù)防措施，它們是能被減輕的。
為了減少氣孔產(chǎn)生的可能性，焊前應(yīng)對部件進(jìn)行清理，并用圍欄或屏風(fēng)保護(hù)焊接區(qū)域避免過強(qiáng)的風(fēng)。如果氣孔仍然存在，就應(yīng)當(dāng)檢查所用的氣體，以保證不存在過量的潮氣。
未熔合的確是GMAW的一個(gè)問題，特別是采用短路過渡時(shí)。這有一部份的原因是因?yàn)檫@種焊接工藝沒有使用焊劑， 是一種“明弧焊”，。由于沒有了焊劑對電弧熱量的保護(hù)，所以容易使焊工認(rèn)為母材中有高大量的熱量。這是一種誤覺，所以，焊工必須明白這種情況并確保電弧能熔化母材。
最后，設(shè)備應(yīng)得到良好的保養(yǎng)，以減輕諸如送絲不穩(wěn)定所造成的問題。每次更換送絲輪時(shí)，應(yīng)當(dāng)用干凈的壓縮空氣吹掃內(nèi)襯，清除可能產(chǎn)生阻塞的微粒。如果送絲仍有問題，就應(yīng)當(dāng)更換內(nèi)襯。導(dǎo)電嘴應(yīng)定期更換。導(dǎo)電嘴磨損后，接觸點(diǎn)發(fā)生了變化，使焊絲伸長量增加，然而焊工并不知道。焊絲伸長量是導(dǎo)電嘴到焊絲端部的距離，參見圖3.15。
