淺談MIG焊接工藝研究

摘要 目前，融化極惰性氣體保護（MIG）焊接技術已經日趨成熟，各種自動化的焊接設備也相繼孕育而生。寶銅特鋼有限公司冷軋廠目前擁有三臺MIG焊機，為美國Guild公司生產的RCM375-54型號，分別應用于冷軋廠拼卷、連續退火、酸洗三條產線，可焊接0.7mm～7.1mm厚、600mm～1300mm寬度的不銹鋼卷。本文主要對基本焊接工藝參數進行分析，并對焊接操作過程中的注意事項進行歸類，以達到優化焊接工藝、提高員工操作水平的目的。

關鍵詞MIG焊接工藝熔池

任何一種焊接都表現為能量的作用。電弧焊的能量源是焊接電流，在焊接中對被焊件起到熱和力的作用，是被焊件熔化并形成焊縫的前提。

一、熔化極惰性氣體保護焊（MIG）焊接工藝介紹

熔化極惰性氣體保護焊（MIG），是采用電弧作為熱源熔化連續送進的焊絲和母材金屬，在氣體保護下形成熔池和焊縫的焊接方法。在焊接時，保護氣體從焊槍噴嘴中不斷連續的噴出，覆蓋在電弧、熔滴、熔池及焊絲組成的焊接區的外圍，形成局部氣體保護層，機械地將空氣與焊接區隔絕，從而保證焊接的穩定性，并獲得質量優良的焊縫。

熔化極惰性氣體保護焊（MIG）設備包括焊槍、焊接電源、保護氣供氣系統、送絲機構、焊槍冷卻系統等部分。電源的一級接在工件上，另一段接在焊槍的導電嘴上。冷軋廠使用的RCM型號焊機使用直流反接法，它將焊槍和焊絲作為陽極，機架底座和支撐銅棒作為陰極。一般情況下，焊絲接陰極的熔化速度高于焊絲接陽極時的熔化速度。但是焊絲接陰極時電弧不穩定，熔滴過渡不規則且焊縫成形不良，所以絕大部分情況下，MIG焊接要求焊絲接陽極，這時電弧穩定，但是焊絲熔化速度較低。MIG焊接通常不用交流電，主要原因是電流過零時電弧熄滅，電弧難以再引燃且焊絲為陰極的半波電弧不穩定。

送絲機構將焊絲從焊絲盤中拉出并送人焊槍，在焊絲經過焊槍時，通過與導電嘴的接觸而帶電，并與工件間形成電弧。用控制系統來供給和停止保護氣體和冷卻水、控制焊接電源的啟動和停止以及按要求控制送絲速度。

冷軋廠所使用的RCM375-54弧焊機設備主要包括以下部分：

（1）焊機機架主體：機架上包括出、入口機械側導，起對中帶頭帶尾的作用;一個圓盤滾剪，將帶頭帶尾切齊使之平行;一對出、如口夾鉗，將帶頭帶尾夾緊固定，為焊接做準備。

（2）焊接小車：焊接小車由絲桿控制，帶動焊槍移動完成焊接過程;小車上有送絲機構，在焊接時焊絲送入焊槍。

（3）焊接電源：該焊機采用直流恒壓電源，保證焊接過程中電壓穩定。

（4）輔助設備：一個水冷卻設備用來冷卻焊槍;一個保護氣供氣系統，目前MIG焊槍采用98%Ar+2%O2的混合氣體。

一、主要焊接工藝參數

1.焊接電流和電壓。見圖1。

圖1焊接電流和電壓示意

首先應根據所焊材料選擇所需要的焊絲規格，一般來說，焊絲成分與母才越接近越好。若其他參數不變，焊接電流與送絲速度成遞增關系。即在給定的焊絲直徑下，增大送絲速度，焊接電流也會隨之增加。同樣的送絲速度，直徑大的焊絲將會產生更大的電流。焊絲直徑一定時，焊接電流（送絲速度）的選擇與熔滴過渡類型有關。電流較小時，熔滴為滴狀過渡（若電弧電壓過低，則為短路過渡），滴狀過渡時，飛濺較大，焊接過程不穩定。而短路過渡時，電弧功率較小，一般用于薄板焊接。當電流超過一個臨界電流時，熔滴為噴射過渡。噴射過渡是生產中采用最廣泛的過渡形式，要獲得穩定的噴射過渡，焊接電流還必須小于使焊縫起皺的臨界電流，以保證穩定的焊接過程和焊接質量。焊接電流一定時，焊接電壓應該與焊接電流相匹配，以避免氣孔、咬邊、飛濺等缺陷。

2.焊接速度。單道焊的焊接速度是焊槍沿接頭中心線方向的相對移動速度。在其他條件不變時，熔身隨焊速增大而增大并有一個最大值。焊速減小時，單位長度上填充金屬的熔敷量增加，熔池體積增大，由于這時電弧直接接觸的只是液態熔池金屬，固態母材金屬的熔化是靠液態金屬的導熱作用實現的，故熔深減小，熔寬增加;焊接速度過高，單位長度上電弧傳給母材的熱量顯著降低，母材的熔化速度減慢，隨著焊速的提高，熔深和熔寬均減小，焊接速度過高可能產生咬邊（母材和焊縫金屬交界處的凹下溝槽稱為咬邊，咬邊會因應力集中產生裂紋，應盡可能消除）。自動焊接時，隨著焊接速度的增大，從噴嘴噴出的保護氣體，因受前方靜止空氣的阻礙作用，會產生變形和彎曲，焊速越快，氣流變形彎曲愈嚴重，以致可能使焊絲末端、電弧以及熔池的一部分越出保護區而暴露在空氣中，從而惡化了保護效果。為此通過改善噴嘴結構及增大流量等措施來保證高速焊接時的氣體保護作用。

3.氣體流量。通常保護氣氛為At+O₂，在Ar中加入O₂可用于碳鋼、不銹鋼等高合金和高強度鋼的焊接。其最大優點是克服了純Ar保護焊接不銹鋼時存在的液體金屬黏度大、表面張力大而易產生氣孔，焊縫金屬潤濕性差易產生咬邊，陰極斑點飄移而產生電弧不穩等缺點。焊接不銹鋼等高合金鋼以及強度較高的鋼時，O₂的含量應該控制在1%～5%，用于焊接碳鋼和低合金鋼時，O₂得含量可達到20%。我廠MIG焊接所使用的保護氣體98%Ar+2%O₂。保護氣體從噴嘴噴出有兩種情況：較厚的層流和接近于紊流的較薄層流，前者有較大的有效保護范圍和較好的保護作用，因此，為了得到層流的保護氣流，加強保護效果，需采用結構設計合理的焊槍和合適的氣體流量，氣體流量過大或者過小都會造成紊流，由于MIG焊對熔池的保護要求較高，如果保護不良，焊縫表面便會起皺紋，通常噴嘴的孔徑為20 mm左右，氣體流量為30L/min～60L/min。

4.焊絲選擇。熔化極惰性氣體保護電弧焊（MIG）使用的焊絲成分，通常情況下應與母材的成分接近，同時焊絲應具有良好的焊接工藝性，并能保證良好的接頭性能。熔化極惰性氣體保護電弧焊使用的焊絲直徑一般在0.8 mm～2.5 mm。我廠焊接不銹鋼主要使用成分為309L-Si、Φ1.2mm的焊絲。對于厚度1mm以下的材料，采用中0.9 mm的焊絲較好，但是考慮到市場原因，仍用中Φ1.2 mm規格代替，目前使用的情況尚可。焊絲直徑越小，焊絲的表面積與體積的比值越大，即焊絲加工過程中進入焊絲表面上的拔絲劑、油或者其他的雜質相對較多，這些雜質可能引起氣孔、裂紋等缺陷，因此，焊絲使用前必須經過嚴格的清理。

5.間隙。間隙也是影響焊縫成形的一個重要因素。理想的焊縫形狀，應該是母材與焊絲熔合完好，正、反面有充分的余高，且無任何缺陷。一個良好的焊縫，間隙既不能過大也不能過小。間隙過大，會造成焊縫正面塌陷，邊部未焊牢;間隙過小，會造成焊絲不能充分熔合，背面余高不夠。通常情況下，兩塊材料之間的間隙應該與板厚以及所使用的焊絲直徑有關。冷軋廠關于間隙設定的基準為板厚的25%～50%，而對于厚度為0.8 mm以下的鋼卷，可采用零間隙進行焊接。

二、焊接注意事項和焊縫常見缺陷

1.焊接注意事項。（1）焊前要做好準備工作，檢查保護氣體是否充足且流動正常;（2）檢查導電嘴是否完好，有無破損，如導電嘴損壞需及時更換;（3）更換焊絲后，需檢查送絲蒂是否順暢，一只手按動送絲按鈕，另一只手緊抓焊絲，如果手指不能阻止焊絲往下，說明送絲良好;否則，檢查送絲滾輪是否緊固;（4）焊接前，應手動控制焊槍，檢查焊槍是否在間隙中心，如果不在間隙中心，應調整焊槍上的螺絲，使其對中;（5）焊接時，觀察焊槍運行應戴好防護面罩，做好保護措施，防止被弧光燒傷。

2.常見的焊縫缺陷。可能出現的缺陷及處理方法。（1）未焊透。形貌：焊縫下部無余高。①產生原因：a.焊縫間隙偏小;b.焊槍高度過高.c.焊接參數與帶鋼規格不符;d.使用單槍，焊接過程中帶鋼受熱變形導致焊縫間隙偏小。②處理措施：a.焊接前測量焊縫間隙，根據實測值調整焊縫間隙設定值.b調整焊槍高度，以噴嘴至帶鋼的距離為準，不小于10 mm且不得超過12 mm;c.根據實測的帶鋼厚度，選擇焊接參數;d.根據未焊透部位，增大焊機一側焊縫間隙0.3mm～0.5mm。

（2）未熔合。形貌：焊縫下部存在肉眼可見邊部縫隙。①產生原因：a.焊槍位置偏離焊接間隙;b.焊槍導電嘴孔徑變大.c.焊縫間隙偏小。②處理措施：a.調整焊槍位置，對準焊接間隙（400-300偏向300系列一側）.b.更換焊槍導電嘴;c.焊接前測量焊縫間隙，根據實測值調整焊縫間隙設定值。

（3）跳焊。形貌：焊縫上部熔寬不齊。①產生原因：a.帶鋼表面存在異物（如油污等）.b.送絲不暢。②處理措施：a.取出帶鋼表面異物.b.更換焊槍導電嘴或調整送絲盤。

三、冷軋廠幾種典型鋼種的焊接工藝

1.奧氏體不銹銅SUS304。見表1。

試樣規格：熱軋固溶態，厚度6 mm。

Incoloy800H為典型的NI基耐蝕合金，由于其含M量較多，因此相對于同規格的304，焊接Incoloy800H所需要的電流更加高些，其焊接參數如下：焊絲焊絲309L-Si，中1.2 mm;保護氣體：98%Ar+2%O₂，見表4。

3.鈦TA1。見表5。

試樣規格：熱軋固溶態，厚度5 mm。

焊接鈦板，采用的焊絲也必須為鈦，因為鈦的彈性比較大，其彈性模量只有不銹鋼的一半，因此焊接鈦時可將速度適當放慢;焊接時，熔池表面容易吸入O、N、C、H等元素，對接頭影響很大，尤其是H，能夠使材料的沖擊韌性下降，形成氫脆，因此焊接時需要保護氣體充分。

其焊接參數如下：焊絲TA2，中1.2 mm;保護氣體：98%At+2%O₂，見表6。

焊接后，焊縫呈銀白色，說明焊縫表面情況比較好，保護氣體充分。

進行拉伸實驗，焊縫強度為415 MPa，超過了國家標準;觀察焊縫金相組織，發現焊縫中有細小的氣孔，導致的原因可能為焊接速度過快或者保護氣不良;由于采購的鈦焊絲為國產手工盤絲，因此焊接時送絲不是很直，也可能造成焊縫存在氣孔;后續將對存在的問題進行跟蹤，對部分參數進行調整，以優化焊接工藝。

四、結束語

綜上所述，通過實驗我們可以得出以下結論：

（1）因為焊機為自動化焊接，因此焊接前需要保證機械性能和精度良好。

（2）焊接前需要檢查氣體、送絲等是否良好，焊接后按標準檢查焊縫外觀。

（3）不同鋼種的焊接，需采用不同的焊絲，理論上，焊絲的成分與母材越接近越好。

（4）材料間的間隙理論上為母材厚度的25%～50%。

（5）冷軋廠RCM375-54焊機良好的焊接速度應根據厚板保持在800mmpm～1200mmpm。

參考文獻

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[2l何德孚.焊接與連接工程學導論.上海：上海交通大學出版社.

[3]陳云祥.焊接工藝，北京：機械工業出版社.

[4]試驗報告NO.1012L057.寶山鋼鐵股份有限公司分析測試中心.