观摩药芯焊丝CO2气体保护焊的操作过程优化

任务描述

1.理解药芯焊丝气体保护焊的原理，了解药芯焊丝气体保护焊的特点。

2.了解药芯焊丝的组成及牌号。

3.掌握药芯焊丝CO₂气体保护焊的焊接参数。

4.了解药芯焊丝CO₂气体保护焊的操作方法。

任务分析

本任务主要涉及药芯焊丝气体保护焊的原理及特点，药芯焊丝的组成及牌号，药芯焊丝CO₂气体保护焊的焊接参数等知识点，并使学生通过观摩药芯焊丝CO₂气体保护焊的操作过程来了解药芯焊丝CO₂气体保护焊的操作方法。

相关知识

药芯焊丝是继焊条、实芯焊丝之后得以广泛应用的新型焊接材料。它由金属外皮和芯部药粉组成。将药芯焊丝作为填充金属的各种电弧焊方法称为药芯焊丝电弧焊。根据外加保护方式的不同，药芯焊丝电弧焊可分为药芯焊丝自保护焊、药芯焊丝气体保护焊及药芯焊丝埋弧焊。根据保护气体的不同，药芯焊丝气体保护焊可细分为药芯焊丝CO₂气体保护焊，药芯焊丝惰性气体保护焊（药芯焊丝既可作为熔化极，又可作为TIG焊的焊丝）和药芯焊丝混合气体保护焊。其中，药芯焊丝CO₂气体保护焊主要用于结构件的焊接，用量最大。

一、药芯焊丝气体保护焊的原理及特点

1.药芯焊丝气体保护焊的原理

药芯焊丝气体保护焊的基本原理与普通熔化极气体保护焊的相同。二者的主要区别在于药芯焊丝内部装有药粉，焊接时，药芯焊丝既作为电极，又作为填充材料。在电弧的热作用下，熔化状态的药芯焊丝、焊丝金属、母材金属和保护气体之间相互发生作用，形成一层较薄的液态熔渣，包覆熔滴并且覆盖熔池，对熔化金属形成了有效的保护，从而达到了气-渣联合保护的目的，如图4-26所示。

2.药芯焊丝气体保护焊的特点

图4-26 药芯焊丝气体保护焊示意图

1—导电嘴 2—喷嘴 3—药芯焊丝 4—保护气体 5—电弧 6—熔渣 7—焊缝 8—熔池

1）药芯中各种物质产生了造气、造渣等一系列反应，实现了气-渣联合保护，保护效果好，飞溅少且颗粒小，抗气孔能力强，焊道成形美观。

2）药芯焊丝可以通过外皮和药芯来调整熔敷金属的化学成分，可焊接多种钢材，适应性强。

3）焊接速度快，生产效率高。熔敷速度明显高于焊条的熔敷速度，并略高于实芯焊丝的熔敷速度；生产效率是焊条电弧焊的3～4倍，在大面积堆焊时甚至高于焊条电弧焊的8倍。

4）由于药芯焊丝中的药粉可以改变焊接电弧的特性，所以对电源无特殊要求，交流或直流，平滑特性或陡降特性均可。

5）综合成本低，经济效益显著。当焊接相同厚度的钢板时，药芯焊丝单位长度的焊缝综合成本不到焊条的1/2，且略低于实芯焊丝的成本。

药芯焊丝气体保护焊的不足之处在于焊接时送丝较实芯焊丝困难，焊丝的金属外皮容易锈蚀，药粉易吸潮，因此对药芯焊丝的保存和管理要求较严格。

二、药芯焊丝的组成及牌号

1.药芯焊丝的组成

药芯焊丝是由金属外皮和芯部药粉组成的。药芯焊丝按接头形式的不同可分为有缝焊丝和无缝焊丝两类。无缝焊丝是向无缝钢管中压入所需的粉剂后，经轻拔而成的。这种焊丝可以镀铜，性能好，成本低。有缝焊丝按其截面形状的不同又可分为O形、梅花形、T形、E形和中间填丝形等，如图4-27所示。焊丝截面形状越复杂，电弧越稳定，焊丝熔化越均匀，药芯的冶金反应和保护作用就越充分。

图4-27 药芯焊丝气体保护焊示意图

1—钢带 2—药粉

2.药芯焊丝的牌号

药芯焊丝牌号的表示方法为：字母Y表示药芯焊丝，第二个字母（表示用途或钢种类别，见表4-22）及其后面的三位数字与焊条型号编制方法相同，牌号尾部在用一位数字表示焊接时的保护方法（见表4-23），并用短线“-”与前面的数字分开。

表4-22 药芯焊丝类别

表4-23 药芯焊丝保护类型

例如：

三、药芯焊丝CO₂气体保护焊焊接参数

药芯焊丝CO₂气体保护焊的工艺与实芯焊丝CO₂气体保护焊的基本相同，其焊接参数主要有：焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量等。使用时通常采用直流平特性电源，焊丝伸出长度为15～25mm，焊接速度为30～50cm/min，气体流量一般大于或等于14L/min，若在流动空气环境中或喷嘴到工件的距离较长而需用挡风板，则气体流量应增至24L/min。

由于不同厂家的焊药成分存在差异，因此即使是同种焊丝，其实际适用电流、电压也会有较大差别。这就使得焊接参数的选择具有一定的不确定性。厂家提供的产品使用说明书是选择焊接电流、电压的重要依据之一。

任务准备

1）联系药芯焊丝CO₂气体保护焊生产现场。

2）组织参观学习，布置参观任务。

任务实施

1）熟悉药芯焊丝CO₂气体保护焊焊机的操作

2）了解工件及如何备料

3）了解焊接参数

4）了解药芯焊丝CO₂气体保护焊的操作过程。

检查评议

观摩药芯焊丝CO₂气体保护焊的操作过程评分表见表4-24。(https://www.xing528.com)

表4-24 观摩药芯焊丝CO₂气体保护焊的操作过程评分表

问题防治

问题：送丝速度不稳定。

原因：焊嘴被飞溅物黏结或导电嘴与焊丝结合得太紧。

解决措施：清理焊嘴或检查导电嘴的松紧程度。

扩展知识

熔化极气体保护焊的其他方法

1.脉冲熔化极惰性气体保护焊

脉冲熔化极惰性气体保护焊是利用脉冲电流取代通常的直流MIG焊方法。该方法的电流特征是在较低的基值电流上周期性叠加高峰值的脉冲电流，因此可以在较宽的范围内调节和控制脉冲电流的波形。脉冲熔化极惰性气体保护焊采用脉冲喷射过渡方式。该方式既有普通熔化极气体保护焊的短路过渡和喷射过渡的优点，又弥补了它们的不足，因而扩大了熔化极惰性气体保护焊的适用范围。脉冲熔化极惰性气体保护焊是近年来发展起来的一种先进的焊接技术，在重要的焊接结构或对焊机质量要求很高的情况下采用。脉冲熔化极惰性气体保护焊设备复杂，成本较高，焊接时需调节的焊接参数较多，因此对操作人员的知识和技术水平有较高的要求。

（1）脉冲熔化极惰性气体保护焊的特点 由于采用脉冲电流，因脉冲熔化极惰性气体保护焊的电弧是脉冲式的，与通常的连续电流焊接相比具有以下特点：

1）焊接参数调节范围更宽。即使平均电流小于喷射过渡的下临界电流I₀，但只要脉冲峰值电流大于I₀，也可以获得喷射过渡，因而电流调节范围可以从几十安培到几百安培。

2）可以方便、精确地控制电弧能量。不仅脉冲或基值电流大小可调，而且其持续时间可以10²s为单位进行调节。在保证焊缝成形的前提下，降低平均电流，减小电弧的热输入，焊缝热影响区和工件变形量都较小，更适合于焊接热敏感性大的金属材料。

3）薄板及全位置焊、打底焊能力优越。采用脉冲熔化极惰性气体保护焊时，无论仰焊或立焊，熔滴都呈轴向过度，飞溅小，适合打底焊。熔池仅在脉冲电流时间内熔化，在基值电流时间内可得到冷却，所以液体金属不易流失，且焊接热输入可精确控制，因而可用于铝合金薄板的焊接及全位置焊接。

（2）焊接参数的选择 脉冲熔化极惰性气体保护焊电流分为四个基本参数，即脉冲电流i_p、基值电流i₀、脉冲（持续）时间t_p、基值（持续）时间t₀，如图4-28所示。

其中，脉冲电流决定熔池形状和熔滴过渡形式；基值电流在脉冲电流休止期间维持电弧的燃烧，对焊缝的热输入、焊丝的预热有影响；脉冲（持续）时间和脉冲电流一样控制母材的热输入，影响熔池形状（大小）；基值（持续）时间对焊缝的热输入、焊丝的预热有影响，同时影响焊接效率（焊接速度）。

图4-28 脉冲熔化极惰性气体保护焊电流波形

另外，由以上四个基本脉冲参数可以推出其他参数，如周期T=t_p+t₀，频率f=1/T，脉宽比（也称占空比）为t_p/T，幅比为i_p/i₀等。这些参数都是表述脉冲工艺时常用的概念。有的焊机在进行脉冲参数调节时并不调节上述四个基本参数，而调节占空比或频率等。

2.窄间隙熔化极活性气体保护焊

窄间隙熔化极活性气体保护焊是传统熔化极气体保护焊焊接大厚板对接焊缝时常用的一种高效率的特殊焊接方法。其接头形式为对接接头，不开坡口或开小角度V形坡口，间隙范围为6～15mm，采用单道多层或双道多层焊，可焊厚度为30～300mm，如图4-29所示。

窄间隙熔化极活性气体保护焊生产率高、成本低、焊接质量好，能进行全位置焊，对电弧变化敏感，目前主要用于焊接低碳钢、低合金高强度钢、高合金钢、铝合金和钛合金等。

窄间隙熔化极活性气体保护焊可分为两种，即细丝窄间隙焊和粗丝窄间隙焊。

（1）细丝窄间隙焊 细丝窄间隙焊采用的焊丝直径一般为0.8～1.6mm，接头间隙为6～9mm；为了提高生产率，一般采用双丝或三丝，每根焊丝都有独立的送丝系统、控制系统和焊接电源；可使用脉冲电流或直流反接射流过度焊接，熔深大，裂纹倾向性小。

由于焊丝细，因此必须采用导电嘴在坡口内的焊枪，且导电管应绝缘、水冷。另外，由于接头坡口深而窄，向坡口底部输送保护气体有困难，因此为了提高保护效果，必须采用特殊的送气装置，从板材表面输入保护气体，否则，保护效果不佳，易产生气孔。保护气体一般采用Ar（＞80%）+CO₂（＜20%）的混合气体。

在细丝窄间隙焊时，焊缝热输入较低，熔池体积小，焊接应力和工件变形量都小，可以全位置焊。在全位置焊时，必须提高焊速，以降低热输入和形成较小的焊接熔池。一般采用多道焊，前道焊缝对后道焊缝有预热作用，而后道焊缝对前道焊缝有回火作用，所以焊缝金属的晶粒细小均匀，焊缝的力学性能好。为了保证每一道焊层均与坡口两侧均匀熔合，焊接时应使焊丝在坡口内摆动。

（2）粗丝窄间隙焊 粗丝窄间隙焊采用的焊丝直径一般为2～3mm，接头间隙为10～15mm，既可以用单丝，也可用多丝。

在粗丝窄间隙焊时，导电嘴可不伸入间隙而始终保持在坡口的上表面，直接将粗丝送进坡口中心。由于焊丝的伸出长度较长，焊接参数也较大，故热输入大，无需摆动电弧便可熔化坡口两侧的金属，焊接生产率高。粗丝窄间隙焊的保护气体为CO₂或Ar与CO₂组成的混合气体，焊接电源一般采用直流正极性，熔滴细小且过渡平稳，飞溅小，焊缝成形系数大，裂纹倾向性小。

由于采用粗丝和大电流，且受焊丝伸出长度的限制，所焊工件厚度小于300mm，因此粗丝窄间隙焊一般仅限于平焊。

图4-29 窄间隙熔化极活性气体保护焊示意图

a）细丝窄间隙焊 b）粗丝窄间隙焊

1—喷嘴 2—导电嘴 3—焊丝 4—电弧 5—工件 6—衬底 7—绝缘导管

考证要点

一、填空题

1.根据外加保护方式的不同，药芯焊丝电弧焊可分为____、____及____。根据保护气体的不同，药芯焊丝电弧焊可细分为____、____和____。

2.按接头形式的不同，药芯焊芯可分为____和____两类。

二、选择题

1.药芯焊丝气体保护焊采用（ ）保护。

A.气体保护 B.熔渣保护 C.气-渣联合保护 D.自保护

2.（ ）主要用于结构件的焊接，用量最大。

A.药芯焊丝CO₂气体保护焊 B.药芯焊丝惰性气体保护焊

C.药芯焊丝混合气体保护焊 D.熔化极惰性气体保护焊

三、判断题

1.药芯焊丝CO₂气体保护焊采用气-渣联合保护。（ ）

2.药芯焊丝的金属外皮容易锈蚀，药粉易吸潮，因此对其保存和管理要求严格。（ ）

四、简答题

药芯焊丝气体保护焊有哪些特点？