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浅谈电弧焊及富氩气混合气体保护焊


ISSN 1671- 2900 CN 43- 1347 /TD

采矿技术 第 7卷 第 1期 M in ing T echno logy V o.l 7, N o 1 , .

2007年 3月 M ar 2007 .

浅谈电弧焊及富氩气混合气体保护焊
喻中建
(长沙矿山研究院, 湖南 长沙 41

0012) 摘 要: 长沙矿山研究院长宏乙炔有限公司于 2006年 12月建成投产了富氩混合气体充 装贮罐设备及充装站, 这些设备能同时充装多种焊接用的保护气体。简述了电弧焊接法 的分类及其特点, 以及富氩混合气体保护焊的发展前景, 分析了焊缝气孔的危害及其形成 的原因。 关键词: 电弧焊; 富氩混合气体保护焊; 焊缝气孔

焊接技术的发展历史悠久, 相继发明的焊接技 术有碳弧焊接法、 金属极焊接法、 焊条电弧焊接法、 埋弧焊接法、 电弧接法、 交流 GTA 焊接法、 直流金属 极焊接法、 电阻焊接法、 热剂焊接法、 气焊接法、 电子 束焊接法、 激光焊接法等。

转移弧方式 )两种。等离子弧焊接法通常采用两种 方法焊接: 小电流等离子弧焊接法。主电弧引燃后, 导引 弧继续保持, 即使在小电流下, 等离子弧仍能够稳定 且具有良好指向性。利用这一特性, 能够实现电流 1 A 以下的等离子弧焊接。该焊接法能常在电子产 品及极薄板的焊接中应用。 小孔焊接法。等离子弧焊接时, 电弧受到喷嘴 的拘束, 与钨极氩弧焊相比, 其能量密度高, 且从喷 嘴出来的等离子气流也非常集中。因此, 在适当的 条件下, 能够实现小孔焊接。此方法由于小孔的存 在能够确保母材背面的熔化, 即容易形成背面焊道, 对厚度 6 mm 的材料, 能够实现单面单层焊接。 ( 4) 埋弧焊接法。埋弧焊接法是焊接前在焊接 线上堆积颗粒状焊剂, 以自动方式向焊剂中送进裸 焊丝, 在焊剂覆盖状态下引燃电弧进行熔化焊接, 焊 剂受到电弧的加热而熔化、 分解, 对焊接区起到保护 作用。埋弧焊采用的焊剂分 为熔炼焊剂和 粘结焊 剂, 焊剂的功能和成分类似于焊条电弧焊中的药皮。 由于焊剂是分散的, 从利用上考虑, 只适用于平焊及 横焊位置的焊接。由于电弧被焊剂覆盖, 电弧光受 到焊剂的遮挡, 烟尘及飞溅较少。此外, 由于焊接以 自动焊方式进行, 能够利用大电流进行焊接, 这是埋 弧焊所具有的优点。 ( 5) 自保护电弧焊接法。自保护电弧焊与焊条 电弧焊、 埋弧焊一样, 是采用焊剂进行保护的电弧焊 接法。采用焊剂 - 焊丝为一体的药芯焊丝, 在焊丝 与母材间引燃电弧进行焊接。该方法除了不需供给 保护气之外, 焊接装置的构成与气体保护熔化极电 弧焊的情况相同。自保护电弧焊接法的特点是熔敷

1 电弧焊接法的分类及其特点
电弧焊接法分为焊条电弧焊、 气体保护非熔化 极电弧焊 (包括钨极氩弧焊和等离子电弧焊 ) 、 气体 保护焊熔化极电弧焊 ( 包括熔化极氩弧焊、 2 电弧 CO 焊、 混合气体保护熔化极 电弧焊、 化极等离子弧 熔 焊 )、 埋弧焊、 自动 保护电 弧焊、 柱焊等 6 大类。 螺 各类电弧焊接法的特点如下。 ( 1) 焊条焊接法。这是一种具有最久历史的电 弧焊接方法, 它是电弧及焊接区受到焊条皮 ( 药剂 ) 分解产生的气体及熔碴的保护, 使其与大气隔离, 焊 条钢芯受到电弧的加热而熔化, 形成熔滴过渡到熔 池, 与母材的熔化金属共同形成焊缝金属。该焊接 法现在仍然在结构钢、 不锈钢的焊接中应用。 ( 2) 钨极氩弧焊接法。这是一种在氩气或氦气 这类惰性气体的保护下, 在钨极与母材间引起燃电 弧进行焊接的方法。这种焊接法是利用惰性气体保 护焊接区, 使其能够用于铝、 镁非铁合金属的焊接。 该方法能够实现高质量的焊接, 但焊接速度或焊接 深度低。 ( 3) 等离子弧焊接法。等离子弧焊接法是以钨 极氩弧焊接法为基础, 是利用喷嘴以气体保护的钨 极电弧进行拘束, 形成更高密度的能量源。等离子 弧又分为把母材作为阳极的等离子电弧方式 ( 转移 弧方式 ) 和把喷嘴作为阳极的等离子焰流 方式 ( 非

喻中建:

浅谈电弧焊及富氩气混合气体保护焊

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速度快, 适合于室外作业, 但熔深浅, 焊接时产生的 烟尘多。因此, 该方法只适用于角焊缝焊接。 ( 6) 螺柱焊接法。螺柱焊是把螺栓或棒材熔化 接合到母材上的一种焊接方法, 实际是焊接装置中 设置了螺柱动作、 电弧定时等功能, 实现了自动化焊 接。这种焊接法的优点是生产率高, 通常采用下降 特性的直流或交流电源, 用于几毫米到 25 mm 螺柱 直径的低碳钢、 不锈钢、 铝合金等材料的焊接。

3 焊缝气孔产生的原因及排除气孔的措施
3 1 焊缝气孔产生的原因 . 金属材料在焊接中的质量不仅与金属材料可焊 性 ( 金属材料采用一定的焊接方法、 焊接材料、 工艺 参数及结构形式条件下, 实现优质焊接头的难易程 度 ) 有关, 还与金属材料在焊接过 程中产生的气孔 有关。焊缝金属中气孔的存在不仅削弱焊接结构件 的有效断面, 而且显著降低焊缝金属和韧性, 造成应 力集中, 对动载强度和疲劳强度更为有害。焊缝产 生气孔的因素多种多样, 如焊丝和被焊金属坡口表 面上的铁锈、 油污或其它杂质, 焊条、 焊剂在使用前 没有经过烘干或烘干不足, 焊接区域没有得到充分 的保护, 焊接参数 ( 金属板厚、 接口搭边、 焊接时间、 焊接速度、 焊接电流等 ) 或焊接材料选择不当等等。 不同的因素促使焊缝产生不同类别、 不同形态的气 孔, 如氢气孔、 氮气孔、 一氧化碳气孔等。 焊缝金属中气孔产生的根本原因是在焊接电弧 高温下, 大量溶解于熔滴和熔池金属的气体原子在 熔池结晶时, 由于溶解速度的突然下降, 使气体原子 处于过饱和状态, 反应生成的气体分子由于不溶解 于金属而在液态金属中形成气泡。当气泡向外逸出

2 富氩气混合气体保护焊接法
气体保护金属极焊接法是熔化 极氩弧焊、 2 CO 焊、 混合气体保护电弧焊的统称, 简称为气体熔化极 电弧焊 ( 见图 1) 。

图 1 气体保护熔化极电弧焊原理

的速度小于熔池的结晶速度时, 就在焊缝中形成了 气孔。 对于熔化极富氩气混合气体保护焊接来说, 如 果焊接区域保护的好, 且焊接参数选择得当, 其焊缝 金属中产生的气孔大多为氢气孔, 这是因为, 用于保 护焊接区域不受空气侵害, 所用的 CO2 气体一般 是 酿酒厂或氮肥厂的副产品, 均含水分或其它含氢物 质, 同时充装富氩 气混合气体的 钢瓶因烘干、 抽真 空、 置换处理不好, 也常含有水分。如果保护气体中 的水分或其它含氢物质的总量超过一定限度, 焊缝 金属中氢气孔的产生是必然的。 在焊接中的金属焊丝与富氩气混合气体 ( 80 % 的 A r气 + 20 的 CO 2 )保护焊焊缝金属氢气孔的产 % 生很大程度上取决于焊缝金属的合金系统、 焊丝残 余 A l含量的高低及保护气体氧化性的强弱。如低 合金钢富氩气混合气体保护焊, C r含量超过 1 的 % 低合金耐热钢的熔池金属的粘度较大, 阻碍在其中 生成的气泡上浮, 从而增大焊缝中氢气孔产生的可 能性; 另外, A l与氧具有十分强烈的亲和力, 先于气 相中的原子氢同富氩气混合气体中的气体在电弧高 ( 下转第 107页 )

气体保护金属极电弧焊采用金属焊丝作为电极 ( 熔化极 ), 焊丝以恒定速度送进, 在焊丝与母材之 间形成电弧进行焊接。为了把焊接区与空气隔离, 一般采用氩气和 CO2 气体 或富氩 ( 氩气 + 二氧化 碳 ) 混 合气体 作为保 护气。当氩气 作为保 护气体 时, 称为熔化极氩弧焊接; 当 CO 2 气体作为保护气 体时, 称为 CO2 电弧焊; 当富氩混合气体作为保护 气体时, 称为混合气体保护电弧焊。通常将 CO 2 电 弧焊和混合气体保护电弧焊统称为混合气体保护熔 化极电弧焊。气体保护金属极焊接法一般利用直流 恒压特性电源, 铝合金焊接也可以采用电源, 把电极 接为正极。由于熔化极氩弧焊可以利用阴极清理作 用, 对铝材料可以实现高质量、 高效率的焊接。混合 气体保护熔化极电弧焊焊适用于结构钢、 低合金钢 的焊接, 其特点是在细径焊丝中通以大电流, 高速度 焊接。因此, 该焊接法在桥梁、 建筑、 汽车、 工程机械 的焊接中广泛运用, 并且最适合于机器人化焊接生 产。此外, 由于 CO 2 气体高温下分解成一氧化碳和 氧, 形成氧化性气氛, 所以在进行钢材料焊接中添加 S i M n等脱氧元素的焊丝。 、



娜, 等:

淄博市矿产资 源现状分析及经济评价

107 提供资源支持, 实现资源优势向经济优势的转变。

3 评价结果分析
根据灰色关联综合评价方法和步骤, 逐步计算 得综合评价值 R 为: R石油 = 0 656 R 天然气 = 0 582 . , . , R煤炭 = 0 752, R 铁矿 = 0 667 R 铝土矿 = 0 644 R耐火粘土 . . , . , = 0 774 R石灰岩 = 0 717 R石英砂石 = 0 598 R二氧化碳气 . , . , . , = 0. 596 R耐火粘土 > R煤炭 > R石灰岩 > R铁矿 > R 石油 > , R铝土矿 > R 石英砂石 > R二氧化碳气 > R天然气 。 以耐火粘土的 综合评价值最高, 其次分别是煤炭和石灰岩, 而天然 气的综合评价值最低, 原因是耐火粘土大多数项入 选参考序列 (X o ), 其它指标项与参考序列项相差不 大; 而天然气只有 4项进入参考序列 (X o ) , 其它指 标项与参考序列项相差较大。 目前, 耐火粘土、 铁矿、 铝土矿分别占全省总保 有资源储量的 47 16 , 24. 4 , 94 17 , 按人均占 . % % . % 有资源储量衡量, 其中铁矿是全省人均占有量的 6 倍, 石灰岩是 5~ 27倍, 耐火粘土是 19倍。全省可 供开发利用的 3处重要铁矿区, 有 2处在淄博市境 内; 煤矿虽然人均占有量 低于全省, 但仍有找矿前 景。淄博市政府近期实施 走出去 战略, 积极利用 优势资源, 建立多元化的资源保障体系; 加强对潜在 优势资源的勘察评价工作, 为玻璃、 陶瓷工业的发展 (上接第 85页 ) 温下分解出来的原子态氧进行结合, 焊丝残余的 A l 越多, 与其结合的原子态氧就越多, 导致与气相中原 子氢结合的原子态氧的不足, 从而促使焊缝中氢气 孔的产生。 3 2 排除气孔的措施 . A l含量只要使富氩气混合气体的水分和其它 含氢物质的含量按标准控制在一定范围内, 则富氩 气混合气体保护焊缝中一般不会产生氢气孔。这是 因为富氩气混合气体中的 CO2 气体在电弧高温下 发生分解反应 ( CO2 = CO + O ) , 分解出来的原子态 氧具有较强的氧化性, 与气相中的 H 反应生成不熔 于液体金属的 OH, 从而有效地阻止了焊缝中氢气 孔的产生。因此, 罐装富氩气混合气体的钢瓶, 充装 前, 钢瓶内不能有任何杂质、 不纯的其它气体, 必须 对钢瓶严格按技术要求烘干、 抽空、 置换。对充满富 氩混合气体的钢瓶必须从中取样分析、 达标。根据 不同焊接钢的合金元素含量, 富氩混合气体中氩气 与二氧化碳的配比按 0 618优选法进行焊接对比试 .

4 结



与其它方法相比, 灰色关联综合评价方法具有 直观、 准确、 简单易行的优点。而且灰色关联分析不 需要大量的样本及数据的典型分布, 计算简单。本 文尝试用灰色关联综合评价方法评价淄博市的 9种 矿产资源, 得出其优劣顺序, 由计算结果可见, 近期 应选择耐火粘土为重点开发对象, 在进行开发时, 要 注意兼顾铁矿的开发利用优势。
参考文献:
[ 1] 淄博市国土资源局. 淄博市矿产资源供需形势分析研究 [ R ] . 2002 11 , . [ 2] [ 3] 秦德先, 刘学春. 矿产 资源经济 学 [ M ] . 科 学出版 社, 2002 11 : ~ 12 . 许民利, 陈晓红. 灰色关联分析法在铁矿技术经济评价中的应 用 [ J] . 金属矿山, 2004, 341( 11 ): 30~ 33 . [ 4] 关凤峻, 杨福 田. 矿 产资 源 综 合开 发 利 用 评价 理 论 与 方 法 [ M ]. 北京: 地质出版社, 1992, 12 65~ 68. :

(收稿日期: 2006- 11- 14) 作者简介: 李 娜 ( 1982- ), 女, 山 东博 兴县 人, 研 究生, 主 要研究方向为土地资源管理, E- m ai:l lina0543@ 163. com。

验, 配制出不同种类的富氩混合气体。对用于富氩 混合气体保护焊的焊丝的残余要进行严格的规定。

4 富氩气混合气体保护焊的发展前景
由于富氩气混合气体中有不活泼的惰性气体氩 气与其它一些元素不发生任何化学反应, 而且氩气 比较重, 它能够比较干净地排除掉空气。在富氩混 合气中加 入 20 的 CO2, 它不 仅有 惰性 气体的 性 % 能, 还带有一部分 活性气体, 在这种活性气 体作用 下, 能够使黑色金属在焊接时, 有效阻止焊缝中的氢 气孔的形成, 降低飞溅, 焊缝成形美观、 舒展。富氩 混合气体保护焊主要用于焊接碳钢、 不锈钢等多种 母材, 特别适用于 薄板和中厚板, 但是焊缝 熔深不 够。因此, 富氩混合气体保护焊的发展前景有着无 限的空间。
(收稿日期: 2007- 01- 28) 作者简介: 喻 中建 ( 1955 - ), 男, 湖 南湘 乡人, 工 程 师, 主要 从事乙炔混合气体的技术及销售工作。


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