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第二节　二氧化碳气体保护焊

二氧化碳气体保护焊简称二保焊,全称熔化极二氧化碳气体保护电弧焊接.由于它具有其他焊接无法比拟的优势.目前已成为车身修理行业最为常用的焊接方式.

根据气体成分及配比不同,即气体在空气中的活跃程度,气体保护焊可分为熔化极惰性气体保护焊(MIG)和熔化极活性气体保护焊(MAG)两种.惰性气体保护焊采用单一惰性气体,如氩气、氮气、氦气等,或者几种惰性气体混合的两元或多元气体作为保护气体.二氧化碳常温下并不活泼.不完全是惰性气体,准确地讲,用单纯的二氧化碳或二氧化碳与氢气的混合气体作为保护气体的熔化极电弧焊接,应该属于MAG.但人们还是习惯用惰性气体来概括所有的气体保护电弧焊,将二氧化碳保护焊称为惰性气体保护焊.

一、二氧化碳保护焊工作原理

二氧化碳保护焊使用焊丝,持续不断以恒定的预调速度,自动地从焊枪进至工件表面,完成焊接过程,这种方法也称为半自动电弧焊接法.当焊丝接触工件表面,形成短路,引发电弧,电弧及电阻不断增加,产生的热量使焊丝端部的一小部分熔化,滴落在工件表面而形成熔池.这时焊丝与工作面断开,形成开路,电弧熄灭,熔池逐渐冷却、变平.当焊丝继续从焊枪进给接触工作面,再次产生短路并引发电弧,将重复上述过程.这个加热和冷却的过程,平均以每秒约90―100次的频率不断重复,每次都有少量的熔滴滴落在工件上.焊接过程中,用二氧化碳或者二氧化碳与氨气的混合气体进行保护,以避免熔融金属氧化.

电弧焊时,在焊丝或焊条端部形成的滴状液态金属称为熔滴,熔滴在力的作用下脱离焊丝(条)进入熔池的过程称为熔滴过渡.熔滴过渡可分为自由过渡、短路过渡和混合过渡三大类.

自由过渡：熔滴从焊丝端头脱落后,通过电弧空间自由运动一段距离后.落入熔池的过渡形式,可分为滴状过渡和喷射过渡两种形式.

短路过渡：焊条(或焊丝)端部的熔滴与熔池短路接触,由于急剧升温和磁收缩的作用使熔滴爆断,直接向熔池过渡的形式.

混合过渡：在一定条件下,熔滴过渡不是单一的形式,而是自由过渡与短路过渡的混合形式.

二氧化碳保护焊通常采用短路过渡的方式.短路过渡电弧技术被广泛应用于中、小型材料的焊接.由于焊接采用较细的焊丝,弱电流和低电压,短路时焊接部位温升很低,母材的焊接熔深很浅,便于全方位焊接.其过程大致如下(见图9)：

1.焊丝与工件接触产生短路、回烧及电弧.

2.电阻使焊丝和接触部位受热,同时在焊丝周围有一层气体保护层,有效防止空气氧化和稳定电弧.

3.随着加热的继续进行,焊丝开始熔化、变细并产生收缩,在电弧热及收缩部位电阻增加的作用下,焊丝的端部形成熔滴脱离焊丝,滴落在工件上形成熔池,电弧使熔池变平并回烧焊丝.当电弧间隙达到一定距离时,电弧熄灭.

4.随着焊丝进给,电弧重新建立并开始下一轮熔滴过渡.

短路过渡方式虽然有诸多优点,但产生的飞溅较多,而且焊铝和不锈钢时有气泡产生,另外,由于是熔滴爆断,焊接时会有下雨一样的沙沙声音.而自由过渡方式的喷射过渡虽然产生的热量较大.不适合对薄板进行焊接,但飞溅较少,焊缝成型比较美观,很多MIG焊接采取喷射过渡,焊接时可以清晰地听到电弧等离子流的呼啸声.

影响熔滴过渡的主要因素包括保护气体的成分及配比、焊接电流和电压、焊条或焊丝的成分、直径等.普通的二氧化碳焊机,把气体换成纯氩,用10的焊丝,电流调节到180A以上,然后升高电压到30V,短路现象逐渐消失,接踵而来的就是等离子流的呼啸,形成喷射过渡.但是持续时间较短,连续电弧的发热量远大于短路电弧的发热量,不及时关闭将导致焊枪烧毁.如果需要连续工作,则需要使用水冷式焊枪.

二、二氧化碳保护焊焊机构造

二氧化碳保护焊焊机是由焊枪、送丝机构、保护气体供给装置、控制装置和电源几部分构成(见图10).各种焊机的规格、型号虽不相同,但使用方法和构造都大同小异.

1.焊枪

向焊接部位喷出保护气体,同时向焊丝输送焊接电流并产生电弧.焊枪的前端有向焊接部位喷出保护气体的喷嘴和向焊丝输入焊接电流的导电嘴(见图11).在焊枪内部,还设有将焊接电流导向导电嘴的电缆和使焊丝输送顺畅的软管衬套,以及保护气体的管路.焊枪的手柄上有一个开关.以控制焊接开始与结束,有的焊枪手柄还具有调整电流、电压大小、一键式送丝等功能.

2.送丝机构

将焊丝输送到焊枪的机构,由输送电机、减速器、输送辊、加压辊等构成.电机的转动是通过减速器传送给输送辊,并将被夹于加压辊和输送辊之间的焊丝根据焊接电流和电压条件规定的等速送入焊枪.工地、工厂用的焊机,送丝机构多为外置式(见图12),这样可以获得较远的作业距离.汽车修理行业用的焊机,多为常规型号,送丝机构为内置,安装在主机内部(见图13).有些类型的焊机.送丝机构则安装在焊枪上.

选用焊丝时,应该考虑焊丝材料要与钢板的材料相同,以增强互熔性.工业焊接时通常根据不同钢板材质选择不同牌号的焊丝(见图14),而在焊接车身钢板时使用AWS-ER70S-6牌号的焊丝即可,这种通用型的焊丝,可以对车身各个不同部位、厚度的钢板进行焊接.

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二氧化碳保护焊焊丝表面有层薄薄的铜电镀层,这样做的目的为了防锈及改善与导电嘴的导电性能.常见直径有0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.6mm等.根据板材厚度适当选用不同直径的焊丝,通常板材越厚,焊丝直径也应相应加大,随着焊丝直径加大,焊接熔深也会增加.车身外板厚度多数为0.6～1.0mm,承载式车身的梁结构厚度也多在2mm以下,焊接时较常见的缺陷为熔穿孔,这就需要低电压、弱电流及细焊丝,以减小熔深,所以,针对车身钢板焊接,选用直径0.6mm的焊丝较为适合.

3.保护气体供给装置

将保护气体从气瓶由高压减压为一定的压力后送入焊枪的装置,有压力调节器和电磁阀组成.压力调节器(见图15)的作用,是将气瓶内的高压气体减压,并以一定的流速流出气瓶.电磁阀的作用是控制气体输送与关闭.由于气瓶内的保护气体是以液态的状态充入钢瓶,有的型号压力调节器装有电热器,以防止保护气体由液态转为汽态时吸收热量,而使压力调节器冻坏.

二氧化碳气体保护可使熔滴变细,焊接熔深增加,适合于2mm或以上厚度的钢板焊接,但是电弧不稳定,焊接时的溅出物较多.若采用75％氩气和25％二氧化碳的混合气体(C25气体)作为保护气体,增强了焊丝与焊件的融合,可使电弧稳定,飞溅减少,适用于焊接相对较薄的车身钢板.

4.控制装置

控制装置由大量半导体零部件组成,安装于焊机内部.当控制装置接收到焊枪开关的信号后,控制送丝装置的动作、焊接电流&