孫明楊

引言：本文主要對常用金屬焊接技術進行研究，對焊接技術的基層原理進行分析和推廣。

一、氬弧焊技術

氬弧焊按照電極的不同分為熔化極氬弧焊和非熔化極氬弧焊兩種。

（一）非熔化極氬弧焊的工作原理及特點

非熔化極氬弧焊是電弧在非熔化極（通常是鎢極）和工件之間燃燒，在焊接電弧周圍流過一種不和金屬起化學反應的惰性氣體（常常用氬氣），形成一個保護氣罩，使鎢極端頭，電弧和熔池及已處于高溫的金屬不與空氣接觸，能防止氧化和吸收有害氣體。從而形成致密的焊接接頭，其力學性能非常好。

（二）熔化極氬弧焊的工作原理及特點焊絲通過絲輪送進，導電嘴導電，在母材與焊絲之間產(chǎn)生電弧，使焊絲和母材熔化，并用惰性氣體氬氣保護電弧和熔融金屬來進行焊接的。它和鎢極氬弧焊的區(qū)別：一個是焊絲作電極，并被不斷熔化填入熔池，冷凝后形成焊縫；另一個是保護氣體，隨著熔化極氬弧焊的技術應用，保護氣體已由單一的氬氣發(fā)展出多種混合氣體的廣泛應用，如Ar80%+CO220%的富氬保護氣。通常前者稱為MIG，后者稱為MAG。從其操作方式看，目前應用最廣的是半自動熔化極氬弧焊和富氬混合氣保護焊，其次是自動熔化極氬弧焊。熔化極氬弧焊與鎢極氬弧焊相比，有如下特點。（1）效率高因為它電流密度大，熱量集中，熔敷率高，焊接速度快。另外，容易引弧。（2）需加強防護因弧光強烈，煙氣大，所以要加強防護。

（三）保護氣體（1）最常用的惰性氣體是氬氣。它是一種五色無味的氣體，在空氣的含量為0.935%（按體積計算），氬的沸點為-186℃，介于氧和氦的沸點之間。氬是氧氣廠分餾液態(tài)空氣制取氧氣時的副產(chǎn)品。我國均采用瓶裝氬氣用于焊接，在室溫時，其充裝壓力為15MPa。鋼瓶涂灰色漆，并標有“氬氣”字樣。氬氣是一種比較理想的保護氣體，比空氣密度大25%，在平焊時有利于對焊接電弧進行保護，降低了保護氣體的消耗。氬氣的缺點是電離勢較高。當電弧空間充滿氬氣時，電弧的引燃較為困難，但電弧一旦引燃后就非常穩(wěn)定。

（四）氬弧焊的缺點：由于熱影響區(qū)域大，工件在修補后常常會造成變形、硬度降低、砂眼、局部退火、開裂、針孔、磨損、劃傷、咬邊、或者是結合力不夠及內應力損傷等缺點。尤其在精密鑄造件細小缺陷的修補過程在表面突出。在精密鑄件缺陷的修補領域可以使用冷焊機來替代氬弧焊，由于冷焊機放熱量小，較好的克服了氬弧焊的缺點，彌補了精密鑄件修復難題。

熔化氬弧焊采用直流反接，有利于電弧穩(wěn)定，并能充分發(fā)揮“陰極破碎”作用。焊接電流應大于獲得噴射過渡的最小臨界電流值，以獲得噴射過渡形成；電弧電壓稍低些，以保證噴射過渡的穩(wěn)定性。熔化極氬弧焊的焊接電流較大。電弧功率與熔池體積也比鎢極氬弧焊大，對熔池和電弧區(qū)的保護要求較高，因此氬氣流量及噴嘴孔徑相應增大。通常氬氣流量約為30～60L/min，噴嘴孔徑為20mm左右。

二、MIG自動焊在鋁鎂合金焊接中的應用

GIS是一種氣體絕緣全封閉開關設備，將各組成元件裝入密封的金屬接地罐體內，并在此罐體內充入作為絕緣及滅弧介質的SF6氣體，是電力輸送的關鍵設備。公司于1998年開始進行126GIS新產(chǎn)品的研制。為減少渦流及減輕重量，金屬接地罐體材質選用鋁鎂合金板材和鑄件。參考國外同行焊接工藝，日本東芝利用焊接機器人采用雙絲MIG焊。日本三菱采用混合氣保護的MIG自動焊。瑞士ABB 采用等離子弧焊接。都取得了良好的焊接質量，實現(xiàn)了高效率化。公司開始采用的是手工氬弧焊（TIG），為滿足GIS產(chǎn)品產(chǎn)量的迅速增加，保證罐體類部件的供給，必須采用一種高效、高質量的焊接工藝。經(jīng)調研分析，結合國內實際現(xiàn)狀，將方案定為MIG自動焊接成套設備（簡稱MIG自動焊）。于2002年7月開始MIG自動焊工藝的研究與應用。

（一）鋁合金焊接特點

材質選用5A02，其成分見表1。屬于變形鋁合金，不能熱處理強化。鋁鎂合金化學性活潑，表面極易生成難熔的氧化鋁薄膜，熔點2050℃。這層氧化膜不溶于金屬且妨礙被熔融填充金屬潤濕，焊前要清理這層氧化膜。鋁合金導熱性是鋼的5倍，焊接熱輸入大，焊接變形難控制。焊接過程中熔體易吸氫，焊后冷卻凝固過程中來不及析出便在焊縫中形成氣孔。板材厚度在6～50mm，從熔焊深度角度考慮， TIG適于焊板厚小于3mm，MIG單面熔深可達6mm，選用熔深大的MIG焊，可提高效率。

（二）焊前清理

清理是除去焊口及附近的氧化鋁、油、水分等，減少焊縫中的氫氣孔。采用鋼絲輪打磨及丙酮清洗的方式使其露出金屬光澤。清理完成至焊接不超過2h。TIG焊時，大于10mm的厚板采取預熱，對MIG焊，不進行預熱處理，減少對其抗應力腐蝕開裂性能的影響。

（三）焊接工藝

（1）對接焊縫選用6mm板材，采用V形鈍邊坡口，坡口角度70°，鈍邊1～2mm，單面雙層焊。角接焊縫選用6mm+25mm不等厚板材，內焊縫V形鈍邊坡口，坡口角度70°，鈍邊1～2mm，外焊縫不開坡口，雙面焊。

（2）焊接電源采用法國SAF480加送絲機構，配變位機等專用輔助設備，實現(xiàn)焊接過程的自動化。

（3）焊絲選用SAF 產(chǎn)ER5356 ，規(guī)格為<1.2mm和<1.6mm的盤狀焊絲。

（4）采用純度≥99. 99 %的高純氬作為保護氣體。

（5）焊接方式采用射流過渡打底，采用脈沖過渡蓋面，保證內在及表面焊接質量。

（6）焊接參數(shù)見表2。

（四）焊接檢驗

對接焊接試板按照JB4730—94規(guī)定進行X射線探傷，焊縫評定為Ⅰ級或Ⅱ級，滿足設計要求。按照GB/T228—2002、GB232—98、JB/T9071—99規(guī)定進行力學性能試驗，試樣抗拉強度達到185～198MPa。彎曲180°拉伸面無裂紋，彎曲直徑24mm。工藝評定試驗合格。根據(jù)工藝驗證報告編制焊接工藝，指導批量焊接罐體，焊縫探傷、水壓、氣壓、密封性SF6氣體檢漏等試驗均達到設計要求。半年多生產(chǎn)近1000件合格產(chǎn)品，證明了這項MIG自動焊工藝的穩(wěn)定性。

三、結論

氬弧焊及MIG自動焊作為兩種比較典型的焊接技術，工藝質量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高。必須保持焊接工藝參數(shù)的穩(wěn)定性。通過采用自動焊的方式，能夠有效降低焊接質量對焊工技能的依賴。

（作者單位：遼河石油職業(yè)技術學院13級焊接1班）