楊新華

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽712000）

熔化極氣體保護(hù)焊電流與電壓調(diào)節(jié)

楊新華

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽712000）

在應(yīng)用熔化極氣體保護(hù)焊的基礎(chǔ)上，分析焊接電流和電弧電壓對焊縫成形的影響，探究焊接電流與電弧電壓匹配對焊接電弧特性的影響規(guī)律，總結(jié)正確調(diào)節(jié)焊接電流與電弧電壓的基本方法和操作技能，正確調(diào)節(jié)焊接電流與電弧電壓是熔化極氣體保護(hù)焊技術(shù)推廣與應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

熔化極氣體保護(hù)焊；焊接電流；電弧電壓

0 前言

熔化極氣體保護(hù)焊是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種高效焊接方法，因其具有生產(chǎn)率高、焊接變形小、無需清渣等優(yōu)點(diǎn)，在碳素鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、有色金屬焊接中廣泛使用[1]。但這種方法對焊接電流和電弧電壓的調(diào)節(jié)有較高的要求，同時(shí)焊接電流和電弧電壓的調(diào)節(jié)受母材種類、焊絲牌號及保護(hù)氣體種類等多種因素的影響，正確調(diào)節(jié)、判斷焊接電流和電弧電壓的匹配問題，對于初學(xué)者有一定的困難，甚至對于有一定經(jīng)驗(yàn)的操作者也非易事[2]。

1 焊接電流和電弧電壓對焊縫成形的影響

1.1 焊接電流對焊縫成形的影響

焊接電流增大時(shí)（其他條件不變），焊縫熔深和余高增大，熔寬變化不明顯（或略為增大）[3－4]。原因?yàn)椋?/p>

（1）電流增大后，工件上的電弧力和熱輸入均增大，熱源位置下移，因而焊縫的熔深增大。熔深與焊接電流近乎正比關(guān)系。

（2）電流增大后，弧柱直徑增大，但是電弧潛入工件的深度增大，電弧斑點(diǎn)移動(dòng)范圍受到限制，焊縫的熔寬幾乎不變。

（3）電流增大后，焊絲熔化量呈比例的增多，由于焊縫熔寬近于不變，所以余高增大。

焊接電流與焊縫成形關(guān)系示意（其他工藝參數(shù)不變）如圖1所示。

圖1 焊接電流與焊縫成形關(guān)系示意Fig.1Welding current and welding seam forming relationship diagram

焊接電流的大小對焊接質(zhì)量和焊接生產(chǎn)率的影響很大。電流過小，電弧不穩(wěn)定，熔深小，易造成未焊透和夾渣等缺陷，生產(chǎn)率低；電流過大，則容易產(chǎn)生咬邊和燒穿等焊接缺陷，引起飛濺。一般可根

據(jù)焊絲直徑按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行選擇，再根據(jù)焊縫位置、接頭形式、焊接層次、焊件厚度等適當(dāng)調(diào)整。

1.2 電弧電壓對焊縫成形的影響

電弧電壓增大后，電弧功率加大，工件熱輸入有所增大，同時(shí)弧長拉長，分布半徑增大，焊縫熔深略有減小而熔寬增大[3－4]。電弧電壓與焊縫成形關(guān)系示意（其他工藝參數(shù)不變）如圖2所示。

圖2 電弧電壓與焊縫成形關(guān)系示意Fig.2Arc voltage and welding seam forming relationship diagram

電弧電壓由弧長決定，電弧變長，電弧電壓高；電弧變短，則電弧電壓低。焊接過程中電弧不宜過長，否則電弧燃燒不穩(wěn)定，增加金屬的飛濺，還會(huì)因空氣的侵入使焊縫產(chǎn)生氣孔。因此，焊接時(shí)力求使用短電弧，一般要求電弧長度不超過焊條直徑。電弧長度對焊縫成形影響示意如圖3所示。

圖3 電弧長度對焊縫成形影響示意Fig.3Effect of arc length on weld shaping sketch map

2 焊接電流和電弧電壓對焊接過程的影響

CO2/MAG/MIG焊接時(shí)，調(diào)節(jié)焊接電流即調(diào)節(jié)焊絲的給送速度，調(diào)節(jié)電弧電壓即調(diào)節(jié)焊絲的熔化速度；而熔化極氣體保護(hù)焊電源為恒電壓電源，焊絲的熔化速度和送進(jìn)速度一定要匹配才能保證電弧穩(wěn)定，即焊接電流和電弧電壓要嚴(yán)格匹配才能保持焊接穩(wěn)定。

2.1 電流偏大，電弧電壓偏低

如果電壓偏低，握槍的右手會(huì)感覺到焊槍頭部的強(qiáng)烈振動(dòng)（頂絲），聽到電弧“啪啪”的爆斷聲，飛濺很大，焊縫成形明顯偏高。這是因?yàn)殡妷禾?，送絲速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熔化速度，電弧引燃后又被焊絲踏滅時(shí)發(fā)出了尖的飛濺響聲，且電流越大，飛濺越明顯。電流偏大、電弧電壓偏低時(shí)產(chǎn)生的扎絲現(xiàn)象如圖4所示。

圖4 扎絲現(xiàn)象示意Fig.4Phenomenon of wire stub diagram

2.2 電流偏低，電弧電壓偏大

如果電壓偏高，電弧可以引燃，但弧長過長，焊絲端部形成巨大熔球，并且熔池太寬焊縫不飽滿；如果熔化速度超過送絲速度太多，電弧會(huì)一直返燒到導(dǎo)電嘴，將焊絲和導(dǎo)電嘴熔化在一起（焊絲回?zé)徒z終止，電弧熄滅。這對導(dǎo)電嘴和送絲機(jī)構(gòu)都會(huì)造成損壞，同時(shí)在這個(gè)過程中爆斷的噼啪聲漸漸變成平穩(wěn)的沙沙聲，同時(shí)焊接過程出現(xiàn)反復(fù)斷弧引弧且飛濺很大的熔滴過渡現(xiàn)象。焊絲回?zé)蟮膶?shí)物如圖5所示。

圖5 焊絲回?zé)龑?shí)物Fig.5Physical map of wire back to burn

2.3 最佳焊接規(guī)范的主要特征

（1）熔滴過渡頻率高，飛濺最小，焊縫成形美觀。

（2）焊接時(shí)焊機(jī)的電流表、電壓表的指針穩(wěn)定，擺動(dòng)小。

2.4 焊接規(guī)范匹配不良現(xiàn)象及排除

（1）當(dāng)焊絲端頭始終有滴狀金屬小球存在，且過渡頻率偏低，此情況說明焊接電壓偏高，此時(shí)應(yīng)加大送絲速度（焊接電流）或降低電弧電壓。

（2）當(dāng)干伸長偏短時(shí)能正常焊接、稍長就出現(xiàn)頂絲問題，此情況說明焊接電流偏大，此時(shí)應(yīng)降低送絲速度（焊接電流）或升高電弧電壓。

3 焊接電流和電弧電壓調(diào)節(jié)規(guī)范的影響因素

CO2/MAG/MIG焊接時(shí)，調(diào)節(jié)規(guī)范與母材種類、焊絲種類與直徑、保護(hù)氣體種類等眾多因素有關(guān)，以下僅以焊絲牌號、保護(hù)氣體種類為例做介紹。

3.1 焊絲牌號的影響

一般情況下CO2氣體保護(hù)焊電流及電弧電壓的調(diào)節(jié)規(guī)范如下。

（1）實(shí)心焊絲。當(dāng)I≥300 A時(shí)，U=I×0.04+20±2；當(dāng)I＜300 A時(shí)，U=I×0.05+16±2。

（2）藥芯焊絲。當(dāng)I≥200 A時(shí)，U=I×0.06+20±2；當(dāng)I＜200 A時(shí)，U=I×0.07+16±2。

很明顯，相同焊絲直徑或焊接電流的情況下，藥芯焊絲的電流電壓高于實(shí)心焊絲。CO2氣體保護(hù)焊在使用實(shí)心焊絲時(shí)的焊接規(guī)范如表1所示。

表1 不同直徑焊絲電流與電壓的選用規(guī)范Tab.1Selection of current and voltage of different diameter welding wire

3.2 保護(hù)氣體種類的影響

保護(hù)氣體特性對焊接過程會(huì)產(chǎn)生重要影響，進(jìn)而影響到焊接質(zhì)量[5-6]。熔化極氣體保護(hù)焊通常所用的保護(hù)氣體有單一氣體和混合氣體兩種類型，其中單一氣體主要有CO2、Ar、He，混合氣體主要有CO2+ Ar、Ar+He、CO2+Ar+O2等。

焊接常用氣體基本特性如表2所示。

表2 不同氣體在焊接過程中的特性Tab.2Characteristics of different gases in welding process

常用保護(hù)氣體的電弧能量、熔深、電弧穩(wěn)定性與飛濺大小有較大的差別，不同保護(hù)氣體焊縫外形與熔深對比如圖6所示。

圖6 不同保護(hù)氣體焊縫外形與熔深對比Fig.6Bead contour and penetration patterns for various shielding gases

4 結(jié)論

（1）對于熔化極氣體保護(hù)焊（CO2/MAG/MIG），調(diào)節(jié)焊接電流就是調(diào)節(jié)焊絲的給送速度，調(diào)節(jié)電弧電壓就是調(diào)節(jié)焊絲的熔化速度。

（2）明確焊接電流和電弧電壓對焊接過程的影響，并能根據(jù)焊接過程電弧特性正確判斷焊接電流與電弧電壓的匹配情況，是熔化極氣體保護(hù)焊方法操作的基礎(chǔ)。

（3）熔化極氣體保護(hù)焊焊接電流和電弧電壓的匹配與母材種類、焊絲牌號、保護(hù)氣體種類等因素有關(guān)。

[1]陳祝年.焊接工程師手冊[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版業(yè)，2010．

[2]殷樹言.氣體保護(hù)焊工藝基礎(chǔ)及應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版業(yè)，2012．

[3]王濱濤.電焊工入門[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版業(yè)，2011．

[4]高忠民.熔化極氣體保護(hù)焊[M]．北京：金盾出版業(yè)，2013．

[5]David J.Hoffman.Welding[M]．NJ：Prentice Hall，2011．

[6]LarryJeffus.WeldingPrinciplesandApplications[M]．Delmar Pub,，2011．

Welding current and arc voltage regulation on gas metal arc welding

YANG Xinhua
（Shanxi Polytechnic Institute，Xianyang 712000，China）

Based on the application of MIG welding，analyze the welding current and arc voltage effect on weld forming，explore the welding current and arc voltage matching the influence regularity of the characteristics of the welding arc，sum up the correct adjustment of welding current and arc voltage of the basic methods and skills，correct adjustment of welding current and arc voltage are the key factors to promote and apply the technology of gas metal arc welding.

gas metal arc welding；welding current；arc voltage

TG444

B

1001－2303（2016）09－0118-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.09.28

2015-12-25；

2016-03-10

2015年陜西高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（15J41）

楊新華（1975—），男，山西五臺(tái)人，碩士，主要從事焊接工藝及自動(dòng)化方面的教學(xué)與研究工作。