利用氣體作為保護介質的電弧焊。它包括鎢極惰性氣體保護焊(TIG)和熔化極氣體保護焊(GMAW)。兩者的差別在於所用的電極不同，前者用的是非熔化電極—鎢棒，後者用的是熔化電極—焊絲。氣體保護電弧焊是在第二次世界大戰期間發展起來的。在飛機製造業中，為適應鋁合金、鎂合金、不鏽鋼等焊接的需要，鎢極惰性氣體保護焊首先問世。
基本介紹
- 中文名：氣體保護電弧焊
- 外文名：shielded arc welding
- 定義：利用氣體作為保護介質的電弧焊
- 分類：鎢極惰性氣體和熔化極氣體保護焊
- 學科：冶金工程
- 使用氣體：氬氣、氦氣、氫氣等
焊機設備,工藝分類,氣體使用,歷史和展望,
焊機設備
氣體保護電弧焊機主要分手工、半自動和自動三類。
手工焊機只用於鎢極惰性氣體保護焊，由弧焊電源、焊接電纜、氣瓶、氣體管路和焊槍等部分組成。鎢極固定在焊槍中，由人工操縱焊槍施焊。如需填充焊絲，也由人工操縱。
半自動焊機適用於熔化極氣體保護焊。該焊機除具有手工焊機所需各組件外， 還需要有焊絲輸送機構和必要的配套件。焊絲通過焊槍中的導電嘴進入焊接區，導電嘴接於電源。焊槍由人工操縱。圖2給出了一台半自動二氧化碳氣體保護焊設備的組成。
自動焊機可用於不熔化極或熔化極氣體保護焊。該焊機除具有前述組件外， 還有供焊槍與焊件作相對運動的機械裝置和相應的控制系統。在焊槍對準接縫並調整好電壓、電流、氣體流量、行程等焊接工藝參數後， 焊接過程可自動進行。
工藝分類
氣體保護電弧焊分鎢極惰性氣體保護焊和熔化極氣體保護焊兩大類。
鎢極惰性氣體保護焊
是在惰性氣體的保護下利用鎢電極與工件間產生的電弧熱熔化母材和填充焊絲（如果使用填充焊絲）的一種焊接方法。用氬氣作為保護氣體的稱鎢極氬弧焊， 用氦氣作為保護氣體的稱為鎢極氦弧焊。由於氦氣價格昂貴，在工業上廣泛使用的是鎢極氬弧焊。鎢極氬弧焊按操作方式分為手工焊、半自動焊和自動焊。以手工鎢極氬弧焊套用最廣泛，其次是自動鎢極氬弧焊，半自動鎢極氬弧焊則很少套用。鎢極惰性氣體保護焊適宜於焊接各種有色金屬和合金。其特點是電弧穩定，輸入能量易於控制，焊接質量高，對焊接位置和接頭幾何形狀的適應性也較強。但因焊接電流受鎢極許用電流的限制和向焊縫中添加填充金屬不方便， 這種方法不利於焊接工件， 焊接生產率也低。
當用脈衝電源時， 如用0.5～5 Hz的低頻脈衝電流進行焊接，可降低焊件的熱輸入，便於控制焊縫冷卻結晶和控制熔深，適用於薄壁構件的焊接、懸空全位置焊接和厚壁結構的打底焊等。如用20 kHz高頻脈衝電流，可使電弧挺直而穩定、焊縫金屬晶粒細化，並可提高焊接速度。
熔化極氣體保護焊
採用可熔化的焊絲 （熔化電極） 與焊件之間的電弧熱作為熱源來熔化焊絲與母材金屬，並向焊接區輸送保護氣體，使電弧、熔化的焊絲、熔池及附近的母材金屬免受空氣影響的氣體保護焊。它適宜於焊接各種金屬材料。與鎢極惰性氣體保護焊相比，焊接生產率高許多倍。用細焊絲（一般直徑小於1.6 mm），小電流時，可用於各種位置的焊接；用粗焊絲，大電流時， 則主要用於平焊位置。
（1）熔化極惰性氣體保護焊 通常用氬、氦、或氬與氦的混合氣體作保護氣體， 熔滴過渡形式是噴射過渡或脈衝噴射過渡，適宜於焊接各種有色金屬和奧氏體不鏽鋼和高溫合金。
（2）氧化性混合氣體保護焊 保護氣體由惰性氣體和少量氧化性氣體——O2、CO2或其混合氣體（一般O2為2%～5%，CO2為5%～20%）混合而成。熔滴過渡形式為短路過渡、噴射過渡或脈衝噴射過渡，適用於碳鋼、合金鋼和不鏽鋼等黑色金屬材料的焊接。
（3）二氧化碳氣體保護焊 保護氣體主要用二氧化碳，有時在其中加入一定量的氧（5%～20%）。熔滴過渡形式是短路過渡或滴狀兼短路過渡，只適宜於焊接碳鋼和合金結構鋼，焊接成本低。
（4）藥芯焊絲氣體保護焊 採用中心含有藥芯（焊劑）的管狀焊絲，用二氧化碳或二氧化碳加氬氣體作為保護氣體，兼有二氧化碳氣體保護焊和手弧焊的某些特點，適宜於焊接碳鋼、低合金鋼、鎳及其合金等。主要特點：①由於採用二氧化碳氣體和焊劑的聯合保護，易於獲得優質焊縫；②電弧穩定，飛濺少，焊縫成形好；③對焊件鋼材成分的適應性強；④焊接生產率高，約為手弧焊的3～5倍。
（5）氣電立焊 是由熔化極氣體保護焊和電渣焊發展而形成的一種熔化極氣體保護焊方法。保護氣體採用二氧化碳氣體或氬氣加氧氣。其主要優點是可不開坡口焊接厚板，生產率高、成本低。
氣體使用
在氣體保護電弧焊初期，使用的主要是單一氣體；如氬氣（Ar）、氦氣（He）和CO2氣，後來發現在一種氣體中加入一定分量的另一種或兩種氣體後，可以分別在細化熔滴、減少飛濺、提高電弧的穩定性、改善熔深以及提高電弧的溫度等方面獲得滿意的效果。
常用的混合氣體有：（1）Ar+He。廣泛用於大厚度鋁板及高導熱材料的焊接，以及不鏽鋼的高速機械化焊接。（2）Ar+H2。利用混合氣體的還原性來焊接鎳及其合金，可以消除鎳焊縫中的氣孔。（3）Ar+O2混合氣體（O2量為1%）。特別適用於不鏽鋼MIG焊接，能克服單獨用氬氣時的陰極飄移現象。（4） Ar+CO2或Ar+CO2+O2。適於焊接低碳鋼和低合金鋼，焊縫成形、接頭質量以及電弧穩定性和熔滴過渡都非常滿意。
歷史和展望
氣體保護電弧焊是在第二次世界大戰期間發展起來的。在飛機製造業中，為適應鋁合金、鎂合金、不鏽鋼等焊接的需要，鎢極惰性氣體保護焊首先問世。其後，為克服鎢極惰性氣體保護焊難以焊接厚的焊件和焊接生產率低等缺點，在20世紀40年代末，對熔滴過渡形式有了一定認識以後，熔化極惰性氣體保護焊進入實用階段。1953年蘇聯B·柳巴夫斯基等發明了二氧化碳氣體保護焊，克服了惰性氣體保護焊成本高的缺點，使氣體保護焊在碳鋼、低合金鋼等普通鋼材的焊接上得到推廣套用。以後又出現氧化性混合氣體保護焊、藥芯焊絲氣體保護焊、脈衝氬弧焊、氣電立焊等許多種氣體保護焊方法。1980年，加拿大WeldProcess公司研究成功TIME焊接新工藝及專用設備，大大提高了焊接生產率。其後，氣體保護焊以其高效、節能在航空、航天、機械製造、造船、車輛製造等許多工業部門中得到推廣套用。隨著焊接設備自動化水平的提高、新型弧焊電源的使用及電子技術、智慧型控制技術的推廣套用，氣體保護焊的焊接質量、焊接生產率及穩定性將顯著提高，混合氣體保護焊將獲得更大的發展。
