填充材料

 

焊丝种类

在DIN EN 440 标准中对MIG/MAG气保焊焊接中使用的非合金钢焊丝和细晶结构钢焊丝有着标准的规定。该标准按照化学成分将焊丝分成11类型。标准中还包括了那些只是在其它欧洲国家才会常用到的焊丝品种。在德国,常用的非合金钢焊丝种类只有 G2Si1, G3Si1 和 G4Si1。按其排列顺序,焊丝中的硅和锰的含量依次增高,其硅含量的中间值在 0,65 到 0,9 %,锰含量的中间值在 1,10 到 1,75 % 之间。用于细晶钢的焊丝种类有 G4Mo 和 G3Ni1 和 G3Ni2。焊接这类钢的药芯焊丝归在 DIN EN 758标准中。按照药芯的成分又分为氧化钛型,低氢型和金属粉末型。除了用于MIG/MAG气保焊焊接的药芯焊丝外,在 DIN EN 758标准中还有自保护药芯焊丝的标准。在自保护药芯焊丝的焊接中不需要用到额外的保护气体,它们经常被用于表面堆焊。用于焊接热强钢的焊丝标准在 DIN EN 12070标准中,这种钢的药芯焊丝标准在 DIN EN 12071 中。这些焊丝有的含有不同的钼含量,焊丝中的铬含量从 1,2,5,5 和 9 % 直到 12 %。其它的合金元素有钼,钒和钨。药芯焊丝的铬含量可以高达 5 %。用于焊接不锈钢和高温钢的焊丝标准在 DIN EN 12072 中:这种钢的药芯焊丝在DIN EN 12073标准中。标准中根据不同的合金元素分为马氏体/铁素体铬钢,奥氏体钢,铁素体/奥氏体钢和全奥氏体高耐腐蚀钢,还有一些特殊型号和高温型号。

 

MIG/MAG气保焊焊接材料

非合金钢和低合金钢

Un- und niedriglegierte Stähle非合金钢和低合金钢焊接用的保护气体有混合气体 M1, M2, M3或者纯二氧化碳气体。在德国,使用混合气体占据了主导地位,因为其飞溅少,特别是在大电流区间。一般来说,这类钢材可以用MAG气保焊方法很好地进行焊接。一个例外是含碳量高的材料,例如 E 360,含碳量约 0,45 %。对这种材料来说,由于焊接熔池很大,焊缝吸收大量的碳,因此有出现热裂纹的倾向。改进的办法是尽量减小熔池,比如用小电流焊,还有就是对着熔池的前端焊 – 注意:这是容易出现未熔合缺陷。在非合金钢和低合金钢的焊接中,气孔的形成主要是因为氮。焊缝中的氮可以是来源于高含氮量的母材,例如氮化钢,但大部分情况是因为保护气体没有完全罩住熔池,使得空气中的氮进入了焊缝。当保护气体的流量合适,而且不会出现紊流,比如因为保护气嘴的尖端或不稳的电弧等因数造成的紊流,才能够得到一个有保证的保护效果。和混合气体相比,用二氧化碳作为保护气体更不容易出现这类气孔。混合气体中,其中的二氧化碳占比越高,对气孔的敏感性就越低。

 

高合金钢和镍基合金

Hochlegiert这中类别的材料基本上也可以用 MIG/MAG 气保焊工艺来很好地进行焊接。高合金钢焊接用的保护气体有氩/氧混合气体,其中氧气占比 1-5 %  (M1.1),或者是氩气和 CO2混合气体,其中CO2占比最高不超过 2,5% (M1.2)。 在不锈钢焊接中要特别关注的一个问题是焊接后在焊缝和靠近焊缝区域的表面出现的氧化皮。这种氧化皮会降低材料的抗腐蚀性能,所以在工件投入使用前,要通过钢刷,酸洗或喷沙将这些氧化皮清除。MAG 气保焊焊接的焊缝比手弧焊焊接的焊缝更难清理,因为手弧焊焊接时焊缝表面的焊渣防止了在高温时氧气进入到焊缝表面。气保焊的半自动化带来的经济效益优势有可能会因为焊后清理工作的费用过高而又重新失去。从这点考虑,用含 CO2的混合气体比含O2的混合气体更有利。所以含 CO2的混合气体越来越多地被采用。但是,保护气体中二氧化碳的含量也不能太高,因为气体在电弧中分解后会使焊缝碳化,进而有损抗腐蚀性能。所以允许的CO2含量被限制在最高 5 % 以内。在不锈钢焊接中必须避免任何过热的情况,因为过热后析出的碳化铬会导致脆性上升和耐腐蚀性下降。所以必须控制焊接热输入量,必要时采用中途停焊的措施,以让工件冷却。在焊接全奥氏体钢时要避免“过冷”的焊接,以防止出现热裂纹。奥氏体钢不容易出现氢脆,所以可以在混合气体中添加少量的氢气,以提高焊接效率(提高焊接速度)。为了防止出现气孔的倾向,H2的占比不要超过 7 %。双相钢 – 由奥氏体和铁素体两相组成的材料 – 则具有氢裂纹的倾向。镍基合金通常是采用氩气MIG气保焊焊接。对纯镍金属和有些镍合金也可添加少量的氢气,这可以降低表面张力和改善焊缝成型。

 

铝和铝合金

Aluminium铝金属基本上都是采用 MIG气保焊焊接。由于铝有很好的导热性能,所以在气体中添加氦气后非常有利于焊接。氦气具有更好的热传导性,并且提高了电弧中保护气体的热含量。这使得熔池更深也更宽。如果焊接中不需要很深的熔深,比如焊接薄板,那么使用氦气可以在熔深不变的前提下更快地进行焊接。因为铝材的散热很快,所以对大厚板的铝材进行焊接时必须先预热母材。预热措施不仅保证了足够的熔深,而且还能减少焊缝中出现气孔的倾向,因为这时熔池金属在结晶过程中有更多的放气时间。如果采用含氦气的保护气体 – 通常氦气占比在 25 到 50 % - 就可以减少预热,对于不是很厚的板材来说甚至可以不预热。由此,因较高的氦气价格而增加的成本得到了一定的补偿。在铝材的MIG 气保焊中,不存在清理熔池表面高熔点的氧化膜的问题,因为电极接在正极上(阴极清理作用)。尽管如此,还是建议在焊接前用刷子清除一下表面的氧化层,这是因为氧化层吸潮,会将氢气带入焊缝。氢气是铝材焊接时形成气孔的主要原因。铝在液态下能溶解大量的氢气,而在固态下却几乎没有溶解性。焊接中所有被熔池吸收的氢气都必须在凝固前排出,否则就会出现气孔。要做到不出现气孔是很难的。特别大厚板的焊接。所以在焊接很厚的铝材时,不可能得到完全没有气孔的焊缝。前面提到的焊前余热可以起到改善的作用。 含Si 量在1 % 左右的AlSi合金和含 Mg量在 2 % 左右的 AlMg合金有焊接热裂纹倾向。应该通过选择焊丝来避免在这个合金范围内焊接。通常选用合金元素高一档次的焊丝,比用同种合金元素焊丝的焊接效果更好。

 

其它材料

除了已经提及的焊接材料外,MIG气保焊焊接中还值得一提的铜和铜合金的焊接。纯铜具有非常好的热传导性能,因此在焊接前要相应地预热到较高的温度,以避免出现未熔合缺陷。青铜焊丝,例如铝青铜或锡青铜焊丝,具有很好的滑动性能,因此常用于滑动工件的表面堆焊。在钢铁材料的母材上焊接时,要采用相应的措施使熔深保持在很小的量。铁在铜中的溶解度非常小,过量的铁会以球状颗粒形状镶嵌在焊缝中,使得需要的性能受到破坏。类似的情况也适用于MIG气保焊钎焊,这种工艺在汽车制造中被用来连接镀锌板,用的填充材料有硅铜或锡铜焊丝。这类青铜的熔点较低,有利于减少镀锌层的蒸发。这种方法产生的气孔较少,紧靠焊缝的镀锌层和板材背面的镀锌层仍然保持着有效的保护功能。这类焊接也要尽量避免熔深深入到钢铁材料中,其结合方式要像硬钎焊一样,仅靠扩散和粘附作用结合在一起。为此需要采用合适的焊接参数和特殊的持枪方式,使电弧只在液态熔池上燃烧。

Kupferlegierung

 

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