药芯焊丝气体保护电弧焊

利用药芯焊丝做熔化极的电弧焊称药芯焊丝电弧焊，英文简称FCAW。有两种焊接形式：一种是焊接过程中使用外加保护气体（一般是纯CO2或CO2＋Ar）的焊接，称药芯焊丝气体保护电弧焊，它与普通熔化极气体保护电弧焊基本相同；另一种是不用外加保护气体，只靠焊丝内部的芯料燃烧与分解所产生的气体和渣做保护的焊接，称自保护电弧焊。自保护电弧焊与焊条电弧焊相似，不同的是使用盘状的焊丝，连续不断送到电弧中。这里重点介绍药芯焊丝气体保护电弧焊，因为它是一种很有发展前景而且已经在工程中广泛使用的焊接方法。

图4-28　药芯焊丝电弧焊

1—喷嘴；2—导电嘴；3—药芯焊丝；4—保护气体；5—电弧；6—母材；7—焊缝金属；8—渣壳；9—熔渣；10—液态金属

（一）药芯焊丝气体保护电弧焊的工作原理和工艺特点

1.工作原理

与实心焊丝气体保护焊的主要区别是所用焊丝的构造不同。药芯焊丝是在焊丝内部装有焊剂或金属粉末混合物（称芯料），焊接时（图4-28），在电弧热的作用下熔化状态的芯料、焊丝金属、母材金属和保护气体相互之间发生冶金作用，同时形成一层较薄的液态熔渣包覆熔滴并覆盖熔池，对熔化金属构成又一层保护。所以实质上这是一种气渣联合保护的焊接方法。

2.工艺特点

药芯焊丝气体保护电弧焊综合了焊条电弧焊和CO2焊的工艺特点。如：

（1）由于药芯成分改变了纯CO2电弧气氛的物理、化学性质，因而飞溅少，且颗粒细，易于清除。又因熔池表面覆盖有熔渣，焊缝成形类似于焊条电弧焊，焊缝外观比实心焊丝CO2焊的美观。

（2）与焊条电弧焊相比，热效率高，电流密度比焊条电弧焊大（可达100A/mm2），生产率为焊条电弧焊的3～5倍。既节省了填充金属，又提高了焊接速度。

（3）与实心焊丝CO2焊相比，通过调整药芯的成分就可以焊接不同钢种，适应性强，若研制适用同样钢种的实心焊丝在技术上将遇到许多困难。

（4）对焊接电源无特殊要求，交流和直流均可使用，平特性和陡降特性都适应，因为药芯成分能改变电弧特性。

但是，药芯焊丝CO2焊也有不足，主要是送丝比实心焊丝困难，芯料易吸潮，须对药芯焊丝严加保存和管理。表4-16是实心焊丝和药芯焊丝CO2焊接工艺性和适用性比较。

表4-16　实心焊丝和药芯焊丝CO2焊工艺性和适用性比较

（续表）

注：①当用小电流或CO2＋Ar混合气体保护时，可进行全位置焊接。

（二）药芯焊丝气体保护焊工艺

1.接头设计与准备

凡是适于焊条电弧焊的接头形式同样适于药芯焊丝气体保护焊。但是，药芯焊丝气体保护焊的熔深比焊条电弧焊大，因此在适用厚度范围和坡口设计上有些差别，可采用比焊条电弧焊的坡口角度更小、根部间隙更窄和钝边更大的坡口，这样能减少填充金属量。但必须保证在叠层焊时焊丝干伸长保持不变和根部可达，且在焊接过程中能灵活操纵焊丝。在平焊或横焊位置上焊接的角焊缝，其焊脚尺寸可比焊条电弧焊减小2～3mm，这是因熔深大于焊条电弧焊，并不因此影响接头强度。

2.焊接工艺参数

药芯焊丝气体保护电弧焊的工艺参数主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、保护气体流量和焊丝位置等。

由于药芯焊丝气体保护电弧焊使用的焊剂成分改变了电弧的特性，因此可以按药芯熔渣的性质在交流或直流电源、平外特性或下降外特性电源中选用。现以采用直流平特性电源的药芯焊丝CO2焊工艺为例，介绍焊接工艺参数的选定。

1）焊接电流

当其他条件不变时，焊接电流与送丝速度成正比。药芯焊丝CO2焊低碳钢的送丝速度与焊接电流的关系：电流增大，焊丝的熔敷速度提高，熔深加大；若过大，则产生凸形焊道，焊缝外观变坏；若电流过小，则产生颗粒熔滴过渡，且飞溅严重。

2）电弧电压

为了获得良好的焊缝成形，当改变送丝速度来提高或减小焊接电流时，电源的输出电压也应随之改变，以保持电弧电压与电流的最佳关系。但是在焊接过程中电弧电压与弧长密切相关，如果电弧电压太高，即弧长过长，会造成大的飞溅，焊道变宽，成形不规则；若电弧电压太低（弧长过短），则产生窄的凸状焊道，飞溅也变大，熔深变浅。

3）焊丝伸出长度

焊丝伸出长度是指超出导电嘴的未熔化的焊丝长度。它被电阻加热，其电阻热与伸出长度成正比。当伸出长度太长时，会产生不稳定的电弧和飞溅过大；若伸出太短，飞溅物易堆积在喷嘴上，影响气体流动或堵塞，使保护不良而引起气孔等。通常焊丝伸出长度为19～38mm，而喷嘴端到工件距约19～25mm。

4）焊接速度

焊接速度影响焊缝熔深和形状，其他因素不变时，低焊速的熔深比高焊速的大，大电流焊时低焊速可能引起焊缝金属过热；焊速过快将引起焊缝外观不规则。一般焊接速度在30～76cm/min。

5）保护气体流量

若流量不足则对熔滴过渡和焊接熔池保护不良，引起焊缝气孔和氧化；流量过大，可能造成紊流、把空气卷入，同样引起焊缝金属氧化和产生气孔。正确的流量由焊枪喷嘴形式和直径、喷嘴到工件的距离以及焊接环境决定。通常在静止空气中焊接时流量约在16～21L/min，若在流动空气环境中或喷嘴到工件距离较长时流量应加大，可能达26L/min。