做和有镀层板材的MIG电弧钎焊

有镀层板材的MIG电弧钎焊

前 言

随着近年来带镀层的板材（如镀锌板）在工业中应用增多，镀锌板和铝、镁一同作为最具前景的材料而越来越被人们所重视。

然而，镀锌板材如何有效的焊接一直困扰着工程技术人员，因为锌的熔点约为 420 ℃ , 挥发温度 908 ℃ , 普通熔焊的高温电弧 ( 约 3000 ～ 4000 ℃ ) 必然促使大量的锌蒸发 , 从而导致各种焊接缺陷 , 并破坏了锌层的抗腐蚀功能。现在，这些问题已成为过去，这得感谢 FRONIUS 公司研制的创新技术—— MIG 电弧钎焊。

MIG 电弧钎焊 从某种意义上说也属于熔化极气体保护焊 (MAG ）。它采用低熔点的铜基焊丝代替碳钢焊丝，焊接时热输入量低，母材不会熔化，同时锌的蒸发降致最低，提高了焊缝的抗腐蚀性能（铜基焊缝也耐腐蚀）。从而确保了镀锌板更好更有效的焊接。

MIG 电弧钎焊 在工业实际应用中已取得巨大的成功，许多汽车制造业都越来越多的应用铜基焊丝生产重要部件。近来， MIG 钎焊还用来焊接非镀层板（如合金钢、非合金钢、不锈钢、铜），同样获得良好的效果。

本文从焊接电弧、焊机、焊丝、送丝机、焊枪倾角及焊接结果的比较等方面对 MIG 电弧钎焊作了综合的阐述。

概述

随着现代工业的发展，应用抗腐蚀镀层板材的领域越来越广。在众多的钢铁防腐方法中，镀锌是一种非常有效且便宜的方法。

当然也可以将机械零件加工好以后在其表面镀锌来防腐蚀，然而这要求工件在镀锌前必须严格清洗和仔细包装，而另一种可行方法是用预处理过（即已镀锌）的板材来制造工件。这些预处理板材可以通过电镀或热浸镀生产。镀锌层的厚度在 1 ～ 20 μ m 之间 , 取决于所采用的当前山东华宇正处在新旧动能转换、产品转型升级的攻坚阶段生产工艺方法。

大量镀锌薄板材用于汽车制造、冷藏箱、建筑业、通风和供热设施以及家具制造等领域。镀锌成为重要的钢铁防腐方法，不仅仅是因为锌可在钢铁表面形成致密的保护层，还因为锌具有阴极保护效果，当镀锌层破损，它仍能通过阴极保护作用来防止铁质母材腐蚀，这种保护效果可延伸到 1 ～ 2mm 无保护层的区域，因此镀锌可以有效地保护到板材的切口和冷加工造成的微裂纹以及近焊缝的锌烧损区，防止从这里开始生锈。

金属材料的物理性能表 材料 熔点 沸点

锌 420℃ 908℃

钢 1300℃ --- CuSi3 950℃ ---

锌的熔点约为 420 ℃，挥发温度为 908 ℃ , 这不利于焊接，当电弧刚一引燃就挥发了。锌的挥发和氧化会导致气孔、未熔合及裂纹甚至影响电弧稳定性，因此焊接镀锌板材最好的方法是减少热输入量。

一种可行的方法是用钎焊材料来焊接镀锌板，最常用的这类焊丝是铜硅合金（如 CuSi3 ）和铜铝合金。由于这些焊丝中铜的含量高，熔点相对降低（大约 1000 ℃～ 1080 ℃，由合金成份决定），这时母材还未熔化，这样的接头实际上是钎焊接头。

通常推荐使用的保护气是氩气，然而实验证明 CuSi3 也可用含少量氧气或二氧化碳的混合气体作保护气，这样电弧的稳定性更好。

填充金属 用MIG电弧钎焊有以下优点：

1）焊缝无腐蚀

电源：TPS4000 焊丝：CuSi3 φ1.0mm

保护气：100%氩气

焊接速度：40mm/min

焊接电流：112A

焊接电压：15.2V

送丝速度:7.4m/min

2）飞溅很少

3）镀锌层烧损少

4）热输入量低

5）焊缝易机械加工

6）近缝区可受到阴极保护

下列铜合金可作为 MIG 电弧钎焊镀锌板材的焊丝：

● A202M ： SG-CuSi3

( 材料号 2.1461)

● A207M:SG-CuSi2Mn

( 材料号 2.522) 非标准

● A2115/8M:SG-CuAL8

( 材料号 2.0921)

实际工作中 ,CuSi3 焊丝应用最广泛。它的优点是焊缝硬度低，焊后机加工容易。焊丝的流动性能很大程度上取决于硅的含量，硅含量越高，熔池流动性更好，这可以满足小间隙的接头。

A207M 焊丝也可以用来焊接镀锌板，焊丝中含 1%Mn 成份主要是提高焊缝的硬度，焊后焊缝加工相对困难些。这种焊丝主要用在焊后无需处理的场合。

CuAL8 焊丝主要用来焊接包铝板钢材。此外很多其它铜合金也可作钎焊焊丝：

● A216M:SG-CuAL8Ni2

● A200SM:SG-CuSn

● A203/6M:SG-CuSn6

短路过渡和喷射过渡

厚的镀锌层（ 15um 以上）在焊接时会产生大量锌蒸汽，影响焊接的稳定性，因此最好采用短弧的短路过渡或喷射过渡，短的弧长可使电弧更加稳定。基于以上原因，对焊接电源及其控制特性就有很严格的要求。

脉冲电弧

在富氩保护气环境焊接时，通过选择合适的基值和峰值电流参数可以控制短路过渡，选择到最佳的参数时，恰好每个脉冲使一粒金属熔滴从焊丝上脱离，Fronius 公司研究发现对于不同的填充金属和保护气体必须有不同的脉冲波形。

为了尽量减少镀锌的挥发，必须采用低能量的 MIG 电弧钎 焊，这就要求电源在低功率下能堤供特别稳定的电弧。如果有很灵敏的弧长反馈控制，就可在很低的基值电流下保持稳定的短弧。

总之，低的热输入量可减少锌的挥发，因而降低了气孔率，提高接头强度，也有利于焊缝的机械加工（如打磨）。

当焊丝干伸长（导电咀与电弧之间的焊丝长度）发生变化时，应该不产生飞溅，这就要求在干伸长发生变化的过程中确保控制住金属过渡形式为“每个脉冲过渡一个熔滴”。

协同操作

镀锌薄板要获得好的焊缝，就要求焊接电源可提供很灵活的参数选择，使得众多的各种型号的焊丝在脉冲焊时有很好的过渡形式，这就要求有大量连续可调的参数（约 30 个参数），然而这么多的参数调节就使得电源操作起来非常困难，也只有少数专家才能自如使用。

因此就要求将各种焊丝及其对应的保护气所需的焊接参数预先程序化，这样就可以协同（单一）操作，使焊机对每个焊工来说都很容易使用．

实际上，对于各种不同的母材，焊丝及保护气体所需的最佳参数的选择工作在设备制造时就已为用户做5.5圆片放于冲杯工具中,与冲头冲模对心好了，这些经验结果都贮存在 EPROM（存贮模块）中，形成一个数据库，使用者只需要直接在焊接电源上选择填充材料就可以了。

送丝机

钎焊丝很软，这就对送丝系统有特殊要求，送丝时不能有任何损伤，接触压力不能太大 , ，装上合适的送丝轮四轮驱动，可提供足够的送丝力，通常采用的是光滑的半圆槽送丝轮。另一要点是要求能够准确顺利地送入导丝管且导丝管必须是柔性的（特氟龙或石墨纤维管）。FRONIUS 四轮送丝机采用光滑的U型槽送丝轮和柔软耐磨的石墨纤维送丝管。

焊枪倾角

焊枪“前推”（前进方向与倾角相反）进行薄板钎焊，基值电流时的电弧就会使前方的镀锌预热到挥发温度，熔滴过渡带来的热量就使镀锌层挥发，进入熔池的锌蒸汽很少，在凝固过程中又继续排出，因此焊缝中残留气孔极少，甚至根本没有。焊枪“后拖”（前进方向与倾角方向相同）施焊时，预热效果达不到锌的挥发温度，这就意味着大量锌蒸汽会扩散到熔池中，虽然焊枪的倾角有“后热”作用，可延长熔池的凝固时间，但还不足以使大量锌蒸汽从焊缝中逸出，而且逸出的锌蒸汽对于电弧的稳定性的影响大于“前推”施焊。

提高安全性

传统的MAG焊（即CO2气保焊）焊镀锌板产生大量的锌蒸汽，损害操作人员的身体健康。用 MIG 电弧钎焊焊接，热输入量低，焊接烟尘和飞溅大大降低，可有效改善工作环境。

填充材料 直径mm 过渡形式 保护气体 抗拉强度N/mm2

SG2 0.8 短路过渡 Ar+18%CO2 320.9*

CuSi3 1.0 脉冲颗粒过渡 Ar 309.5*

抗拉强度测试

以下是一组不同的填充材料和不同的过渡形式（自由短路过渡和脉冲电弧过渡）得出的静抗拉强度

测试：

测试前，试样经过 X 光探伤，正如所预料的用 SG2 焊的试样，不论是自由短路过渡还是脉冲过渡都含有大量气孔，原因是有锌的大量蒸发。而用 CuSi3 焊的试样则无气孔，这是因为钎焊温度低，锌挥发得少，气孔少了，抗拉强度就提高了。

MIG 钎焊应用范围

MIG 电弧钎焊可用来焊接低合金钢、非合金钢以及不锈钢，主要用途还是焊接表面有镀层的钢板。

它使用的焊丝的低熔点及焊接时的低热量输入等特性，减少了工件近缝区及焊缝背面锌的挥发。

并且 MIG 钎焊同 MAG 焊一样，可以焊各种类型接头及全位置焊接，即使在立向下、立向上和仰焊的情况下，也能获得令人满意的效果，焊接速度同样可以达到 MAG 焊的水平（100cm/min）。

当今，MIG电弧钎焊在汽车及支承结构中已有大量的实践应用。甚至高强抗震强度及内外结构缺点的重要科学测试仪器钢（例如自行车支架）也使用了 MIG 钎焊的焊接方法。

这是因为用短路过渡的 MAG 焊焊出的是凸焊缝，这降低了焊缝的抗拉强度；另一方面，用传统的钎焊将使管子产生明显的变形。而 MIG 电弧钎焊克服了以上两种方法的缺点，焊接时工件输入量低，焊缝又是凹型的。

结论

用钎焊丝 ( 如 CuSi3 ）作为焊接镀锌薄板的填充材料有利于防腐和提高机械性能，然而要用好这些材料，对焊接电源、送丝系统和焊枪有非常严格的要求。

Fronius(福尼斯)公除非待测产品经过某种方法处理司可为广大用户提供高性能的焊接设备（如 TPS 系列全数字化脉冲弧焊电源）应用于 MIG 钎焊镀锌薄板的技术实践。

当今，MIG电弧钎焊在汽车及支承结构中已有大量的实践应用。甚至高强钢（例如自行车支架）也使用了 MIG 钎焊的焊接方法。

这是因为用短路过渡的 MAG 焊焊出的是凸焊缝，这降低了焊缝的抗拉强度；另一方面，用传统的钎焊将使管子产生明显的变形。而 MIG 电弧钎焊克服了以上两种方法的缺点，焊接时工件输入量低，焊缝又是凹型的。

结论

用钎焊丝 ( 如 CuSi3 ）作为焊接镀锌薄板的填充材料有利于防腐和提高机械性能，然而要用好这些材料，对焊接电源、送丝系统和焊枪有非常严格的要求。

Fronius(福尼斯)公司可为广大用户提供高性能的焊接设备（如 TPS 系列全数字化脉冲弧焊电源）应用于 MIG 钎焊镀锌薄板的技术实践。

注释：

MIG —— 熔化极惰性气体保护焊

MAG —— 熔化极氧化性气体保护焊

SG2 —— 碳钢焊丝牌号(end)