电弧焊（MIG/MAG、TIG、焊条电弧焊）
熔焊：电弧熔化接缝边缘，通常还有填充金属
电弧焊用电弧熔化金属零件的边缘，使它们流到一起，凝固成一体。这是连接钢材最常见的方法，从自行车架、拖车到桥梁和轮船都用得到。本章的其他熔焊方法，都是在改进同一个思路：熔化、混合、再凝固。
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工作原理
闭合回路。 电源通过电缆把电流送到焊枪，工件上的接地夹再把电流引回。典型设置是几十到几百安培，而电压只有约 10–35 伏。
引燃电弧。 焊丝接触金属后回抽，就会形成电弧（穿过炽热导电气体的连续火花）。电弧温度可达几千摄氏度。
熔出熔池。 电弧把两个零件的边缘熔化成一小滩液态金属，即熔池。作为对比，钢大约在 1,500 °C 熔化。
送入填充金属。 MIG/MAG 焊中，电机持续把细焊丝推过焊枪。焊丝头在电弧中熔化，滴入熔池，补充金属填满接缝。
保护熔池。 喷嘴吹出的气体把空气排开。没有它，氧和氮会造成气孔（被困住的气泡）和脆性焊缝。
移动并凝固。 焊工或机器人沿接缝移动焊枪。在它身后，熔池凝固成焊道（凸起的焊缝金属条），与两个零件连为一体。
三种变体，同一原理。 MIG/MAG（熔化极惰性气体保护焊 / 熔化极活性气体保护焊）在氩气或氩气与 CO2 混合气的保护下自动送丝。TIG（钨极惰性气体保护焊）使用不会熔化的钨电极，由焊工把另外的填充焊丝送入熔池。焊条电弧焊使用外涂药皮（一种化学粉末）的焊条，药皮燃烧后产生自身的保护气体，并形成一层称为焊渣的硬壳。
关键数据
- 材料
- 碳钢和不锈钢（三种变体均可）；铝、钛、铜和镍合金多用 TIG 或 MIG
- 典型零件
- 钢架、汽车底盘、管道、储罐、船体、桥梁、自行车架
- 零件尺寸
- 从约 0.5–1 mm 厚的薄板（TIG）到超过 100 mm 的厚板（需多道焊）；任意大小的组件
- 精度
- 焊接组件约 ±1 mm；热变形是主要限制，因此精密面要在焊后再加工
- 表面质量
- 凸起、带波纹的焊道；MIG 有飞溅，焊条电弧焊有焊渣，需要清理；外观要求高时会磨平
- 适合的批量
- 从单件、维修到机器人批量生产
- 模具与设备成本
- 手工设备几百到几千美元；机器人工作站大约 10 万美元或更多
- 速度
- 手工通常每分钟焊 0.1–0.5 m；TIG 最慢，机器人最快
优点与局限
优点
- 几乎能焊所有钢材，用 TIG 还能焊大多数其他金属
- 设备便宜、便携；焊条电弧焊可在室外和有风处使用
- 好的焊缝可以和被连接的零件一样结实
- 适用于任何规模，从自行车架到轮船
局限
- 热量会使薄件翘曲，并改变焊缝旁边的金属（热影响区）
- 质量取决于焊工的技术，或调试良好的机器人
- 烟尘、强紫外线和飞溅需要通风和防护装备
- 隐藏的缺陷（气孔、裂纹、未熔合）在关键零件上需要检测
应用领域
- 建筑钢梁、钢柱、桥梁大梁
- 汽车底盘、悬架摆臂、排气系统（机器人 MIG）
- 能源管道、压力容器、风电塔筒段
- 造船船体板、甲板和肋骨框架
- 航空航天与食品设备薄壁不锈钢和铝零件（TIG）
- 维修与农业用焊条电弧焊对机械进行现场维修
如何识别
- 沿接缝凸起的焊道，带有细密的半月形波纹；整齐的 TIG 焊道像一排叠起来的硬币。
- MIG 焊缝旁粘着的细小金属球（飞溅）。
- 焊缝旁不锈钢上的草黄、蓝色或彩虹色热变色。
- 焊条电弧焊的焊道更粗糙，残留着玻璃状焊渣。
对比
观看
TimWelds · 各种变体并排比较，看有何不同
Miller Welders · 近距离观察 MIG 焊枪、送丝和熔池
DIY PRO · 钨极、填充焊丝和电弧的特写
FANUC America · 机器人在工厂工作站里焊接大型零件
查看实拍照片
- 维基百科：电弧焊 — 概述，附焊工、焊枪和焊道的照片
- 维基百科：熔化极气体保护焊 — MIG/MAG 焊枪、设置和焊缝特写
- 维基百科：钨极气体保护焊 — TIG 焊枪、钨电极和电弧照片
- 维基共享资源图片搜索
记住
- 电弧把两侧边缘（通常连同填充金属）熔成一个熔池，凝固后就成为接头。
- 保护气体或焊剂把空气挡在炽热的金属之外；没有它，焊缝会变得多孔而发脆。
- MIG/MAG 快速而简单，TIG 缓慢而精细，焊条电弧焊坚固而便携。
