什麼是氣體遮護金屬電弧銲接(GMAW)？
氣體遮護金屬電弧銲接（GMAW=Gas Metal Arc Welding）又俗稱 CO2焊接 。其使用的實心銲線為電極，由送線機連續輸送，自銲嘴送出。藉與母材接觸產生電弧，經由電弧高熱熔融母材及銲線達接合目的。
氣體遮護金屬電弧銲接工作原理
- 電弧引發：CO2焊接通常使用一種稱為電弧焊的方法，其中一根金屬焊線通過焊接槍供給到焊接區域。同時，通過電弧發電機或其他電源，在焊絲末端形成電弧，這個電弧產生足夠的熱量來融化金屬。
- CO2保護氣體：在焊接區域周圍，CO2氣體被以控制的流量注入。CO2氣體的主要作用是保護熔融金屬不受空氣中的氧氣污染，防止氧化、氧化皮和其他不良的金屬品質問題。
- 熔化焊線：電弧產生的高溫將焊絲加熱到熔化點，同時也將工件表面加熱。熔化的焊絲和工件表面融合在一起，形成一個焊縫。
- 填充金屬：在焊接過程中，需要添加額外的焊絲以填充焊縫，這有助於加強連接並確保焊接的品質。填充金屬的類型通常與要連接的金屬相似，以確保焊縫的強度和性能。
- 控制焊接參數：CO2焊接需要仔細控制焊接電流、電壓、焊絲進給速度、CO2氣體流量和焊接速度等參數，以確保獲得所需的焊縫品質。不同材料和焊接任務可能需要不同的參數設置。
氣體遮護金屬電弧銲接的保護氣體
GMAW 依保護氣體不同，又分為MIG、MAG兩種方法，其中MIG（Metal Inert Gas）採惰性氣體保護，如氬氣或氦氣等；MAG（Metal Active Gas）則含有一定比例以上的活性氣體，而MAG的優勢在於活性氣體的生產成本較低，也因為 MAG（Metal Active Gas）的應用，才使得此銲接方法普遍用於鋼結構的銲接，且為目前使用最多的方法。但隨著時間發展，近年各國政府開始針對碳排、碳中和採取相對措施。在焊接的保護氣體的選用上，更多業者開始以部分混合氣取代傳統的CO2氣體。
※GMAW和GTAW(TIG)銲接的差異
GTAW銲接為鎢極氣體保護電弧焊（英語：Gas tungsten arc welding）也是俗稱的「氬銲」。GTAW焊接常用於焊接不鏽鋼和鋁、鎂、銅合金等非鐵金屬的薄板。相較於SMAW電弧焊和氣體保護金屬極電弧焊(GMAW)，它更易於控制焊接處，提高焊接品質。
延伸閱讀：【焊接新手課】什麼是鎢極氣體保護電弧焊接（TIG、氬焊）?
What is GMAW welding (GMAW)？
Gas Metal Arc Welding (GMAW), by definition, is an arc welding process which produces the coalescence of metals by heating them with an arc between a continuously fed filler metal electrode and the work. The process uses shielding from an externally supplied gas to protect the molten weld pool. The application of GMAW generally requires DC+ (reverse) polarity to the electrode. In non-standard terminology, GMAW is commonly known as MIG (Metal Inert Gas) welding and it is less commonly known as MAG (Metal Active Gas) welding. In either case, the GMAW process lends itself to weld a wide range of both solid carbon steel and tubular metal-cored electrodes. The alloy material range for GMAW includes: carbon steel, stainless steel, aluminum, magnesium, copper, nickel, silicon bronze and tubular metal-cored surfacing alloys. The GMAW process lends itself to semiautomatic, robotic automation and hard automation welding applications.
Originally developed in the 1940s for welding aluminium and other non-ferrous materials, GMAW was soon applied to steels because it provided faster welding time compared to other welding processes. The cost of inert gas limited its use in steels until several years later, when the use of semi-inert gases such as carbon dioxide became common. Further developments during the 1950s and 1960s gave the process more versatility and as a result, it became a highly used industrial process.
Today, GMAW is the most common industrial welding process, preferred for its versatility, speed and the relative ease of adapting the process to robotic automation. Unlike welding processes that do not employ a shielding gas, such as shielded metal arc welding(SMAW), it is rarely used outdoors or in other areas of moving air.
氣體遮護金屬電弧銲接(GMAW)的優點及缺點？
優點：CO2焊接的優點是氣體保護使穿透能力強，焊接電流密度大（100-300A/m2），生產效率較高。且二氧化碳便宜，焊前對工件的清理相對簡單，其焊接成本相對電焊來說降低許多。而焊縫的抗鏽能力強，含氫量低。
缺點：CO2焊接缺點是產生的飛濺較多，產生的焊接弧光強，需注意弧光輻射。戶外作業時，應設置防風措施。
GMAW(CO2焊接)銲線的選擇
GMAW使用的銲材為實芯銲線，其製程是藉由原料的拉伸來製成，後續再經由溫控、切線來完成一顆實心銲線的製作。而實心線的應用十分廣泛，我們會主要介紹一般最常見的碳鋼、不鏽鋼兩種類別，由於其他像是耐熱鋼、鎳基合金鋼…等較為細瑣，我們將再後續的進階課程再和大家介紹！
碳鋼GMAW銲線
主要的差別會在於抗拉力強度的需求，而最常見的則為七萬噸、八萬磅的使用。快速的區分方法可以以ＡＷＳ規範來區分：如七萬磅的ＡＷＳ規範就會以ＥＲ－７０ＸＸ來標示；八萬磅的則會以ＥＲ－８０ＸＸ來認定。
那關於詳細的AWS規範簡介可以參考這篇文章：【焊接新手課】銲材怎麼選？分類法一次學會！
GMAW碳鋼實心線的外表一般會鍍銅，鍍銅主要的作用性有三：(1)外表的美觀(2)增加其導電性(3)增加表面的防鏽能力。而一般國產品牌中以「廣泰金屬」所製成的實心銲線最為廣泛應用，其特色的「無鍍銅實心線」(下表中的KM-56Z)算是突破了上述鍍銅的作用性，並且降低了生產成本，是作為CP值相對較高的焊接選擇。
GMAW(CO2焊接)高張力鋼使用的銲線(Metal Active Gas Welding)：
GMAW(CO2焊接)不鏽鋼銲線
不鏽鋼銲線的選用就如同其他焊接方式的選用相同，最常見的同樣為308、309及316材質的應用。
| 常用不鏽鋼銲材 | 說明 | 適用場景 | 相關商品 | 零售管道 |
|---|---|---|---|---|
| 308 | 比304具較高的鉻及鎳，主要用於銲接 | 用於最常見的304不鏽鋼銲接 | 點我看更多 | 蝦皮購買 |
| 309 | 增加鉻及鎳，提高耐熱性及抗氧化性 | 常用於需耐高溫之部件 | 點我看更多 | 上架中 |
| 316 | 加鉬，具耐酸鹼特性 | 常用於耐酸鹼的化學容器銲接 | 點我看更多 | 上架中 |
GMAW(CO2焊接)銲接的氣體使用
銲接氣體的使用主要由焊接材料、焊接型號等多種因素綜合決定。而目前工業上常用的焊接氣體大多會混合使用。常用的二成分混合氣有Ar-He、Ar-O2、Ar-CO2、CO2、O2、N2、H2等；常用的三成分混合氣有Ar-He-CO2、Ar-He-N2、Ar-He-O2等；四成分混合氣用的比較少，主要由Ar、He、H2、O2、N2、CO2等配製而成。
| 銲接材料 | 保護氣體 | 比例 | 焊接方法 | 說明 |
|---|---|---|---|---|
| 鋁及 鋁合金 | Ar+He | 熔化極：26%-90%He 鎢極：多種混合比直至75%He+25%Ar | 熔化極及鎢極 | 電弧溫度高。適於焊接鋁板，可增加熔深，減少氣孔，溶化快速。隨著He的比例增大，有一定噴濺。 |
| 鈦鋯及 其合金 | Ar+He | Ar/He 75/25 | 熔化極及鎢極 | 可增加熱量輸入。適用於射流電弧，脈衝電弧及短路電弧。 |
| 銅及 銅合金 | Ar+He | Ar/He 50/50或70/30 | 熔化極及鎢極 | 輸入熱量比純氬大，可以減低預熱溫度。 |
| 不銹鋼 高強度鋼 | Ar+O2 | 加（1%-2%）O2 | 熔化極 | 用於射流電弧及脈衝電弧 |
| 碳鋼及 低合金鋼 | Ar+CO2 | Ar/CO2（70-80）/（30-20） | 熔化極 | 有良好滲透，可用於短路電弧、射流電弧及脈衝電弧 |
| 鎳基合金 | Ar+He Ar+He | 加（15%-20%）He H2＜6% | 熔化極及鎢極 | 增加熱量輸入 有助於抑制CO氣孔 |
超認真推薦：超認真少年CO2焊接教學
看完以上內容一定還有人覺得沒有看到實品好像似懂非懂，小編私房推薦「超認真少年」頻道。節目裡面透過實際操作讓大家可以更淺顯易懂的了解CO2焊接的步驟和設備內容。我們和超認真少年一樣，希望更多大眾可以更深刻的認識傳統工業技藝！
(影片來源:超認真少年youtube，影片版權非本網站所有)