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1、第五章 二氧化碳气体保护焊,一、基本要求1、了解二氧化碳气体保护焊的特点及应用2、掌握二氧化碳气体保护焊的熔滴过渡特点3 掌握二氧化碳气体焊主要工艺的特点及工艺参数的选择原则4、掌握二氧化碳气体焊的冶金特点5、掌握防止飞溅的措施二、重点1、短路过渡对电源动特性的要求2、二氧化碳气体保护焊向熔滴中施加合金元素的方式。3、飞溅的预防措施,5-1 二氧化碳气体保护焊的特点及应用,一、二氧化碳气体保护焊的原理及应用 定义：以CO2 作为保护气体的电弧焊。焊丝作电极，焊丝的送进靠送丝机构实现。1、CO2气体保护焊的实质 这种方法以气体作为保护介质，使电弧及熔池与周围空气隔离，防止空气中氧、氮、氢对熔滴和
2、熔池金属产生有害作用，从而获得优良的力学性能。,5-1二氧化碳气体保护焊的特点及应用,二、二氧化碳气体保护焊有如下工艺优点：1、焊接成本低CO2气体及CO2焊焊丝价格便宜，焊接能耗低，因此，二氧化碳气体保护焊的使用成本很低，只有埋弧焊及手工电弧焊的40%50%；2、焊缝质量好二氧化碳气体保护焊抗锈能力强，对油污不敏感，焊缝含氢量低，抗裂性能好；,3、生产效率高二氧化碳气体保护焊的电弧集中，熔透能力强，熔敷速度快，且焊后无需进行清渣处理，因此生产效率高；半自动二氧化碳焊的效率比手工电弧焊高12倍，自动二氧化碳焊比手工电弧焊高25倍；4、适用范围广适用于各种位置的焊接，而且既可用于薄板的焊接又可用
3、于厚板的焊接；5、便于实现自动化二氧化碳焊是明弧焊，便于监视及控制，而且焊后无需清渣，有利于实现焊接过程机械化及自动化6、焊接应力和变形小,三、二氧化碳气体保护焊有如下缺点：1、焊缝成形较粗糙，飞溅较大。2、劳动条件较差 二氧化碳焊弧光强度及紫外线强度分别为手工电弧焊的23倍和2040倍，而且操作环境中CO2的含量较大，对工人的健康不利。3、很难用交流电焊接，设备复杂；4、抗风能力差；5、不能焊容易氧化的有色金属。四、二氧化碳气体保护焊应用 二氧化碳焊主要用于焊接30mm以下低碳钢及低合金钢,尤其适宜薄板。此外，还用于耐磨零件的堆焊、铸钢件的补焊以及电铆焊等方面。目前，这种方法已广泛用于机车车
4、辆、汽车、摩托车、船舶、煤矿机械及锅炉制造行业中。,5-2二氧化碳焊设备,二氧化碳焊设备由弧焊电源、送丝机构、焊枪及供气系统、控制系统等组成。（一）电源:平特性电源；下降性电源；电源动特性与MIG/MAG焊电源相同。(采用惰性气体作为保护气，使用焊丝作为熔化电极的一种电弧焊方法)（二）控制系统控制各个部件按照一定的时间顺序进入/退出工作状态。（三）送丝系统（四）焊枪（五）供气系统,1、引弧：1）爆裂引弧：适用于细丝，其基本过程是：首先使焊丝与工件短路，在较大的短路电流的作用下，焊丝与工件的接触部位发生爆断，引燃电弧。,2）慢送丝引弧适用于粗丝，基本方法及原理与爆裂引弧类似，其不同点是通过缓慢送
5、丝使焊丝与工件接触，以保证引弧的可靠性。回抽引弧主要用于埋弧焊，焊前首先使焊丝与工件接触，焊机启动后，焊丝回抽将电弧引燃。2、熄弧方式1）焊丝返烧熄弧反烧熄弧时，先停止送丝，电弧继续燃烧，弧长逐渐增大，经过一定时间后切断电源，电弧熄灭，停止焊接。2）电流衰减熄弧首先使焊接电流及送丝速度衰减，填满弧坑后，再停止送丝并切断电源。,（三）气路（供气系统）和水路（冷却系统）1、气路系统除了气瓶、减压阀、流量计、软管及气阀以外，二氧化碳焊机的气路系统还需安装预热器及干燥器。1、预热器：用于防止二氧化碳中的水分在钢瓶出气口处或减压阀中结冰而堵塞气路。焊接过程中钢瓶内的液态二氧化碳不断气化，气化过程中要吸收
6、大量的热，而且钢瓶中的高压二氧化碳经过减压阀减压后，气体温度也会下降；气体流量越大，温度下降越明显。因此，气体流量较大时（大于10 Lmin-1），在减压阀之前必须安装加热器通常采用电热式加热器，其结构比较简单，只需将套有绝缘瓷管的加热电阻丝套在通二氧化碳气体的紫铜管上即可。,2、干燥器用于减少焊缝中的含氢量。一般市售的二氧化碳气体中含有一定量的水分，因此需在气路中安装干燥器，以去除水分，减少焊缝中的含氢量。干燥器有两种：高压干燥器和低压干燥器。高压干燥器安装在减压阀前，低压干燥器安装在减压阀之后。一般情况下，只需安装高压干燥器。如果对焊缝质量的要求不高，也可不加干燥器。2、水路系统水路系统通
7、以冷却水，用于冷却焊炬及电缆。通常水路中设有水压开关，当水压太低或断水时，水压开关将断开控制系统电源，使焊机停止工作，保护焊炬不被损坏。,气路系统,5-3二氧化碳焊的冶金特点,（一）二氧化碳电弧的氧化性在电弧热量作用下，二氧化碳发生分解，放出氧气：2CO2 2CO+O2氧气又进一步分解为氧原子：O2 2O因此，二氧化碳电弧具有很强的氧化性，使铁及合金元素（Si、Mn、Cr、Ni、Ti、C等）发生氧化。1、氧化反应的不利后果：1）合金元素大量烧损；2）C与O反应，生成CO气体，易于导致气孔。,2、措施：必须采用必要的措施进行脱氧在焊丝中加入适量的脱氧剂，脱氧剂与O的亲和力比Fe及C强，因此可阻止
8、Fe、C等与O发生不利的反应。脱氧剂在完成脱氧任务之余，所剩余的量作为合金元素留在焊缝中，起着提高焊缝机械性能的作用。二氧化碳焊丝一般采用Si、Mn联合脱氧，有些焊丝中还加少量的Ti。（二）二氧化碳焊的气孔及防止1 一氧化碳气孔一氧化碳气孔产生的主要原因是以下反应：FeO+C=Fe+CO,该反应通常发生于熔池尾部，此处的液态金属温度接近结晶温度，反应很强烈且CO没有时间析出，因此，CO易残留于熔池中形成气孔。只要选择的焊丝正确，焊丝中的脱氧元素就会抑制FeO生成，产生CO气孔的可能性很小。2 氢气孔二氧化碳电弧中有大量的氧原子，氧原子可与焊接区的氢结合成不溶于熔池的羟基，因此二氧化碳焊对氢气孔
9、不敏感。只要是二氧化碳气体中的水分含量不超过规定值，工件及焊丝上的铁锈及油污不很严重，一般不会产生氢气孔。3 氮气孔这是二氧化碳焊焊缝中出现几率最大的一种气孔。这种气孔主要是由侵入焊接区的空气引起的。只要保证良好的保护效果，这种气孔一般也不会产生。,（三）CO2 的飞溅及防止,一）产生飞溅的原因本质原因是由于二氧化碳电弧收缩性强，熔滴受力复杂，易使熔滴的运动轨迹偏离电弧的轴线。1、气体爆炸引起的飞溅；2、短路过渡产生的爆破力；3、大滴滴落过渡时的斑点力偏离焊丝轴线；4、焊接参数选择不当。二）防止飞溅的措施：1、正确选择焊接参数；2、在气体中加入少量氩气；3、短路过渡时限制金属液桥爆断能量；4、
10、采用低飞溅率焊丝。,5-4二氧化碳焊的熔滴过渡特点,熔滴过渡方式主要有：大滴排斥过渡、短路过渡、细颗粒过渡及混合过渡（短路过渡+颗粒过渡）等四种。由于大滴排斥过渡的飞溅大、电弧不稳定，因此实际焊接生产中一般不用，通常采用短路过渡及细颗粒过渡进行焊接。（一）短路过渡1、产生条件采用细丝，并配以小电流及小电压进行焊接时，熔滴过渡为短路过渡。2、特点1）通常产生一体积小、凝固速度快的熔池，因此适合于薄板焊接及全位置焊接。,2）熔滴与熔池间短路后，在表面张力及电磁收缩力的作用下形成缩径小桥，短路缩径小桥在不断增大的短路电流作用下汽化爆断，将熔滴推向熔池，完成过渡。有飞溅。3、短路过渡对电源的动特性具有
11、如下的要求：（1）熔滴与熔池短路时，电弧熄灭，过渡完成后，电弧又重新引燃。为了保证电弧能够顺利引燃，要求电源的空载电压上升速度要快。（2）短路小桥的位置及爆断时间、爆破能量直接决定了飞溅的大小，当短路小桥产生在焊丝与熔滴之间，爆破能量较小且能够及时爆断时，飞溅较小。而短路小桥的位置及爆断时间、爆破能量可通过在焊接回路中加一适当的电感来调节。,短路过渡,（二）细颗粒过渡细颗粒过渡出现在电弧电压较高、焊接电流较大的情况下。其特点是，电弧基本上潜入工件表面之下，熔池较深，熔滴以较小的尺寸、较大的速度沿轴向过渡到熔池中。由于没有短路过程，对电源的动特性没有特殊要求。这种过渡主要用于中等厚度及大厚度板材
12、的水平位置焊接。,焊接方向,5-5二氧化碳气体保护焊工艺,一）、二氧化碳气体保护焊工艺参数的选择（一）焊丝直径1、短路过渡CO2焊一般采用细丝，以提高过渡频率，稳定焊接电弧。通常采用的焊丝直径有0.8mm、1.2mm及1.6mm三种。2、细颗粒过渡CO2焊采用的焊丝直径一般大于1.2mm，通常采用的焊丝直径有1.6、2.0、3.0和4.0等四种。（二）焊接电流及电弧电压1、短路过渡电弧电压是最重要的焊接参数，因为它直接决定了熔滴过渡的稳定性及飞溅大小，影响焊缝成形及焊接接头的质量。,对于一定的焊丝直径，有一最佳电弧电压范围，电弧电压小于该范围的下限时，短路小桥不易断开，易导致固体短路（未熔化的
13、焊丝直接穿过熔池金属与未熔化的工件短路），导致很大的飞溅，甚至导致固体焊丝飞溅；电弧电压大于该范围的上限时，易产生大滴排斥过渡，飞溅很大，电弧不稳。短路过渡CO2焊通常采用直流反接。采用直流反接时，电弧稳定，飞溅小，熔深大。但在堆焊及焊补铸件时，应采用直流正接，这是因为，正接时焊丝为阴极，阴极产热大，焊丝熔化速度快，生产率高。电流的大小要与电弧电压相匹配。表7-1给出了三种直径焊丝的最佳短路过渡焊接规范。,表7-1短路过渡的电流值及电弧电压范围。,2、细颗粒过渡细颗粒过渡CO2焊也采用直流反接。根据被焊材料及板厚选择焊接电流，然后根据焊接电流、焊丝直径选择电弧电压，焊接电流越大，焊丝直径越小，
14、选择的电弧电压也应越大。但电弧电压也不得太高，否则飞溅将显著增大。表7-2给出了细颗粒过渡的最低电流值及电弧电压范围。,（三）焊接速度焊接速度与焊接电流适当配合才能得到良好焊缝成形。焊接速度过大：熔宽、熔深减小，甚至产生咬边、未熔合、未焊透等缺陷。焊接速度过慢：降低生产率，导致烧穿、焊接变形过大等缺陷。半自动短路CO2保护焊的焊接速度一般为5 mh-1 60 mh-1。（四）焊接回路电感1、短路过渡作用：1）控制短路电流上升速度及短路电流峰值。短路过渡CO2焊要求具有合适的短路电流上升速度，从而将缩径小桥控制在焊丝与熔滴之间，以保证爆破力将大部分熔滴金属过渡到熔池中，同时还要求具有合适的短路电
15、流峰值，以,使爆破能量适中，不至于产生很大的细颗粒飞溅。不同的焊丝直径要求不同的短路电流上升速度，焊丝越细，熔化速度越大，短路过渡频率越大，要求的短路电流上升速度就较大。短路电流上升速度（di/dt）决定于回路电感(在通过一定数量变化电流的情况下,线圈产生自感电势的能力,称为线圈的电感量。简称为电感。)di/dt=(U0 iR)/L式中U0 电源空载电压；i 瞬时电流R 焊接回路中的电阻L 焊接回路中的电感因此，焊接回路中应串接适当的电感。2、细颗粒过渡对于细颗粒过渡CO2焊，回路电感对抑制飞溅的作用不大，一般不要求在焊接回路中加电感元件。,（五）焊丝伸出长度1、短路过渡：焊丝很细，焊丝干伸长
16、度对熔滴过渡、电弧的稳定性及焊缝成形均具有很大的影响。干伸长度过大，电阻热增大，焊丝容易因过热而熔断，导致严重飞溅及电弧不稳。此外，干伸长度过大时，焊接电流降低，电弧的熔透能力下降，易导致未焊透。干伸长度过小，则要求喷嘴离工件的距离很小，飞溅金属颗粒易堵塞喷嘴。干伸长度一般应控制在5mm15mm内。2、细颗粒过渡焊丝较粗，焊丝干伸长度对熔滴过渡、电弧的稳定性及焊缝成形的影响不大。但由于飞溅较大，喷嘴易于堵塞，因此，干伸长度应选得大一些，一般应控制在10mm20mm内。,（六）气体流量保护气体的流量一般根据电流的大小、焊接速度、干伸长度等来选择。这些参数越大，气体流量也应适当加大。但也不能太大，
17、以免产生紊流，使空气卷入焊接区，降低保护效果。短路过渡：保护气体流量一般为5 Lmin-115 Lmin-1。细颗粒过渡：所用焊接电流比短路过渡大，焊接速度也大，因此采用的保护气体流量也应适当增大，一般为10 Lmin-120 Lmin-1。（七）喷嘴至工件的距离短路过渡CO2焊时，喷嘴至工件的距离应尽量取得适当小一些，以保证良好的保护效果及稳定的过渡，但也不能过小。这是因为该距离过小时，飞溅颗粒易堵塞喷嘴，阻挡焊工的视线。喷嘴至工件的距离一般应取焊丝直径的12倍左右。,（八）电源极性 一般均采用直流反接法。这时电弧稳定，飞溅小，焊缝成形好，并且焊缝熔深大，生产率高。（九）焊丝位置及焊接方向C
18、O2焊一般采用左焊法，而右焊法也有其优点，在某些情况下具有良好的工艺性能。左焊法时焊枪的后倾角度保持为1020，倾角过大时，焊缝宽度增大而熔深变浅，而且还易产生大量的飞溅。右焊法时焊枪前倾1020，过大时余高增大，易产生咬边。左焊法（后倾）：焊接热源从接头右端向左端移动，并指向待焊部分的操作法。左焊法易清楚的看见焊缝坡口但熔池不容易看到 右焊法（前倾）：焊接热源从接头左端向右端移动，并指向已焊部分的操作法。右焊法易清楚的看到熔池但不容易看到焊缝坡口,药芯焊丝,坡口形状：细焊丝短路过渡的CO2焊一般开I形坡口；粗焊丝细滴过渡可以开较小的坡口。开坡口的目的：主要为了熔透，同时要考虑到焊缝成形的形状
19、及熔合比。坡口角度过小易形成指状熔深，熔化不大。在焊缝中心可能产生裂纹。尤其在焊接厚板时，由于拘束应力大，这种倾向很强，必须十分注意。,6.CO2焊的焊接技术,6.1 焊前准备,表2.CO2焊推荐坡口形状,6.1 焊前准备,坡口加工方法 加工坡口的方法主要有机械加工、气割和碳弧气刨等。CO2焊时对坡口加工精度的要求比焊条电弧焊时更高。坡口加工精度对焊接质量影响很大。坡口尺寸偏差能造成未焊透和未填满等缺陷。焊前清理 焊缝附近有污物时，会严重影响焊接质量。焊前应将坡口周围10 20mm范围内的油污、油漆、铁锈、氧化皮及其他污物清除干净。为了去除氧化皮、水分和油类，目前工厂常用的方法是用氧乙炔火焰烘
20、烤。,6.1 焊前准备,定位焊 为了保证坡口尺寸，防止变形及焊道不规整。通常CO2焊与焊条电弧焊相比要求更坚固的定位焊缝。定位焊缝易生成气孔和夹渣，认真焊接。焊接薄板时定位焊缝应该细而短，长度为3 l0mm，间距为3050mm。焊接中厚板时定位焊缝长度为1550mm，间距达100150mm。若为熔透焊缝时，点固处难以实现反面成形，应从反面进行点固。,6.1 焊前准备,(a)蹲位平焊,（b）坐位平焊,（c）立位平焊,（d）站位立焊,（e）站位仰焊,正确持枪姿势,6.1 焊前准备,1、引弧：半自动CO2焊时，通常采用“划擦引弧”、“倒退引弧”法。引弧后焊工应迅速调整焊枪位置、焊枪角度，注意保持焊枪
21、到焊件的距离。,6.2 操作技术,6.2.1 引弧与收弧,6.2.1 引弧与收弧,2、收弧：焊道收尾处往往出现凹陷，它被称为弧坑。CO2焊比一般焊条电弧焊用的焊接电流大，所以弧坑也大。弧坑处易产生火口裂纹及缩孔等缺陷。为此，应设法减小弧坑尺寸。目前主要应用的方法如下：1)采用带有电流衰减装置的焊机时，填充弧坑电流一般只为焊接电流的5060，易填满弧坑。2)没有电流衰减装置时，在熔池未凝固之时，应在反复断弧、引弧几次，直至弧坑填满。,3)使用工艺板，把弧坑引到工艺板上，焊完之后去掉它。,6.2.1 引弧与收弧,收弧时不能抬高喷嘴，即使弧坑已填满，电弧已熄灭，也要让焊枪在弧坑处停留几秒钟后才能移开
22、。若收弧时抬高焊枪，则容易因保护不良引起缺陷。3、焊道的接头方法：,单面焊双面成形技术 从正面焊接，同时获得背面成形的焊道称为单面焊双面成形，常用于焊接薄板及厚板的打底焊道。1)悬空焊接 无垫板的单面焊双面成形焊接时对焊工的技术水平要求较高，对坡口精度、装配质量和焊接参数也提出了严格要求。坡口间隙 对单面焊双面成形的影响很大。坡口间隙小时，焊丝应对准熔池的前部，增大穿透能力，使焊缝焊透；坡口间隙大时，为防止烧穿，焊丝应指向熔池中心，并进行适当摆动。,6.2.2 平焊的焊接技术,坡口间隙为0.21.4mm时，一般采用直线式焊接或小幅(锯齿形)摆动。坡口间隙为1.22.0mm时，采用月牙形的小幅摆
23、动，在焊缝中心稍快些移动，而在两侧作片刻停留(0.5秒)。坡口间隙更大时，摆动方式应在横向摆动的基础上增加前后摆动，这样可避免电弧直接对准间隙，防止烧穿。,6.2.2 平焊的焊接技术,不同板厚推荐的根部间隙值,6.2.2 平焊的焊接技术,2）加垫板的焊接。加垫板的单面焊双面成形比悬空焊接容易控制，而且对焊接参数的要求也不十分严格。垫板材料通常为纯铜板。为防止铜垫板与焊件焊到一起，最好采用水冷铜垫板。,铜垫板,6.2.2 平焊的焊接技术,加垫板焊接的典型焊接参数,典型单面焊双面成形的焊接参数,6.2.2 平焊的焊接技术,操作要点 薄板对接焊一般都采用短路过渡，中厚板大都采用细滴过渡。坡口形状可采用I形、Y形、单边V形、U形和X形等。通常CO2焊时的钝边较大而坡口角度较小。在坡口内焊接时，如果坡口角度较小，熔化金属容易流到电弧前面去，而引起未焊透，所以在焊接根部焊道时，应该采用右焊法和直线式移动。当坡口角度较大时，应采用左焊法和小幅摆动焊接根部焊道。,6.2.2 平焊的焊接技术,平焊对接焊缝的典型焊接参数,6.2.2 平焊的焊接技术,CO2点焊的接头形式：,6.3 CO2焊的其他方法,图:CO2气电立焊,6.3 CO2焊的其他方法,1、药芯焊丝CO2 焊；2、CO2点焊；3、CO2气电立焊,
