焊接方法與設(shè)備：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊課件

1、課題一二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊Carbon-dioxide Shielded arc welding本章重點(diǎn)：CO2電弧的行為焊接材料實(shí)芯焊絲短路過渡CO2焊藥芯焊絲CO2焊 本章難點(diǎn)： 對CO2焊特點(diǎn)的把握； 藥芯焊絲CO2焊 學(xué)習(xí)方法建議： 必須充分理解和掌握 CO2電弧的行為并與其它焊接方法對比，這是能夠準(zhǔn)確把握CO2焊的前提和關(guān)鍵；藥芯焊絲CO2焊是CO2焊發(fā)展的重要方向之一，近年來增長很快，應(yīng)給予比課本上所表現(xiàn)出來的分量大得多的關(guān)注和重視?？赏ㄟ^練習(xí)制訂相應(yīng)的焊接工藝等實(shí)踐環(huán)節(jié)來培養(yǎng)和提高工藝能力和經(jīng)驗(yàn)。第一節(jié)CO2焊的特點(diǎn)及應(yīng)用一、 CO2焊的實(shí)質(zhì)定義：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是利用CO2

2、作為焊接保護(hù)氣的一種熔化極、氣體保護(hù)的電弧焊方法。按照GB/T5185-1985金屬焊接及釬接方法在圖樣上的表示方法以及ISO的相關(guān)規(guī)定，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊屬于MAG（熔化極活性氣體保護(hù)焊 ）的一種，所以它的代號也是135。為何要用CO2作為焊接保護(hù)氣？ 焊條藥皮造氣劑的造氣結(jié)果就是 CO2工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生大量 廉價的CO2 。 與焊條電弧焊相比，熔化極氣體保護(hù)焊效率高。二、 CO2焊的特點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn)：焊接生產(chǎn)率高：比MMA高24倍焊接成本低：是MMA或SAW的4050%焊接變形?。河冗m于薄板焊接焊接質(zhì)量高：對鐵銹不敏感，焊縫含氫量低適用范圍廣：全位置焊接能力好，打底/填充/蓋面、厚/薄板均宜操作

3、簡便：比MMA容易操作、適于自動焊（robot）綠色環(huán)保： CO2來自可再生資源2、“缺點(diǎn)”：飛濺較大；（這一缺陷目前已經(jīng)解決）焊接設(shè)備較“復(fù)雜”；（用今天的眼光看，已不復(fù)雜）抗風(fēng)能力差；（所有氣體保護(hù)焊的共同缺憾，但藥芯焊絲CO2焊無此問題）不能焊接有色金屬。CO2焊的熔敷速度三、 CO2焊的應(yīng)用材料：黑色金屬低碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼厚度：厚薄均可，尤薄板有優(yōu)勢位置：全位置結(jié)構(gòu)：車輛、船舶、機(jī)械、容器等。四、CO2氣體保護(hù)電弧焊的分類按焊絲粗細(xì)分類： 細(xì)絲CO2焊 ds1.6mm Vf=C 自身調(diào)節(jié)粗絲CO2焊 ds 1.6mm VfC 自動調(diào)節(jié)按焊絲類型分： 實(shí)芯焊絲CO2焊藥芯焊絲CO2焊按自

4、動化程度分： 半自動CO2焊 適用于焊縫不夠規(guī)則的場合自動CO2焊 適用于焊縫長而且規(guī)則的場合第二節(jié) CO2焊設(shè)備以半自動CO2焊設(shè)備為例一、 CO2焊設(shè)備的組成和作用組成：焊接電源 送絲機(jī)構(gòu) 焊槍 供氣系統(tǒng) 控制系統(tǒng)有的還有循環(huán)水冷系統(tǒng)。焊接電源：焊接設(shè)備1、焊接電源：平特性電源下降特性電源良好的動態(tài)品質(zhì)短路電流上升速度di/dt短路電流峰值Imax 空載電壓恢復(fù)速度要快 （1）推絲式：直徑0.82.0mm （2）拉絲式：直徑小于或等于0.8mm （3）推拉絲：送絲軟管可長到10m 2、送絲機(jī)構(gòu)供氣系統(tǒng)包括氣瓶氣路及相應(yīng)的閥、計量裝置、加熱裝置等。 半自動焊槍有鵝頸式和手槍式兩種。自動焊焊槍

5、載流容量較大（可達(dá)1500A），采用內(nèi)部循環(huán)水冷卻。焊槍冷卻方式有氣冷、水冷CO2焊100負(fù)載氣冷上限250A氬弧焊氣冷上限200A鵝頸式半自動空冷焊槍3、焊槍和供氣、冷卻水系統(tǒng)由氣瓶（鋁白色）、預(yù)熱器、減壓流量計、氣管和電磁氣閥組成，必要時可加裝干燥器。通常將預(yù)熱器、減壓器、流量計做為一體，叫CO2減壓流量計（通常屬于焊機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)隨機(jī)配備）。名牌產(chǎn)品如美國捷銳（）。不同氣體的減壓流量計按規(guī)定不能互換使用。流量計氣壓表減壓及預(yù)熱裝置開關(guān)CO2減壓流量計CO2氣體 瓶裝CO2為液態(tài)，焊接用CO2要求純度高于99.8%，用前排水（倒置48小時，開閥放水）。由于液態(tài)的CO2氣化過程吸熱，可能導(dǎo)致其中的

6、水分結(jié)冰，需在減壓前加熱，一般采取電阻加熱的方式。鵝頸式（氣冷）焊槍、手槍式（水冷）焊槍4、控制系統(tǒng)包括焊接電源輸出調(diào)節(jié)系統(tǒng)、送絲速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、小車或工作臺行走速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氣體流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主要控制焊接過程中的各種動作，如電源啟動停止、送氣送水、熄弧引弧、小車行走等。二、典型CO2焊設(shè)備（ CO2焊專用焊機(jī)）1、北京“時代” 逆變焊機(jī)，節(jié)能節(jié)材；可靠性尚可，價格相對便宜，售后服務(wù)較好。2、唐山“松下” 晶閘管焊機(jī)，但精細(xì)表現(xiàn)出色且可靠性極高；售后服務(wù)較好，價格較貴但性價比高，3、美國林肯 普通CO2焊機(jī)總體性能不錯，但無價格優(yōu)勢。值得推介者為其STT（表面張力過渡） CO2焊機(jī)：飛濺極小、成

7、形極佳，但價格極貴。除以上之外， 通用CO2焊機(jī)國內(nèi)的品牌多如牛毛，但普遍市場占有率低。除價格較低外，其它方面往往乏善可陳。歐洲國家一般不做CO2焊專用焊機(jī)，而是MIG/MAG（CO2）一體，所以其送絲機(jī)通常為雙主動送絲。如果焊機(jī)標(biāo)可MIG/MAG/CO2焊，但卻是單主動送絲，其效果有限（目前國產(chǎn)焊機(jī)這種情況比較多見）。第三節(jié) CO2焊的冶金特性和焊接材料一、合金元素的氧化與脫氧高溫的焊接電弧中：CO2CO + O2電弧氣氛 包括： CO2、O2 、 CO可能參加反應(yīng)的金屬元素：Fe、C、Si、Mn1.合金元素的氧化氧化反應(yīng)：Fe + CO2 FeO + CO 不溶于液態(tài)金屬，不與金屬反應(yīng)Si

8、 + 2CO2 SiO2 + 2CO 與CO2的反應(yīng)不占主導(dǎo)地位， Mn + CO2 MnO + CO 與O的反應(yīng)是主要的Si + 2O SiO2 Mn + O MnO 以復(fù)合化合物形式MnO.SiO2，浮出C + O CO C燒損，熔滴中造成爆炸，熔池中 造成氣孔Fe + O FeO 氧化，進(jìn)入熔池會破壞焊縫的性能 必須通過給焊接材料中添加合適量的脫氧元素脫氧，一般采用Si-Mn聯(lián)合脫氧。2、氧化反應(yīng)的結(jié)果焊接鋁及其合金氧化問題會很嚴(yán)重，焊接不銹鋼可能導(dǎo)致焊縫增碳，對不銹鋼的耐腐蝕性能造成影響。 2FeO + Si 2Fe + SiO2 FeO + Mn MnOFeO + C Fe + CO

9、 但是發(fā)生在熔滴中，生成的CO可能會引起熔滴的急劇膨脹，產(chǎn)生飛濺 發(fā)生在熔池中可能形成氣孔 3、脫氧反應(yīng)CO氣孔、H2氣孔、N 2氣孔二、CO2焊的氣孔及防止（1）CO氣孔FeO + C Fe + CO 在反應(yīng)中生成CO氣體來不及逸出。解決措施：只要焊絲中含碳量比較低，含有適量的脫氧劑Mn、Si ，可減少焊縫中 FeO，避免發(fā)生上述反應(yīng)，形成氣孔，同時防止焊縫氧化。采用短弧焊，防止大氣侵入電弧中焊絲中添加固氮元素，如Ti增加CO2保護(hù)氣體流量，保證氣路暢通和氣層的穩(wěn)定、可靠。野外焊接增加擋風(fēng)板 防止措施：2、N2氣孔一般認(rèn)為N2來源于大氣或者CO2不純 過渡形式圖焊絲直徑電弧電壓電流適用范圍大

10、滴過渡細(xì)絲 30小電流飛濺大，不實(shí)用短路過渡細(xì)絲 30300左右，正接飛濺大，不實(shí)用細(xì)顆粒過渡粗絲1.6-5.0長弧34-35400中厚板潛弧射滴過渡粗絲1.6-5.0短弧低電壓 430厚板STT短路過渡的一種打底三、 熔滴過渡與飛濺、CO2氣體保護(hù)焊熔滴過渡類型：福尼斯焊機(jī)熔滴長大短路、熄弧頸縮過渡、燃弧1.短路過渡：形成條件：長弧、細(xì)絲、小電流。機(jī)理：一般要經(jīng)歷電弧燃燒形成熔滴、熔滴長大并與熔池短路熄弧、液橋頸縮斷開熔滴過渡、電弧復(fù)燃四個過程。 應(yīng)用: 短路過渡平穩(wěn)，適合于薄板、全位置焊接。 對電源的要求高：短路過渡時負(fù)載變化較大，對電源動特性要求高，以獲得飛濺小和成形焊接過程。短路過渡特

11、點(diǎn)： -細(xì)絲，短弧，小電流 -燃弧熄弧交替進(jìn)行，1.6-50Hz， 0.8-130Hz -平均電流小，峰值電流大，適合薄板及全位置焊接 -小直徑焊絲，電流密度大，產(chǎn)熱集中，焊接速度快 -弧長短，焊件加熱區(qū)小，質(zhì)量高 -過程穩(wěn)定 -飛濺大 應(yīng)用：粗絲，大電流，效率高，適用于厚板焊接2、細(xì)顆粒過渡：形成條件 ：粗絲1.6-5.0，長弧，大電流形成機(jī)理：電流大，斑點(diǎn)面積大，電磁力增加，熔滴過渡頻率加快，形成細(xì)顆粒過渡 應(yīng)用：中、大厚板的水平位置焊接特點(diǎn)：潛弧射過渡的熔深大，焊縫深而窄，余高大，成形不夠理想，熱裂傾向也很大。 注意：使用時注意調(diào)整到合適的焊接速度。 3、潛弧射滴過渡：形成條件：大電流、

12、低電壓、反極性、CO2氣氛和粗焊絲形成機(jī)理：大電流，電弧靜壓力大且集中，挖掘成弧坑； 低電壓弧長短，呈潛弧狀態(tài) 弧坑中場強(qiáng)低，電弧上爬 形成射滴過渡形式 焊絲跟進(jìn)挖掘成弧坑電弧上爬形成射滴、飛濺飛濺：在焊接過程中，熔化的金屬顆粒和熔渣向周圍飛散的現(xiàn)象。原因：電流過大、有大量氣體析出飛濺形式：短路過程的飛濺析出氣體引起飛濺電弧排斥引起飛濺細(xì)頸過電流引起飛濺控制措施：焊絲：降低焊絲含C量，并有合適的Mn、Si，保護(hù)氣體：加入Ar，改善電弧形態(tài)及熔滴過渡形式。電源系統(tǒng)： 極性：直流反極性，不能用交流 電源：短路電流控制器：過橋始末電流小，中期電流大 短路前期，抑制短路電流的上升速度 減小正常短路的峰

13、值電流，降低短路電流上升速度 短路后期迅速降低短路電流，靠金屬表面張力拉斷小橋，實(shí)現(xiàn)無飛濺過渡。控制措施：焊絲：降低焊絲含C量，并有合適的Mn、Si，保護(hù)氣體：加入Ar，改善電弧形態(tài)及熔滴過渡形式。電源系統(tǒng)： 極性：直流反極性，不能用交流 電源：短路電流控制器：過橋始末電流小，中期電流大 短路前期，抑制短路電流的上升速度 減小正常短路的峰值電流，降低短路電流上升速度 短路后期迅速降低短路電流，靠金屬表面張力拉斷小橋，實(shí)現(xiàn)無飛濺過渡。馬躍周，甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，Vol.26（3）采用波形控制的方法控制熔滴過渡，減小飛濺。 焊接電流：避開飛濺大的電流區(qū)間；采用合適的峰值電流，一般Imax=

14、2-3倍Ia，太大頸縮小橋爆斷，太小引弧困難。 焊槍角度小于20：垂直時飛濺最少 縮短伸出長度，一般取焊絲直徑的10倍，5-15mm 防護(hù)涂料，防止噴嘴被堵正確選擇工藝參數(shù)：第四節(jié) CO2焊工藝 CO2氣體保護(hù)焊一般多用于碳鋼、普低鋼的焊接，用藥芯焊絲也可以焊一些高合金鋼。CO2氣體保護(hù)焊工藝的一般原則坡口的選擇：可參照GB/T985-1988氣焊、焊條電弧焊及氣體保護(hù)焊焊縫坡口的基本形式與尺寸選擇。 CO2電弧的穿透能力較強(qiáng)，與MMA相比，可坡口角度稍小、鈍邊稍大。 CO2焊的焊絲較細(xì)，所以間隙應(yīng)小些（尤自動焊）。焊前清理： CO2的氧化性強(qiáng)，所以抗銹能力強(qiáng)。除非要求特別嚴(yán)格，否則坡口上的少

15、量黃銹如不作清理，一般不會引起氣孔，也不會導(dǎo)致焊縫嚴(yán)重增氫。但為保險起見，仍然要求焊前對焊件進(jìn)行嚴(yán)格清理。 平焊一般多采用左焊法、立焊可采用下向焊：成形較好，但熔深較淺。一、（細(xì)絲）短路過渡CO2焊工藝實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最多的是細(xì)絲（1.6 mm ）/短路過渡CO2焊，其工藝要點(diǎn)工藝參數(shù)：焊接電流I、焊接電壓U、焊絲直徑、（焊接速度v ）、氣體流量L/min、（焊絲伸出長度）l一般考慮板厚、層數(shù)、位置等因素確定焊絲直徑（打底推薦使用 0.8 mm），再確定合適的焊接電流，然后匹配以最佳的焊接電壓。焊接電壓與焊接電流的最佳匹配范圍較窄，通常只有約1V。對于0.8、1.0mm的焊絲，有一個簡捷的尋找I

16、/U最佳匹配的辦法：以100A/20V為基準(zhǔn)進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)（可以通過觀察電弧的行為、焊絲的熔化、鐵水的鋪展、收弧時熔滴球的大小等現(xiàn)象，聽電弧的聲音等來輔助判斷參數(shù)是否合適）。焊絲伸出長度l10，氣體流量一般取915L/min。自動焊還要考慮焊接速度是否合適。焊接電流與送絲速度的關(guān)系焊接速度與焊縫成形的關(guān)系1焊縫厚度 2熔深 3焊縫寬度（焊絲直徑1.6mm，焊接電流450A，電 弧電壓38V，CO2流量20L/min） 細(xì)絲短路過渡CO2焊工藝參數(shù)的確定也可參考下列的圖表。焊接電壓與焊縫成形的關(guān)系1焊縫厚度 2熔深 3焊縫寬度（ 焊絲直徑1.6mm，焊接電流450A，焊接速度70cm/min，CO

17、2流量20L/min） 焊接電流與焊縫成形的關(guān)系1焊縫厚度 2熔深 3焊縫寬度不同直徑焊絲焊接12mm鋼板時的焊接電流和電弧電壓范圍短路過渡 粗滴過渡 焊絲直徑 合適的電弧電壓與焊接電流范圍焊絲直徑（mm）短路過渡顆粒狀過渡焊接電流（A）電弧電壓（V）焊接電流（A）電弧電壓（V）0.5306016180.6307017190.85010018211.07012018221.290150192316040025381.6140200202420050026402.020060027402.530070028423.05008003244二、（粗絲）細(xì)滴過渡CO2焊工藝 粗絲（1.6 mm ）/滴

18、狀過渡CO2焊工藝要點(diǎn)工藝參數(shù)：I、U、v、L/min、（l）、送絲速度 大規(guī)范：大電流、高電壓、大氣體流量更適合于平位置的填充、蓋面焊，飛濺較大，建議在CO2中加入少量Ar。請參閱JB/T9186-1999二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊工藝規(guī)程（見機(jī)械工程標(biāo)準(zhǔn)匯編焊接卷 ）第五節(jié) CO2焊的其它方法一、藥芯焊絲CO2焊 藥芯焊絲CO2焊，就是用藥芯焊絲為電極、用CO2作為外加保護(hù)氣的熔化極電弧焊。 藥芯焊絲把焊藥（或金屬粉）包在鋼帶中做成的焊絲（焊條是把焊藥包覆在焊芯的外面） 藥芯焊絲分自保護(hù)用（煙塵大、機(jī)械性能較低）、埋弧焊用（多用于高合金鋼及堆焊）和氣保護(hù)用（使用廣泛）；按保護(hù)氣成分，又可分為CO2

19、焊用（用量最大，用于焊結(jié)構(gòu)鋼）以及MIG、MAG、TIG焊用（即使被焊金屬相同，不同的保護(hù)氣體其藥芯焊絲原則上也不能相互代用）。按藥粉類型分： 有渣型焊后有較多的熔渣，但易于調(diào)整焊縫化學(xué)成分：酸性（ 焊接工藝性能較好、焊縫含氫量達(dá)堿性焊條水準(zhǔn)）（如金紅石型和藥芯焊絲CO2焊用的鈦型）堿性（焊縫含氫量超低，但工藝性能稍差）（如藥芯焊絲自保護(hù)焊多用的高氟弱堿渣系） 無渣型金屬粉芯型：焊后熔渣較少（多層焊層間可不清渣），焊接效率更高，但有些性能不如熔渣型。多用于埋弧焊、自動焊或機(jī)器人焊接以及高速CO2焊）。焊藥或金屬粉藥芯焊絲的各種截面形狀按截面形狀分：O形（2.0mm/有縫或無縫）（無縫者可鍍銅）

20、復(fù)雜截面形直徑：從0.8mm到6.0mm,用的最多的是1.0mm。3.0mm以上的粗絲多用于堆焊。藥芯焊絲的型號我國已進(jìn)入國家標(biāo)準(zhǔn)的藥芯焊絲計有：碳鋼藥芯焊絲：GB/T10045-2001碳鋼藥芯焊絲，如E501T-1ML等。低合金鋼藥芯焊絲： GB/T17493-1998低合金鋼藥芯焊絲，如E601T1-B3等。 不銹鋼藥芯焊絲： GB/T17853-1999不銹鋼藥芯焊絲，如E308MoT1-3等。注：以上焊絲并非都用于CO2焊，有的型號是自保護(hù)焊絲，有的可用于埋弧焊。 有關(guān)藥芯焊絲焊接的概況幾個概念：flux-cored electrode（管狀焊條） flux-cored wire（藥

21、芯焊絲） core wire（焊芯） flux-cored solder wire（藥芯釬料絲） flux cored arc welding (FCAW)（藥芯焊絲電弧焊）GB/T5185-1985金屬焊接與釬接方法在圖樣上的表示代號規(guī)定： 114藥芯焊絲電弧焊（藥芯焊絲自保護(hù)電弧焊 Self-shielded tubular-cored arc welding） 136非惰性氣體藥芯焊絲電弧焊（活性氣體保護(hù)電弧焊 Tubular cored metal arc welding with active gas shield; flux cored arc welding /USA）FCAW主

22、要用于焊接碳鋼、不銹鋼、低合金鋼和高合金鋼。其優(yōu)點(diǎn)：1、高熔敷率；2、可全位置焊；3、焊縫平滑；4、藥芯成分可以調(diào)整以適應(yīng)不同的需要；5、用便宜氣體（如100%CO2）仍獲好的焊接效果；6、能耗低、綜合成本低。 低碳鋼焊絲在不同電流下的熔敷速度（kg/h）注：rutile CE-金紅石焊條SW-實(shí)芯焊絲其缺點(diǎn)：1、焊絲制造復(fù)雜/價貴；2、焊絲易受潮，保管復(fù)雜。 同樣直徑的焊絲，由于藥芯焊絲的導(dǎo)電截面比實(shí)芯焊絲的小，所以它的熔敷效率比實(shí)芯焊絲的還要高。另外，由于有焊藥，可通過調(diào)整焊藥的成分，使藥芯焊絲焊接的適應(yīng)性、靈活性更好。由于藥芯焊絲有其無法替代的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，近年發(fā)展迅速，在各種大型工程特別是

23、合金鋼焊接結(jié)構(gòu)野外施工，如西氣東輸中得到廣泛應(yīng)用。 近年來，我國藥芯焊絲的消耗量增長很快，國產(chǎn)藥芯焊絲的品牌也很多，但以“大路貨”較多，較有名的有：錦泰（廣泰、天泰、瑞泰）、三英、大西洋、瑞達(dá)、金太陽、金橋、大橋、鐵錨等，但每年還要進(jìn)口大量藥芯焊絲，主要是一些高檔次、專用的焊絲，主要有神鋼（日本）、現(xiàn)代（韓國）、林肯（美國）等。幾種焊接方法的成本比較藥芯焊絲焊接對焊接設(shè)備的要求對電源的要求使用實(shí)芯焊絲的設(shè)備完全可以使用藥芯焊絲，但最好同時具備以下功能：1、極性轉(zhuǎn)換：不同渣系要用不同的極性，而自保護(hù)焊多用直流正接，需要轉(zhuǎn)換極性；2、電源外特性微調(diào)：以適應(yīng)不同的焊藥成分的要求；3、電弧挺度調(diào)節(jié)：以

24、調(diào)節(jié)熔滴過渡形態(tài)（CO2焊也可得到噴射過渡），減少飛濺、改善全位置焊性能。對送絲的要求加粉系數(shù)較小的藥芯焊絲可用實(shí)芯焊絲送絲機(jī)；加粉系數(shù)較大的藥芯焊絲，應(yīng)用藥芯焊絲專用送絲機(jī)（雙主動送絲送絲輪開形槽；送1.4mm以上焊絲槽內(nèi)壓花）。藥芯焊絲CO2焊特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率更高；氣渣聯(lián)合保護(hù)，效果更好；成形好、飛濺小 擴(kuò)展了CO2焊的應(yīng)用范圍（可焊高合金鋼、可野外現(xiàn)場作業(yè)）。缺點(diǎn)： 焊絲易受潮且價高焊接煙霧大對送絲機(jī)構(gòu)要求高打底/全位置焊的能力不如實(shí)芯焊絲。藥芯焊絲的選用藥芯焊絲的種類、型號很多，性能、特點(diǎn)和用途各不相同，而且即使焊接同一種金屬，由于施工條件（如板厚、坡口形式和尺寸、焊接位置、焊后熱處理等）等不同，適用的焊絲也會有所變化。因此，焊絲的選擇要根據(jù)被焊鋼材種類、焊接部的質(zhì)量要求、焊接施工條件以及成本等因素進(jìn)行綜合考慮。其大致原則如下：對強(qiáng)度用鋼，按“等強(qiáng)原則”選用，對特殊用鋼（如耐熱鋼等）則側(cè)重