CO2氣保焊(國際焊接工程師培訓(xùn)課程)

CO2氣體保護(hù)焊

CO2是氧化性氣體，在電弧高溫下能分解為CO和氧，使鋼中的碳、硅及其他合金元素?zé)龘p，為保證焊縫的合金元素，須采用含錳、硅較高的焊接鋼絲或含有相應(yīng)合金元素的合金鋼焊絲。一、CO2氣體保護(hù)焊原理二、設(shè)備和構(gòu)造三、電弧長度的調(diào)節(jié)四、熔滴過渡型式五、MAG焊常見焊接缺陷

一、CO2氣體保護(hù)焊原理1、定義：電弧在一個(gè)熔化的電極和工件之間燃燒，這個(gè)熔化的電極同時(shí)又作為填充金屬，保護(hù)氣體是惰性的或活性的。(按ISO4063標(biāo)準(zhǔn)代號135)

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊，簡稱CO2焊，CO2亦具有氧化性，本質(zhì)上也屬于MAG焊。使用的保護(hù)氣體：CO2、CO2+O2

優(yōu)點(diǎn)：

CO2氣體來源容易、易于制取、價(jià)格低廉。范圍：廣泛用于黑色金屬材料的焊接另外，由于CO2的物理特性和化學(xué)特性，須要在焊接過程中從設(shè)備、工藝、以及焊絲等方面采取措施。與焊條電弧焊相比CO2氣體保護(hù)焊的優(yōu)點(diǎn)：焊接效率高:因是連續(xù)送絲，節(jié)省時(shí)間；通過焊絲的電流密度大?？梢垣@得含氫量較低的焊縫金屬在相同電流下熔深大煙霧少與埋弧自動焊比其優(yōu)點(diǎn)明弧焊接可以進(jìn)行全位置焊接無需清渣，可以用更窄的坡口間隙，實(shí)現(xiàn)窄間隙焊接，節(jié)省填充金屬和提高生產(chǎn)率。二、設(shè)備和構(gòu)造熔化極氣體保護(hù)電弧焊可分為半自動焊和自動焊。半自動熔化極氣體保護(hù)電弧焊主要由焊接電源、焊槍、送絲機(jī)、供氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。自動熔化極氣體保護(hù)電弧焊，則增加行走機(jī)構(gòu)，它往往和焊槍及送絲機(jī)組合成焊接小車（機(jī)頭）。

1、焊絲2、送絲機(jī)構(gòu)

3、焊槍4、保護(hù)氣瓶

5、氣體儀表，流量計(jì)，減壓閥6、工件焊接電源1、電流種類熔化極氣體保護(hù)焊一般采用直流電源。直流弧焊發(fā)電機(jī)和各種類型的弧焊整流器均可采用。通常焊接電流在15～500A之間；空載電壓在55～80范圍；負(fù)載持續(xù)率在60%～100%

下降外特性電源（恒流）

一般指具有陡降或垂直下降外特性，它須和弧壓反饋送絲（即變速送絲）方式的送絲機(jī)配合使用，這種組合使用于焊絲直徑較粗（2mm以上）的焊接場合，因?yàn)榇趾附z的電弧自身節(jié)作用較弱，難以保證穩(wěn)定焊接過程，需要通過弧壓（弧長）的變化及時(shí)反饋到送絲控制系統(tǒng)來自身調(diào)節(jié)送絲速度，以維持穩(wěn)定的弧長。

焊接設(shè)備的不同形式送絲機(jī)構(gòu)組成—有制動裝置的焊絲盤—焊絲導(dǎo)向咀—焊絲校正輪—焊絲壓緊和驅(qū)動滾輪—送絲焊咀三、電弧長度的調(diào)節(jié)

在各種焊接方法中，焊接參數(shù)（如電流，電壓）在焊接過程中應(yīng)保持不變，而其體現(xiàn)形式則是保持電弧長度不變，對此主要有二種調(diào)節(jié)方法，即ΔU調(diào)節(jié)和ΔI調(diào)節(jié)，前者主要用于埋弧焊接設(shè)備中，而在熔化極氣體保護(hù)焊設(shè)備中應(yīng)用很少。

經(jīng)過不同臺階時(shí)電弧長度的變化

焊接時(shí)，當(dāng)電弧通過點(diǎn)固焊焊點(diǎn)時(shí)，就會產(chǎn)生如臺階一樣的問題，電弧從I點(diǎn)移到Ⅱ點(diǎn)時(shí)將變長，但應(yīng)在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到原始長度（I點(diǎn)），對此有完全不同的兩種調(diào)節(jié)方式?！唉”調(diào)節(jié)“ΔI”調(diào)節(jié)方式適用于平特性或緩降特性的焊接電源，即當(dāng)電流有很大改變時(shí)，電壓沒有變化或變化很小。在實(shí)際中主要以略帶傾斜的特性曲線為主。平特性電源的電流大小主要通過調(diào)節(jié)送絲速度來實(shí)現(xiàn)，有時(shí)也適當(dāng)調(diào)節(jié)空載電壓進(jìn)行電流的少量調(diào)節(jié)。“ΔI”調(diào)節(jié)方式

送絲電機(jī)與電弧電壓是完全分開的，送絲速度在焊接過程中保持在預(yù)先調(diào)定的位置不變，當(dāng)電弧長度發(fā)生變化時(shí)，電弧電壓將發(fā)生變化，這一較小的變化將導(dǎo)致焊接電流的大幅度變化（ΔI），由于送絲速度保持恒定，則焊絲的熔化速度將發(fā)生變化，電流增加，熔化速度加快，電流減小，熔化速度減慢，這樣即可使電弧長度恢復(fù)到原始長度，這種調(diào)節(jié)是依靠不同電弧長度的電流差值來調(diào)節(jié)的，因此叫做“ΔI”調(diào)節(jié)，在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中，外部沒有變化，故又稱作“內(nèi)部”調(diào)節(jié)。四、熔滴過渡型式熔化極電弧焊時(shí)，焊絲端頭的液態(tài)金屬經(jīng)電弧向熔池過渡的過程稱熔滴過渡。熔滴過渡對電弧穩(wěn)定性、焊縫成形、金屬飛濺等有直接影響。在氣體保護(hù)下焊絲熔滴過渡形式是：短路過渡、滴狀過渡、噴射過渡因焊絲端頭與熔池之間不發(fā)生直接接觸，所以，滴狀過渡和噴射過渡統(tǒng)稱為自由過渡。其中噴射過渡又分為射滴過渡和射流過渡。自由過渡當(dāng)電流很小時(shí)，電弧力作用小，隨著焊絲熔化，熔滴逐漸長大，當(dāng)熔滴的重力能克服其表面張力的作用時(shí)，就以較大的顆粒脫離焊絲，落入熔池實(shí)現(xiàn)滴狀過渡。如果有斑點(diǎn)壓力作用且大于熔滴的重力，熔滴在脫離焊絲之前就偏離了焊絲軸線，甚至上翹，脫離之后不能沿焊絲軸向過渡時(shí)，成為排斥過渡，影響電弧穩(wěn)定性，焊縫成形粗糙，飛濺較多。當(dāng)電流較大時(shí)，電磁收縮力較大，熔滴的表面張力減小，熔滴細(xì)化，熔滴向熔池過渡頻率增加，飛濺少，電弧穩(wěn)定，焊縫成形較好。噴射過渡隨著焊接電流的增加，熔滴尺寸變的更小，過渡頻率也急劇提高，在電弧力的強(qiáng)制作用下，熔滴脫離焊絲沿焊絲軸向飛速地射向熔池，這種過渡形式稱噴射過渡。噴射過渡焊接過程穩(wěn)定，飛濺小，熔深大，焊縫成形美觀。平焊位置、板厚大于3mm的工件多采用這種過渡形式，不宜焊接薄板。影響熔滴過渡的因素：慣性力、母材蒸發(fā)反作用力是阻礙熔滴過渡；地球引力、等離子流吸力以及收縮力是促進(jìn)熔滴的過渡；表面張力和粘性則起到影響熔滴在焊絲端部保持多長時(shí)間的作用。熔化極氣體保護(hù)焊中作用在熔滴上的力

收縮效應(yīng)的作用原理

對于熔化極脈沖惰性氣體保護(hù)焊來講，收縮力最為重要，它是一種電磁力，它將對熔滴的過渡有重大的影響，電流流過的任何導(dǎo)體將產(chǎn)生一磁場，并形成指向中心的徑向作用力，

壓縮力的作用結(jié)果是：1）使焊絲液態(tài)端收縮。2）提高了收縮位置的電流密度。3）增強(qiáng)了收縮力

收縮效應(yīng)是以電流強(qiáng)度平方的形式增大。因此，對于熔化極脈沖惰性氣體保護(hù)焊，較低的基礎(chǔ)電流是不會使熔滴過渡的。僅當(dāng)脈沖電流強(qiáng)度提高時(shí)才會過渡。這樣就實(shí)現(xiàn)了脈沖控制的熔滴過渡，即收縮效應(yīng)才會增大，熔滴通過每一個(gè)脈沖來促使一個(gè)熔滴過渡。這種方式只有在收縮效應(yīng)足夠大的時(shí)候，如在用惰性氣體保護(hù)焊接時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)。如使用二氧化碳或其它氧化性混合氣體時(shí)，由于這些氣體改變了電弧的形態(tài)，熔滴的表面張力加大，收縮效應(yīng)對熔滴過渡的影響很小。因些，這樣用脈沖電流就沒有什么意義，甚至帶來缺點(diǎn)，如飛濺大等。

2、不同保護(hù)氣體對熔滴形態(tài)的影響氣體成分的影響可以從熔滴大小及其單位時(shí)間的過渡量，或射流過渡臨界電流高低來分析：在CO2焊，要獲得小顆粒過渡，就必須使用較大的焊接電流。當(dāng)Ar中加入少量O2時(shí),O2氣使鋼表面張力降低，減少過渡阻力，從而減少射流過渡的臨界電流，更易獲得射流過渡。但加入O2量過大，因解離吸熱使弧柱電場強(qiáng)度提高，電弧收縮，臨界電流反而提高；當(dāng)Ar中加入少量CO2時(shí),因CO2能提高弧柱電場強(qiáng)度，也使臨界電流急劇增加，因而要形成射流過渡比較困難。在CO2焊中采用短路過渡時(shí)，若加入20%-25%Ar，就會時(shí)焊接過程更為穩(wěn)定和減少飛濺的效果。3、MAG焊的工作范圍4、熔滴過渡形式及特點(diǎn)三種過渡方式的應(yīng)用范圍焊絲直徑(mm)短路過渡中間過渡(區(qū))噴射過渡或長弧過渡0.81.01.21.6A50-13070-160120-200150-200V14-1816-1917-2018-21A110-150130-200170-200200-300V18-2218-2419-2622-28A140-180180-250220-320260-390V23-2824-3025-3226-34應(yīng)用薄板所有焊道。中厚板的填充層，板管的根部焊縫中板的水平位置，下降位置中間層焊縫。中、厚板（填充層和角焊縫）的水平位置和船型位置說明：1）長弧是在CO2氣體保護(hù)焊接條件下或在CO2含量較高的混合氣體保護(hù)條件下形成的，主要應(yīng)用在厚度大于2㎜的構(gòu)件焊接。焊接位置主要是水平或平角位置；2）

短弧是在電流大約200安培以下范圍產(chǎn)生。主要應(yīng)用于薄板及根部打底層的焊接，焊接位置可應(yīng)用于受限位置的焊接如：仰焊，立向上，立向下和橫焊。焊絲干伸長對焊接電流的影響焊絲干伸長是指從導(dǎo)電嘴到焊絲端頭的距離，如圖所示。焊接過程中，保持焊絲干伸長不變是保證焊接過程穩(wěn)定性的重要因素之一。焊絲干伸長對焊絲熔化速度的影響很大，如圖所示。當(dāng)送絲速度不變時(shí)，干伸長越大，則電流越小。將使熔滴與熔池溫度降低，造成熱量不足，而引起未焊透。另外，干伸長太大，電弧不穩(wěn)，難以操作，同時(shí)飛濺也較大和焊縫成形惡化，甚至破壞保護(hù)而產(chǎn)生氣孔。相反，焊絲干伸長減小時(shí)，焊接電流增加，弧長略變短，熔深變大，焊接飛濺金屬大量粘附到噴嘴內(nèi)壁。同時(shí)，還妨礙觀察電弧，影響焊工操作。當(dāng)干伸長過小時(shí)，易使導(dǎo)電嘴過熱而夾住焊絲，甚至燒毀導(dǎo)電嘴，使焊接過程不能正常進(jìn)行。適宜的焊絲干伸長與焊絲直徑有關(guān)。如下面經(jīng)驗(yàn)公式。也就是干伸長大約等于焊絲直徑的10倍左右。并隨焊接電流的增加而增加。

l=10d（㎜）式中

d——焊絲直徑（㎜）氣體保護(hù)焊表示方法用數(shù)字表示（135）\用字母表示（MAG）氣體保護(hù)焊的焊絲和焊縫的標(biāo)記主要包含：焊絲、焊縫、保護(hù)氣體種類這三部分，其中焊絲的標(biāo)記主要表示它的化學(xué)成份，焊縫主要表示機(jī)械性能，氣體主要表示保護(hù)氣體的種類。

表1：保護(hù)氣體的組別符號符號保護(hù)氣體種類M1M2M3混合氣體C氧化性氣體MAG焊保護(hù)氣體的選擇

-通常：CO2-Ar為主的氣體優(yōu)點(diǎn):高熔化效率時(shí)飛濺減少.1、碳鋼、低合金鋼（MAG焊）所用保護(hù)氣體產(chǎn)品（氣體）EN4391)應(yīng)用92%Ar,8%CO2M21低合金鋼**82%Ar18%CO2M21低合金鋼*96%Ar，4%O2M22低合金鋼**92%Ar，8%O2M22低/高合金鋼**88%Ar，12%O2M32低/高合金鋼*90%Ar，5%CO2，5%O2M23低/部分高合金鋼**80%Ar，15%CO2，5%O2M24低/部分高合金鋼**100%CO2C1低合金鋼*1）按EN439表2

*適用于脈沖焊**特別適用于脈沖焊2、高合金鋼（MAG焊）所用氣體產(chǎn)品（氣體）EN4391應(yīng)用99%Ar，1%O2M13高合金鋼**97%Ar，3%O2M13高合金鋼**97.5%Ar，2.5%CO2M12高合金鋼**83%Ar，2%CO2，15%HeM121)2)高合金鋼**92%Ar，8%O2M22低/高合金鋼**90%Ar，5%CO2，5%O2M23低/部分高合金鋼**80%Ar，15%CO2，5%O2M24低/部分高合金鋼**1）按EN439表2分類2）按EN439表3中規(guī)定的氦氣成份**特別適用于脈沖焊

五、MAG焊常見焊接缺陷

（1）氣孔的形成準(zhǔn)備的坡口不清潔及空氣流入到電弧空間中的焊接時(shí)會導(dǎo)致冶金氣孔的形成。在焊接碳鋼時(shí)電弧高溫度區(qū)的CO反應(yīng)是一種特別典型的氣孔形成的因素。（C）+[O]—{CO}（）在固態(tài)鋼中[]鋼中/來自空氣結(jié)合狀態(tài)/氣態(tài){}氣態(tài)氣體保護(hù)焊時(shí)缺陷的形成（氣孔）熔化極氣體保護(hù)焊時(shí)吸收體的可能性相界表面氣孔的長大與釋放a)小的結(jié)晶