第四章 CO2氣體保護焊

主要內(nèi)容第一節(jié)CO2氣體保護焊的特點及應(yīng)用第二節(jié)CO2氣體保護焊設(shè)備第三節(jié)CO2焊冶金特性和焊接材料第四節(jié)CO2焊工藝第四章CO2氣體保護焊一、基本要求1、了解二氧化碳氣體保護焊的特點及應(yīng)用2、掌握二氧化碳氣體保護焊的熔滴過渡特點3掌握二氧化碳氣體焊主要工藝的特點及工藝參數(shù)的選擇原則4、掌握二氧化碳氣體焊的冶金特點5、掌握氣孔、飛濺產(chǎn)生的原因及其防止措施二、重點1、短路過渡對電源動特性的要求2、二氧化碳氣體保護焊向熔滴中施加合金元素的方式。3、氣孔、飛濺產(chǎn)生的原因及其防止措施早在20世紀30年代就有人提出用CO2及水蒸氣作為保護氣體，但試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)焊縫金屬嚴重氧化，氣孔很多，焊接質(zhì)量得不到保證。因此氬氣、氦氣等惰性氣體保護焊首先應(yīng)用于焊接生產(chǎn)，解決了當時航空工業(yè)中有色金屬的焊接問題，氣體保護焊的優(yōu)越性也逐步被人們認識和重視。但是氬氣、氦氣為稀有氣體，價格較貴，應(yīng)用上受到一定的限制。為此，到20世紀50年代。人們又重新研究CO2氣體保護焊，并逐步應(yīng)用焊接生產(chǎn)。CO2焊的歷史

1.CO2焊的特點及應(yīng)用1.1CO2焊的實質(zhì)定義：是利用CO2作為保護氣體的熔化極電弧焊方法。產(chǎn)熱保護1.CO2焊的特點及應(yīng)用為何要用CO2作為焊接保護氣？①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

。②與焊條電弧焊相比，熔化極氣體保護焊效率高。1.CO2焊的特點及應(yīng)用1.2CO2焊的分類：按焊絲粗細分類：細絲CO2焊ds≤1.6mmVf=C自身調(diào)節(jié)粗絲CO2焊ds>1.6mmVf≠C

自動調(diào)節(jié)按焊絲類型分：實芯焊絲CO2焊藥芯焊絲CO2焊按自動化程度分：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)則的場合焊接生產(chǎn)率高：二氧化碳氣體保護焊的電弧集中，熔透能力強，熔敷速度快，且焊后無需進行清渣處理，因此生產(chǎn)效率高；半自動二氧化碳焊的效率比手工電弧焊高1

2倍，自動二氧化碳焊比手工電弧焊高2

5倍。焊接成本低：CO2氣體來源廣，價格便宜，而且電能消耗少，故使焊接成本降低。通常CO2焊的成本只有焊條電弧焊的40％—50％。1.3CO2焊的特點1.3.1優(yōu)點焊接變形?。河捎陔娀〖訜峒校讣軣崦娣e小，同時CO2氣流有較強的冷卻作用，所以焊接變形小，特別適宜于薄板焊接。焊接質(zhì)量較高：二氧化碳氣體保護焊抗銹能力強，對油污不敏感，焊縫含氫量低，抗裂性能好

。適用范圍廣：可實現(xiàn)全位置焊接，并且對于薄板、中厚板甚至厚板都能焊接。操作簡便：焊后不需清渣，且是明弧，便于監(jiān)控，有利于實現(xiàn)機械化和自動化焊接。1.3CO2焊的特點1)飛濺率較大，并且焊縫表面成形較差。金屬飛濺是CO2焊中較為突出的問題，這是主要缺點。2）很難用交流電源進行焊接，焊接設(shè)備比較復雜。（目前來看，設(shè)備已不算復雜）3）抗風能力差，給室外作業(yè)帶來一定困難。（所有氣保焊都有的問題）4）不能焊接容易氧化的有色金屬。5）勞動條件較差，二氧化碳焊弧光強度及紫外線強度分別為手工電弧焊的2

3倍和20

40倍，而且操作環(huán)境中CO2的含量較大，對工人的健康不利。1.3.2缺點1.3CO2焊的特點1.4CO2焊的應(yīng)用適用材料適于低碳鋼、低合金鋼等黑色金屬耐磨件堆焊、鑄鐵補焊及電鉚焊不適用材料：不銹鋼、易氧化的有色金屬適用領(lǐng)域：汽車制造、機車車輛制造、化工機械、農(nóng)業(yè)機械、礦山機械飛機制造一、CO2焊設(shè)備的組成和作用組成：焊接電源、送絲機構(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)。以半自動CO2焊設(shè)備為例2.CO2焊設(shè)備直流電源:一般采用直流電源且反接極性。1、平特性電源——用于細絲（短路過渡）焊接，配用等速送絲系統(tǒng)；燃燒穩(wěn)定焊接參數(shù)易調(diào)節(jié)避免回燒2、下降特性電源——用于粗絲焊接，配用變速送絲系統(tǒng)；（一）焊接電源：3、對動特性的要求（一）焊接電源：粗絲細滴過渡時電流變化比較小，對焊接電源動特性要求不高細絲短路過渡時，焊接電流不斷變化，要求外特性品質(zhì)比較高短路電流增長速度合適的峰值電流電弧電壓恢復速度國產(chǎn)GMAW焊機型號按GB/T10249-1988規(guī)則命名.第一字位：“N”表示MIG/MAG焊機第二字位:Z-自動;B-半自動;D-點焊;U-堆焊第三字位:無-氬氣及混合氣體保護焊;M-氬氣及混合氣體保護焊（脈沖）;C-二氧化碳氣體焊第四字位:系列序號；第五字位:額定焊接電流，單位A。熔化極氣體保護焊焊機型號解讀：CO2焊機型號（二）送絲系統(tǒng)變速送絲：Φ≥3.0mm等速送絲：Φ≤2.4mm送絲方式的變化主要在于細絲/平特性（等速送絲）焊機上，以適應(yīng)不同場合的要求。⑴推絲式——焊槍簡單、輕巧，以鵝頸式焊槍多見，實際應(yīng)用較多；送絲距離有限（通?！?M），送細絲效果欠佳，一般焊絲直徑0.8-2.0mm。1、送絲方式推絲式送絲示意圖⑵拉絲式——焊槍復雜、較重，以手槍式焊槍多見，薄板結(jié)構(gòu)使用較多；適用于直徑≤0.8mm的細絲/遠距離送絲。1、送絲方式焊絲盤送絲電機送絲機構(gòu)拉絲式送絲示意圖⑶推拉絲式——焊槍結(jié)構(gòu)復雜，適用于遠距離送（細、軟）絲，多用于機器人焊接和鋁的熔化極氣體保護焊。1、送絲方式推拉式送絲焊槍（手工焊接用）

還有一種“線式送絲”：多級串聯(lián)的行星式送絲即為線式送絲，可遠距離穩(wěn)定地送細的軟焊絲（如0.8mm的鋁焊絲）點擊看推拉式送絲點擊看線式送絲由送絲電機、減速裝置、送絲滾輪和壓緊機構(gòu)等組成；CO2焊專用焊機的送絲機采用單主動送絲即可。單主動式送絲機構(gòu)雙主動式送絲機構(gòu)壓緊輪主動輪2、送絲機構(gòu)（送絲機）送絲機多為獨立式，也有與電源做為一體者。有專業(yè)廠家專門生產(chǎn)配套的送絲機，接口兼容或以德國賓采爾（BINZEL）焊槍為標準。電源、送絲機分體之CO2焊機電源、送絲機一體之CO2焊機注意：兩機使用的都是鵝頸式焊槍（推絲槍）2、送絲機構(gòu)（送絲機）（三）焊槍

1.對焊槍的要求：⑴送絲均勻、導電可靠和氣體保護良好。⑵結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)久耐用和維修簡便。⑶使用性能良好。2.焊槍的類型:

推絲式焊槍常用的形式有兩種：一種是鵝頸式焊槍，另一種是手槍式焊槍。這些焊槍的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活，但焊絲經(jīng)過軟管產(chǎn)生的阻力較大，故所用的焊絲不宜過細，多用于直徑1mm以上焊絲的焊接。焊槍的冷卻方法一般采用自冷式，水冷式焊槍不常用。典型的鵝頸式氣冷焊槍:手槍式（水冷）焊槍典型的手槍式（水冷）焊槍:由氣瓶（鋁白色）、預熱器、減壓／流量計、氣管和電磁氣閥組成，必要時可加裝干燥器。通常將預熱器、減壓器、流量計做為一體，叫CO2減壓流量計，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。（四）供氣系統(tǒng)二、典型CO2焊設(shè)備2、唐山“松下”晶閘管焊機，但精細表現(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焊機總體性能不錯，但無價格優(yōu)勢。值得推薦者為其STT（表面張力過渡）CO2焊機：飛濺極小、成形極佳，但價格極貴。1、北京“時代”逆變焊機，節(jié)能節(jié)材；可靠性尚可，價格相對便宜，售后服務(wù)較好。第三節(jié)CO2焊冶金特性和焊接材料一、合金元素的氧化和脫氧CO2O+CO吸熱反應(yīng)氧化作用溫度高氧化性強合金元素濃度合金元素與氧的親和力電弧高溫區(qū)一、合金元素的氧化和脫氧低溫區(qū)-熔池后部一、合金元素的氧化和脫氧氧化反應(yīng)的結(jié)果Fe、Si、Mn、C、Al、Ti、Ni燒損反應(yīng)產(chǎn)物：FeO熔渣及進一步與熔池中的合金元素反應(yīng)SiO2和MnO形成熔渣CO飛濺（溫度高）氣孔（溫度低）合金元素燒損、氣孔、和飛濺是CO2焊中三個主要問題。一、合金元素的氧化和脫氧一、合金元素的氧化和脫氧合金過渡系數(shù)：接材料中的合金元素過渡到焊縫金屬中的數(shù)量與其原始含量的百分比。原理，利用脫氧劑使FeO還原，氧化產(chǎn)物作為熔渣排出，剩余的合金元素強化焊縫。對脫氧劑的要求：（1）脫氧能力強；（2）起合金化作用；（3）其生成物不應(yīng)引起其它不良的后果在兼顧經(jīng)濟性的前提下采用還原性強的元素（Al、Ti、Si、Mn）這四種元素單獨脫氧的效果不好。一、合金元素的氧化和脫氧Si-Mn聯(lián)合脫氧，可以焊出高質(zhì)量的焊縫。目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的H08Mn2SiA焊絲，就是采用Si、Mn聯(lián)合脫氧的。注意問題：含量適當過低——達不到脫氧的目的過高——Si-焊縫熱裂傾向大；Mn-焊縫沖擊值下降比例合適:

Mn/Si=1.5~3一、合金元素的氧化和脫氧一、合金元素的氧化和脫氧二、CO2焊氣孔及防止原因：沒有熔渣覆蓋并且CO2氣流的冷卻作用類別：

CO、N2、H21.CO氣孔：機理：CO來不及逸出形態(tài)：針尖狀位置：焊縫根部或者近表面原因：脫氧劑不足、碳含量偏高防止：增加脫氧劑、減少碳含量、加大熱輸入二、CO2焊氣孔及防止2.氮氣孔：機理：溶解度變化形態(tài)：蜂窩狀位置：焊縫近表面原因：保護氣層破壞保護氣不純流量小噴嘴堵塞或者位置不合適側(cè)向風二、CO2焊氣孔及防止防止：提高純度調(diào)好流量檢查氣路防風措施固氮元素TiAl3.氫氣孔：機理：離子態(tài)的H進入熔池，溶解度變化形態(tài)：圓球形位置：焊縫中原因：油污和鐵銹，氣體中的水分防止：清除油污和鐵銹，排出氣體中的水分二、CO2焊氣孔及防止三、CO2焊飛濺及防止產(chǎn)生原因：氣體爆炸斑點壓力（氣體分解收縮電?。┬虮瑪嗪附訁?shù)選擇不當減少飛濺的措施正確選擇焊接參數(shù)細絲過渡的時候在氣體中加入氬氣限制金屬小橋爆斷能量選用低飛濺率焊絲焊接電流與電壓焊絲伸出長度盡可能縮短焊絲伸出長度越長焊槍角度前后傾角不超過20°正確選擇焊接參數(shù)成本問題性能問題細絲過渡的時候在氣體中加入氬氣原理：設(shè)法實現(xiàn)短路液橋的金屬過渡趨于穩(wěn)定防止方法：回路中串接附加電感直徑細、過渡頻率高-要求大電流增長速度-小電感（設(shè)備簡單，控制精度一般）電流切換電流波形控制法(STT法)、CMT(coolmetaltransfer)限制金屬小橋爆斷能量超低碳焊絲藥芯焊絲活化處理焊絲（CS2CO3、K2CO3

）被動-----涂層材料選用低飛濺率焊絲

能在微秒級內(nèi)產(chǎn)生過渡和改變電流專門針對半自動焊接（焊接速度、送絲速度和伸出長度都在變化）而設(shè)計電源可以適應(yīng)不同的保護氣體，包括100％CO2、CO2與Ar甚至He的混合氣體CO2焊熔滴過渡的最新成果：STT（SurfaceTensionTransfer表面張力過渡）

（美國林肯公司專利／已有商品焊機）CO2焊熔滴過渡的最新成果

主要優(yōu)點：①顯著地減少飛濺②易于焊接（伸出長度變化時電弧仍保持穩(wěn)定、允許更大的焊槍角度變化）③更低的電弧輻射和更少的焊接煙塵、降低薄板焊接時的熱輸入CO2焊熔滴過渡的最新成果

上圖為無STT和有STT在立焊和平焊時的焊接飛濺對比下圖為無STT和有STT焊接時焊縫的外觀對比無色、無味、無毒密度為空氣的1.5倍高溫分解狀態(tài)：三態(tài)四、CO2焊的氣體及焊絲1.CO2氣體：液態(tài)CO2高于-11℃時比水輕

常溫下氣罐中CO2在水的上部氣瓶中80%液態(tài)CO2，其余20%為氣態(tài)CO2一瓶液態(tài)CO2可以氣化成為12725LCO2氣體安全問題：溫度對壓力的影響四、CO2焊的氣體及焊絲提高CO2純度的措施：倒置放水：倒置1-2小時，開閥門2-3次，每次放水間隔30分鐘正置放氣：正置2小時，開閥門2-3分鐘使用干燥器注意氣瓶壓力：存在液態(tài)CO2氣瓶壓力不變，當只有氣態(tài)CO2時，隨著使用壓力將持續(xù)下降，并且水分含量將提高，低于10個大氣壓就不能使用了。四、CO2焊的氣體及焊絲四、CO2焊的氣體及焊絲作用：導電、合金化四、CO2焊的氣體及焊絲要求合適的Si、Mn含量及比例控制C、S、P的含量鍍銅：防銹、導電四、CO2焊的氣體及焊絲牌號：H08Mn2SiH08Mn2SiA四、CO2焊的氣體及焊絲四、CO2焊的氣體及焊絲第四節(jié)CO2焊接工藝電弧非常穩(wěn)定，飛濺小焊縫成形美觀生產(chǎn)率高、變形小焊接操作容易掌握主要用于焊接薄板及全位置焊接形成條件：細焊絲、低電壓和小電流。

一、短路過渡CO2焊工藝1．短路過渡焊接的特點

主要的焊接工藝參數(shù)有：焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、氣體流量、焊絲伸出長度等。（l）焊絲直徑短路過渡焊接采用細焊絲，常用焊絲直徑為0.8～1.6mm，隨著焊絲直徑的增大，飛濺顆粒相應(yīng)增大。因此各種直徑焊絲的最大電流要有一定的限制。

2、焊接工藝參數(shù)的選擇

一、短路過渡CO2焊工藝(2)焊接電流

焊接電流是重要的工藝參數(shù)，是決定焊縫熔深的主要因素。電流大小主要決定于送絲速度。

一、短路過渡CO2焊工藝(3)電弧電壓

短路過渡的電弧電壓一般在17—25V之間。因為短路過渡只有在較低的弧長情況下才能實現(xiàn)，所以電弧電壓是一個非常關(guān)鍵的焊接參數(shù)，大于29V，不能得到短路過渡。

一、短路過渡CO2焊工藝（4）焊接速度焊接速度對焊縫成形、接頭的力學性能及氣孔等缺陷的產(chǎn)生都有影響。速度加快-焊縫厚度、焊縫寬度、焊縫余高均減小。過快—咬邊、駝峰焊縫過慢—焊道變寬、漫溢通常半自動焊時，熟練焊工的焊接速度為30～60cm／min。

一、短路過渡CO2焊工藝（5）保護氣體流量氣體保護焊時，保護效果不好將發(fā)生氣孔，甚至使焊縫成形變壞。在正常焊接情況下，保護氣體流量與焊接電流有關(guān)。200A以下薄板焊接時為10～15L／min，200A以上的厚板焊接時為15～25L／min。側(cè)向風對保護效果影響顯著>2m/s氣孔明顯增加。

一、短路過渡CO2焊工藝（6）焊絲伸出長度一般伸出長度為焊絲直徑的10倍.

一、短路過渡CO2焊工藝（7）電感值控制電流增長速度調(diào)節(jié)電弧燃燒時間，控制母材熔深。（8）電源極性直流反接-穩(wěn)定、熔深大、飛濺小。1、特點

細滴過渡CO2焊的特點是電弧電壓比較高，焊接電流比較大。此時電弧是持續(xù)的，不發(fā)生短路熄弧的現(xiàn)象。焊絲的熔化金屬以細滴形式進行過渡，所以電弧穿透力強，母材熔深大。適合于進行中等厚度及大厚度工件的焊接。二、細滴過渡CO2焊工藝

（1）電弧電壓與焊接電流為了實現(xiàn)滴狀過渡，電弧電壓必須選取在34～45V范圍內(nèi)，焊接電流則根據(jù)焊絲直徑來選擇。在一定焊絲直徑下，選用較大的焊接電流，就要匹配較高的電弧電壓。

(2)焊接速度

細滴過渡CO2焊的焊接速度較高。與同樣直徑焊絲的埋弧焊相比，焊接速度高0.5～1倍。常用的焊速為40～60m／h。

(3)保護氣流量應(yīng)選用較大的氣體流量來保證焊接區(qū)的保護效果。保護氣流量通常比短路過渡的CO2焊提高l～2倍。常用的氣流量范圍為25～50L／min。

2、工藝參數(shù)選擇二、細滴過渡CO2焊工藝

坡口形狀：細焊絲短路過渡的CO2焊一般開I形坡口；粗焊絲細滴過渡可以開較小的坡口。開坡口的目的：主要為了熔透，同時要考慮到焊縫成形的形狀及熔合比。坡口角度過小易形成指狀熔深，在焊縫中心可能產(chǎn)生裂紋。尤其在焊接厚板時，由于拘束應(yīng)力大，這種傾向很強，必須十分注意。三、CO2焊的焊接技術(shù)3.1

焊前準備表2.CO2焊推薦坡口形狀坡口形狀板厚/mm有無墊板坡口角度根部間隙鈍邊高度

I形<12無—0~2—有—0~3—單邊V形<60無45~600~20~5有25~504~70~3Y形<60無45~600~20~5有35~600~60~3K形<100無45~600~20~5X形<100無45~600~20~53.1

焊前準備坡口加工方法加工坡口的方法主要有機械加工、氣割和碳弧氣刨等。CO2焊時對坡口加工精度的要求比焊條電弧焊時更高。坡口加工精度對焊接質(zhì)量影響很大。坡口尺寸偏差能造成未焊透和未填滿等缺陷。焊前清理

焊縫附近有污物時，會嚴重影響焊接質(zhì)量。焊前應(yīng)將坡口周圍10-20mm范圍內(nèi)的油污、油漆、鐵銹、氧化皮及其他污物清除干凈。為了去除氧化皮、水分和油類，目前工廠常用的方法是用氧乙炔火焰烘烤。3.1

焊前準備定位焊

為了保證坡口尺寸，防止變形及焊道不規(guī)整。通常CO2焊與焊條電弧焊相比要求更堅固的定位焊縫。定位焊縫易生成氣孔和夾渣，認真焊接。焊接薄板時定位焊縫應(yīng)該細而短，長度為3-l0mm，間距為30-50mm。焊接中厚板時定位焊縫長度為15-50mm，間距達100-150mm。若為熔透焊縫時，點固處難以實現(xiàn)反面成形，應(yīng)從反面進行點固。3.1

焊前準備(a)蹲位平焊（b）坐位平焊（c）立位平焊（d）站位立焊（e）站位仰焊正確持槍姿勢3.1

焊前準備引?。喊胱詣覥O2焊時，通常采用“短路引弧”法。引弧后焊工應(yīng)迅速調(diào)整焊槍位置、焊槍角度，注意保持焊槍到焊件的距離。3.2操作技術(shù)3.2.1引弧與收弧左焊法操作優(yōu)點：1.易觀察焊接方向。2.電弧不直接作用于母材上，熔深較淺，焊道平而寬。3.抗風能力強，保護效果好。收?。汉傅朗瘴蔡幫霈F(xiàn)凹陷，它被稱為弧坑。CO2焊比一般焊條電弧焊用的焊接電流大，所以弧坑也大?；】犹幰桩a(chǎn)生火口裂紋及縮孔等缺陷。為此，應(yīng)設(shè)法減小弧坑尺寸。3.2操作技術(shù)目前主要應(yīng)用的方法如下：1)采用帶有電流衰減裝置的焊機時，填充弧坑電流一般只為焊接電流的50~60％，易填滿弧坑。2)沒有電流衰減裝置時，在熔池未凝固之時，應(yīng)在反復斷弧、引弧幾次，直至弧坑填滿。3)使用工藝板，把弧坑引到工藝板上，焊完之后去掉它。收弧時不能抬高噴嘴，即使弧坑已填滿，電弧已熄滅，也要讓焊槍在弧坑處停留幾秒鐘后才能移開。若收弧時抬高焊槍，則容易因保護不良引起缺陷。3.2操作技術(shù)3.2.2平焊的焊接技術(shù)請看教學錄像第五節(jié)CO2焊的其他方法

使用藥芯焊絲焊接時，通常用CO2或CO2+Ar氣體作為保護氣體，與實芯焊絲的區(qū)別主要在于焊絲內(nèi)部裝有焊劑混合物。焊接時在電弧熱作用下熔化狀態(tài)的焊劑材料、焊絲金屬、母材金屬和保護氣體相互之間發(fā)生冶金作用，同時形成一層較薄的液態(tài)溶渣包覆溶滴并覆蓋溶池，對溶化金屬形成又一層保護，實質(zhì)上這種焊接方法是一種氣渣聯(lián)合保護的方法，它綜合了手工電弧焊和CO2氣體保護焊的優(yōu)點。藥芯焊絲CO2焊調(diào)整焊劑成分可適應(yīng)各種鋼材，焊縫的質(zhì)量好氣相和渣相雙重保護抗氣孔能力強于實芯電弧焊熔化速度快溶敷效率高，生產(chǎn)率比手工焊高3~5倍電弧穩(wěn)定焊縫成形美觀，飛濺小，適合全位置焊接藥芯焊絲藥芯焊絲的特點藥芯焊絲是由08A冷軋薄鋼帶光亮退火后經(jīng)軋機縱向折迭加粉拉拔而成，其橫截面有“O”形、“T”形、梅花形等多種形狀。示意圖如下：“O”形梅花形“T”形

藥芯焊絲的焊劑成分和焊條的藥皮類似，含有穩(wěn)弧劑、脫氧劑、造渣劑、和鐵合金等，起著造渣保護溶池，摻合金，穩(wěn)弧等作用。藥芯焊絲按焊劑成分可分為二氧化鈦型和堿性型兩種。直徑有1.2,1.6,2.0,2.4,3.2mm。主要用于低碳