CO2氣體保護焊技術(shù)

SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE二氧化碳氣體保護電弧焊(2)材料工程學(xué)院焊接技術(shù)及自動化教研室王艷芳副教授

CO2氣體保護焊技術(shù)書名：CO2氣體保護焊技術(shù)書號：978-7-111-32699-1作者：王艷芳出版社：機械工業(yè)出版社SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTESHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE一、電源的選定等速送絲+平外特性合適的動特性

DCRP接法CO2焊接規(guī)范選配SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE規(guī)范：I（vf）、U(U0)、L（電感）、Ls、vw、Q（氣體流量）（六個）對于一定d，用短路過渡頻率f評定穩(wěn)定性。f

––––穩(wěn)，飛濺

，成形

SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTEL––di/dt經(jīng)驗：L=0~0.2mHd

–––熔滴

––短路周期

––di/dt

––L

SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTEQ

=5~15L/min

I

、vw

或Ls

–––Q

vw半自動<30m/hr全自動<90m/hrLs=(10~20)d

20mm焊接速度氣體流量焊絲外伸長度SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE二、焊接參數(shù)的影響分析1．焊絲直徑。焊絲直徑通常根據(jù)焊件厚度、焊接位置及生產(chǎn)率的要求來選擇。焊絲直徑越大，允許使用的焊接電流越大。當(dāng)焊接薄板或中厚板的立、橫、仰焊時，多采用1.6mm以下的焊絲；在平焊位置焊接中厚板時，可以用直徑1.2mm以上的焊絲。焊絲直徑（mm）焊件厚度（mm）施焊位置熔滴過渡形式0.81~3各種位置短路過渡1.01.5~6各種位置短路過渡1.22~12各種位置短路過渡中厚平焊、橫角細顆粒過渡1.66~25各種位置短路過渡中厚平焊、橫角細顆粒過渡2.0中厚平焊、橫角細顆粒過渡SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE2．焊接電流焊接電流是重要的焊接參數(shù)之一，應(yīng)根據(jù)焊件厚度、材質(zhì)、焊絲直徑、施焊位置及要求的熔滴過渡形式來確定焊接電流的大小。每種直徑的焊絲都有一個合適的焊接電流范圍，只有在這個范圍內(nèi)的焊接過程才能穩(wěn)定進行。通常用直徑為0.8~1.6mm的焊絲。當(dāng)短路過渡時，焊接電流在40~230A內(nèi)選擇；在顆粒狀過渡時，焊接電流可在250~500A選擇。焊絲直徑與焊接電流的關(guān)系見表4-4。焊絲直徑（mm）焊接電流使用范圍（A）適應(yīng)板厚（mm）0.640~1000.6~1.60.850~1500.8~2.30.970~2001.0~3.21.090~2501.2~6.01.2120~3502.0~101.6300以上6.0以上還需注意：避開飛濺最大的溫度區(qū)間SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE3．電弧電壓電弧電壓是重要的焊接參數(shù)之一。送絲速度不變時，調(diào)節(jié)電源外特性，此時焊接電流幾乎不變，弧長將發(fā)生變化。焊接電弧電壓的變化主要影響焊接電弧的長短，從而決定了熔寬的大小。一般隨電弧電壓的增大，熔寬增大，而熔深略有減小。為了保證焊縫成形良好，電弧電壓必須與焊接電流配合選取。通常在焊接電流小時，電弧電壓較低；焊接電流大時，電弧電壓較高。通常在短路過渡時，電弧電壓為16~24V；在細顆粒過渡時，電弧電壓為25~45V。但應(yīng)注意：電弧電壓必須與焊接電流配合適當(dāng)，電弧電壓過高或過低都會影響電弧的穩(wěn)定性，使飛濺增大。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE4．焊接速度焊接速度對熔深和焊縫的形狀影響最大，對焊縫的力學(xué)性能、缺陷的產(chǎn)生如裂紋、氣孔等也有影響。在一定的焊絲直徑、焊接電流和電弧電壓的條件下，焊接速度增加，將使焊縫寬度和熔深減小。若焊接速度過快容易產(chǎn)生咬邊、未焊透及未熔合等缺陷，且氣體保護效果變差，可能出現(xiàn)氣孔；若速度過慢，則使焊接生產(chǎn)率降低，焊接接頭晶粒粗大，焊接變形增大，焊縫成形差。一般半自動焊為15~40m/h，自動焊不超過90m/h。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE

焊絲伸出長度是指導(dǎo)電嘴端部到焊件的距離，它主要取決于焊絲直徑，一般約為焊絲直徑的10~12倍。當(dāng)焊絲伸出長度過大時，容易發(fā)生過熱而成段熔斷，使氣體保護效果變差，飛濺嚴重，焊接過程不穩(wěn)定；焊絲伸出長度過小則會縮短噴嘴與焊件的距離，飛濺金屬容易堵塞噴嘴，影響氣體保護效果，且阻擋焊工視線。圖焊絲伸出長度對焊縫成形的影響5．焊絲伸出長度SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE6．氣體流量CO2氣體流量應(yīng)根據(jù)對焊接區(qū)的保護效果來選取。焊接電流、電弧電壓、焊接速度、接頭形式及作業(yè)條件對流量都有影響。其流量過大過小都會影響氣體保護效果，容易產(chǎn)生焊接缺陷。通常，細絲焊接時氣體流量為5~15L/min，粗絲焊接時為15~25L/min。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE7．電源極性

CO2氣體保護焊一般采用直流反接。直流反接具有電弧穩(wěn)定性好、飛濺小及熔深大等特點。在粗絲大電流焊接時，也可采用直流正接，此時，焊接過程穩(wěn)定，焊絲熔化速度快、熔深淺、堆高大，主要用于堆焊及鑄鐵補焊。直流反接的三大優(yōu)點？SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE8．焊槍的傾角焊槍的傾角也是不可忽視的因素。當(dāng)焊槍傾角小于10°時，不論是前傾還是后傾，對焊接過程及焊縫成形都沒有明顯的影響；但傾角過大（如前傾角大于25°）時，將增加熔寬并減小熔深，還會增加飛濺。焊槍傾角的選擇應(yīng)考慮飛濺問題SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE9．回路電感焊接回路的電感值應(yīng)根據(jù)焊絲直徑和電弧電壓來選擇，不同直徑焊絲的合適電感值也不同。通常電感值隨焊絲直徑增大而增加，并可通過試焊的方法來判斷。若焊接過程穩(wěn)定，飛濺很少，則說明電感值是合適的。電感選取大小的判斷依據(jù)SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE10．噴嘴與焊件間的距離噴嘴與焊件間的距離是根據(jù)焊接電流來選擇，如下圖所示。一般當(dāng)焊接電流小于200A時，噴嘴與焊件間的距離為10~15mmSHAANXIPOLYTECHICINSTITUTEMIG焊的特點及應(yīng)用一、MIG焊的基本原理定義：MIG焊是利用外加的惰性氣體作為電弧介質(zhì)、利用焊絲作熔化電極的電弧焊。

根據(jù)GB/T5185-1985《金屬焊接與釬接方法在圖樣上的表示方法》，MIG焊的標注代號為131。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE二、MIG焊的特點優(yōu)點：①焊接質(zhì)量好；②焊接生產(chǎn)率高；③適用范圍廣；④綠色環(huán)保。缺點：成本較高；對雜質(zhì)敏感。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE三、MIG焊的應(yīng)用材料：常用黑色和有色金屬均可（但由于成本的原因，多用于有色金屬的焊接）厚度：厚、薄均可（薄板除短路過渡外，還可用脈沖）位置：可全位置結(jié)構(gòu)：中、厚板的有色金屬結(jié)構(gòu)，尤其是鋁合金結(jié)構(gòu)，如鋁罐等。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE四、MIG焊設(shè)備

組成：電源、控制系統(tǒng)、送絲系統(tǒng)、焊槍及行走系統(tǒng)（自動焊）、供氣系統(tǒng)、（水冷系統(tǒng)）等。實際生產(chǎn)中有CO2專用焊機，但一般不做專用于MIG焊的焊機，而是MIG/MAG/CO2焊通用，統(tǒng)稱熔化極氣體保護焊設(shè)備。

熔化極氣體保護焊機的型號編制請參見GB/T10249-1998《電焊機型號編制方法》，如：NB-400、NBC-250等SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE五、MIG焊工藝（1）保護特性用Ar，無冶金作用，幾乎可焊所有金屬，富Ar（+少量CO2或O2），有冶金作用，應(yīng)用有限制，必要時脫氧。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE引燃特性––––Uw略

，F(xiàn)e:4.48eV,W-Th:2.70eV，引弧稍難。

熔化極––––接觸引弧–––––要保證一次引燃––––引弧控制。穩(wěn)弧特性––––電弧介質(zhì)：Ar，熱容

，導(dǎo)熱

–––易穩(wěn)弧。

電弧形態(tài)：采用DCRP為主–––陰斑游動–––改善措施。

熔滴過渡：過渡形式––––對穩(wěn)弧有影響。電弧靜特性––緩慢上升段–––斜率與保護介質(zhì)有關(guān)。（2）電弧特性SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE噴射過渡––––穩(wěn)定性好––––最常用––––電弧功率大–––熔池體積大，HAZ大，應(yīng)注意：（i）加強對焊接區(qū)的保護（ii）熔池控制難–––不適空間位置焊接。（iii）適于焊中、厚板，P大，形成蘑菇狀焊縫。（3）熔滴過渡特性SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE（4）冶金特性對于Ar+少量O2或CO2，注意焊絲成分的選擇，必要時，加脫氧劑。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTEa、活性––

–––ICR

––細化熔滴，改善過渡特性；b、穩(wěn)定陰斑–––抑制電弧飄移––––提高電弧穩(wěn)定性，改善工件上的能量分布的不均勻––c、改善焊縫成形–––提高抗沖擊韌性。不能加多：電弧形態(tài)變，熱縮

–––ICR

；氧化燒損、氣孔、夾渣等冶金問題。（i）焊鋼，Ar+少量O2或CO2SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE（i）焊鋼，Ar+少量O2或CO2SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE（ii）焊Cu（高導(dǎo)熱）Ar+15%N2焊SUS（

，

） Ar+2~4%N2，提高挖掘能力。氮為促進奧氏體形成元素。溶解度大。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE（iii）焊Al、Ti活潑金屬（高導(dǎo)熱）Ar+50%He，不能用N2與O–––NO進入熔池使發(fā)脆。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE焊接區(qū)保護效果從保護角度看，噴射過渡電弧具有這樣幾個特點：（i）電弧功率大，T

，熱干擾

（ii）等離子流強，抽吸，易吸入空氣。（iii）熔池體積大，HAZ寬，要求保護范圍大。常規(guī)措施比如：

a、噴咀孔徑大

b、氣體流量大，以及

c、氣路中加氣篩

d、附加噴咀Cu篩網(wǎng)SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE焊接區(qū)保護效果雙層氣流保護SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE焊接規(guī)范參數(shù)選定

I，U選配，根據(jù)d所對應(yīng)的ICR––––確定I，使I>ICR低碳鋼（Ar+1%O2）實驗測得SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE焊接規(guī)范參數(shù)選定由熔化特性曲線（表）–––vf查不著？直接試焊調(diào)整！等速送絲平外特性匹配電流由送絲速度調(diào)節(jié)弧壓（弧長）由空載電壓調(diào)節(jié)SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE焊接規(guī)范參數(shù)選定由于靜特性上升：I

–––要求U

–––即Uo

，使L保持不變。工作點沿靜特性移動。電源的空載電壓SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE下面是用冷金屬過渡技術(shù)以Ф1.2mm的鋁焊絲MIG對接焊0.8mm鋁板的照片。焊縫截面SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE焊縫正面焊縫背面（實芯焊絲焊接，背面無保護）SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTEPC-MIG脈沖噴射過渡氬弧焊pulsedcurrent

脈沖MIG焊是利用脈沖電流取代通常的脈動直流的MIG焊方法。脈動直流和脈沖電流（方波）的波形如下圖。it脈動直流：由交流整流而得（如再經(jīng)濾波，則脈動程度減少）。其幅值可調(diào)，但脈動頻率不可調(diào)。（方波）脈沖電流：由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，其幅值、頻率均可調(diào)，即波峰、波谷的幅值、寬度（持續(xù)時間）均可以方便調(diào)節(jié)。it平均電流SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE原理脈沖到來時，Ip>ICR，配一定的tp，焊絲被加熱熔化形成熔滴并形成噴射過渡；同時，加熱熔化母材形成熔池。脈沖間歇時，由Ib維持弧隙導(dǎo)電，這時對焊絲進行預(yù)熱，同時熔池冷凝。理想情況：一脈沖過渡一滴SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE應(yīng)用PC-MIG具有平均熱輸入低，電流調(diào)節(jié)范圍寬，能量精確可控，特點應(yīng)用于：薄板（1~4mm）全位置焊；中、厚板結(jié)構(gòu)的立、仰焊；根部焊道封底焊；厚板和超厚板窄間隙焊；焊接對熱循環(huán)敏感的結(jié)構(gòu)材料。訂購MIG焊機：一般要帶脈沖功能SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE

由于采用脈沖電流，脈沖MIG焊的電弧是脈沖式的，與通常的連續(xù)電流（脈動直流）焊接相比:1、焊接參數(shù)調(diào)節(jié)范圍更寬；如平均電流小于噴射過渡的下臨界電流I0，只要脈沖峰值電流大于I0

，仍然可以獲得噴射過渡。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE2、可方便、精確控制電弧能量；不僅脈沖或基值電流大小可調(diào)，而且其持續(xù)時間可以10-2S為單位調(diào)節(jié)。3、薄板及全位置、打底焊能力優(yōu)越。熔池僅在脈沖電流時間內(nèi)熔化，在基值電流時間內(nèi)可得到冷卻結(jié)晶。與連續(xù)電流的焊接相比，在熔深相同的前提下，平均電流（對焊縫的熱輸入）更小。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE總結(jié)：

MIG焊工藝參數(shù)選擇的一般方法：板厚→Φ，然后，熔滴過渡形式→I，最后根據(jù)I配以合適的U、V及氣體流量。另外，對鋁合金的MIG焊：坡口：角度可大至90°,Al、Cu的導(dǎo)熱性好，要留足夠的鈍邊；2.焊前清理：MIG焊對雜質(zhì)非常敏感，對工件、焊絲均應(yīng)進行嚴格的焊前清理并盡可能選用粗焊絲、用雙主動輪送絲。3、建議盡量選用帶脈沖的焊機，用脈沖電流焊接，若需單面焊雙面成形時更應(yīng)如此，并建議用襯墊或雙脈沖焊接，注意背面保護。強調(diào)SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTEMIG焊在焊接效果上存在一些不足，所以其應(yīng)用范圍較窄，多用于鋁合金的焊接。事實上，近年來，連鋁合金的焊接也在向用活性混合氣體擴展。MAG比單純的MIG應(yīng)用范圍要廣得多，是熔化極氣體保護焊的發(fā)展方向。

按照GB/T5185-1985《金屬焊接及釬接方法在圖樣上的表示方法》的規(guī)定，熔化極非惰性氣體保護焊包括二氧化碳氣體保護焊，所以，MAG（俗稱富氬氣體保護焊）包含CO2焊的標注代號都是135。MAG焊技術(shù)SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE★目前，由于商品混合氣的供應(yīng)和專家系統(tǒng)的應(yīng)用，使MAG上述缺點已得以克服。MAG由于焊接質(zhì)量高、適應(yīng)性好，對各種金屬尤其是鋼類的焊接比MIG應(yīng)用更廣，發(fā)展很快。

要用混合氣體而多元氣體的混合困難；焊接工藝參數(shù)復(fù)雜。

混合氣體及熔滴過渡形式多樣，參數(shù)可調(diào)范圍很寬，適應(yīng)范圍更廣，焊接效果更好；便于自動焊接。缺點：一、MAG的特點

優(yōu)點：SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE二、MAG常用活性混合氣體及其適用范圍混合氣體參考配比適用范圍Ar+O21~2%O2不銹鋼或高合金鋼O2max≤20%碳鋼和低合金鋼Ar+CO2配比可任意調(diào)整（CO2≥25%時呈CO2電弧特性）碳鋼和低合金鋼Ar+CO2+O22%O2、5%CO2

不銹鋼或高合金鋼（焊不銹鋼時CO2僅用微量/焊超低碳不銹鋼不推薦含CO2）80：15：5碳鋼和低合金鋼注：①表中的配比為參考值，在實際焊接中成分、配比均可以變化；②焊接碳鋼、低合金鋼時混合氣體不必用精氬，用粗氬即可。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE熔滴過渡形式獲得特點適用場合短路過渡低電壓、較小電流時獲得有短路過程、熱輸入小打底／全位置／薄板噴射過渡電流大于臨界電流時易在Ar弧中獲得熔滴細、頻率高／熔深大、熔敷快中厚板的填充、蓋面／可全位置焊脈沖射流過渡脈沖峰值電流大于臨界電流時易在Ar弧中獲得(要用脈沖焊機)可控性最好（尤一脈一滴）打底／全位置／厚、薄板／填充、蓋面均宜可用的熔滴過渡形式見下表：三、MAG焊工藝（一）熔滴過渡形式及規(guī)律

★用什么熔滴過渡形式在MAG焊中是一個重要的問題。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTEAr-CO2氣體混合比焊縫金屬含氧量的影響（焊接熱輸入，2.5MJ/m）

△—焊絲A○

焊絲—B●—焊絲CAr-CO2氣體混合比對合金元素過渡率的影響（焊絲Φ1.2mm，成分：C0.07%、Mn1.13%、Si0.65%、Cr1.42%、Mo0.60%）

SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTEAr-CO2氣體混合比對短路過渡頻率的影響短路過渡時氣體混合比對飛濺率的影響1—Φ1.6mm，23V，220A2—Φ1.2mm，22V，140A3—Φ1.6mm，23V，190A4—Φ1.2mm，26V，160ASHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE

MAG焊熔滴過渡的規(guī)律

在（富）氬電弧中，在正常的焊接電壓的條件下，熔滴過渡形式依次為：粗滴過渡→細滴過渡→射滴過渡→射流過渡→旋轉(zhuǎn)射流過渡電流：小大熔滴體積：大小過渡頻率：慢快

在（富）氬電弧中，在較低的焊接電壓和電流的條件下也可獲得短路過渡。

由此可見，MAG可以采用不同的熔滴過渡形式，如用脈沖電流，通過（數(shù)字機）精確控制，還可以獲得一脈一滴的精確可控的脈沖射流過渡，可以滿足焊接的不同要求，這是其它焊接方法所不具備的，是MAG優(yōu)越性的體現(xiàn)，使它得到廣泛的應(yīng)用。SHAANXIPOLYTECHICINSTITUTE

最后，需要指出的是，專家系統(tǒng)并非MAG工藝參數(shù)選擇的惟一、全部解決方案，在專家系統(tǒng)之外，MAG工藝參數(shù)仍有很大的回旋、發(fā)展余地。