第四章 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊

第四章二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊一、基本要求1、了解二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的特點(diǎn)及應(yīng)用2、掌握二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的熔滴過(guò)渡特點(diǎn)3掌握二氧化碳?xì)怏w焊主要工藝的特點(diǎn)及工藝參數(shù)的選擇原則4、掌握二氧化碳?xì)怏w焊的冶金特點(diǎn)5、掌握氣孔、飛濺產(chǎn)生的原因及其防止措施二、重點(diǎn)1、短路過(guò)渡對(duì)電源動(dòng)特性的要求2、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)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(jì)30年代就有人提出用CO2及水蒸氣作為保護(hù)氣體，但試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)焊縫金屬?lài)?yán)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(hù)焊首先應(yīng)用于焊接生產(chǎn)，解決了當(dāng)時(shí)航空工業(yè)中有色金屬的焊接問(wèn)題，氣體保護(hù)焊的優(yōu)越性也逐步被人們認(rèn)識(shí)和重視。但是氬氣、氦氣為稀有氣體，價(jià)格較貴，應(yīng)用上受到一定的限制。為此，到20世紀(jì)50年代。人們又重新研究CO2氣體保護(hù)焊，并逐步應(yīng)用焊接生產(chǎn)。CO2焊的歷史

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

。②與焊條電弧焊相比，熔化極氣體保護(hù)焊效率高。1.CO2焊的特點(diǎn)及應(yīng)用1.2CO2焊的分類(lèi)：按焊絲粗細(xì)分類(lèi)：細(xì)絲CO2焊ds≤1.6mmVf=C自身調(diào)節(jié)粗絲CO2焊ds>1.6mmVf≠C自動(dòng)調(diào)節(jié)按焊絲類(lèi)型分：實(shí)芯焊絲CO2焊藥芯焊絲CO2焊按自動(dòng)化程度分：半自動(dòng)CO2焊適用于焊縫不夠規(guī)則的場(chǎng)合自動(dòng)CO2焊適用于焊縫長(zhǎng)而且規(guī)則的場(chǎng)合焊接生產(chǎn)率高：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的電弧集中，熔透能力強(qiáng)，熔敷速度快，且焊后無(wú)需進(jìn)行清渣處理，因此生產(chǎn)效率高；半自動(dòng)二氧化碳焊的效率比手工電弧焊高1

2倍，自動(dòng)二氧化碳焊比手工電弧焊高2

5倍。焊接成本低：CO2氣體來(lái)源廣，價(jià)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(diǎn)1.3.1優(yōu)點(diǎn)焊接變形小：由于電弧加熱集中，焊件受熱面積小，同時(shí)CO2氣流有較強(qiáng)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?xì)怏w保護(hù)焊抗銹能力強(qiáng)，對(duì)油污不敏感，焊縫含氫量低，抗裂性能好

。適用范圍廣：可實(shí)現(xiàn)全位置焊接，并且對(duì)于薄板、中厚板甚至厚板都能焊接。操作簡(jiǎn)便：焊后不需清渣，且是明弧，便于監(jiān)控，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化焊接。1.3CO2焊的特點(diǎn)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(wèn)題，這是主要缺點(diǎn)。2）很難用交流電源進(jìn)行焊接，焊接設(shè)備比較復(fù)雜。（目前來(lái)看，設(shè)備已不算復(fù)雜）3）抗風(fēng)能力差，給室外作業(yè)帶來(lái)一定困難。（所有氣保焊都有的問(wèn)題）4）不能焊接容易氧化的有色金屬。5）勞動(dòng)條件較差，二氧化碳焊弧光強(qiáng)度及紫外線(xiàn)強(qiáng)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(duì)工人的健康不利。1.3.2缺點(diǎn)1.3CO2焊的特點(diǎn)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(bǔ)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(chē)制造、機(jī)車(chē)車(chē)輛制造、化工機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械飛機(jī)制造一、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)。以半自動(dòng)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(xì)絲（短路過(guò)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?zé)?、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(duì)動(dòng)特性的要求（一）焊接電源：粗絲細(xì)滴過(guò)渡時(shí)電流變化比較小，對(duì)焊接電源動(dòng)特性要求不高細(xì)絲短路過(guò)渡時(shí)，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(zhǎng)速度合適的峰值電流電弧電壓恢復(fù)速度國(guó)產(chǎn)GMAW焊機(jī)型號(hào)按GB/T10249-1988規(guī)則命名.第一字位：“N”表示MIG/MAG焊機(jī)第二字位:Z-自動(dòng);B-半自動(dòng);D-點(diǎn)焊;U-堆焊第三字位:無(wú)-氬氣及混合氣體保護(hù)焊;M-氬氣及混合氣體保護(hù)焊（脈沖）;C-二氧化碳?xì)怏w焊第四字位:系列序號(hào)；第五字位:額定焊接電流，單位A。熔化極氣體保護(hù)焊焊機(jī)型號(hào)解讀：CO2焊機(jī)型號(hào)（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(xì)絲/平特性（等速送絲）焊機(jī)上，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的要求。⑴推絲式——焊槍簡(jiǎn)單、輕巧，以鵝頸式焊槍多見(jiàn)，實(shí)際應(yīng)用較多；送絲距離有限（通常≤5M），送細(xì)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(fù)雜、較重，以手槍式焊槍多見(jiàn)，薄板結(jié)構(gòu)使用較多；適用于直徑≤0.8mm的細(xì)絲/遠(yuǎn)距離送絲。1、送絲方式焊絲盤(pán)送絲電機(jī)送絲機(jī)構(gòu)拉絲式送絲示意圖⑶推拉絲式——焊槍結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適用于遠(yuǎn)距離送（細(xì)、軟）絲，多用于機(jī)器人焊接和鋁的熔化極氣體保護(hù)焊。1、送絲方式推拉式送絲焊槍?zhuān)ㄊ止ず附佑茫?/p>

還有一種“線(xiàn)式送絲”：多級(jí)串聯(lián)的行星式送絲即為線(xiàn)式送絲，可遠(yuǎn)距離穩(wěn)定地送細(xì)的軟焊絲（如0.8mm的鋁焊絲）點(diǎn)擊看推拉式送絲點(diǎn)擊看線(xiàn)式送絲由送絲電機(jī)、減速裝置、送絲滾輪和壓緊機(jī)構(gòu)等組成；CO2焊專(zhuān)用焊機(jī)的送絲機(jī)采用單主動(dòng)送絲即可。單主動(dòng)式送絲機(jī)構(gòu)雙主動(dòng)式送絲機(jī)構(gòu)壓緊輪主動(dòng)輪2、送絲機(jī)構(gòu)（送絲機(jī)）送絲機(jī)多為獨(dú)立式，也有與電源做為一體者。有專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)配套的送絲機(jī)，接口兼容或以德國(guó)賓采爾（BINZEL）焊槍為標(biāo)準(zhǔn)。電源、送絲機(jī)分體之CO2焊機(jī)電源、送絲機(jī)一體之CO2焊機(jī)注意：兩機(jī)使用的都是鵝頸式焊槍?zhuān)ㄍ平z槍?zhuān)?、送絲機(jī)構(gòu)（送絲機(jī)）（三）焊槍

1.對(duì)焊槍的要求：⑴送絲均勻、導(dǎo)電可靠和氣體保護(hù)良好。⑵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)久耐用和維修簡(jiǎn)便。⑶使用性能良好。2.焊槍的類(lèi)型:

推絲式焊槍常用的形式有兩種：一種是鵝頸式焊槍?zhuān)硪环N是手槍式焊槍。這些焊槍的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活，但焊絲經(jīng)過(guò)軟管產(chǎn)生的阻力較大，故所用的焊絲不宜過(guò)細(xì)，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(yù)熱器、減壓／流量計(jì)、氣管和電磁氣閥組成，必要時(shí)可加裝干燥器。通常將預(yù)熱器、減壓器、流量計(jì)做為一體，叫CO2減壓流量計(jì)，名牌產(chǎn)品如美國(guó)捷銳。不同氣體的減壓流量計(jì)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(jī)，但精細(xì)表現(xiàn)出色且可靠性極高；售后服務(wù)較好，價(jià)格較貴但性?xún)r(jià)比高，3、美國(guó)林肯普通CO2焊機(jī)總體性能不錯(cuò)，但無(wú)價(jià)格優(yōu)勢(shì)。值得推薦者為其STT（表面張力過(guò)渡）CO2焊機(jī)：飛濺極小、成形極佳，但價(jià)格極貴。1、北京“時(shí)代”逆變焊機(jī)，節(jié)能節(jié)材；可靠性尚可，價(jià)格相對(duì)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(qiáng)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(jìn)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?zé)龘p、氣孔、和飛濺是CO2焊中三個(gè)主要問(wèn)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(guò)渡系數(shù)：接材料中的合金元素過(guò)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(qiáng)化焊縫。對(duì)脫氧劑的要求：（1）脫氧能力強(qiáng)；（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(jì)性的前提下采用還原性強(qiáng)的元素（Al、Ti、Si、Mn）這四種元素單獨(dú)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(guó)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(wèn)題：含量適當(dāng)過(guò)低——達(dá)不到脫氧的目的過(guò)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(méi)有熔渣覆蓋并且CO2氣流的冷卻作用類(lèi)別：

CO、N2、H21.CO氣孔：機(jī)理：CO來(lái)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?dú)饪祝簷C(jī)理：溶解度變化形態(tài)：蜂窩狀位置：焊縫近表面原因：保護(hù)氣層破壞保護(hù)氣不純流量小噴嘴堵塞或者位置不合適側(cè)向風(fēng)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(fēng)措施固氮元素TiAl3.氫氣孔：機(jī)理：離子態(tài)的H進(jìn)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(diǎn)壓力（氣體分解收縮電?。┬虮瑪嗪附訁?shù)選擇不當(dāng)三、CO2焊飛濺及防止三、CO2焊飛濺及防止減少飛濺的措施正確選擇焊接參數(shù)細(xì)絲過(guò)渡的時(shí)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三、CO2焊飛濺及防止焊接電流與電壓焊絲伸出長(zhǎng)度盡可能縮短焊絲伸出長(zhǎng)度越長(zhǎng)焊槍角度前后傾角不超過(guò)20°正確選擇焊接參數(shù)成本問(wèn)題性能問(wèn)題細(xì)絲過(guò)渡的時(shí)候在氣體中加入氬氣原理：設(shè)法實(shí)現(xiàn)短路液橋的金屬過(guò)渡趨于穩(wěn)定防止方法：回路中串接附加電感直徑細(xì)、過(guò)渡頻率高-要求大電流增長(zhǎng)速度-小電感（設(shè)備簡(jiǎn)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(dòng)-----涂層材料選用低飛濺率焊絲

能在微秒級(jí)內(nèi)產(chǎn)生過(guò)渡和改變電流專(zhuān)門(mén)針對(duì)半自動(dòng)焊接（焊接速度、送絲速度和伸出長(zhǎng)度都在變化）而設(shè)計(jì)電源可以適應(yīng)不同的保護(hù)氣體，包括100％CO2、CO2與Ar甚至He的混合氣體CO2焊熔滴過(guò)渡的最新成果：STT（SurfaceTensionTransfer表面張力過(guò)渡）（美國(guó)林肯公司專(zhuān)利／已有商品焊機(jī)）CO2焊熔滴過(guò)渡的最新成果

主要優(yōu)點(diǎn)：①顯著地減少飛濺②易于焊接（伸出長(zhǎng)度變化時(shí)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(shí)的熱輸入CO2焊熔滴過(guò)渡的最新成果

上圖為無(wú)STT和有STT在立焊和平焊時(shí)的焊接飛濺對(duì)比下圖為無(wú)STT和有STT焊接時(shí)焊縫的外觀(guān)對(duì)比無(wú)色、無(wú)味、無(wú)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(shí)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(wèn)題：溫度對(duì)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(shí)，開(kāi)閥門(mén)2-3次，每次放水間隔30分鐘正置放氣：正置2小時(shí)，開(kāi)閥門(mén)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(dāng)只有氣態(tài)CO2時(shí)，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(gè)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(dǎo)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(dǎo)電四、CO2焊的氣體及焊絲牌號(hào)：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(guān)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(xì)焊絲、低電壓和小電流。

一、短路過(guò)渡CO2焊工藝1．短路過(guò)渡焊接的特點(diǎn)

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(zhǎng)度等。（l）焊絲直徑短路過(guò)渡焊接采用細(xì)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。