机械制图公开课讲解

1、 二氧化碳气体保护焊二氧化碳气体保护焊 v v 周官旺周官旺 v v v 二氧化碳气体保护电弧焊二氧化碳气体保护电弧焊 教学目标教学目标： 1. 1. 了解二氧化碳气体保护焊的基本原理、工艺特点了解二氧化碳气体保护焊的基本原理、工艺特点 及应用范围；能合理选用焊丝和控制冶金过程；及应用范围；能合理选用焊丝和控制冶金过程； 能合理制定焊接工艺；能合理制定焊接工艺； 2. 2. 掌握典型焊接接头半自动二氧化碳气体保护电弧掌握典型焊接接头半自动二氧化碳气体保护电弧 焊操作技术；焊操作技术； 3. 3. 了解二氧化碳气体保护电弧焊的新技术。了解二氧化碳气体保护电弧焊的新技术。 课时：课时：4 4课时课

2、时 教法：讲授教法：讲授 授课教师：周官旺授课教师：周官旺 v 早在20世纪30年代就有人提出用CO2及水 蒸气作为保护气体，但试验结果发现焊缝金属严 重氧化，气孔很多，焊接质量得不到保证。因此 氩气、氦气等惰性气体保护焊首先应用于焊接生 产，解决了当时航空工业中有色金属的焊接问题， 气体保护焊的优越性也逐步被人们认识和重视。 但是氩气、氦气为稀有气体，价格较贵，应用上 受到一定的限制。为此，到20世纪50年代。人们 又重新研究CO2气体保护焊，并逐步应用焊接生产。 v CO2气体保护电弧焊是利用CO2作为保 护气体的熔化极电弧焊方法。这种方法以CO2 气体作为保护介质，使电弧及熔池与周围空气

3、 隔离，防止空气中氧、氮、氢对熔滴和熔池金 属的有害作用，从而获得优良的机械保护性能。 生产中一般是利用专用的焊枪，形成足够的 CO2气体保护层，依靠焊丝与焊件之间的电弧 热，进行自动或自半动熔化极气体保护焊接。 1.CO2焊的特点及应用 1.1 CO2焊的基本原理 vCO2焊的原理示意图 v1. 焊丝盘 v2. 送丝滚轮 v3. 焊丝 v4. 导电嘴 v5. 保护气体喷嘴 v6. 保护气体 v7. 熔池 v8. 焊缝金属 v9. 母材 v10.电弧 v 1.CO2焊的特点及应用 v CO2是一种无色无味的气体，在0 101.3kPa气压时，它的密度为1.9768g/L，是空 气的1.5倍。因

4、而CO2良好的保护作用，还能有效 地防止空气中N2对熔滴及熔池金属的有害作用， 这一点是很可贵的，因为金属一旦被氮化，便 难以使之脱氮。 1.2 CO2气体的性质 v CO2常温下很稳定，但在高温下（5000K） 左右几乎能全部分解，具有强烈的氧化性，因 而是一种氧化性气体。虽然它有强烈的氧化作 用，但氧化了的熔化金属可比较容易地脱氧； 另一方面较强的氧化性能够抑制焊缝中氢的存 在，防止产生氢气孔和裂纹； v CO2气体价格低廉，供应充足。 1.2 CO2气体的性质 CO2焊按使用焊丝直径的不同，可分为 细丝CO2焊（焊丝直径小于1.6mm）和粗丝CO2焊 （焊丝直径大于1.6mm）。 按操作

5、的方式分类，又可分为半自动CO2 焊和自动CO2焊。 1.3 CO2焊的分类： v焊接生产率高。由于焊接电流密度较大，电弧 热量利用率较高，以及焊后不需清渣，因此提 高了生产率。CO2焊的生产率比普通的焊条电弧 焊高2-4倍。 v焊接成本低。 CO2气体来源广，价格便宜，而 且电能消耗少，故使焊接成本降低。通常CO2焊 的成本只有焊条电弧焊的4050。 1.4 CO2焊的特点 1.4.1 优点 v焊接变形小。由于电弧加热集中，焊件受热面 积小，同时CO2气流有较强的冷却作用，所以 焊接变形小，特别适宜于薄板焊接。 v焊接质量较高。对铁锈敏感性小，焊缝含氢量 少，抗裂性能好。 v适用范围广。可实

6、现全位置焊接，并且对于薄 板、中厚板甚至厚板都能焊接。 v操作简便。焊后不需清渣，且是明弧，便于监 控，有利于实现机械化和自动化焊接。 1.4.1 优点 v1) 飞溅率较大，并且焊缝表面成形较差。金 属飞溅是CO2焊中较为突出的问题，这是主要缺 点。 v2）很难用交流电源进行焊接，焊接设备比较 复杂。 v3）抗风能力差，给室外作业带来一定困难。 v4）不能焊接容易氧化的有色金属。 1.4.2 缺点 v1. CO2焊主要用于焊接低碳钢及低合金钢等黑色 金属。 v2. 对于不锈钢，由于焊缝金属有增碳现象，影响 抗晶间腐蚀性能。所以只能用于对焊缝性能要求 不高的不锈钢焊件。 v3. CO2焊还可用于

7、耐磨零件的堆焊、铸钢件的焊补 以及电铆焊等方面。 v 目前CO2焊已在汽车制造、机车和车辆制造、化 工机械、农业机械、矿山机械等部门得到了广泛 的应用。 1.3 CO2焊的应用 1.1.材料因素材料因素 母材和焊材的成分母材和焊材的成分 2.2.工艺因素工艺因素 如焊接方法、坡口形式和加工如焊接方法、坡口形式和加工 质量、预热后热措施、层间温质量、预热后热措施、层间温 度控制、装配质量、甚至电源度控制、装配质量、甚至电源 种类和极性等，对改善工艺焊种类和极性等，对改善工艺焊 接性都起很大作用。接性都起很大作用。 3.3.结构因素结构因素 如设计时应考虑焊接如设计时应考虑焊接 接头处于刚度较小状

8、接头处于刚度较小状 态，避免出现截面突态，避免出现截面突 变、余高过大、交叉变、余高过大、交叉 焊缝等容易引起应力焊缝等容易引起应力 集中的结点。集中的结点。 4.4.使用条件使用条件 如工作温度高低、工如工作温度高低、工 作介质种类、载荷性质作介质种类、载荷性质 等，都属于工艺焊接性等，都属于工艺焊接性 考虑范围考虑范围 2. CO2焊接工艺 焊焊 接接 工工 艺艺 包包 括括 哪哪 几几 方方 面面 ？ 因CO2是一种氧化性气体，在电弧高温区分解为一氧化 碳和氧气，具有强烈的氧化作用，使合金元素烧损，所以 CO2焊时为了防止气孔，减少飞溅和保证焊缝较高的机械性 能，必须采用含有Si、Mn等

9、脱氧元素的焊丝。 CO2焊使用的焊丝既是填充金属又是电极，所以焊丝既 要保证一定的化学性能和机械性能，又要保证具有良好的 导电性能和工艺性能。 CO2焊丝分为实芯焊丝和药芯焊丝两种: 焊丝型号焊丝型号特征及适用范围特征及适用范围 H08Mn2SiA冲击值高，送丝均匀，导电好。冲击值高，送丝均匀，导电好。 H04Mn2SiTiA 脱氧、脱氮、抗气孔能力强，适用于脱氧、脱氮、抗气孔能力强，适用于200A以上以上 电流。电流。 H04Mn2SiAlTiA 脱氧脱氧脱氮脱氮抗气孔能力更强抗气孔能力更强, 适用于填充和适用于填充和CO2-O2混合气体保护焊。混合气体保护焊。 H08MnSiAMAG 焊焊

10、 实芯焊丝的型号、特征及适用范围实芯焊丝的型号、特征及适用范围 常用的实芯焊丝型号常用的实芯焊丝型号 ： H 0 8 M n 2 S i A H：焊接用钢焊接用钢, 08：含碳量：含碳量0.08 % , M n 2: 2 %的氧化锰的氧化锰, S i: 1 %的氧化硅的氧化硅, A: 含硫、磷量小于含硫、磷量小于0.03 % , 无无A则则0.04 % 。 为了提高导电性能及防止焊丝表面生锈，一般在焊丝表面采用镀铜工艺，要求为了提高导电性能及防止焊丝表面生锈，一般在焊丝表面采用镀铜工艺，要求 镀层均匀，附着力强，总含铜量不得大于镀层均匀，附着力强，总含铜量不得大于0.35 % 2.1.1 实芯

11、焊丝 焊丝直径（焊丝直径（mm）电流范围（电流范围（A）适用板厚（适用板厚（mm） 0.640 1000.6 1.6 0.850 1500.8 2.3 0.970 2001.0 3.2 1.090 2501.2 6 1.2120 3502.0 10 1.6 300 6.0 不同焊丝直径使用电流范围 2.1.1 实芯焊丝 使用焊丝的注意事项: 外观检查：焊丝平排密绕,直径均匀,表面光亮,焊丝盘无破损。 性能检查：化学成分不合格,严重影响焊接质量,必须采用优质 焊丝。 焊接电流：必须在焊丝许用电流范围之内。电流过大将引起溶 池翻腾和焊缝成形恶化。电流过小能量集中性变差， 引弧困难，飞溅变大，溶深浅

12、，焊缝成形不好。 丝径选用：在焊丝直径允许电流范围内，尽可能选用细焊丝， 以提高焊丝溶化速度、提高引弧成功率，减少飞溅， 增加溶深，改善焊缝成形，提高焊接质量。 2.1.1 实芯焊丝 焊丝直径焊丝直径(mm)电流范围电流范围(A)熔化速度熔化速度(g/min) 0.850-15010-50 0.970-20010-60 1.090-25010-80 1.2120-35020-120 1.6140-50040-160 焊丝熔化速度和焊接电流的关系 2.1.1 实芯焊丝 药芯焊丝： 2.1.1 药芯焊丝 调整焊剂成分可适调整焊剂成分可适 应各种钢材，及对应各种钢材，及对 焊缝的质量要求焊缝的质量要

13、求 气相和渣相双重气相和渣相双重 保护抗气孔能力保护抗气孔能力 强于实芯电弧焊强于实芯电弧焊 熔化速度快溶敷效熔化速度快溶敷效 率高，生产率比手率高，生产率比手 工焊高工焊高35倍倍 电弧稳定焊缝成形电弧稳定焊缝成形 美观，飞溅小，美观，飞溅小， 适合全位置焊接适合全位置焊接 药芯焊丝的特点 药芯焊丝药芯焊丝 2.1.1 药芯焊丝 药芯焊丝是由药芯焊丝是由08A冷轧薄钢带光亮退火后经轧机纵向折迭加粉拉拔而冷轧薄钢带光亮退火后经轧机纵向折迭加粉拉拔而 成，其横截面有成，其横截面有“O”形、形、“T ”形、梅花形等多种形状。示意图如下：形、梅花形等多种形状。示意图如下： “O”形梅花形“T”形 药

14、芯焊丝的焊剂成分和焊条的药皮类似，含有稳弧剂、脱氧剂、造药芯焊丝的焊剂成分和焊条的药皮类似，含有稳弧剂、脱氧剂、造 渣剂、和铁合金等，起着造渣保护溶池，掺合金，稳弧等作用。渣剂、和铁合金等，起着造渣保护溶池，掺合金，稳弧等作用。 药芯焊丝按焊剂成分可分为二氧化钛型和碱性型两种。直径有药芯焊丝按焊剂成分可分为二氧化钛型和碱性型两种。直径有1.2, 1.6, 2.0, 2.4, 3.2 mm。主要用于低碳钢和低合金钢的焊接。主要用于低碳钢和低合金钢的焊接。 药芯焊丝因钢性较差，丝体较软，所以对送丝机构要求严格，既要药芯焊丝因钢性较差，丝体较软，所以对送丝机构要求严格，既要 降低送丝压力，又要保证匀

15、速送丝。降低送丝压力，又要保证匀速送丝。 药芯焊丝的结构及使用中的注意事项： 2.1.1 药芯焊丝 表1. CO2电弧焊焊接工艺参数 焊 丝 牌号 根据被焊材料的力学性能和化学成分选择相应牌 号的焊丝 常用焊丝：H08Mn2SiA； H04Mn2SiTiA 规格 （丝 径） 根据焊件厚度、焊缝空间位置及生产率要求选择 短路过渡：0.61.6mm；适于薄板、全位置焊 接 滴状过渡：1.6mm；适于中厚板及厚板。 干伸 长 一般为10 ；约在：1020mm范围内。 干伸长过大，电弧不稳，飞溅较大，熔深浅，气孔 增多 干伸长过小，飞溅物易堵塞喷嘴； 直径越小或材料的电阻率越大，干伸长影响越大。 2.

16、1.1 药芯焊丝 焊 接 电 流 作 用 决定焊缝的熔深、生产效率的主要因素。 选择 原则 根据板厚、焊丝直径、施焊位置、熔滴过渡 形式选择； 短路过渡：50230A； 滴状过渡：300750A。 电 弧 电 压 作 用 决定焊缝宽度的主要因素，能否实现短 路过渡的关键参数； 选择 原则 根据焊丝直径、焊接电流协调匹配焊接 电压； 2.1.1 药芯焊丝 焊 接 速 度 作 用 决定热输入量的主要参数之一；从而影响焊缝 成型、接头的力学性能及气孔等缺陷的产生； 选 择 原 则 一般为1540 m/h（半）；4060 m/h（自）； 焊接速度过大，易引起焊缝两侧咬边，产生气 孔； 焊接速度过小，易

17、引起焊瘤，烧穿，焊缝组织 变粗。 2.1.1 药芯焊丝 保护 气体 纯 度 CO2 气体的纯度不低于99.5%； 流 量 一般短路过渡为：1015L/min；滴状过渡： 2550L/min。 如果焊接电流较大，焊接速度较快，焊丝干伸长过长 或在室外作业，气体流量应适当加大。 电源 极性 直 流 电 源 一般采用直流反极性； 堆焊及铸铁补焊时采用正极性。 焊接回 路电感 （短路 过渡） 作 用调节短路电流上升速度（ di /dt ）；调节电弧燃烧时间； 选 择 原 则 细焊丝，熔滴过渡周期短，di /dt较大，电感值较小； 电感值越小，电弧燃烧时间越短，熔深小。 一般焊接回路内的电感在00.2m

18、H范围内调节。 2.1.1 药芯焊丝 v坡口形状：细焊丝短路过渡的CO2焊一般开I形坡 v口；粗焊丝细滴过渡可以开较小的坡口。 v开坡口的目的：主要为了熔透，同时要考虑到焊缝成 形的形状及熔合比。 坡口角度过小易形成指状熔深，在焊缝中心可能产生 裂纹。尤其在焊接厚板时，由于拘束应力大，这种倾向 很强，必须十分注意。 3.CO2焊的焊接技术 3.1 焊前准备 表2. CO2焊推荐坡口形状 坡口形状板厚/mm 有无垫板 坡口角 度 根部间隙钝边高度 I 形 12 无02 有03 单边 V形 60 无45600205 有25504703 Y形60 无45600205 有35600603 K形100无

19、45600205 X形 100无45600205 3.1 焊前准备 焊前清理 3.1 焊前准备 为了保证坡口尺寸，防止变形及焊道不规整。通常 CO2焊与焊条电弧焊相比要求更坚固的定位焊缝。定位焊缝易 生成气孔和夹渣，认真焊接。 焊接薄板时定位焊缝应该细而短，长度为3 l0mm，间距为 3050mm 。 焊接中厚板时定位焊缝长度为1550mm，间距达 100150mm。若为熔透焊缝时，点固处难以实现反面成形，应 从反面进行点固。 3.1 焊前准备 (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 正确持枪姿势 3.1 焊前准备 3.2 操作技术 v左焊法操作优点： v

20、1. 易观察焊接方向。 v2. 电弧不直接作用于母材上，熔深较浅，焊 道平而宽。 v3. 抗风能力强，保护效果好。 o收弧：焊道收尾处往往出现凹陷，它被称为弧坑。 CO2焊比一般焊条电弧焊用的焊接电流大，所以 弧坑也大。弧坑处易产生火口裂纹及缩孔等缺陷。 为此，应设法减小弧坑尺寸。 v目前主要应用的方法如下： v1)采用带有电流衰减装置的焊机时，填充弧坑电 流一般只为焊接电流的5060，易填满弧坑。 v2)没有电流衰减装置时，在熔池未凝固之时，应 在反复断弧、引弧几次，直至弧坑填满。 v3)使用工艺板，把弧坑引到工艺板上，焊完之后 去掉它。 收弧时不能抬高喷嘴，即 使弧坑已填满，电弧已熄 灭，

21、也要让焊枪在弧坑处 停留几秒钟后才能移开。 若收弧时抬高焊枪，则容 易因保护不良引起缺陷。 单面焊双面成形技术 从正面焊接，同时获得背面成形的焊 道称为单面焊双面成形，常用于焊接薄板及厚板的打底焊道。 1) 悬空焊接 无垫板的单面焊双面成形焊接时对焊工的技术 水平要求较高，对坡口精度、装配质量和焊接参数也提出了严 格要求。 坡口间隙 对单面焊双面成形的影响很大。坡口间隙小时，焊 丝应对准熔池的前部，增大穿透能力，使焊缝焊透；坡口间隙 大时，为防止烧穿，焊丝应指向熔池中心，并进行适当摆动。 3.2.2 平焊的焊接技术 坡口间隙为坡口间隙为0.21.4mm时，一般采用直线式焊接或小幅时，一般采用直线式焊接或小幅( 锯齿形锯齿形)摆动。摆动。 坡口间隙为坡口间隙为1.22. 0m