《焊接工程基础》CO2气体保护焊

1、埋 弧 焊：渣保护气体保护焊：气体保护电弧条件是能够包裹电弧，从而起保护作用1可以作为保护气体的有：惰性气体： Ar He活性气体： CO2混合气体： Ar、 He、 CO2的混合2熔化极气体保护焊 (GMAW)本章将重点介绍CO2气体保护电弧焊和MIG/MAG焊。 按焊丝分为：按保护气体分为：3气体保护焊按电极类型分：熔化极气体保护焊 有填充金属，以填充金属为电极。 CO2气体保护焊、MIG焊、MAG焊非熔化极气体保护焊 无填充金属，以钨等高熔点物质为电极。 TIG焊 A-TIG 等离子弧焊4熔化极气体保护焊 (GMAW)52 CO2气体保护电弧焊Carbon-dioxide Shielde

2、d arc welding6内容一、 CO2气体保护焊的特点、分类、应用二、冶金特点与气孔三、 熔滴过渡与飞溅四、电弧调节 五、焊接设备、焊接材料、焊接工艺参数录像7一、 特点、分类、应用CO2气体保护电弧焊的特点优点：生产效率高： 焊接成本低： 能耗低：适用范围广： 对水、油、锈不敏感，焊缝中含H少，抗冷裂纹能力高 明弧焊接，便于监测控制，且不用清渣 8一、 特点、分类、应用缺点：材料的适用范围较窄 焊接过程飞溅大，成形不良 焊接明弧造成弧光辐射，紫外线强烈，抗风能力差 焊接铝及其合金氧化问题会很严重，焊接不锈钢可能导致焊缝增碳，对不锈钢的耐腐蚀性能造成影响。92. CO2气体保护电弧焊的分

3、类按焊丝粗细分类： 细丝CO2焊 ds1.6mm Vf=C 自身调节粗丝CO2焊 ds 1.6mm VfC 自动调节按焊丝类型分： 实芯焊丝CO2焊药芯焊丝CO2焊按自动化程度分： 半自动CO2焊 适用于焊缝不够规则的场合自动CO2焊 适用于焊缝长而且规则的场合103. CO2气体保护电弧焊的应用 目前CO2气体保护焊广泛应用于机车制造、船舶制造、汽车制造、采煤机械制造等领域。 适用于焊接低碳钢、低合金钢、低合金高强钢，但是不适合于焊接有色金属、不锈钢。尽管有资料显示CO2气体保护焊可以用于不锈钢的焊接，但不是焊接不锈钢的首选。11二、冶金特点与气孔1.氧化还原反应高温的焊接电弧中：2CO22

4、CO + O2电弧气氛 包括：CO2、O2 、 CO可能参加反应的金属元素：Fe、C、Si、Mn121.氧化还原反应氧化反应：Fe + CO2 FeO + CO Si + 2CO2 SiO2 + 2CO 与CO2的反应不占主导地位， Mn + CO2 MnO + CO 与O的反应是主要的Si + 2O SiO2 以复合化合物形式MnO.SiO2，浮出Mn + O MnO C烧损，熔滴中造成爆炸，熔池中C + O CO 造成气孔 Fe + O FeO 氧化，进入熔池会破坏焊缝的性能131.氧化还原反应还原反应：2FeO + Si 2Fe + SiO2 FeO + Mn Fe + MnOFeO +

5、 C Fe + CO CO产生在熔滴中，可能会引起熔滴的急剧膨胀，产生飞溅 CO发生在熔池中可能形成气孔 必须通过给焊接材料中添加适量的脱氧元素脱氧，一般采用Si-Mn联合脱氧。142.气孔问题（1）CO气孔Fe + CO2 FeO + CO FeO + C Fe + CO在反应中生成CO气体来不及逸出。解决措施：只要焊丝中含碳量比较低，含有适量的脱氧剂Mn、Si ，可减少焊缝中 FeO，避免发生上述反应，形成气孔，同时防止焊缝氧化。CO气孔、H2气孔、N 2气孔152.气孔问题（2）H2气孔H 2的主要来源是焊丝、工件表面的油污、锈迹、CO 2气体中的水分，高温时分解 H 2 O H 2 +

6、 O 2 H 2残留在焊缝中形成气孔，CO 2焊由于有强氧化气氛，H 2难以存在 CO 2 + H 2 OH + COCO 2焊对油锈不敏感，而且焊缝抗冷裂性能好。解决措施：除油锈污 控制气体中的含水量 162.气孔问题（3）N2气孔一般认为N2来源于大气或者CO2不纯 采用短弧焊，防止大气侵入电弧中焊丝中添加固氮元素，如Ti增加CO2保护气体流量，保证气路畅通和气层的稳定、可靠。野外焊接增加挡风板 防止措施：17三、 熔滴过渡与飞溅1.短路过渡： 形成条件：短弧、细丝、小电流。机理：四个过程电弧燃烧形成熔滴、熔滴长大并与熔池短路熄弧、液桥颈缩断开熔滴过渡、电弧复燃。181.短路过渡：191.

7、短路过渡：短路过渡特点： -细丝，短弧 -燃弧熄弧交替进行，1.6-50Hz， 0.8-130Hz -平均电流小，峰值电流大，适合薄板及全位置焊接 -小直径焊丝，电流密度大，产热集中，焊接速度快 -弧长短，焊件加热区小，质量高 -过程稳定 -飞溅大 应用: 短路过渡平稳，适合于全位置焊接。 对电源的要求高：短路过渡时负载变化较大，对电源动特性要求高，以获得飞溅小、成形良好的焊接过程。202. 细颗粒过渡： 形成条件 ：粗丝1.6-5.0，长弧，大电流形成机理：电流大，斑点面积大，电磁力增加，熔滴过渡频率加快，形成细颗粒过渡 应用：粗丝，大电流，效率高，适用于厚板焊接213.潜弧射滴过渡： 形成

8、条件：大电流、低电压、反极性、CO2气氛和粗焊丝形成机理：大电流，电弧静压力大且集中，挖掘成弧坑； 低电压弧长短，呈潜弧状态 弧坑中场强低，电弧上爬 形成射滴过渡形式 应用：中、大厚板的水平位置焊接特点：潜弧射过渡的熔深大，焊缝深而窄，余高大，成形不够理想，热裂倾向也很大。 注意：使用时注意调整到合适的焊接速度。 224. STTSurface-Tension-Transfer 表面张力过渡 Lincoln 93 年三峡工程大型水轮机蜗壳大厚板的窄间隙焊接 管道焊接打底 97年应用于管道焊接普通CO2气体保护焊的过渡频率在每秒几十次,飞溅量很大,焊缝成型差。STT控制的焊接方法就是从根本上解决

9、了液态“小桥”气化爆断的问题。检测电弧电压，在形成短路“小桥”后焊接电流瞬间减小,在表面张力、重力和电磁力作用下,拉断金属“小桥”,使熔滴由短路过渡转变为自由过渡。STT特点：输入热量可控制，易实现单面焊双面成形。焊接过程稳定、飞溅小 ；STT技术的飞溅率为1左右，通常的CO2焊接飞溅率为10左右。可以看出，STT技术与普通CO2焊接相比，其飞溅率降低了9倍。 23控制飞溅也就是主要将液态小桥爆破前150s内的短路电流迅速减下来。24CO2气体保护焊熔滴过渡类型比较过渡形式图焊丝直径电弧电压电流适用范围大滴过渡细丝 30 140飞溅大，不实用短路过渡细丝 140薄板，全位置排斥过渡中丝1.6-

10、2.4长弧 30300左右，正接飞溅大，不实用细颗粒过渡粗丝1.6-5.0长弧34-35400中厚板，占15%潜弧射滴过渡粗丝1.6-5.0短弧低电压 430厚板STT短路过渡的一种打底254飞溅飞溅：在CO2焊接过程中，熔化的金属颗粒和熔渣向周围飞散的现象。原因：电流过大、有大量气体析出飞溅形式：26短路过程的飞溅析出气体引起飞溅电弧排斥引起飞溅细颈过电流引起飞溅熔滴充气爆破飞溅274飞溅控制措施：焊丝：降低焊丝含C量，并有合适的Mn、Si，保护气体：加入Ar，改善电弧形态及熔滴过渡形式。284飞溅电源系统： 极性：直流反极性，不能用交流 电源：外特性： 细丝：平缓外特性、恒速送丝，电弧自身

11、调节； 粗丝：大于3mm，变速送丝,陡降特性电源短路电流控制器：过桥始末电流小，中期电流大 短路前期，抑制短路电流的上升速度 减小正常短路的峰值电流，降低短路电流上升速度 短路后期迅速降低短路电流，靠金属表面张力拉断小 桥，实现无飞溅过渡。294飞溅马跃周，甘肃工业大学学报，2000，Vol.26（3）采用波形控制的方法控制熔滴过渡，减小飞溅。304飞溅正确选择工艺参数： 焊接电流：避开飞溅大的电流区间；采用合适的峰值电流，一般Imax=2-3倍Ia，太大颈缩小桥爆断，太小引弧困难。 焊枪角度小于20：垂直时飞溅最少 缩短伸长量，一般取焊丝直径的10倍，5-15mm 防护涂料，防止喷嘴被堵31

12、四、 焊接设备、焊接材料、焊接工艺参数1.焊接设备焊接电源、送丝系统、焊枪和行走机构、供气和冷却水系统、控制系统 321.焊接设备（1）焊接电源：焊接电源：平特性电源 细丝良好的动态品质短路电流上升速度di/dt短路电流峰值Imax 空载电压恢复速度要快下降特性电源 粗丝331.焊接设备(2)送丝机构（1）推丝式：直径0.82.0mm （2）拉丝式：直径小于或等于0.8mm （3）推拉丝：送丝软管可长到10m 341.焊接设备(3)焊枪和供气、冷却水系统 供气系统包括气瓶气路及相应的阀、计量装置、加热装置等。 半自动焊枪有鹅颈式和手枪式两种。自动焊焊枪载流容量较大（可达1500A），采用内部循

13、环水冷却。焊枪冷却方式有气冷、水冷CO2焊100负载气冷上限250A氩弧焊气冷上限200A鹅颈式半自动空冷焊枪351.焊接设备鹅颈式（气冷）焊枪手枪式（水冷）焊枪361.焊接设备（4）控制系统包括焊接电源输出调节系统、送丝速度调节系统、小车或工作台行走速度调节系统、气体流量调节系统。主要控制焊接过程中的各种动作，如电源启动停止、送气送水、熄弧引弧、小车行走等。 372.焊接材料CO2气体 瓶装CO2为液态，焊接用CO2要求纯度高于99.8%，用前排水（倒置48小时，开阀放水）。由于液态的CO2气化过程吸热，可能导致其中的水分结冰，需在减压前加热，一般采取电阻加热的方式。 382.焊接材料焊丝一般直径在1.0-1.6mm范围，小的有0.5mm、大的有3.2mm。有足够的脱氧元素Mn、Si 含碳量低于1.5%，最好0.03-0.06%焊丝应防锈，如镀铜，焊前要清理焊丝盘绕整齐，确保送丝顺利H08Mn2SiA 应用最多，主要用于低碳钢 ER49-1H10MnSi 用于低合金钢H10MnSiMo 用于低合金高强钢393.焊接工艺参数规范参数：电压、电流、回路电感、焊接速度、气体流量、焊丝伸出长度等不同过渡形式，焊接参数的匹配不同，以短路过渡为例（1）焊接电压与电流的匹配电压20V，电流140-300A，保证成形，减少飞溅 403.焊接