CO2气保焊(国际焊接工程师培训课程)

CO2气体保护焊

CO2是氧化性气体，在电弧高温下能分解为CO和氧，使钢中的碳、硅及其他合金元素烧损，为保证焊缝的合金元素，须采用含锰、硅较高的焊接钢丝或含有相应合金元素的合金钢焊丝。一、CO2气体保护焊原理二、设备和构造三、电弧长度的调节四、熔滴过渡型式五、MAG焊常见焊接缺陷

一、CO2气体保护焊原理1、定义：电弧在一个熔化的电极和工件之间燃烧，这个熔化的电极同时又作为填充金属，保护气体是惰性的或活性的。(按ISO4063标准代号135)

二氧化碳气体保护电弧焊，简称CO2焊，CO2亦具有氧化性，本质上也属于MAG焊。使用的保护气体：CO2、CO2+O2

优点：

CO2气体来源容易、易于制取、价格低廉。范围：广泛用于黑色金属材料的焊接另外，由于CO2的物理特性和化学特性，须要在焊接过程中从设备、工艺、以及焊丝等方面采取措施。与焊条电弧焊相比CO2气体保护焊的优点：焊接效率高:因是连续送丝，节省时间；通过焊丝的电流密度大。可以获得含氢量较低的焊缝金属在相同电流下熔深大烟雾少与埋弧自动焊比其优点明弧焊接可以进行全位置焊接无需清渣，可以用更窄的坡口间隙，实现窄间隙焊接，节省填充金属和提高生产率。二、设备和构造熔化极气体保护电弧焊可分为半自动焊和自动焊。半自动熔化极气体保护电弧焊主要由焊接电源、焊枪、送丝机、供气系统、冷却系统和控制系统组成。自动熔化极气体保护电弧焊，则增加行走机构，它往往和焊枪及送丝机组合成焊接小车（机头）。

1、焊丝2、送丝机构

3、焊枪4、保护气瓶

5、气体仪表，流量计，减压阀6、工件焊接电源1、电流种类熔化极气体保护焊一般采用直流电源。直流弧焊发电机和各种类型的弧焊整流器均可采用。通常焊接电流在15～500A之间；空载电压在55～80范围；负载持续率在60%～100%

下降外特性电源（恒流）

一般指具有陡降或垂直下降外特性，它须和弧压反馈送丝（即变速送丝）方式的送丝机配合使用，这种组合使用于焊丝直径较粗（2mm以上）的焊接场合，因为粗焊丝的电弧自身节作用较弱，难以保证稳定焊接过程，需要通过弧压（弧长）的变化及时反馈到送丝控制系统来自身调节送丝速度，以维持稳定的弧长。

焊接设备的不同形式送丝机构组成—有制动装置的焊丝盘—焊丝导向咀—焊丝校正轮—焊丝压紧和驱动滚轮—送丝焊咀三、电弧长度的调节

在各种焊接方法中，焊接参数（如电流，电压）在焊接过程中应保持不变，而其体现形式则是保持电弧长度不变，对此主要有二种调节方法，即ΔU调节和ΔI调节，前者主要用于埋弧焊接设备中，而在熔化极气体保护焊设备中应用很少。

经过不同台阶时电弧长度的变化

焊接时，当电弧通过点固焊焊点时，就会产生如台阶一样的问题，电弧从I点移到Ⅱ点时将变长，但应在最短的时间内恢复到原始长度（I点），对此有完全不同的两种调节方式。“ΔI”调节“ΔI”调节方式适用于平特性或缓降特性的焊接电源，即当电流有很大改变时，电压没有变化或变化很小。在实际中主要以略带倾斜的特性曲线为主。平特性电源的电流大小主要通过调节送丝速度来实现，有时也适当调节空载电压进行电流的少量调节。“ΔI”调节方式

送丝电机与电弧电压是完全分开的，送丝速度在焊接过程中保持在预先调定的位置不变，当电弧长度发生变化时，电弧电压将发生变化，这一较小的变化将导致焊接电流的大幅度变化（ΔI），由于送丝速度保持恒定，则焊丝的熔化速度将发生变化，电流增加，熔化速度加快，电流减小，熔化速度减慢，这样即可使电弧长度恢复到原始长度，这种调节是依靠不同电弧长度的电流差值来调节的，因此叫做“ΔI”调节，在整个调节过程中，外部没有变化，故又称作“内部”调节。四、熔滴过渡型式熔化极电弧焊时，焊丝端头的液态金属经电弧向熔池过渡的过程称熔滴过渡。熔滴过渡对电弧稳定性、焊缝成形、金属飞溅等有直接影响。在气体保护下焊丝熔滴过渡形式是：短路过渡、滴状过渡、喷射过渡因焊丝端头与熔池之间不发生直接接触，所以，滴状过渡和喷射过渡统称为自由过渡。其中喷射过渡又分为射滴过渡和射流过渡。自由过渡当电流很小时，电弧力作用小，随着焊丝熔化，熔滴逐渐长大，当熔滴的重力能克服其表面张力的作用时，就以较大的颗粒脱离焊丝，落入熔池实现滴状过渡。如果有斑点压力作用且大于熔滴的重力，熔滴在脱离焊丝之前就偏离了焊丝轴线，甚至上翘，脱离之后不能沿焊丝轴向过渡时，成为排斥过渡，影响电弧稳定性，焊缝成形粗糙，飞溅较多。当电流较大时，电磁收缩力较大，熔滴的表面张力减小，熔滴细化，熔滴向熔池过渡频率增加，飞溅少，电弧稳定，焊缝成形较好。喷射过渡随着焊接电流的增加，熔滴尺寸变的更小，过渡频率也急剧提高，在电弧力的强制作用下，熔滴脱离焊丝沿焊丝轴向飞速地射向熔池，这种过渡形式称喷射过渡。喷射过渡焊接过程稳定，飞溅小，熔深大，焊缝成形美观。平焊位置、板厚大于3mm的工件多采用这种过渡形式，不宜焊接薄板。影响熔滴过渡的因素：惯性力、母材蒸发反作用力是阻碍熔滴过渡；地球引力、等离子流吸力以及收缩力是促进熔滴的过渡；表面张力和粘性则起到影响熔滴在焊丝端部保持多长时间的作用。熔化极气体保护焊中作用在熔滴上的力

收缩效应的作用原理

对于熔化极脉冲惰性气体保护焊来讲，收缩力最为重要，它是一种电磁力，它将对熔滴的过渡有重大的影响，电流流过的任何导体将产生一磁场，并形成指向中心的径向作用力，

压缩力的作用结果是：1）使焊丝液态端收缩。2）提高了收缩位置的电流密度。3）增强了收缩力

收缩效应是以电流强度平方的形式增大。因此，对于熔化极脉冲惰性气体保护焊，较低的基础电流是不会使熔滴过渡的。仅当脉冲电流强度提高时才会过渡。这样就实现了脉冲控制的熔滴过渡，即收缩效应才会增大，熔滴通过每一个脉冲来促使一个熔滴过渡。这种方式只有在收缩效应足够大的时候，如在用惰性气体保护焊接时，才能实现。如使用二氧化碳或其它氧化性混合气体时，由于这些气体改变了电弧的形态，熔滴的表面张力加大，收缩效应对熔滴过渡的影响很小。因些，这样用脉冲电流就没有什么意义，甚至带来缺点，如飞溅大等。

2、不同保护气体对熔滴形态的影响气体成分的影响可以从熔滴大小及其单位时间的过渡量，或射流过渡临界电流高低来分析：在CO2焊，要获得小颗粒过渡，就必须使用较大的焊接电流。当Ar中加入少量O2时,O2气使钢表面张力降低，减少过渡阻力，从而减少射流过渡的临界电流，更易获得射流过渡。但加入O2量过大，因解离吸热使弧柱电场强度提高，电弧收缩，临界电流反而提高；当Ar中加入少量CO2时,因CO2能提高弧柱电场强度，也使临界电流急剧增加，因而要形成射流过渡比较困难。在CO2焊中采用短路过渡时，若加入20%-25%Ar，就会时焊接过程更为稳定和减少飞溅的效果。3、MAG焊的工作范围4、熔滴过渡形式及特点三种过渡方式的应用范围焊丝直径(mm)短路过渡中间过渡(区)喷射过渡或长弧过渡0.81.01.21.6A50-13070-160120-200150-200V14-1816-1917-2018-21A110-150130-200170-200200-300V18-2218-2419-2622-28A140-180180-250220-320260-390V23-2824-3025-3226-34应用薄板所有焊道。中厚板的填充层，板管的根部焊缝中板的水平位置，下降位置中间层焊缝。中、厚板（填充层和角焊缝）的水平位置和船型位置说明：1）长弧是在CO2气体保护焊接条件下或在CO2含量较高的混合气体保护条件下形成的，主要应用在厚度大于2㎜的构件焊接。焊接位置主要是水平或平角位置；2）

短弧是在电流大约200安培以下范围产生。主要应用于薄板及根部打底层的焊接，焊接位置可应用于受限位置的焊接如：仰焊，立向上，立向下和横焊。焊丝干伸长对焊接电流的影响焊丝干伸长是指从导电嘴到焊丝端头的距离，如图所示。焊接过程中，保持焊丝干伸长不变是保证焊接过程稳定性的重要因素之一。焊丝干伸长对焊丝熔化速度的影响很大，如图所示。当送丝速度不变时，干伸长越大，则电流越小。将使熔滴与熔池温度降低，造成热量不足，而引起未焊透。另外，干伸长太大，电弧不稳，难以操作，同时飞溅也较大和焊缝成形恶化，甚至破坏保护而产生气孔。相反，焊丝干伸长减小时，焊接电流增加，弧长略变短，熔深变大，焊接飞溅金属大量粘附到喷嘴内壁。同时，还妨碍观察电弧，影响焊工操作。当干伸长过小时，易使导电嘴过热而夹住焊丝，甚至烧毁导电嘴，使焊接过程不能正常进行。适宜的焊丝干伸长与焊丝直径有关。如下面经验公式。也就是干伸长大约等于焊丝直径的10倍左右。并随焊接电流的增加而增加。

l=10d（㎜）式中

d——焊丝直径（㎜）气体保护焊表示方法用数字表示（135）\用字母表示（MAG）气体保护焊的焊丝和焊缝的标记主要包含：焊丝、焊缝、保护气体种类这三部分，其中焊丝的标记主要表示它的化学成份，焊缝主要表示机械性能，气体主要表示保护气体的种类。

表1：保护气体的组别符号符号保护气体种类M1M2M3混合气体C氧化性气体MAG焊保护气体的选择

-通常：CO2-Ar为主的气体优点:高熔化效率时飞溅减少.1、碳钢、低合金钢（MAG焊）所用保护气体产品（气体）EN4391)应用92%Ar,8%CO2M21低合金钢**82%Ar18%CO2M21低合金钢*96%Ar，4%O2M22低合金钢**92%Ar，8%O2M22低/高合金钢**88%Ar，12%O2M32低/高合金钢*90%Ar，5%CO2，5%O2M23低/部分高合金钢**80%Ar，15%CO2，5%O2M24低/部分高合金钢**100%CO2C1低合金钢*1）按EN439表2

*适用于脉冲焊**特别适用于脉冲焊2、高合金钢（MAG焊）所用气体产品（气体）EN4391应用99%Ar，1%O2M13高合金钢**97%Ar，3%O2M13高合金钢**97.5%Ar，2.5%CO2M12高合金钢**83%Ar，2%CO2，15%HeM121)2)高合金钢**92%Ar，8%O2M22低/高合金钢**90%Ar，5%CO2，5%O2M23低/部分高合金钢**80%Ar，15%CO2，5%O2M24低/部分高合金钢**1）按EN439表2分类2）按EN439表3中规定的氦气成份**特别适用于脉冲焊

五、MAG焊常见焊接缺陷

（1）气孔的形成准备的坡口不清洁及空气流入到电弧空间中的焊接时会导致冶金气孔的形成。在焊接碳钢时电弧高温度区的CO反应是一种特别典型的气孔形成的因素。（C）+[O]—{CO}（）在固态钢中[]钢中/来自空气结合状态/气态{}气态气体保护焊时缺陷的形成（气孔）熔化极气体保护焊时吸收体的可能性相界表面气孔的长大与释放a)小的结晶