二氧化碳气体保护半自动焊工艺基础.ppt

1、1,二氧化碳气体保护半自动焊工艺基础,单位：广州造船厂技工学校 作者：马秀侠 电话：81679508,2,二氧化碳气体保护半自动焊工艺基础,本章重点： CO2电弧的原理、特点与应用； 焊接材料； 实芯焊丝CO2设备与焊工艺参数； 陶制衬垫药芯焊丝CO2焊； CO2焊安全知识； 常见的焊接缺陷； 本章难点： 对CO2焊特点的把握； 陶制衬垫药芯焊丝CO2焊； 学习方法建议： 必须充分理解和掌握CO2电弧的原理并与其它焊接方法对比，这是能够准确把握 CO2焊的前提和关键； 药芯焊丝CO2焊是CO2焊发展的重要方向之一，特别要注意陶制衬垫药芯焊丝CO2焊的工艺；,3,第一节：CO2焊的特点及应用,一

2、、CO2焊的实质 定义：二氧化碳气体保护焊是利用CO2作为焊接保护气的一种熔化极气体保护的电弧焊方法； 二氧化碳气体保护焊属于MAG（熔化极活性气体保护焊 ）的一种，所以它的代号也是135。 为何要用CO2作为焊接保护气？ 焊条药皮造气剂的造气结果就是CO2，工业生产中产生大量廉价的CO2； 与焊条电弧焊相比，熔化极气体保护焊效率高。,焊接示意图,4,二、 CO2焊的特点,1、优点： 焊接生产率高：比SMAW高24倍 焊接成本低：是SMAW或SAW的4050% 焊接变形小：HAZ小，尤适于薄板焊接 焊接质量高：对铁锈不敏感，焊缝含氢量低 适用范围广：全位置焊接能力好，打底/填充/盖面、厚/薄板

3、均宜 操作简便：比SMAW易操作、无熔渣或少量熔渣，明弧操作，有利于实现全位置焊 2、“缺点”： 飞溅较大 焊接设备较复杂 抗风能力差（所有气体保护焊的共同缺憾，但药芯焊丝CO2焊无此问题） 不能焊接有色金属 （铝、钛和镁及其合金）,5,二氧化碳气体保护的应用：,从被焊的材料来看： 碳钢、低合金钢、不锈钢和耐热钢。焊补 铸铁的焊接性较差的金属 从功能和用途来看： 焊接、金属表面堆焊、磨损零件和铸钢缺陷的修复 从工件厚度：薄板、中厚板 从焊接位置：全位置焊 从结构上看：车辆、船舶、机械、容器等,6,第三节 CO2焊的冶金特性和焊接材料,一、合金元素的氧化与脱氧 作为焊接保护气体，CO2表现出很强

4、的氧化性 CO2 CO + O + + M=MO+CO M=MO 结果：合金元素烧损；可能造成气孔、飞溅和夹渣。 解决之道： 冶金脱氧，对脱氧剂的要求（能脱氧但不能带来如夹渣、气孔等副作用） Mn-Si联合脱氧 CO2焊专用焊丝08Mn2Si&H08Mn2SiA(GB8110-87) 脱氧剩下的Mn、Si用于补充碳和合金元素的损失 二、关于CO2焊的气孔问题 正常焊接条件下， CO2焊并不容易产生气孔。相反，由于CO2气氛的氧化性，其抗氢气孔能力较强。,7,1、飞溅产生的原因 具体包括以下几个方面： （1）气体爆破引起（c+o=co，高温下膨胀，带动液体溶滴爆破） （2）电弧斑点压力引起（如图

5、：直流正接 ，直流反接 ） （3）焊接参数不当引起 （4）短路过渡引起 2、防止飞溅的措施 （1）正确的选择焊丝（C0.11%,MnSi焊丝） （2）无论正接还是反接都存在斑点压力，直流反接压力小，飞溅小 （3）选择合适焊接工艺参数 （4）短路过渡时串联合适的电感值,三、 CO2焊的飞溅及防止,8,直流正接飞溅示意图,电源,_,+,焊件,溶滴,电弧,飞溅,正离子,点击播放动画,9,直流反接飞溅示意图,电源,+,-,焊件,溶滴,电弧,飞溅,e,点击播放动画,10,四、 CO2焊的气体及焊丝,（一） CO2气体 1、气体的性质： 无色、无味，比空气重，铝白色，标准钢瓶装（40L/25kg）， 指针

6、下降即应换气！ 使用气瓶时应遵守有关的安全规程。 主要杂质：水，纯度要求99.5%，含水，氮不超过0.05%，去除水分的办法： 倒置排水 正置后使用前再预排气 使用干燥器 瓶内气压低至1.0MPa即停止使用,11,（二）焊丝 1、焊丝牌号和化学成分 根据最新的国家标准，焊丝用型号表示，已不再用牌号表示！ 实芯焊丝(solid wire) GB/T8110-1987二氧化碳气体保护焊用钢焊丝采用的是牌号表示法，如H08Mn2SiA。 GB/T8110-1995气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝采用的是型号表示法，如ER50-6。 实芯焊丝抗气孔的性能较好，焊缝的力学性能达到国际标准的要求，由于实

7、芯焊丝熔渣少，一些重型机械厂在厚板多层焊或窄间隙焊中得到较好的应用。 焊丝的直径系列有 0.8、1.0、1.2、（1.4）、1.6、2.0、2.5、（3.0）、3.2mm，表面通常镀铜以防生锈（最新的技术使焊丝已取消镀铜，改为涂层，效果更好）。,12,2、药芯焊丝(flux-cored wire) 也称为粉芯焊丝或管状焊丝，其特点是在CO2气体保护焊时增加了渣保护，必要时还可以通过药粉成分调整焊缝成分和性能的目的。 一. 药芯焊丝的优点： 飞溅少：由于焊丝加入稳弧剂，电弧燃烧稳定。溶滴均匀过度，所以飞溅少； 焊缝成型美观； 可采用大电流进行全位置焊。 二 .药芯焊丝的缺点： 制造工艺复杂； 成

8、本高； 焊接时烟尘较大，对劳动保护要求更高。,13,药芯焊丝的种类： 3.1按焊丝钢管的接缝可分为有缝和无缝两种 3.2按焊丝钢管断面形式可分为O型和梅花形、T型、E型、中间填丝形等，如图： 3.3按照焊丝的药粉渣系可分为：钛型（酸性渣），钙钛型（中性渣）， 钙型（碱性渣） 常用的的药芯焊丝规格有：1.2 1.4 1.6 2.0 2.4 等 药芯焊丝的应用： 药芯焊丝焊接工艺性能好，焊接质量好，对材料的适应性强，熔敷效率高，广泛应用于各种类型的钢结构上，如图药芯焊丝的应用分类：,14,药芯焊丝的应用分类,15,第四节：焊接设备,CO2气体保护焊设备如图所示包括四个部分： 焊接电源 送丝系统 供

9、气系统 焊枪 （一）.焊接电源 CO2气体保护焊电流密度大，气体对电弧的冷却作用，使电弧静特性呈上升趋势，,16,采用不同的外特性（陡降、缓降或平外特性）电源时，电弧的自身调节效果不一样，如图,结论：有图可以看出：当电弧从L1降至L2时，静特性与三种外特性分别交与a、b、c三点，此时焊接电流变化量不一样（ Ia Ib Ic）平的外特性其电弧的自身调节最灵敏，因此，要求电源外特性为平或缓降的,电压,电流,电弧静特性, I b, I c,L1,L2,a,b,c,缓降外特性,陡降外特性, I a,平外特性,17,（二）送丝系统 送丝方式的变化主要在于细丝/平特性（等速送丝）焊机上，以适应不同场合的要

10、求。 推丝式焊枪简单、轻巧，以鹅颈式焊枪多见，实际应用较多；送丝距离有限（通常5M），送细丝效果欠佳 （2） 拉丝式焊枪结构复杂，重量重 适用于远距离送（细、软）丝，,18,（三）供气系统 由气瓶（铝白色）、预热器、减压流量计、气管和电磁气阀组成，必要时可加装干燥器。 通常将预热器、减压器、流量计做为一体，叫CO2减压流量计（通常属于焊机的标准随机配备）。 四）焊枪 根据送丝方式可分为手枪式和鹅颈式两种，如图所示，较常用的是鹅颈式 按冷却方式可分为空冷式和水冷式，较常用的是空冷式,CO2减压流量计,19,第四节 CO2气体保护焊焊接工艺参数,熔滴的过渡形式与特点 熔滴有三种过渡方式：短路过渡、

11、滴状过渡、射流过渡,滴状过渡,短路过渡,射流过渡,过渡方式,定义：焊丝端部的熔滴与熔池表面接触，在过热与电池收缩力的作用下，熔滴爆断直接向熔池过度 低电压、小电流、细焊丝采用段路过渡， 特点：熔深较小，余高较大，焊接变形小，焊缝成型美观，适用于薄板以及全位置焊,定义：熔滴以滴状的形式向熔池自由飞落的过程 高电压、大电流、粗焊丝一般采用细滴过渡方式 特点：焊接过程不稳定，飞溅严重，焊缝成型差，生产上一般不采用,采用大电流和高电压，熔滴以细颗粒状脱离焊丝端部沿轴线方向喷射向熔池过渡 特点：飞溅较少，焊接过程稳定，熔深较大，成型好，多用于粗丝,20,一、（细丝）短路过渡CO2焊工艺参数 实际生产中应

12、用最多的是细丝（1.6 mm ）/短路过渡CO2焊，其工艺要点 一.工艺参数：焊接电流I、焊接电压U、焊丝直径、（焊接速度v ）、气体流量L/min、（焊丝伸出长度）L,电源极性，电感值 1.一般考虑板厚、层数、位置等因素确定焊丝直径，再确定合适的焊接电流，然后匹配以最佳的焊接电压。焊接电压与焊接电流的最佳匹配范围较窄，通常只有约1V。匹配示意图如下：,21,2.焊丝的伸出长度： 焊丝伸出长度是指从导电嘴到焊丝末端的这段焊丝，他是影响焊接过程稳定性的因素，过长，电弧不稳，飞溅较大，焊缝成型恶化，易导致气孔的产生，过短，喷嘴容易被飞溅物堵住，容易烧坏到导电嘴，因此，L10， 3.气体流量 气体流

13、量直接影响电弧区和熔池区的保护效果，气体流量应该根据具体情况而定，一般细焊丝8-15L/Min，粗焊丝15-25L/Min，气体流量并非越大越好，过大，反而容易卷入电弧区空气，其次对电弧冷却，影响电弧的稳定性，也浪费气体 4.电源极性 CO2焊采用直流反接，电弧稳定，飞溅少，但是在堆焊与焊补时选用直流正接，熔深浅，焊接变形小，抗裂性好。 5.电感值 在焊接电源输出回路上串联一个可调节的电感值，用以调节短路电流的增长速度，以稳定电弧和减少飞溅。 二. 焊接工艺参数对焊缝成型的影响 电流、电压、速度对焊接的形状影响最大,22,1.焊缝形状与尺寸（如图） 熔宽：C 熔深：S 余高：h 2.焊接参数对

14、焊缝尺寸的影响如下左表,C,s,b,h,23,细丝短路过渡CO2焊工艺参数的确定也可参考下列的图表。,焊接电流与送丝速度的关系,焊接速度与焊缝成形的关系 1焊缝厚度 2熔深 3焊缝宽度,24,细丝短路过渡CO2焊工艺参数的确定也可参考下列的图表,焊接电压与焊缝成形的关系 1焊缝厚度 2熔深 3焊缝宽度,焊接电流与焊缝成形的关系 1焊缝厚度 2熔深 3焊缝宽度,25,第五节 陶质衬垫CO2气体保护单面焊,CO2陶质衬垫单面焊定义： 是借助于陶质衬垫衬在接缝背面，利用衬垫的耐高温性作背面焊缝成型的依托，实现单面焊双面成型的一种焊接工艺。其示意图如图1，焊接原理见图2。 应用： CO2陶质衬垫单面焊

15、双面成型焊接。可用于焊接（850）mm厚度的船用A、B、D级钢及AH32、AH36、DH32、DH36和EH32、EH36高强度钢的平、立、横位置对接接头和部分角接接头焊缝。,26,陶制衬垫的特点与构成： 1.具有耐高温的特点 2.是非金属材料，焊后不会与焊缝金属粘连。 3.陶制衬垫比较轻巧，拆装方便 4.是一次使用品，不能重复使用 5.陶制衬垫对拼缝的坡口间隙变化适应性强，装配方便 陶制衬垫的构成： 有三部分组成，长度500-600mm，如图所示 1.陶制衬垫块 2. 粘 性 铝 箔 3. 防 粘 纸,27,陶质衬垫单面焊工艺,1.坡口型式与尺寸 平、立位置的对接接缝与角接接头坡口型式，见图

16、。,平、立位置对接接缝坡口型式,角接全熔透焊缝坡口型式,横位置对接拼缝坡口型式,28,2.接缝处的定位焊问题 装配时为了保证反面成型，不允许在坡口内进行定位焊，而是改用“马板”定位，马板的形状与尺寸如图所示，马板尽可能放在坡口的背面，以利于焊工操作。 3.陶制衬垫的安装 做好坡口的周围的清洁工作，清理坡口背面，间隙附近的各种杂物，撕去衬垫的防粘纸，将衬垫从“马板”孔插进，将衬垫中心线对准坡口中心，用力将铝箔粘在钢板上，保证贴平粘紧,“马板”尺寸示意图,29,二. 焊接要领,1.焊接规范的选择 有了衬垫所以封底焊可以选用的焊接电流和电弧电压不宜过小，不同空间的焊接规范见表 陶制衬垫CO2气体保护

17、焊单面焊封底焊道工艺参数 2.封底焊操作要领 熔池的建立 因为陶制衬垫是非金属材料，因此不能在衬垫上直接引弧建立熔池，而是在坡口底两侧上引弧，依靠焊丝和坡口的融化金属流向底部中央建立起熔池。,30,焊丝的指向和摆动方式 熔池建立后，开始正式焊接，焊丝应指向熔池的前半部，因为有衬垫一般不用担心焊穿问题 当间隙适中时焊丝可作均匀的直线移动，当间隙较小时焊速略快，当间隙较大时焊丝应作小幅摆动，并且在坡口两侧略作停留。 焊接速度和焊道厚度 焊接速度应适中，确保封底焊厚度约为4mm左右，焊接速度过快焊道过薄，既不利于气体的逸出，而且结构收缩时可能导致焊道出现裂纹 特别应当指出，焊妥封底焊层焊道之后，应及

18、时清渣，再焊第二层焊道以增加焊缝的厚度（总厚度7mm），这样基本上可避免收缩引起的焊道裂纹 收弧时的缩孔 焊接过程中总会出现息弧现象，在收弧处封底焊焊道表面极易生成米粒小的缩孔，这是因为衬垫的存在使背面凝固最晚，来不及析出的少量气体聚集在此而造成的（几乎所有的非金属材料作衬垫的单面焊均有出现的缺陷）。如果较小，重新引弧有可能融化而消失，收弧时焊道减薄或采用有收弧焊接规范也可以减少缩孔的出现的作用,31,第六节：CO2气体保护焊安全技术,CO2气体保护焊是电弧作焊接热源，焊接过程中存在触电危险，电弧产生弧光强烈，辐射危害大，飞溅可能引起灼伤、火灾或爆炸，析出的有害气体和烟尘损害焊工的身体健康，因

19、此做好安全工作十分重要 一. 预防触电措施 1.焊接电源应放在安全干燥的地方，外壳应可靠接地，电线电缆的接线必须拧紧，并且有保护接地 2. 焊接设备出现故障应有专业电工维修，如属小事故焊工自己维修前也应切断电源 3.焊工必须穿戴合格的个人劳动用品，所有劳动用品都必须绝缘可靠 4.夏天出汗，应防止人体与带电体直接接触。 5.狭小位置焊接时必须有专人监护 6.焊接工作结束，离开现场时应切断电源 二. 预防弧光危害的措施 CO2气体保护焊产生的弧光比手弧焊强烈得多，危害性更大 1.弧光辐射的危害,32,紫外线危害 强烈的紫外线照射皮肤后可引起皮炎，出现红疹和小水泡。紫外线会引起电光 型眼炎，造成眼红

20、，流泪，刺痛。 红外线的危害 红外线主要是对组织的热作用，眼睛受强烈的红外线辐射时感到强烈的灼伤和灼 痛，甚至灼伤视网膜，引起青光眼 可见光危害 比正常光强一万倍，被电弧光近距离照射后看不见周围的东西，产生“晃眼” 2.防止弧光辐射的措施 1.焊工切勿将皮肤裸露在外，焊前仔细检查，是否有漏光现象 2.焊工密集的工作场所，相互之间应设有遮光屏障 3.选择合适的护目镜 三 .预防灼伤和火灾的发生 CO2焊的飞溅情况比手工焊严重的多，焊接时既要保护自己不被灼伤又要防止火灾发生 1.根据现场情况，焊工应确保自己在不被飞溅灼伤的最佳位置上焊接 2.焊前应仔细观察焊接区和周围坏境中是否存在易燃易爆物品，情

21、况不明务焊接 3.工作结束后，应仔细认真检查工作场所及周围是否有残留火苗，确认无事后，才可离开,33,四. 预防有害气体和烟尘的危害 CO2焊时常见的有害气体有CO2、CO和NO2等，使用药芯焊丝时析出的烟尘较多，成分也较复杂，长期吸入，严重者可能导致尘肺、锰中毒等职业病，因此必须采取防护措施。 1.焊工应加强个人防护意识，戴好口罩 2.工作时焊工应处在“上风口”，减少有害气体和烟尘的侵袭 3.加强通风排尘措施，在狭小空间工作时尤其重要。 4.采用先进技术减少烟尘，净化工作环境。 五.气瓶与用气安全 C02气体保护焊，采用气瓶供气的场合，必须遵守气瓶安全检查规程的有关规定。 1.气瓶必须经过检

22、验 2.CO2气瓶的油漆色是银白色，字样是黑色“二氧化碳” 3.CO2气瓶吊运的时候最好采用框架，防止高空坠落 4. CO2气瓶应直立采用，并有定位措施，防止倒下伤人 5. CO2气瓶要有遮阳措施，防止日光暴晒 6. CO2气瓶内的气体不能用尽，剩余气压应不低于1Mpa,34,焊接缺陷,焊接缺陷的定义：“缺陷”指一种或多种不连续的缺欠，按其特性或累加效果致使产品不符合最低使用要求，或者说对焊接接头的合用性构成危险的缺欠称为缺陷。按此定义，缺陷是不容许存在的，必须去除或修补。 常见的焊接缺陷 1. 外观缺陷 外观缺陷（表面缺陷）是指不用借助于仪器，从工件表面用肉眼可以发现的缺陷。常见的外观缺陷有

23、咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等，有时还有气孔、表面夹渣和表面裂纹。单面焊的根部未焊透也位于焊缝表面 1）咬边：由于焊接参数选择不当，或操作方法不正确，沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷（如图）。 产生咬边的主要原因是电弧热量太高，即焊接电流太大，焊接速度太快而造成的。,咬边,35,2）内部缺陷,内部缺陷是指位于焊接接头内部，用无损检测方法和破坏性试验检测到的缺陷。常见的内部缺陷有裂纹、未焊透、未熔合、夹杂（夹渣、夹钨）气孔等。 常用的无损检测方法：RT、UT、PT、MT RT：X射线（周向、定向），射线 UT：眼设施差法，模拟数字超声检测，数字超声检测 PT按渗透剂分为：莹光；着色；莹光、着色 M

24、T按轴向通电方法分为：连续法、剩磁法 内部缺陷 （1） 气孔（porosity） 焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的，也可能是焊接冶金过程中反应生成的。,36,气孔产生的原因： 母材坡口或填充金属表面有水、锈、油污等，焊条及焊剂未烘干会增加氢气孔量；焊缝金属脱氧不足会增加一氧化碳气孔。焊接线能量过小，熔池冷却速度大，不利于气体逸出；电弧电压过高会增大空气侵入机会，也会产生气孔。 仰焊位和横焊位（气泡上浮受阻）易产生气孔。焊环缝比纵缝（相同厚度）易出气孔（气体逸出路程加大）。 SMAW焊接时，焊接电流过大可能产生气孔。电弧偏吹（磁场、侧风、焊

25、条偏心）也可能产生气孔。 气孔的危害： 气孔减小了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松，从而降低了接头的强度，降低塑性，还会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素。氢气孔还可能促成冷裂纹。,气孔,气孔,37,防止气孔的措施 清除焊丝的油污锈蚀等，工件坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物。 焊条、焊剂要彻底烘干。 采用直流反接并用短电弧施焊。 焊前预热，减缓冷却速度。 用线能量较大的规范施焊。 q =U *I / V 式中： I ：焊接电流 A； U：电弧电压 V； v ：焊接速度 cm/s Q：线能量 J/cm,38,（2）夹渣（slag inclusio） 夹渣是指焊后熔渣残存在焊缝中的现象。 （

26、1） 夹渣的分布和形状有单个点状夹渣、条状夹渣、 链状夹渣和密集夹渣。夹渣属于非金属氧化物。 （2）夹渣 产生的原因： 坡口尺寸不合理； 坡口有污物； 多层焊时，层间清渣不彻底； 焊接线能量小； 焊缝散热太快，液态金属凝固过快； 焊条药皮、焊剂化学成分不合理，冶金反应不完全，脱渣性不好； 焊条电弧焊时，焊条摆动不正确，不利于熔渣上浮。,加渣,39,（3）夹渣的危害：点状夹渣的危害与气孔相似，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，尖端还会发展为裂纹源，危害较大。 （4）防止夹渣的措施 正确选择焊接规范，掌握运条技术，使熔池中焊剂充分熔化； 采用焊接性能良好的经过烘干的焊条； 严格清理焊件坡口和中间焊道的熔渣。 3）裂纹 裂纹是金属原子的结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙。 裂纹的分类 （1）热裂纹：一般是指在焊缝稍低于凝固温度时产生的裂纹，焊接完毕即出现，即液态金属一次结晶时产生的裂纹。这种裂纹多贯穿在焊缝表面，裂纹面上呈氧化色，失去金属光