二氧化碳气体保护焊

1、3.4 二氧化碳气体保护焊,利用CO2作为保护气体的 熔化极电弧焊方法， 简称CO2焊。,3.4 二氧化碳气体保护焊,一、二氧化碳气体保护焊的特点及应用 (1)二氧化碳气体保护焊的熔滴过渡特点 CO2焊的熔滴过渡形式有滴状过渡、短路过渡和潜弧射滴过渡三种。,1）滴状过渡 CO2焊在较粗焊丝(1.6mm)、较大焊接电流和较高电弧电压焊接时，会出现；当电流在小于400A时，为大颗粒滴状过渡。这种大颗粒呈非轴向过渡(图3-11)，电弧不稳定，飞溅很大，焊缝成形也不好，因此在实际生产中不宜采用。,1）滴状过渡,CO2焊在较粗焊丝(1.6mm)、较大焊接电流和较高电弧电压焊接时， 当电流在400A以上时

2、，虽然仍为非轴向过渡，但飞溅减小，电弧较稳定，焊缝成形较好，在生产中应用较广。,2）短路过渡,CO2焊时，在采用细焊丝、小电流，特别是较低电弧电压的情况下，可获得短路过渡。,2）短路过渡,短路过渡的特点是弧长较短（较低电弧电压）。 短路过渡的过程如图3-12所示。,2）短路过渡,短路过渡电弧的燃烧、熄灭和熔滴过渡过程均很稳定， 飞溅小， 在要求较小的薄板焊接生产中采用。,3）潜弧射滴过渡,潜弧射滴过渡是介于上述两种过渡形式之间的过渡形式此时的焊接电流和电压比短路过渡大，比细颗粒滴状过渡小。,3）潜弧射滴过渡,电弧潜入凹坑中，焊丝端头在焊件表面以下，熔滴由非轴向滴状过渡转变为细小的、轴向性很强的

3、射滴过渡(但伴有瞬时短路现象)，如图3-13所示。,3）潜弧射滴过渡,其结果使金属飞溅量大大减少， 焊接过程较稳定， 母材熔深大， 生产中有时被应用于中等厚度和大厚度板材的 水平位置焊接。,3）潜弧射滴过渡,需要注意： 潜弧射滴过渡的焊缝深而窄， 且余高大， 成形系数不够理想， 易产生裂纹。,（2）二氧化碳气体保护焊的冶金特点,1）焊接过程合金元素的氧化与脱氧 CO2电弧高温下会分解， 放出的原子态氧， 易与合金元素产生化学反应， 可能造成合金元素烧损。,（2）二氧化碳气体保护焊的冶金特点,1）焊接过程合金元素的氧化与脱氧 生成FeO会使WM产生气孔及夹渣等缺陷。 其次，氧化生成SiO2与Mn

4、O减少了焊缝中Si、Mn的含量，使焊缝金属的力学性能降低。 碳同氧化合生成的CO气体会增大金属飞溅，且可能在焊缝金属中生成气孔。 另外，碳的大量烧损，也要降低焊缝金属的力学性能。,（2）二氧化碳气体保护焊的冶金特点,1）焊接过程合金元素的氧化与脱氧 一般常用的脱氧元素有Al、Ti、Si、Mn等。 在A1、Ti、Si、Mn四种元素中，各自单独作用时其脱氧效果并不理想。 实践证明，用Si、Mn联合脱氧时其效果最好， 如目前最常用的H08Mn2SiA焊丝，就是采用Si、Mn联合脱氧的焊丝。,（2）二氧化碳气体保护焊的冶金特点,2）焊缝金属中的气孔 对CO2气体保护焊过程来说焊缝金属中的气孔可能由于下

5、述三种情况造成： 焊丝中脱氧元素含量不足： 当焊丝金属中含脱氧元素不足时，焊接过程中就会有较多的FeO溶于熔池金属中。随后在熔池冷凝时就会发生如下的化学反应：,当熔池金属冷凝过快时，生成的CO气体来不及完全从熔池中逸出，从而成为CO气孔。通常这类气孔常出现在焊缝根部与表面，且多呈针尖状。 由此可见，为了防止生成CO气孔，对于焊丝的化学成分应要求含碳量低和有足够数量的脱氧元素，以避免焊接过程中Fe被大量氧化以及FeO和C在熔池中产生化学反应。,2）焊缝金属中的气孔 气体保护作用不良： 在CO2气体保护焊过程中，如果因工艺参数选择不当等原因而使保护作用变坏，或者CO2气体纯度不高，在电弧高温下空气

6、中的氮会溶到熔池金属中。 当熔池金属冷凝时，随着温度的降低，氮在液体金属中的溶解度降低，尤其是在结晶过程时，溶解度将急剧下降。 这时液态金属中的氮若来不及外逸，常会在焊缝表面出现蜂窝状气孔，或者以弥散形式的微气孔分布于焊缝金属中。 这些气孔往往在抛光后检验或水压试验时才能被发现。,实践表明，要避免产生这种氮气孔，最主要的是应增强气体的保护效果，且选用的CO2气体纯度要高。另外，选用含有固氮元素(如Ti和A1)的焊丝，也有助于防止产生氮气孔。,焊缝金属溶解了过量的氢： CO2气体保护焊时，如果焊丝及焊件表面有铁锈、油污与水分，或者CO 2气体中含有水分，则在电弧高温作用下这些物质会分解并产生氢。

7、氢在高温下也易溶于熔池金属中。随后，当熔池冷凝结晶时。氢在金属中的溶解度急剧下降，若析出的氢来不及从熔池中逸出，就引起焊缝金属产生氢气孔。因此，为了防止氢气孔，在焊前应对焊件及焊丝进行清理，去除它们表面上的铁锈、油污、水分等。另外，还可对CO2气体进行提纯与干燥。 不过，由于CO2气体具有氧化性，氢和氧会化合，故出现氢气孔的可能性还是较小的，因而CO2气体保护焊是一种公认的低氢焊接方法。,（3）C02焊的飞溅问题 与一般熔化极气体保护电弧焊相比，CO2焊还有一个非常重要的特点就是存在飞溅。CO2气体保护焊过程中金属飞溅损失约占焊丝熔化金属的10左右，严重时可达3040；在最佳情况下，飞溅损失可

8、控制在24范围内。 飞溅损失增大，会降低焊丝的熔敷系数，从而增加焊丝及电能的消耗，降低焊接生产率和增加焊接成本。,飞溅金属粘在导电嘴端面和喷嘴内壁上，不仅会使送丝不畅而影响电弧稳定性，或者降低保护气的保护作用，恶化焊缝成形质量，还需待焊后进行清理，这就增加了焊接的辅助工时。另外，飞溅出的金属还容易烧坏焊工的工作服，甚至烫伤皮肤，恶化劳动条件。因此，如何减小和防止产生金属飞溅，一直是使用CO2气体保护焊时必须给予重视的问题。,C02气体保护焊金属飞溅问题之所以突出，是与这种焊接方法的冶金特性及工艺特性有关的。因为引起金属飞溅的因素很多，如冶金反应中生成了CO气体；作用在焊丝电极斑点上的压力过大；

9、不正常的熔滴过渡及焊接参数的选择不当等，均可引起飞溅。 因此，要减少飞溅，需要根据实际情况进行具体分析，采取有针对性的措施。 目前一种极少飞溅的CO2焊的新技术、新设备已成熟地应用于实际生产。,CO2焊减小飞溅措施,对一般的CO2气体保护焊来说，有下列一些减小飞溅措施可供考虑： 1)选用合适的焊丝材料或保护气成分 尽可能选用含碳量低的钢焊丝，以减少焊接过程中生成CO气体。实践表明，当焊丝中含碳量降低到WCO.04时，可大大减少飞溅。 采用管状焊丝进行焊接。由于管状焊丝的药芯中含有脱氧剂、稳弧剂及造渣剂等，造成气渣联合保护，使焊接过程非常稳定，飞溅可显著减小。 在长弧焊时采用CO2 + Ar的混

10、合气作保护气。当含(体积)Ar60时，可明显地使过渡熔滴的尺寸变细，甚至得到喷射过渡，改善了熔滴过渡特性，减小金属飞溅。,CO2焊减小飞溅措施,1)选用合适的焊丝材料或保护气成分 2)在短路过渡焊接时，合理选择焊接电源特性并匹配合适的可调电感，以采用相应直径的焊丝，均可调得合适的短路电流增长速度，以减小飞溅。 3)一般应选用直流反极性进行焊接。 4)当采用不同的熔滴过渡形式时，均要合理选定焊接参数，以获得最小的飞溅。,2二氧化碳气体保护焊的应用,C02焊由于具有成本低、抗氢气孔能力强、适合薄板焊接、易进行全位置焊等优点，所以广泛应用于低碳钢和低合金钢等黑色金属材料的焊接。对于焊接不锈钢，因焊缝

11、金属有增碳现象，影响抗晶间腐蚀性能，因此使用较少。对容易氧化的有色金属如Cu、Al、Ti等，则不能应用CO2焊。,二、CO2焊的焊接材料 二氧化碳气体保护焊用的焊接材料，主要是指CO2气体和焊丝。本节仅从工艺角度介绍选用CO2气体和焊丝时应注意的问题。,1CO2气体 C02气体是一种无色、无味的气体，在0和101.3kPa气压时，它的密度为1.9768gL，是空气的1.5倍。CO2气体在常温下很稳定，但在高温下(5000K左右)几乎能全部分解。 C02气体保护焊可以采用由专业厂所提供的CO2气体，也可心采用食品加工厂的副产品CO2气体，但均应满足焊接对气体纯度的要求。CO2气体的纯度对焊缝金属

12、的致密性和塑性有较大的影响，影响焊缝质量的主要有害杂质是水分和氮气。焊接时对焊缝质量要求越高，则对CO2气体纯度要求越高。气体纯度高，获得的焊缝金属塑性就好。,试验证明，在焊接现场采取以下措施，对减少气体中的水分有显著效果： 1）将新灌气瓶倒立静置12h，然后打开阀门，把沉积在下部的自由状态的水排出。可放水23次，每次放水间隙为30min左右。 2）经放水处理后的气瓶，在使用前先放气23min，放掉气瓶上面部分的气体，因为这部分气体通常含有较多的空气和水分。 3）在气路系统中设置干燥器，以进一步减少CO2气体中的水分。 4）瓶中气压降到接近980kPa（约10个工程大气压）时，不再使用。,供焊

13、接用的C02气体，通常是以液态装于钢瓶中。 液态CO2是无色液体，其密度随温度变化而变化。当温度低于-11时，大于水在标准状态时的密度；反之，则小于水的标准密度。液态C02按重量计量，在0、101.3kPa气压时，lkg液态CO2可气化成509L的气态CO2。 一般容量为40L的标准钢瓶，可以灌入25kg液态CO2。 在上述的条件下，则可气化生成12.7m3的气态C02，若焊接时气体流量为10Lmin，则可连续使用约24h。 CO2气瓶漆成黑色，标有“CO2”黄色字样。,2焊丝 C02焊的焊丝设计、制造和使用原则，除与上述的MIG焊、MAG焊有相同之处，还对焊丝的化学成分有特殊要求，如： 1)焊丝必须含有足够数量的脱氧元素。 2)焊丝的含碳量要低，一般要求WC0.15。 3)应保证焊缝金属具有满意的力学性能和抗裂性能。,目前H08Mn2SiA焊丝是CO2焊中应用最广泛的一种焊丝。它有较好的工艺性能和力学性能以及抗热裂纹能力，适宜于焊接低碳钢和b500MPa的低合金钢，以及焊后热处理强度b1200MPa的低合金高强度钢。,CO2焊焊丝的发展趋势,从焊丝的发展情况看，很多焊丝新产品中均降低了含碳量(wc=0.030.06)