二氧化碳氣體保護焊

1、3.4 二氧化碳氣體保護焊,利用CO2作為保護氣體的熔化極電弧焊方法，簡稱CO2焊。,,,3.4 二氧化碳氣體保護焊,一、二氧化碳氣體保護焊的特點及應用(1)二氧化碳氣體保護焊的熔滴過渡特點 CO2焊的熔滴過渡形式有滴狀過渡、短路過渡和潛弧射滴過渡三種。,1）滴狀過渡 CO2焊在較粗焊絲(>φ1.6mm)、較大焊接電流和較高電弧電壓焊接時，會出現(xiàn)；當電流在小于400A時，為大顆粒滴狀過渡。這種

2、大顆粒呈非軸向過渡(圖3-11)，電弧不穩(wěn)定，飛濺很大，焊縫成形也不好，因此在實際生產(chǎn)中不宜采用。,1）滴狀過渡,CO2焊在較粗焊絲(>φ1.6mm)、較大焊接電流和較高電弧電壓焊接時，當電流在400A以上時，雖然仍為非軸向過渡，但飛濺減小，電弧較穩(wěn)定，焊縫成形較好，在生產(chǎn)中應用較廣。,2）短路過渡,CO2焊時，在采用細焊絲、小電流，特別是較低電弧電壓的情況下，可獲得短路過渡。,2）短路過渡,短路過渡的特點是弧長較短（較低電弧

3、電壓）。短路過渡的過程如圖3-12所示。,2）短路過渡,短路過渡電弧的燃燒、熄滅和熔滴過渡過程均很穩(wěn)定，飛濺小，在要求較小的薄板焊接生產(chǎn)中采用。,3）潛弧射滴過渡,潛弧射滴過渡是介于上述兩種過渡形式之間的過渡形式．此時的焊接電流和電壓比短路過渡大，比細顆粒滴狀過渡小。,3）潛弧射滴過渡,電弧潛入凹坑中，焊絲端頭在焊件表面以下，熔滴由非軸向滴狀過渡轉變?yōu)榧毿〉?、軸向性很強的射滴過渡(但伴有瞬時短路現(xiàn)象)，如圖3-13所示。,3）潛弧

4、射滴過渡,其結果使金屬飛濺量大大減少，焊接過程較穩(wěn)定，母材熔深大，生產(chǎn)中有時被應用于中等厚度和大厚度板材的水平位置焊接。,3）潛弧射滴過渡,需要注意：潛弧射滴過渡的焊縫深而窄，且余高大，成形系數(shù)不夠理想，易產(chǎn)生裂紋。,（2）二氧化碳氣體保護焊的冶金特點,1）焊接過程合金元素的氧化與脫氧CO2電弧高溫下會分解，放出的原子態(tài)氧，易與合金元素產(chǎn)生化學反應，可能造成合金元素燒損。,（2）二氧化碳氣體保護焊的冶金特點,1）

5、焊接過程合金元素的氧化與脫氧生成FeO會使WM產(chǎn)生氣孔及夾渣等缺陷。其次，氧化生成SiO2與MnO減少了焊縫中Si、Mn的含量，使焊縫金屬的力學性能降低。 碳同氧化合生成的CO氣體會增大金屬飛濺，且可能在焊縫金屬中生成氣孔。另外，碳的大量燒損，也要降低焊縫金屬的力學性能。,（2）二氧化碳氣體保護焊的冶金特點,1）焊接過程合金元素的氧化與脫氧一般常用的脫氧元素有Al、Ti、Si、Mn等。在A1、Ti、Si、Mn

6、四種元素中，各自單獨作用時其脫氧效果并不理想。實踐證明，用Si、Mn聯(lián)合脫氧時其效果最好，如目前最常用的H08Mn2SiA焊絲，就是采用Si、Mn聯(lián)合脫氧的焊絲。,（2）二氧化碳氣體保護焊的冶金特點,2）焊縫金屬中的氣孔 對CO2氣體保護焊過程來說．焊縫金屬中的氣孔可能由于下述三種情況造成： ①焊絲中脫氧元素含量不足： 當焊絲金屬中含脫氧元素不足時，焊接過程中就會有較多的FeO溶于熔池金

7、屬中。隨后在熔池冷凝時就會發(fā)生如下的化學反應：,,當熔池金屬冷凝過快時，生成的CO氣體來不及完全從熔池中逸出，從而成為CO氣孔。通常這類氣孔常出現(xiàn)在焊縫根部與表面，且多呈針尖狀。 由此可見，為了防止生成CO氣孔，對于焊絲的化學成分應要求含碳量低和有足夠數(shù)量的脫氧元素，以避免焊接過程中Fe被大量氧化．以及FeO和C在熔池中產(chǎn)生化學反應。,,2）焊縫金屬中的氣孔②氣體保護作用不良：在CO2氣體保護焊過程中，如果因工藝參數(shù)選

8、擇不當?shù)仍蚨贡Ｗo作用變壞，或者CO2氣體純度不高，在電弧高溫下空氣中的氮會溶到熔池金屬中。當熔池金屬冷凝時，隨著溫度的降低，氮在液體金屬中的溶解度降低，尤其是在結晶過程時，溶解度將急劇下降。這時液態(tài)金屬中的氮若來不及外逸，常會在焊縫表面出現(xiàn)蜂窩狀氣孔，或者以彌散形式的微氣孔分布于焊縫金屬中。這些氣孔往往在拋光后檢驗或水壓試驗時才能被發(fā)現(xiàn)。,,實踐表明，要避免產(chǎn)生這種氮氣孔，最主要的是應增強氣體的保護效果，且選用的CO2氣體純度

9、要高。另外，選用含有固氮元素(如Ti和A1)的焊絲，也有助于防止產(chǎn)生氮氣孔。,,③焊縫金屬溶解了過量的氫： CO2氣體保護焊時，如果焊絲及焊件表面有鐵銹、油污與水分，或者CO 2氣體中含有水分，則在電弧高溫作用下這些物質會分解并產(chǎn)生氫。氫在高溫下也易溶于熔池金屬中。隨后，當熔池冷凝結晶時。氫在金屬中的溶解度急劇下降，若析出的氫來不及從熔池中逸出，就引起焊縫金屬產(chǎn)生氫氣孔。因此，為了防止氫氣孔，在焊前應對焊件及焊絲進行清理，

10、去除它們表面上的鐵銹、油污、水分等。另外，還可對CO2氣體進行提純與干燥。 不過，由于CO2氣體具有氧化性，氫和氧會化合，故出現(xiàn)氫氣孔的可能性還是較小的，因而CO2氣體保護焊是一種公認的低氫焊接方法。,,（3）C02焊的飛濺問題 與一般熔化極氣體保護電弧焊相比，CO2焊還有一個非常重要的特點就是存在飛濺。CO2氣體保護焊過程中金屬飛濺損失約占焊絲熔化金屬的10％左右，嚴重時可達30％～40％；在最佳情況下，飛濺損失可控制

11、在2％～4％范圍內(nèi)。 飛濺損失增大，會降低焊絲的熔敷系數(shù)，從而增加焊絲及電能的消耗，降低焊接生產(chǎn)率和增加焊接成本。,,飛濺金屬粘在導電嘴端面和噴嘴內(nèi)壁上，不僅會使送絲不暢而影響電弧穩(wěn)定性，或者降低保護氣的保護作用，惡化焊縫成形質量，還需待焊后進行清理，這就增加了焊接的輔助工時。另外，飛濺出的金屬還容易燒壞焊工的工作服，甚至燙傷皮膚，惡化勞動條件。因此，如何減小和防止產(chǎn)生金屬飛濺，一直是使用CO2氣體保護焊時必須給予重視的問題。,

12、,C02氣體保護焊金屬飛濺問題之所以突出，是與這種焊接方法的冶金特性及工藝特性有關的。因為引起金屬飛濺的因素很多，如冶金反應中生成了CO氣體；作用在焊絲電極斑點上的壓力過大；不正常的熔滴過渡及焊接參數(shù)的選擇不當?shù)?，均可引起飛濺。因此，要減少飛濺，需要根據(jù)實際情況進行具體分析，采取有針對性的措施。目前一種極少飛濺的CO2焊的新技術、新設備已成熟地應用于實際生產(chǎn)。,CO2焊減小飛濺措施,對一般的CO2氣體保護焊來說，有下列一些減小飛濺措

13、施可供考慮：1)選用合適的焊絲材料或保護氣成分 ①盡可能選用含碳量低的鋼焊絲，以減少焊接過程中生成CO氣體。實踐表明，當焊絲中含碳量降低到WC≤O.04％時，可大大減少飛濺。 ②采用管狀焊絲進行焊接。由于管狀焊絲的藥芯中含有脫氧劑、穩(wěn)弧劑及造渣劑等，造成氣渣聯(lián)合保護，使焊接過程非常穩(wěn)定，飛濺可顯著減小。 ②在長弧焊時采用CO2 + Ar的混合氣作保護氣。當含(體積)Ar>60％時，可明顯

14、地使過渡熔滴的尺寸變細，甚至得到噴射過渡，改善了熔滴過渡特性，減小金屬飛濺。,CO2焊減小飛濺措施,1)選用合適的焊絲材料或保護氣成分2)在短路過渡焊接時，合理選擇焊接電源特性并匹配合適的可調電感，以采用相應直徑的焊絲，均可調得合適的短路電流增長速度，以減小飛濺。3)一般應選用直流反極性進行焊接。4)當采用不同的熔滴過渡形式時，均要合理選定焊接參數(shù)，以獲得最小的飛濺。,2．二氧化碳氣體保護焊的應用,C02焊由于具有成本低、抗氫氣孔

15、能力強、適合薄板焊接、易進行全位置焊等優(yōu)點，所以廣泛應用于低碳鋼和低合金鋼等黑色金屬材料的焊接。對于焊接不銹鋼，因焊縫金屬有增碳現(xiàn)象，影響抗晶間腐蝕性能，因此使用較少。對容易氧化的有色金屬如Cu、Al、Ti等，則不能應用CO2焊。,,二、CO2焊的焊接材料 二氧化碳氣體保護焊用的焊接材料，主要是指CO2氣體和焊絲。本節(jié)僅從工藝角度介紹選用CO2氣體和焊絲時應注意的問題。,,1．CO2氣體 C02氣體是一種無色、無味的氣體

16、，在0℃和101.3kPa氣壓時，它的密度為1.9768g／L，是空氣的1.5倍。CO2氣體在常溫下很穩(wěn)定，但在高溫下(5000K左右)幾乎能全部分解。 C02氣體保護焊可以采用由專業(yè)廠所提供的CO2氣體，也可心采用食品加工廠的副產(chǎn)品CO2氣體，但均應滿足焊接對氣體純度的要求。CO2氣體的純度對焊縫金屬的致密性和塑性有較大的影響，影響焊縫質量的主要有害雜質是水分和氮氣。焊接時對焊縫質量要求越高，則對CO2氣體純度要求越高。氣體純

17、度高，獲得的焊縫金屬塑性就好。,,試驗證明，在焊接現(xiàn)場采取以下措施，對減少氣體中的水分有顯著效果： 1）將新灌氣瓶倒立靜置1～2h，然后打開閥門，把沉積在下部的自由狀態(tài)的水排出?？煞潘?～3次，每次放水間隙為30min左右。 2）經(jīng)放水處理后的氣瓶，在使用前先放氣2～3min，放掉氣瓶上面部分的氣體，因為這部分氣體通常含有較多的空氣和水分。 3）在氣路系統(tǒng)中設置干燥器，以進一步減少CO2氣體中的水分。 4

18、）瓶中氣壓降到接近980kPa（約10個工程大氣壓）時，不再使用。,,供焊接用的C02氣體，通常是以液態(tài)裝于鋼瓶中。液態(tài)CO2是無色液體，其密度隨溫度變化而變化。當溫度低于-11℃時，大于水在標準狀態(tài)時的密度；反之，則小于水的標準密度。液態(tài)C02按重量計量，在0℃、101.3kPa氣壓時，lkg液態(tài)CO2可氣化成509L的氣態(tài)CO2。一般容量為40L的標準鋼瓶，可以灌入25kg液態(tài)CO2。在上述的條件下，則可氣化生成12.7m3的

19、氣態(tài)C02，若焊接時氣體流量為10L／min，則可連續(xù)使用約24h。CO2氣瓶漆成黑色，標有“CO2”黃色字樣。,,2．焊絲 C02焊的焊絲設計、制造和使用原則，除與上述的MIG焊、MAG焊有相同之處，還對焊絲的化學成分有特殊要求，如： 1)焊絲必須含有足夠數(shù)量的脫氧元素。 2)焊絲的含碳量要低，一般要求WC<0.15％。 3)應保證焊縫金屬具有滿意的力學性能和抗裂性能。,,目前H08Mn2SiA

20、焊絲是CO2焊中應用最廣泛的一種焊絲。它有較好的工藝性能和力學性能以及抗熱裂紋能力，適宜于焊接低碳鋼和σb≤500MPa的低合金鋼，以及焊后熱處理強度σb≤1200MPa的低合金高強度鋼。,CO2焊焊絲的發(fā)展趨勢,從焊絲的發(fā)展情況看，很多焊絲新產(chǎn)品中均降低了含碳量(wc=0.03％～0.06％)，且添加了鈦、鋁、鋯等合金元素，以期進一步減少飛濺，提高抗氣孔能力及焊縫的力學性能。 另外，還開發(fā)了焊絲涂層技術，即在焊絲表面涂覆