二氧化碳气体保护焊

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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(>φ1.6mm)、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,飞溅很来自百度文库,焊缝成形也不好,因此在实际生 产中不宜采用。
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。
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 ①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 WC≤O.04%时,可大大减少飞溅。 ②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。 ②在长弧焊时采用CO2 + Ar的混合气作保护气。当 含(体积)Ar>60%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。
(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。
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;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。
常用CO2焊的焊丝牌号、化学成分及应用见表3-9

表3-9 常用CO2焊的焊丝牌号、化学成分及应用
思考与练习
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。
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。
1.CO2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1.9768g/L,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。
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)焊缝金属中的气孔 ②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。
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=0.03%~0.06%),且添加了钛、铝、锆等合金 元素,以期进一步减少飞溅,提高抗气孔能力及焊缝的力 学性能。 另外,还开发了焊丝涂层技术,即在焊丝表面涂覆一 层碱金属、碱土金属或稀土金属的化合物(如Cs2C03、 K2C03、Na2C03等),以提高焊丝发射电子的能力及大大 降低金属熔滴从粗滴向细滴过渡转变的临界电流,从而减 少飞溅,改善焊缝成形。
(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30 %~40%;在最佳情况下,飞溅损失可控制在2 %~4%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。
(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 能由于下述三种情况造成: ①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。
1)滴状过渡
CO2焊在较粗焊丝(>φ1.6mm)、较大焊接电流和较高电弧 电压焊接时, 当电流在400A以上时,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
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。
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。
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1~2h,然后打开阀门,把沉 积在下部的自由状态的水排出。可放水2~3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2~3min, 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。
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。
供焊接用的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10L/min,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WC<0.15%。 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σb≤500MPa的低合金钢,以及焊后 热处理强度σb≤1200MPa的低合金高强度 钢。

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。
③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。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。
(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MnO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。
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