熔化极气体保护电弧焊方法与设备使用

任务五熔化极气体保护电弧焊方法与设备使用

---CO2部分

教学目标：了解二氧化碳气体保护焊的基本原理、工艺特点及应用范围；

能合理选用焊丝和控制冶金过程；

能合理制定焊接工艺；

掌握典型焊接接头半自动二氧化碳气体保护电弧焊操作技术；

了解二氧化碳气体保护电弧焊的新技术。

教学活动设计：1在实训室中进行讲练结合的现场教学；

2．利用多媒体课件、仿真等辅助教学；

教学重点：条电弧焊的原理、工艺特点

制定焊条电弧焊工艺；

掌握焊条电弧焊操作技术

教学难点：对工艺制定及操作的掌握

学习单元一认知CO2气体保护焊

一、CO2焊的实质

CO2气体保护电弧焊是利用CO2作为保护气体的熔化极电弧焊方法。这种方法以CO2气体作为保护介质，使电弧及熔池与周围空气隔离，防止空气中氧、氮、氢对熔滴

和熔池金属的有害作用，从而获得优良的机械保护性能。

二、CO2焊的特点

1．优点

1）焊接生产率高。由于焊接电流密度较大，电弧热量利用率较高，以及焊后不需清渣，因此提高了生产率。CO2焊的生产率比普通的焊条电弧焊高2~4倍。

2）焊接成本低。CO2气体来源广，价格便宜，而且电能消耗少，故使焊接成本降低。通常CO2焊的成本只有埋弧焊或焊条电弧焊的40％~50％。

3）焊接变形小。由于电弧加热集中，焊件受热面积小，同时CO2气流有较强的冷却作用，所以焊接变形小，特别适宜于薄板焊接。

4）焊接品质较高。对铁锈敏感性小，焊缝含氢量少，抗裂性能好。

5）适用范围广。可实现全位置焊接，并且对于薄板、中厚板甚至厚板都能焊接。

6）操作简便。焊后不需清渣，且是明弧，便于监控，有利于实现机械化和自动化焊接。

2．缺点

1）飞溅率较大，并且焊缝表面成形较差。金属飞溅是CO2焊中较为突出的问题，这是主要缺点。

2）很难用交流电源进行焊接，焊接设备比较复杂。

3）抗风能力差，给室外作业带来一定困难。

4）不能焊接容易氧化的有色金属。

CO2焊的缺点可以通过提高技术水准和改进焊接材料、焊接设备加以解决，而其优点却是其他焊接方法所不能比的。因此，可以认为CO2焊是一种高效率、低成本的节能焊接方法。

三、CO2焊的应用

CO2焊主要用于焊接低碳钢及低合金钢等黑色金属。对于不锈钢，由于焊缝金属有增碳现象，影响抗晶间腐蚀性能。所以只能用于对焊缝性能要求不高的不锈钢焊件。此外，CO2焊还可用于耐磨零件的堆焊、铸钢件的焊补以及电铆焊等方面。目前CO2焊已在汽车制造、机车和车辆制造、化工机械、农业机械、矿山机械等部门得到了广泛的应用。

学习单元二CO2焊的冶金特性和焊接材料

一、合金元素的氧化与脱氧

1．合金元素的氧化

CO2及其在高温分解出的氧，都具有很强的氧化性。随着温度的提高，氧化性增强。氧化反应的程度取决于合金元素在焊接区的浓度和它们对氧的亲和力。熔滴和熔池金属中Fe的浓度最大，Fe的氧化比较激烈。Si、Mn、C的浓度虽然较低，但它们与氧的亲和力比Fe大，所以也很激烈。

2．氧化反应的结果

反应生成的CO气体有两种情况：其一是在高温时反应生成的CO气体，由于CO气体体积急剧膨胀，在逸出液态金属过程中，往往会引起熔池或熔滴的爆破，发生金属的

溅损与飞溅。其二是在低温时反应生成的CO气体，由于液态金属呈现较大的粘度和较强的表面张力，产生的CO无法逸出，最终留在焊缝中形成气孔。

合金元素烧损、气孔和飞溅是CO2焊中三个主要的问题。它们都与CO2电弧的氧化性有关，因此必须在冶金上采取脱氧措施予以解决。但应指出，气孔、飞溅除和CO2气体的氧化性有关外，还和其它因素有关，这些问题以后还要讨论。

3．CO2焊的脱氧

加入到焊丝中的Si和Mn，在焊接过程中一部分直接被氧化和蒸发，一部分耗于FeO 的脱氧，剩余的部分则残剩留在焊缝中，起焊缝金属合金化作用，所以焊丝中加入的Si 和Mn，需要有足够的数量。但是焊丝中Si、Mn的含量过多也不行。Si含量过高会降低焊缝的抗热裂纹能力；Mn含量过高会使焊缝金属的冲击值下降。

此外，Si和Mn之间的比例还必须适当，否则不能很好地结合成硅酸盐浮出熔池，而会有一部分SiO2或者MnO夹杂物残留在焊缝中，使焊缝的塑性和冲击值下降。

根据试验，焊接低碳钢和低合金钢用的焊丝，一般w（Si）为1%左右。经过在电弧中和熔池中烧损和脱氧后，还可在焊缝金属中剩下约0.4%~0.5%。焊丝中w (Mn)一般为1％~2％左右。

二、CO2焊的气孔及防止

CO2焊时，由于熔池表面没有熔渣覆盖，CO2气流又有冷却作用，因而熔池凝固比较快。如果焊接材料或焊接工艺处理不当，可能会出现CO气孔、氮气孔和氩气孔。

1．CO气孔

在焊接熔池开始结晶或结晶过程中，熔池中的C与FeO反应生成的CO气体来不及逸

出，而形成CO气孔。这类气孔通常出现在焊缝的根部或近表面的部位，且多呈针尖状。

2．氮气孔

在电弧高温下，熔池金属对N2有很大的溶解度。但当熔池温度下降时，N2在液态金属中的溶解度便迅速减小，就会析出大量N2，若未能逸出熔池，便生成N2气孔。N2气孔常出现在焊缝近表面的部位，呈蜂窝状分布，严重时还会以细小气孔的形式广泛分布在焊缝金属之中。这种细小气孔往往在金相检验中才能被发现，或者在水压试验时被扩大成渗透性缺陷而表露出来。

3．氢气孔

氢气孔产生的主要原因是，熔池在高温时溶入了大量氢气，在结晶过程中又不能充分排出，留在焊缝金属中成为气孔。

三、CO2焊的飞溅及防止

1．飞溅产生的原因

飞溅是CO2焊最主要的缺点，严重时甚至要影响焊接过程的正常进行。产生飞溅的主要原因如下：

1）气体爆炸引起的飞溅。

2）由电弧斑点压力而引起的飞溅。

3）短路过渡时由于液态小桥爆断引起的飞溅。

4）当焊接参数选择不当时，也会引起飞溅。

2．减少金属飞溅的措施