CO2气体保护焊介绍

CO2气体保护焊
第一章概述
CO2气体保护焊是50年代研究成功的，40多年来，CO2气体保护焊已成为非常重要的焊接方法之一。

我国在60年代开始用于生产，多年来，CO2气体保护焊已广泛应用于造船、汽车、化工、锅炉、工程机械以及集装箱等方面。

第一节CO2气体保护焊的原理及特点
一、原理
CO2气体保护焊是利用从喷嘴中喷出的CO2气体隔绝空气，保护熔池的一种先进的熔化方法。

二、特点
1、CO2气体保护焊的优点：
⑴生产效率高
①CO2气体保护焊采用的电流密度大。

CO2气体保护焊采用密度通常为100~300A/mm2，焊丝熔化速度快，母材熔深大。

②气体保护焊焊接过程中产生的熔渣少，多层焊时，层间不必清渣。

由于焊丝伸出
10~20，焊接可达性好，所以坡口可适当开小，减少了焊丝的用量。

③CO2气体保护焊采用整盘焊丝，焊接过程中不必换焊丝，提高了生产效率。

如电
焊条的生产效率就低。

⑵对油锈不敏感因为CO2在焊接过程中，CO2气体分解，氧化性强，对工件上的油、
锈不敏感，只要工件上没有明显的黄锈，不必清理。

当焊接气孔多时，我们有时到
气站增加CO2含量。

⑶焊接变形小CO2气体保护焊电流密度高，电弧集中、CO2气体对工件有冷却作用，
受热面小，焊后变形小。

特别适用于薄板的焊接。

⑷采用明弧CO2气体保护焊电弧可见性好，容易对准焊缝、观察并控制熔池。

⑸操作方便CO2气体保护焊采用自动送丝，不必如焊条一样用手工送丝，焊接平
稳。

⑹成本低
2、缺点
⑴飞溅大CO2气体保护焊焊后清理麻烦，在规范合理的情况下，产生的飞溅不是太
多。

因此焊前调节合理的焊接规范是非常重要的。

合理的焊接规范的评定：
①飞溅少
②电弧的声音均匀、悦耳
⑶送丝均匀、平稳
⑷焊缝均匀、纹路清晰
⑵弧光强焊接时要多加防护
⑶抗风力弱由于气体抗风能力不强，焊接时需采取必要的防风措施
⑷不灵活由于焊枪和送丝软管较重，在小范围内操作不灵活，特别是水冷焊枪
第二节CO2气体保护焊电弧与过渡形式
一、电弧的极性
CO2气体保护焊采用直流反接，采用反接时电弧稳定。

飞溅少，熔深大。

二、过渡形式
CO2气体保护焊熔滴过渡形式可分为三种：（也有分四种）
1、短路过渡当电流很小时，电弧电压很低，焊接时不断发生短路，此时电弧稳
定，飞溅小，焊缝成形良好。

广泛应用于薄板和空间位置的焊接。

⑴单面焊双面成形只有在小规范条件下才能形成，规范大时，电弧对熔池的冲击
力强，容易焊穿，不能形成单面焊双面成形。

⑵CO2气体保护焊和手工电焊条一样，只有在小规范情况下才能形成。

也就是说
只有在短路过渡情况下，才能形成单面焊双面成形。

⑶拼板自动焊也是单面焊双面成形，也只有在短路过渡条件下才能单面焊双面成
形。

⑷短路过渡时，熔滴越小，过渡越快，焊接越稳定。

为了焊接过程的稳定，要选
择最合适的电弧电压，对于直径为φ0.8 ~φ1.2mm的焊丝，该值为20V左右。

调节到一个合理的焊接规范时，可以听到均匀的“滋滋”的声音，且焊缝成形良好，渗透均匀，纹路清晰。

2、颗粒过渡（分为大颗粒过渡、小颗粒过渡、喷射过渡）
电流较大，电压较高时，会产生颗粒过渡。

3、半短路过渡
在两者之间就为颗粒过渡。

第三节混合气体保护焊
与CO2气体保护焊相比，混合气体保护焊具有的优、缺点：
1、飞溅少
2、合金元数烧损少
3、焊缝质量高
焊缝冲击韧性比CO2高
4、焊薄板时焊接工艺参数范围大。

5、熔深相对浅一点
6、焊接电流相对CO2要小一点。

（相同规范）
焊相同厚度的板材，用混合气时的电压可以适当大一点。

7、焊接碳钢及低合金钢时用Ar（70~80%）+CO2（30~20%）
第二章焊接材料
焊接材料主要包括焊接气体和焊丝。

一、焊接气体
1、焊接用保护气体CO2纯度大于99.5%，H2O不大于0.005%。

2、瓶装CO2气体钢瓶主体喷成银白色，用黑色标明“二氧化碳”字样。

3、我公司主要使用的是Ar（70~80%）+CO2（30~20%）混合气
4、保护气流量15~25L/min为适当。

如果气流量太小，将产生气孔。

我公司使用的是管道
供气，在现场焊接过程中，从气包出来的输送气管不易太长，太长会使用气体受阻，压力减少，气流量下降，从而导致产生气孔。

二、焊接材料
焊丝分为实心焊丝和药心焊丝。

常用实心焊丝为H08Mn2SiA。

第三章CO2气体保护焊设备
CO2气体保护焊设备包括：供气系统、焊接电源、送丝机构、焊枪。

一、供气系统
1、减压阀将气瓶中的高压CO2气体的压力降低。

2、流量计用来调节和测量气体流量
3、预热器防止瓶口结冰阻碍CO2气体的流出
二、焊接电源
三、送丝机构
包括机架、送丝电机、焊丝矫直轮、压紧轮和送丝轮等，还有装卡焊丝盘、电缆及焊枪机构。

1、对送丝机构的要求：
⑴送丝速度均匀稳定
⑵调节方便
⑶结构牢固、轻巧
2、送丝方式
⑴推丝式送丝这种送丝形式就是我们所用的焊枪形式。

焊枪与送丝机构是分开的，
焊丝经一段送丝软管送到焊枪中。

这种焊枪的结构简单，轻便，但焊
丝通过软管时受到的阻力大，因而软管长度受到限制，通常只能在离
送丝机3~5m。

⑵拉丝式送丝送丝机构与焊枪合为一体，无软管，送丝阻力小，速度均匀稳定。

但
复杂，重量大。

⑶推拉式送丝这种送丝结构是上述两种机构的组合。

如我公司使用的箱内自动焊机
构。

利用这种机构我公司解决了箱内焊实现自动焊的可能。

3、送丝轮
4、焊枪
⑴拉丝式焊枪这种焊枪送丝均匀稳定，只能使用φ0.5~φ0.8焊丝的焊接。

⑵推丝式焊枪这种焊枪结构简单，操作灵活，但焊丝经过软管时受到较大的阻力，
能使用φ1.0以上的焊丝焊接。

因此我们在用φ0.8焊丝焊接时，焊丝
容易受阻。

在实际生产过程中，首先使用0.8的送丝轮，而且压轮不
宜太紧，送丝软管经常清理。

我们常用的焊枪是鹅颈式焊枪。

焊接电流小时采用自然冷却，焊接电流较大时采用水冷式。

因此我们生产过程中，电流大时，焊枪发热，气流受阻，容易产生气孔。

如图所示为鹅颈式焊枪的结构图。

第四章焊接工艺
第一节焊接工艺参数的选择
合理的选择焊接规范参数是保证焊接质量，提高效率的重要条件。

CO2气体保护焊的工艺参数主要包括：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量、电源极性、焊枪倾角、喷嘴高度等。

一、焊丝直径
焊丝直径越粗，允许使用的焊接电流就越大。

φ1.0和φ1.2的焊接电流就不同,后者电流比前者大。

二、焊接电流
焊接电流根据工件厚度、材质、焊丝直径、施焊位置来决定焊接电流。

我们所用的焊机适用于细丝的焊接，而不适用于粗丝的焊接。

（大于3.2的为粗丝）这种焊机的特点：送丝速度变化时，电弧电压几乎不变化，只是焊接电流发生变化。

送丝速度越大，焊接电流越大。

焊接电流过大，容易引起焊穿、咬边等，且工件的变形大，焊接过程中飞溅大；电流过小，容易产生未熔合、未焊透，焊缝成形不良。

通常在保证焊透、成形良好的情况下，尽可能采用大电流，以提高生产效率。

三、电弧电压
和电流一样，电压也是一个非常重要的焊接参数。

当送丝速度不变时，调节电源特性，此时电流几乎不变，弧长发生变化，电弧电压也发生变化。

为保证焊接成形，电弧电压和焊接电流是相配使用的。

当电压确定了，电流的范围确定了（也就是说送丝速度确定了）。

电弧电压小时，焊接电流也小；电弧电压大时，焊接电流也相应大。

立焊、仰焊时，电弧电压、焊接电流应低于平焊时的电弧电压、焊接电流。

电弧电压和我们所看到的电压表上的电压是不同的。

电弧电压是指导电嘴与工件间测得的电压。

而焊接电压则是电焊机上电压表显示的电压，它是电弧电压与焊机和工件间连接的电缆线上的电压降之和。

很明显焊接电压比电弧电压高。

因此完全限制电压大小，是不合理的。

规定焊接规范只是一个范围。

当电缆的电阻大时，那么电压降就越大，也就是说要得到相同的焊接效果，我们只有是加大焊接电压，从而保证电弧电压达到焊接
要求。

特别我们在焊自动焊时，电缆比较长，电压就要相对加大。

四|、焊接速度
焊接速度在焊接过程中起一个非常重要的作用。

焊接时，电弧将熔化的金属吹开，在电弧作用下成形一个凹坑，随后将熔化的焊丝金属填充进去，如果焊接速度过快，这个凹坑不能完全被填满，将产生咬边，或下陷等缺陷。

在焊丝直径、焊接电流增加时，熔宽和熔深都减少。

也会由于气保护不好，产生气孔。

过慢时，焊道不均匀、未熔合、未焊透，还会增加焊接变形。

五、焊丝伸出长度
焊丝伸出长度是指从导电嘴端部到工件的距离（伸出长度为焊丝直径的10~12倍），保持焊丝伸出长度不变是保证焊接过程稳定的基本条件之一。

当送丝速度不变时，若焊丝伸出长度增加，因预热作用强，焊丝熔化快，电弧电压高，使焊接电流减小，熔滴与熔池温度降低，将造成热量不量不足，容易引起未焊透、未熔合等缺陷。

相反，当焊丝伸出长度减小时，将使熔滴与熔池温度提高，铁水流失。

我们在焊接门板横缝自动焊时，为何把焊枪尽可能抬高，也就是把焊丝伸出长度加大的原因。

这时熔滴与熔池温度降低，对门横梁的冲击力也减小，从减小了门板焊穿的可能。

六、电流极性
CO2气体保护焊基本上都采用直流反接，工件接阴极，焊丝接正极。

焊接过程稳定、飞溅小、熔深大。

七、气体流量
CO2气体流量一般为10~25L/min。

流量过大或过小都会影响保护效果。

八、焊枪的倾角
当焊枪倾角不大于10°时，不论是向前倾还是向后倾，对焊缝成形响影响不大。

过大时将增加熔宽减小熔深，还会增加飞溅。

如图：当焊枪与工件成形后倾时，焊缝窄，熔深较大，焊缝成形不好；焊枪与工件成前倾时，焊缝宽，余高小，熔深小。

（拉着焊）
向左焊时，（左焊法）焊枪采用前倾，不仅可以得到较好的焊缝，而且能够清楚的看到熔池，但容易咬边（推着焊）。

在生产过程中，焊自动焊时（用分体式气管）当左焊有咬边时，可采用右焊法。

（以气吹方向来分）
九、喷嘴到工件的距离
喷嘴到工件的距离一般在10~20mm之间。

太近，不容易观察熔池；太远，容易跳丝、焊丝容易弯曲，导致焊缝弯曲。

第二节操作技术
一、运弧方式
直线运弧用于大规范焊接（电压大于24V）
划圈运弧用于小规范焊接（电压小于24V）
二、定位焊（点焊）
由于CO2气体保护焊明热量较大，要求定位焊有足够的强度。

通常定位焊都不磨去，保留在焊缝中，焊接过程中不能全部熔去，因此CO2定位焊时，要求熔合良好、余高不能太高、不能有缺陷。

第三节常见缺陷
一、设备故障
“三分手艺，七分设备”，这是人之常情的道理。

要取得良好的焊缝，设备的性能将起到非常关键的作用。

二、由于焊枪的问题引起的焊接缺陷
要想我们使用的焊枪保持性能的稳定，焊接时焊缝成形美观，最重要的是平时如何呵护、如何使用我们的焊枪。

如果说我们平时呵护不够、使用不当时，就往往产生以上我们所提到的缺陷：如气孔、焊丝阻塞、送丝不均匀、送丝阻力大、鹅颈短路、跳丝。

焊枪的结构我们已了解了，以下我们从焊枪结构方面来解决这些问题：
1、气孔
气孔，就是焊接时溶池没有气体保护或者说气体保护不好。

焊接时产生了气孔，我们的员工往往第一步不去找原因，而是直接去直通。

直通气由于不经过电子阀，流量大气保护比不直通时要好。

而这样不仅会大大浪费焊接气体，也会因自己的直通影响到相邻胎位，由于压力减小，相邻胎位将会产生气孔。

CO2气体保护焊，气体经过外部气管、电子阀、内部气管、送丝软管、鹅颈、分流器、枪套。

产生了气孔我们首先要从这些方面来分析，从而解决气孔问题。

⑴外部气管漏气（从气泡到电子阀）
外部气管漏气，有一部分气体从气管溢出，使气压下降，产生气孔。

⑵电子阀
电子阀损坏后，气体不能通过，产生气孔。

检查电子阀损坏的方法：把电子阀出气管拔掉，打开开关，用手放在出气阀处，看是否有气体流出，如没有，那说明电子阀坏了。

⑶内部气管（从电子阀到焊枪接头处）检查内部气管处是否漏气，包括接头处。

⑷送丝软管
送丝软管对气孔的影响不大，但新软管用后由于受热膨胀，气路不畅通，容易产生气孔，这时可把软管上保护皮剥掉，减少气流阻力。

⑸鹅颈
如果其它的原因都排除了，那还产生气孔（换把枪是好的），说明鹅颈有问题。

检查鹅颈是否有问题，在后部吹气，看出气是否畅通，如不畅通说明鹅颈有问题。

这时可以：⑴用焊丝通，去除杂质。

⑵可以在鹅颈上打孔，让气体不从鹅颈槽里出来，而是直接出来。

⑹分流器
主要作用：防止飞溅进入鹅颈内部（防止鹅颈阻塞、内外导电）、均匀分配来自焊枪内的保护气。

但由于焊接时分流器容易粘上飞溅，使气流不顺，焊接时容易产生气孔。

焊前要清理好分流器上的孔，保证气流顺畅。

⑺枪套
枪套能使保护气，形成一个均匀的气流保护在熔池周围。

一个使用时间比较长的枪套容易产生气孔，且容易从鹅颈上脱落。

产生气孔：枪套使用长了，枪套变大、变短，从而保护气不能集中，容易产生气孔。

这时可以把枪套口敲小点，而后在枪内部涂上底漆。

枪套容易从鹅颈上脱落：
原因：1、焊工把枪套上紧箍去掉，不起到紧箍作用。

2、经常拆卸枪套来清理飞溅，鹅颈变小。

解决方法：⑴用底漆或“飞溅剂”涂、喷在枪套内，防止飞溅。

⑵枪套内如有飞溅，尽可能用钳子清除，少拆枪套。

⑶将枪套后端沾上富锌底漆，使枪套与鹅颈不直接接触。

三、焊接时的跳丝
原因：
⑴送丝软管内有杂质，使软管阻塞。

⑵送丝软管偏短。

解决方法：
⑴用压缩空气吹灰尘和杂质。

⑵增加一小段送丝软管。

四、操作不当引起的缺陷
焊接结构中一般都存在焊接缺陷，缺陷的存在将影响焊接接头的质量，而接头的质量又直接影响到焊接结构（件）的安全使用和美观，对焊接缺陷进行分析，找出缺陷产生的原因，从而在材料、工艺、结构、设备等方面采取有效措施以防止缺陷的产生，实际上焊接缺陷的产生过程是十分复杂的，既有冶金原因，又有应力和变形作用。

焊接结构中要获得无缺陷的焊接接头，在技术上是相当困难的，也是不经济的，为了满足焊接结构（件）的使用要求，应把缺陷限制在一定的范围内，使其对焊接结构的运行不致产生危害，我们把在焊接接头中产生的不符合标准要求的缺陷称为焊接缺陷。

焊接缺陷有多种，我们主要介绍集装箱生产中常用的CO2气体保护焊和手工电弧焊的缺陷。

1、裂纹
焊接裂纹是指金属在焊接应力及其它致脆因素共同作用下焊接接头局部地区金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙
由于在集装箱生产过程中此类情况很少碰到，所以不作介绍
2、气孔
焊接时溶池中的气泡在凝固时未能逸出而残留在焊缝隙中所形成的空穴，气孔有时以单个出现，有时以成堆形式聚集在局部区域，其形状有球形，有虫形。

气孔产生的原因：
a、材料因素：
（1）熔渣的氧化性增大时，由CO2引起气孔的倾向增加，当熔渣还原性增大时，则氢气孔的倾向增加
(2)焊件或焊件材料不清洁（锈、油和水分），焊前要进行清理
(3)与焊条、焊剂的成分及保护气体的气有关
(4）焊条偏心，药皮脱落
b、结构因素：仰焊、横焊易产生气孔
c、工艺因素：
（1）当电弧功率不变，焊接速度增大时，增加了产生气孔的倾向
（2）电弧电压太高（电弧太长）
（3）焊条、焊剂在使用前未进行烘干
（4）使用交流电源容易产生气孔
（5）气保护焊时，气体流量不合适，偏小或偏大
d、其他因素
（1）有风
（2）喷嘴被飞溅堵塞
（3）焊枪角度过大
（4）软管内孔堵塞
3、固体夹杂
夹渣是焊后残留在焊缝隙中的溶渣，主要发生在坡口边缘和每层焊道之间非圆滑过渡部
位，在焊道形状发生突变或存在深沟的部位
a)材料因素：
⑴焊条和焊剂的脱氧、脱硫效果不好
⑵渣的流动性差
⑶在原材料的杂质中含硫量较高及硫的偏析程度较大
b)结构因素：
立焊、仰焊易产生夹渣
c)工艺因素：
⑴电流大小不合适，熔池搅动不够
⑵焊条药皮成块脱落
⑶多层焊时层间清渣不够
⑷操作不当
3、未熔合
未熔合是在焊缝隙金属和母材之间或焊道金属与焊道金属之间未完全熔化结合的部分称未熔合，常出现在坡口侧壁，多层焊的层间及焊缝隙的根部
工艺因素
⑴焊接电流小或焊速快
⑵坡口或焊道有氧化皮，熔渣及氧化物等高熔点物质
⑶操作不当
4、未焊透
焊接时，母材金属之间应该熔合而未焊上的部分称为未焊透，出现在单面焊坡口根部及双面焊的坡口钝边
1、材料因素是焊条偏心
2、结构因素：坡口角度太小，钝边太厚、间隙太小。

3、工艺因素：
⑴电流太大或焊速太快
⑵焊条角度不对或运条方法不当
⑶电弧太长或电弧偏吹
5、形状缺陷
⑴咬边：
由于焊接参数选择不当，或者操作工艺不正确，沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷称为咬边。

1、结构因素：立焊、仰焊时易产生咬边。

2、工艺因素：⒈焊接电流过大或焊速太慢。

⒉在立焊、横焊时电弧太长。

⒊焊条角度和摆动不正确或运条不当。

⑵焊瘤：
焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝金属以外未能熔化的母材上所形成的金属瘤称为焊瘤。

1、结构因素坡口太小。

2、工艺因素：
（1）焊接时规范不当，电压过低、焊速不合适。

（2）焊条角度不对或电极未能对准焊缝。

（3）运条不正确。

⑶、烧穿和下塌
焊接过程中，熔化金属从坡口背面流出，形成穿孔的缺陷叫烧穿。

穿过单层焊缝根部，或在多层焊焊接接头中穿过前道熔敷金属塌落的过量焊缝金属称为下塌。

1、结构因素
（1）坡口间隙过大。

（2）薄板或管子的焊接易发生烧穿和下塌。

2、工艺因素
（1）电流太大，焊速太慢。

（2）垫板托力不足。

⑷、错边和角变形
由于两个焊件没有对正而造成的中心线平行偏差称为错边。

当两个焊件没有对正而造成它们的表面不平行或预定的角度称为角变形。

错边的因素：（1）装配不正确。

（2）焊接夹具质量不高。

角变形： 1、结构因素
（1）角变形程度与坡口形状有关（V型坡口大于X坡口）
（2）角变形程度与板厚有关，板厚为中等时角变形最大，厚板和薄板
角变形最小。

2、工艺因素
（1）焊接顺序对角变形有影响。

（2）在一定范围内，线能量增加角变形增加。

（3）反变形量未能控制好。

（4）焊接夹具质量不高。

⑸、焊接尺寸、形状不合要求
焊缝尺寸缺陷指焊缝尺寸不符合标准规定。

焊缝形状缺陷是指焊缝外观质量粗糙、鱼鳞波高低、宽窄发生突变、焊缝与母材非圆滑过渡等。

1、材料因素：
（1）熔渣的熔点和粘度太高或太低都会导致焊缝尺寸、形状不符合要求。

（2）熔渣的表面张力较大不能很好地覆盖焊缝表面从而使焊纹粗，焊缝高、表面不光滑。

2、结构因素是坡口不合适或装配不均匀。

3、工艺因素
（1）焊接规范不合适
（2）焊条角度或运条手法不当。

6、其它缺陷
⑴电弧擦伤
在焊缝坡口外部引弧时产生于金属表面上的局部损伤。

⑵飞溅
在焊接过程中，熔化的金属颗粒和熔渣向周围飞散的现象
电弧擦伤主要是工艺因素：
（1）焊工随意在坡口外引弧。

（2）接地不良或电气接线不好。

飞溅：1、材料因素
（1）熔渣粘度过大
（2）焊条偏心。

2、工艺因素
（1）焊接电流增大飞溅增大
（2）电弧过长时飞溅增大。

（3）碱性焊条的极性不合性。

（4）交流电源比直流电源飞溅大。

（5）焊机动特性、外特性配合不佳时飞溅大。

（6）焊条药皮水分过多时飞溅大。

（7）电流、电压配合不合适时。

由以上的分析可知，控制焊接规范对减少焊接缺陷很重要，在集装箱焊接中，CO2（混合气）焊常用的焊接规范推荐如下：
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