CO2气体保护焊完全知识

CO2气体保护焊完全知识CO2气体保护焊完全知识CO2气保护焊接一、基本原理CO2气体保护焊是以可熔化的金属焊丝作电极，并有CO2气体作保护的电弧焊。

是焊接黑色金属的重要焊接方法之一。

CO2焊接工艺的由来CO2焊接工艺的最初构想源于20世纪20年代，然而由于焊缝气孔问题没有解决，而使得CO2焊无法使用。

直到50年代初，焊接冶金技术的发展解决了CO2焊接的冶金问题，研制出Si-Mn系列焊丝，才使得CO2焊接工艺获得了实用价值。

在这之后，根据结构材料的性能，相继出现了不同组元成分的焊丝，满足了CO2焊接多样化的需求。

CO2焊接工艺的实用化为社会带来了巨大的财富，一方面是因为CO2气体价格低廉，易于获得，另一方面是由于CO2焊接的金属熔敷效率高，以半自动CO2焊接为例，其效率为手工电弧焊的3～5倍。

但是由于CO2焊接熔滴过渡多为短路过渡，对CO2焊接工艺稳定性提出了更高的要求，另外CO2焊接的飞溅大，成为从20世纪50年代开始至今制约CO2焊接工艺推广的主要技术问题之一。

二、工艺特点1.CO2焊穿透能力强，焊接电流密度大（100-300A/m2），变形小，生产效率比焊条电弧焊高1-3倍2.CO2气体便宜，焊前对工件的清理可以从简，其焊接成本只有焊条电弧焊的40%-50%3.焊缝抗锈能力强，含氢量低，冷裂纹倾向小。

4.焊接过程中金属飞溅较多，特别是当工艺参数调节不匹配时，尤为严重。

5.不能焊接易氧化的金属材料，抗风能力差，野外作业时或漏天作业时，需要有防风措施。

6.焊接弧光强，注意弧光辐射。

三、冶金特点CO2焊焊接过程在冶金方面主要表现在：1.CO2气体是一种氧化性气体，在高温下分解，具有强烈的氧化作用，把合金元素烧损或造成气孔和飞溅等。

解决CO2氧化性的措施是脱氧，具体做法是在焊丝中加入一定量脱氧剂。

实践表明采用Si-Mn脱氧效果最好，所以目前广泛采用H08Mn2SiA/H10Mn2Si等焊丝。

2 CO2气体保护焊的冶金特性2.1 合金元素的氧化CO2 → CO + 1/2 O2O2→2OCO2气体在高温时有强烈的氧化性，要氧化金属，烧损合金元素Fe + O →FeO Si + 2O → SiO2 Mn + O → MnOFeO + C → Fe + COCO在电弧高温下急剧膨胀，使熔滴爆破而引起金属飞溅。

合金元素烧损、CO气孔、飞溅是CO2气保焊中三大主要问题，其都和CO2气体的氧化性有关。

2.2 脱氧及焊缝金属的合金化FeO { 产生CO→气孔和飞溅焊缝[O]↑→焊缝力学性能↓脱氧和渗合金：在焊丝中加入一定量的脱氧剂（如Al、Ti、Si、Mn等），常采用Si、Mn联合脱氧。

2FeO + Si → 2Fe + SiO2Mn + FeO → Fe + MnOSi和Mn一部分用于脱氧，另一部分充当合金元素，完成渗合金。

现在，焊接低碳钢时常采用H08MnSiA焊丝，焊接低合金钢时常采用H08Mn2SiA焊丝。

2.3 气孔（1）一氧化碳气孔：FeO + C → Fe + CO焊丝中加入足够的脱氧剂和限制焊丝的含碳量，就可有效地防止CO气孔产生。

（2）氢气孔氢主要来源于焊丝、工件表现的油污及铁锈，以及CO2气体中所含的水分。

CO2气体的氧化性可约制氢的危害-------- H2 + CO2 → H2O + CO CO2气保焊对铁锈和水分的敏感性没有埋弧焊和氩弧焊高，除非在钢板表面已锈蚀一层黄锈外，焊前一般不必除锈，但焊丝表面的油污必须用汽油等溶剂擦干净。

（3）氮气孔N2的来源：①空气侵入焊接区；②CO2气体不纯（可能性不大）焊缝中产生N气孔的主要原因是由于保护气层遭破坏，大量空气侵入焊接区所致。

造成保护气层失效的因素有：过小的CO2气流量；喷嘴被飞溅物部分堵塞；喷嘴与工件的距离过大；焊接场地有侧向风等。

保证气层稳定、可靠是防止焊缝中N气孔的关键。

2.4 熔滴过渡方式：CO2气保焊中，为获得稳定的焊接过程，正常采用短路过渡和细颗粒过渡两种过渡形式。

短路过渡的特点：电弧稳定，飞溅较小，熔滴过渡频率高，焊缝成形较好；适合于焊接薄板及进行全位置焊接；短路过渡焊接主要采用细焊丝，一般为φ0.6～1.4mm。

细颗粒过渡特点：电弧穿透力强，母材熔深大，适合于焊接中等厚度及大厚度工件，主要采用较粗的焊丝，一般为φ1.6和φ2.0mm 焊丝。

CO2气保焊一般都采用直流反接，因反接时飞溅小，电弧稳定，成形较好，而且焊缝金属含氢量低，熔深大。

四、焊接材料1.保护气体CO2用于焊接的CO2气体，其纯度要求≥99.5%，通常CO2是以液态装入钢瓶中，容量为40L的标准钢瓶可灌入25Kg的液态CO2， 25Kg 的液态CO2约占钢瓶容积的80%，其余20%左右的空间充满气化的CO2。

气瓶压力表上所指的压力就是这部分饱和压力。

该压力大小与环境温度有关，所以正确估算瓶内CO2气体储量是采用称钢瓶质量的方法。

（备注：1Kg的液态CO2可汽化509LCO2气体）CO2气瓶外表漆黑色并写有黄色字样市售CO2气体含水量较高，焊接时候容易产生气孔等缺陷，在现场减少水分的措施为：1)将气瓶倒立静置1-2小时，然后开启阀门，把沉积在瓶口部的水排出，可放2-3次，每次间隔30分钟，放后将气瓶放正。

2)倒置放水后的气瓶，使用前先打开阀门放掉瓶上面纯度较低的气体，然后在套上输气管。

3)在气路中设置高压干燥器和低压干燥器，另外在气路中设置气体预热装置，防止CO2气中水分在减压器内结冰而堵塞气路。

2.焊接材料（焊丝）1.）焊丝要有足够的脱氧元素2.）含碳量Wc≤0.11%，可减少飞溅和气孔。

3.）要有足够的力学性能和抗裂性能。

焊丝直径及其允差（GB/T8110-1995）焊丝直径mm 允许偏差φ0.5；φ0.6 +0.01，-0.03φ0.8，φ1.0φ1.2，φ1.6， +0.01，-0.04φ3.0；φ3.2 +0.01，-0.07五．焊接设备（略）六．焊接工艺序号型号牌号规格适用范围1 ER49-1 H08Mn2SiA φ1.2Q235.20#.20g.2OR、16MnR间焊接2 ER50-6 / φ1.2 Q345.16MnR等间焊接3 ER49-1 H08Mn2SiA φ1.2 Q235.20#.20g.2OR Q345.16MnR间焊接对接平焊(I型坡口)板厚mm 焊丝直径焊接电流A 焊接电压V 焊接速度Cm/min 焊丝干伸长mm 气流量L/min 层数6 φ1.2120-140 20-22 50-60 10-12 10-15 28 φ1.2130-150 21-23 45-50 10-12 10-15 210 φ1.2 200-250 24-26 45-50 10-12 10-15 314 φ1.2280-320 28-34 35-45 10-12 12-18 520 φ1.2 360-400 34-38 35-40 10-12 15-20 7角焊板厚mm 焊丝直径焊接电流A 焊接电压V 焊接速度Cm/min 焊丝干伸长mm 气流量L/min 层数6 φ1.2150-180 22-25 50-60 10-12 10-15 110 φ1.2200-250 24-26 45-50 10-12 10-15 214 φ1.2280-320 28-32 35-45 10-12 12-18 220 φ1.2 360-400 34-38 35-40 10-12 15-20 3备注:对接间隙为1-1.5毫米七．CO2焊常见缺陷及其产生原因缺陷名称产生原因气孔 1.CO2气体不纯或供气不足2.焊接时候卷入空气3.预热器不起作用4.焊接区域风大，气体保护不好5.喷嘴被飞溅物堵塞，不通畅。

喷嘴与工件距离过大6.焊件表面油污、锈蚀处理不彻底7.电弧过长，电弧电压过高8.焊丝中Si-Mn含量不足咬边 1. 电弧过长，电弧电压过高2.焊接速度过快、焊接电流过大3.焊工摆动不当焊缝成型不良 1..工艺参数不合适2.焊丝矫正机构调节不当3.送丝轮中心偏移4.导电嘴松动。

电弧不稳 1.外界网络电压影响2.焊接参数调节不当3.导电嘴松动。

4.送丝机构、导电嘴堵塞等。

飞溅 1..焊接电参数调节不匹配2. 气流量过大3.工件表面过于粗糙4.焊丝伸出长度过长未焊透 1.焊接电流太小，送丝不当2.焊接速度过快或过慢3.坡口角度太小，间隙过小4.焊丝位置不当，对中性差5.焊工技能水平八．CO2焊接的发展方向通常低碳钢CO2焊的主要问题是焊接飞溅的与焊缝成形。

这些问题的解决思路前面已经进行了描述。

但是，为了CO2焊接工艺的进一步推广，还应扩大其应用领域。

如：高效CO2焊全位置焊、电弧点焊和自动化焊等。

这些实际焊接生产的需求已经成为CO2焊接的发展方向。

1 高效CO2焊接?现代化的工业生产对焊接生产提出了高效率的要求，目前主要有高速CO2焊接和高效MAG焊。

高速CO2焊接主要是针对传统CO2焊接速度为0.3～0.5m/min的低焊速提出来的。

目前解决这个问题的措施有双丝CO2焊和药芯焊丝CO2焊。

双丝CO2焊因一把焊枪中通过两根焊丝，使得焊枪重量过大，所以难以采取通常的半自动焊法，而只能采用自动焊接，从而限制了该法的应用。

另外，药芯焊丝CO2焊的应用范围远远不及实心焊丝。

实际上实心单丝CO2焊丝是CO2焊最普及的方法，如何解决它的高速焊工艺是大家都关心的。

单丝高速CO2焊工艺最主要的问题是产生咬边和驼峰焊边。

这些问题都与熔池行为有关，也就是应从焊接工艺角度解决熔池的稳定问题。

通过对焊接电弧现象的控制，现在高速CO2焊焊接速度已经达到2m/min，甚至3m/min。

高速CO2焊主要用于较薄的工件，如集装箱的焊接等。

高效MAG焊主要用于增加熔敷速度，有利于焊接厚板。

通常CO2焊的送丝速度为2～16m/min，对?1.2mm焊丝，最大焊接电流只能达到350A左右。

若采用富Ar混合气体保护焊(CO2+Ar)，在高速送丝时必将产生旋转射流过渡而引起很大的飞溅损失。

为此，由加拿大的Canada Weld Process公司于1980年研究成功了一种高性能的MAG焊法，通常称为T.I.M.E焊(Transferred Ionised Molten Energy)。

T.I.M.E气体是一种四气气体(0.5%O2，8%CO2，26.5%He,65%Ar)。

由于其中加入了He气，它约束了旋转射流过渡的横向旋转飞溅，而成为绕焊丝轴线的锥状旋转射流。

这是一种较稳定的熔滴过渡形式，可以得到良好的焊缝熔深。

T.I.M.E焊可以达到50m/min的送丝速度，其熔敷率达到450g/min。

该法已在欧洲和日本推广应用。

但是，由于我国是贫He的国家，因其价格昂贵，T.I.M.E 焊难以在我国推广。