第三章焊接技术

(2)减小飞溅的措施： ①选用合适的焊丝或保护气体成分。例如，尽可能选用 含碳量低的焊丝，实践表明，当焊丝中含碳量降低到0.04％ 时，飞溅大大减少；采用CO2+Ar的混合气体作保护气体，当 含Ar>60％时，可明显地使熔滴变细，从而可减少飞溅。 ②在短路过渡焊接时，合理选择焊接电源动态特性并匹 配合适的可调电感。 ③一般应选用直流反极性进行焊接。若采用正极性焊接， 需采用活化焊丝，以减小飞溅。 ④不论采用何种焊接，均应合理地选择规范参数。
CO2气体中的水分常常是引起氢气孔的主 要原因。水分生成氢气的过程是：进入焊接区 的水分先分解为自由状态的氢，在电弧中被电 离，以离子形态深入熔池。熔池结晶时，由于 氢的溶解度陡然下降，析出的氢气如不能排出 熔池，则留在焊缝中成为气孔。
(3)氮气孔：N2的来源，一是空气侵入焊接 区，二是CO2气体不纯。由于CO2气体不纯而引 起氮气孔的可能性不大，焊缝中产生氮气孔的 主要原因是由于保护气层遭到破坏，大量空气 侵入焊接区所造成的。
2．飞溅问题 CO2气体电弧焊过程中，金属飞溅损失约占熔 化焊丝金属的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％的范围内。
(1)飞溅的危害：飞溅增大，使焊丝的熔敷系 数降低，从而增加焊丝及电能的消耗，降低焊接 生产率，并提高焊接成本。飞溅粘着到导电咀与 喷咀内壁上，会使送丝不畅，影响电弧稳定性。 同时也会降低保护气体的保护作用，恶化焊缝成 形飞溅，还容易烫伤皮肤，恶化劳动条件。
1．抗气孔能力强 因在CO2电弧焊时，氮是形成气孔的主要原因， 为提高焊丝的抗气孔能力，除应进一步增强焊丝 的脱氧能力外，还必须使焊丝具有一定的固定氮 的能力。新焊丝中除Si、Mn脱氧元素外，又增加 了Ti或Al(或二者同时加入)合金元素。这样，不仅 可进一步增强脱氧，而且由于Ti和Al同氮的亲和力 很强，具有强烈的固定氮的作用，从而使新焊丝 具有较强的抗N2气孔能力。
三、CO2电弧焊规范参数 焊接规范参数有：焊接电流、电弧电压、 焊接速度、气体流量和焊丝干伸长等。
焊接电流： 焊接电流的大小会影响母材的焊接熔深、 焊丝熔化速度、电弧的稳定性、焊接溅出物的 数量。焊接电流强度大，电弧溶化能力强，焊 接熔深、焊缝高度和宽度也会增大；电流小， 金属焊不透，电弧不稳定。
在实际生产中，对于许多对质量要求很高 的产品，焊缝中不仅不准有一般气孔，而且 经抛光到一定粗糙度以后也不准微气孔存在。 这时采用H08Mn2SiA焊丝就不能满足要求了。 为了进一步提高焊丝的抗微气孔能力和减少 飞溅，在H08Mn2SiA的基础上又研制成功(在 国内)第二种CO2焊接用的新焊丝 H04Mn2SiAlTiA。其特点如下：
焊接电压： 高质量的焊接有赖于适当的电弧长度。而 电弧长度是由电弧电压决定的。焊接电压过高， 电弧的长度增大，焊接熔深减小，焊缝呈扁平 状。 焊接电压过低，电弧的长度减小，焊接熔 深增加，焊缝呈狭窄的圆拱状。
导电嘴到母材的距离 导电嘴到母材的距离对于高质量的焊接也是 一项重要因素。标准的距离应该是：6-15mm。 如果导电嘴到母材的距离过大，从焊枪端部 伸出的焊丝长度增加而产生预热，这样就增加了 焊丝溶化的速度。而且保护气体所起的作用也会 减小。 焊丝干伸长与此参数密切相关，焊接距离小， 焊丝干伸长小，焊丝可能抵触木材；焊接距离大， 焊丝干伸长大，焊丝熔化不透即脱落。
二、焊接特点
• 1、焊接零件的形状不受限制，尤其适合于连接形状复 杂的车身结构，焊接后仍保持车体的准确形状。 • 2、减轻重量（不需要增加接合件）。 • 3、对空气、灰尘和水的密封性好（连续焊）。 • 4、生产效率高。 • 5、焊缝（点）的强度很大程度上受到操作人员技术水 平的影响。 • 6、如果过多地加热，周围板件将会变形。
1-变压器；2-电极；3-板件；4-熔化核心
2. 电阻焊的优缺点 电阻焊的优点包括： ①与熔焊方法相比，电阻焊为工件内部材料熔化焊接，冶 金过程简单，且加热集中，热影响区较窄，容易获得优质焊 点，零件焊接变形很小。 ②与铆接比，节省金属，减轻结构质量，这对高速运行的 车辆十分重要。 ③电阻焊因机械化、自动化程度高，可提高生产率，改善 工作条件，适于安排在自动生产线上。通用点焊机焊接速度 可达60点／min，快速点焊机可达600点／min。 ④焊接过程中无弧光、无有害气体、无噪声、劳动条件好。
气瓶中水
液态CO2中可溶解0.05％(按质量)的水， 其余的水则沉于瓶底。溶于液态CO2中的水 可蒸发成水蒸气混入CO2中一起进入焊接区， 影响CO2气体纯度。水蒸气的含量与瓶内压 力有关，压力越低，水蒸气数量便大大增加， 这时已不宜继续使用，应重新灌气。
为减少瓶内的水分和空气，提高输出气体的纯度，可采取 下列措施： (1)鉴于在温度高于-11℃时，CO2比水轻，所以把新灌气瓶 倒立静置1～2h，瓶内自由状态的水便沉积于瓶口处，当打开 气瓶阀时，自由状态水即可排出。根据瓶中含水量的不同，可 放水2～3次，其相隔时间约30min左右。放水结束后，仍将气 瓶放正。 (2)经放水处理后的气瓶，在使用前先放气2～3min，放掉气 瓶上部的气体。因为这部分气体通常含有较多的水分和空气， 而这些空气和水分主要是装瓶时带入瓶内的。
①由冶金反应引起的飞溅：由于焊接过程中熔滴和 熔池中的碳被氧化生成CO气体，在焊接温度下体积膨 胀，若从熔滴或熔池中逸出时受阻，就会在局部范围爆 炸，从而产生大量的细颗粒飞溅。 ②由于熔滴过渡不正常引起飞溅：在短路过渡时， 若电压不稳，会增大飞溅。原因可能是线路电压不稳定 或设备稳压特性差。 ③由于焊接规范选择不当引起的飞溅：随着电弧电 压的升高，飞溅增大。因为弧压升高，弧长增长，易使 焊丝末端熔滴长大，熔滴在焊丝末端易产生无规则的晃 动。 另外，保护气体紊流，焊枪不稳等原因。
《焊接技术》章节内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 焊接种类及特点 CO2保护焊 电阻
一、焊接种类
压焊：这种方法用电极给金属加热使其溶化,并加压 使金属连接。在各种压焊方法中，电阻点焊是汽车制 造业不可缺少的焊接方法，但在汽车修理业中应用很 少。 熔焊：这种方法将金属件加热到熔点，使它们连接 在一起（通常是焊条），然后冷却。 钎焊：在需要焊接的金属件上，将熔点比它低的金 属熔化（金属件不需熔化）而进行连接。根据钎焊材 料的温度，可分为软钎焊和硬钎焊。
实践表明，在CO2电弧焊中，采用 H08Mn2SiA等含有脱氧剂的焊丝，焊接低碳钢、 低合金钢时，如果焊前对焊丝和钢板表面的油污、 铁锈作了适当清除，CO2气体中的水分也较低的 情况下，焊缝金属中产生的气孔主要是氮气孔。 而氮气是来自空气的入侵，因此在焊接过程中， 保证保护层稳定可靠是防止焊缝中产生气孔的关 键。
(1)一氧化碳气孔：熔池中的FeO和C进行反应时， 会产生CO气孔。 这个反应在熔池处于结晶温度时，进行得比较剧 烈。若此时熔池已开始凝固，CO气体不能逸出，则 在焊缝中形成气孔。如果焊丝中含有足够的Si、Mn 脱氧元素以及限制焊丝中的含碳量，就可以抑制上 述的氧化反应，有效地防止CO气孔的产生。所以在 CO2电弧焊中，只要焊丝选择适当，产生CO气孔的 可能性是很小的。
2．焊接时的飞溅较小 根据对CO2电弧焊产生飞溅的分析，焊 丝中含碳量偏高是引起飞溅的原因之一。因 此在加强脱氧的同时，降低焊丝中含碳量对 减少飞溅是有益的。基于这个认识，新焊丝 中的含碳量低于通用焊丝，所以能减弱熔池 和熔滴中形成CO的反应，从而使得由CO气 体所引起的飞溅较小。
焊丝有镀铜和不镀铜两种。镀铜的目的是防止焊丝锈蚀， 有利于焊丝的保管，另外也可以改善导电性能及减少送丝阻 力。 近几年在活化处理焊丝的试验和研究方面有了一些新的发 展。所谓活化处理，就是在焊丝表面涂一薄层碱金属、碱土 金属或稀土金属的化合物，可以细化金属熔滴，减小飞溅， 改善焊缝成形。 短路过渡焊接主要采用细焊丝，特别是0.6～1.2mm范围 内的焊丝，随着焊丝直径的增大，飞溅颗粒尺寸和数量都相 应增大。实际应用中，直径大于1.6mm的焊丝，如再采用短 路过渡焊接，则飞溅相当严重，所以生产上很少应用。
二、CO2保护焊焊接材料
CO2保护焊用的焊接材料，主要是指CO2气 体和焊丝。本节仅从使用角度讨论选用CO2 气体和焊丝时应注意的问题。
（一） CO2 供焊接用的CO2气体，通常是以液态装于钢瓶中。 一个容量为40L的标准气瓶，可灌25kg的液态CO2，只 占气瓶容积的80％左右。由于CO2由液态变为气态的 沸点很低(-78℃)，因此在常温下钢瓶中就有已气化的 CO2气体占钢瓶容积的20％左右。瓶内气体压力与温 度有关，在0℃时气体压力约为355.4MPa；温度为 30℃时气体压力可达733.4MPa。
第三节 电阻焊 电阻焊又称接触焊，是车身焊装作业中应 用广泛的焊接方式，主要应用于外部覆盖件 的焊接。下面着重阐述电阻焊在汽车生产中 的应用。 电阻焊主要包括电阻电焊、凸焊和缝焊。
一、电阻点焊 1.工作原理 电阻点焊是将工件装配搭接，置于两点焊电极之间加压、 通电，利用电阻热能熔化母材，形成焊核，是热-机械(力)联 合作用的焊接过程。其点焊的焊接过程如图7所示。
(二)焊丝的选用
在CO2保护焊中进行低碳钢和低合金钢焊接时，为 了防止气孔，减少飞溅和保证焊缝金属具有较高机械 性能，必须采用含有si、Mn等脱氧元素的焊丝。 H08Mn2SiA焊丝是目前CO2电弧焊中应用最广泛的一 种焊丝。它有较好的工艺性能、机械性能以及抗热裂 性能，适宜于焊接低碳钢和σs≤50MPa的低合金钢。对 于强度等级要求高的钢种，应当采用含有Mo的 H10MnSiMo等焊丝。
(2)氢气孔：电弧区的氢主要来自焊丝、工件表 面的油污、铁锈以及CO2气体中所含的水分，油污 的碳氢化合物，铁锈中含有结晶水，它们在电弧高 温下都能分解出H2。减少熔池中H2的熔解量，不仅 可防止氢气孔，而且可提高焊缝金属的塑性（减少 氢脆）。所以焊前要适当清除工件表面的油污及铁 锈。另一方面，应尽可能使用含水分低的CO2气体。
•手持焊枪角度 • 焊枪焊管顶部相对于焊接平面法线向内倾斜10-15°，再 向右倾斜45°左右。