第八章二氧化碳气体保护焊

第八章二氧化碳气体保护焊Chapter 8 CO2Gas Shielded Arc Welding

主要内容：

§8.1 CO

气体保护焊原理与特点

2

§8.2 CO

气体保护焊的冶金特点

2

§8.3 CO

气体保护焊的飞溅

2

§8.4 CO

气体保护焊设备

2

§8.5 CO

气体保护焊的工艺

2

§8.6 CO

气体保护焊的其他方法

2

本章重点：

短路过渡焊接时产生飞溅的原因及其减少措施。

本章难点：

短路过渡焊接时的电流与电压的变化及其焊接回路电感的作用。

§8.1

8.1 CO2焊原理与特点

一、原理

采用与母材相近材质的焊丝作为电极。焊丝为电弧的一极，焊丝熔化后形成熔滴过渡到熔池中，与母材熔化金属共同形成焊缝。

为防止外界空气混入到电弧、熔池所组成的焊接区，采用了CO2气体进行保护。

发展过程

1950~1952年，前苏联柳巴夫斯基、诺沃日洛夫，日本关口春次郎分别研究了一种在CO2气体中焊接的焊丝，并提出了焊接钢材的新的冶金方案。

1957~1958年，我国江南造船厂与一机部机械研究院开始研究CO2焊。

在焊接薄板时，可选用细焊丝<=1.2mm，使用较小电流，实现熔滴短路过渡。电弧对工件间断加热，线能量小，变形小，不需要焊后校正工序，提高工作效率。

在焊接中厚板时，选用较粗焊丝>=1.6mm，使用较大电流实现细颗粒过渡，电流密度高达100~300A/mm2，焊丝熔化速度快，熔敷率高，电弧挺度大，穿透力强，焊接熔深大，可以不开坡口或开小坡口。生产率比焊条电弧焊提高1~3倍。

二、特点

1、优点

（1）生产率高焊丝的送进是自动化；

电流密度大，电弧热量集中；

焊接速度较快；

焊后无渣壳，节约了清理时间。

（2）能耗低

熔敷一吨金属所需的电能

手工电弧焊4000~5000KW*h/T

埋弧焊3500~4000KW*h/T

焊2500~3000KW*h/T

CO

2

焊机是节能设备。

CO

2

（3）低氢型焊接方法

焊缝的含氢量极低，所以焊接低合金钢时，

气孔。

不易产生裂纹，也不易产生H

2

（4）操作性能好

明弧焊接，易于观察。适于各种位置的焊接。

价格便宜，来源广泛。

（5）CO

2

二、缺点

（1）飞溅较严重，焊缝不够光滑。

主要用于30mm以下低碳钢、部分低合金钢焊件，尤其适宜薄板。

（2）CO2焊设备比手工电弧焊复杂，需要有专业队伍负责维修。

（3）合金元素易烧损，不能用于非铁金属的焊接。

（4）产生很大的烟尘。

§8.2 8.2 CO 2气体保护焊的冶金特点

一、CO 2气体的氧化性

气体在高温下产生分解并处于平衡状态：

2

222O CO CO +⇔

O2在高温下进一步解离：

O

O 22⇔当电弧温度为5000K 时，O 2的解离度高达96.5％。因此，CO 2气体在电弧高温下有强烈的氧化性。

二、合金元素的烧损

低温时（低于熔点，1500℃以下），合金元素

与CO2直接反应。

这种氧化在熔池金属周围未熔化区域或凝固的焊缝表面上发生，属于表面氧化，进行的激烈程度较低，对电弧、熔池和焊缝没有大的影响。

高温时，金属元素与O原子反应。

以上氧化反应，既发生在熔滴中，也发生在熔池中。

三、脱氧措施与焊缝金属的合金化

1、脱氧

CO2的强氧化性，使得焊接时液态金属和气体反应极为强烈。尽管互相接触时间很短，但由于电弧区域温度非常高，合金元素烧损严重，而且生成大量的CO气体使液态金属沸腾，同时产生气孔，破坏了焊缝的致密性。所以CO2焊必须通过冶金措施进行脱氧。尤其重要的是使FeO脱氧，因为熔入液态金属中的FeO是引起气孔、飞溅的重要原因。

如何对FeO进行脱氧？

原理：

利用脱氧剂使FeO还原，氧化产物作为熔渣排出，剩余的合金元素强化焊缝。

脱氧剂：和氧的亲和力比Fe大的合金元素。CO2焊中常用Al，Ti，Si，Mn等元素。

脱氧剂在完成脱氧任务之余，所剩余的量便作为合金元素留在焊缝中，起着提高焊缝机械性能的作用。

脱氧反应后的生成物不应是气体以免造成气孔；应该不溶于金属而成为熔渣，且熔点要低，密度要小，便于浮出熔池表面，而不造成焊缝夹渣。

Al ：

最强的脱氧剂之一，能抑制CO气体产生，但Al会降低焊缝金属的抗热裂纹的能力。因此焊丝中Al 不宜过多。

Ti：

很强的脱氧剂。除脱氧外还能细化晶粒，通常和Si、Mn结合使用。

Si：

较强的脱氧剂，价廉易得，是CO2焊中主要的脱氧剂，但单独用Si脱氧，生成的SiO2熔点较高（1983K），颗粒较小，不易浮出熔池，会在焊缝中形成夹渣。

Mn：

单独使用时，脱氧能力较小，并且生成物MnO密度大（5.11g/cm3），熔点高（1923K），不易浮出熔池表面。Mn除了可脱氧外，还能与硫化合，提高焊缝金属的抗热裂纹的能力。

上述四种脱氧剂，单独使用都不能得到最满意的效果。一般采用Si，Mn联合脱氧。