CO2气体保护电弧焊

二氧化碳气体保护电弧焊

（Carbon-Dioxide Arc Welding）

所谓焊接，是指两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊、压焊和钎焊三大类。而在这三大类之中又有很多小类。其中，二氧化碳气体保护电弧焊是熔焊中的一种重要方法，它由于具有焊接成本低，生效率高，操作简单，且焊接质量较好等优点，因此目前有及其广泛的应用。

二氧化碳气体保护电弧焊是50年代发展起来的一种新的焊接技术。半个世纪来，它已发展成为一种重要的熔焊方法。目前，它广泛应用于工程机械制造业，汽车工业，造船业，机车制造业，电梯制造业，锅炉压力容器制造业，各种金属结构和金属加工机械的生产。

既然二氧化碳气体保护电弧焊有着如此广泛的应用，那么具体什么是二氧化碳气体保护电弧焊呢？简单来说，二氧化碳气体保护电弧焊（Carbon-Dioxide Arc Welding）是利用二氧化碳气体,以燃烧于工件与焊丝产的电弧作热源的一种焊接方法，简称二氧化碳焊。下面，我来介绍一下二氧化碳气体保护电弧焊。

（一）二氧化碳气体保护焊的工作原理

使用二氧化碳气体保护焊焊接时，在焊丝与焊件之间产生电弧；焊丝自动送进，被电弧熔化形成熔滴并进入熔池；二氧化碳气体经喷嘴喷出，包围电弧和熔池，起着隔绝空气和焊接金属的作用。同时，二氧化碳气体还参与冶金反应，在高温下的氧化性有助于减少焊缝中的氢。当然，其高温下的氧化性也有不利之处。在二氧化碳焊的初期发展阶段，由于二氧化碳气体在高温下的氧化性，难以保证焊接质量。后来在焊接钢铁材料时，采用含有一定量脱氧剂的焊丝或采用带有脱氧剂成分的药芯焊丝，使脱氧剂在焊接过程中进行冶金脱氧反应。

（二）二氧化碳气体保护焊的分类

二氧化碳气体保护焊通常是按采用的焊丝直径来分类：当焊丝直径小于1.6mm时，称为细丝二氧化碳气体保护焊，工艺上比较成熟，适宜于薄板焊接；当焊丝直径大于或等于1.6mm时，称为粗丝二氧化碳气体保护焊，适用于中厚板的焊接。按操作方式，二氧化碳气体保护焊可分为自动焊及半自动焊两种。对于较长的直线焊缝和规则的曲线焊缝，可采用自动焊；对于不规则的或较短的焊缝，则采用半自动焊，目前生产上应用最多的是半自动焊。为了适应现代工业某些特殊应用的需要，目前在生产中还派生出了二氧化碳电弧点焊、二氧化碳气体保护立焊、二氧化碳气体保护窄间隙焊以及二氧化碳气体加其它气体（如二氧化碳+O2）等。

（三）二氧化碳气体保护焊的优点

1）采用明弧焊接，熔池可见度好，操作方便，适宜于全位置焊接。并且有利于焊接过程中的机械化和自动化，特别是空间位置的机械化焊接。

2）电弧在保护气体的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池小，热影响区窄，焊件焊后的变形小，抗裂性能好，尤其适合薄板焊接。

3）焊接成本低二氧化碳气体是酿造厂和化工厂的副产品，来源广，价格低，其综合成本大概是手工电弧焊的1/2。

4）在室外作业时，必须设挡风装置才能施焊，电弧的光辐射较强，焊接设备比较复杂。

5）生产效率高二氧化碳气体保护焊使用较大的电流密度（200A/mm2左右），比手工电弧焊（10-20A/mm2左右）高得多，因此熔深比手弧焊高2.2-3.8倍，对10mm以下的钢板可以不开坡口，对于厚板可以减少坡口加大钝边进行焊接，同时具有焊丝熔化快，不用清理熔渣等特点，效率可比手弧焊提高2.5-4倍。

6)焊后变形小二氧化碳气体保护焊的电弧热量集中，加热面积小，二氧化碳气流有冷却作用，因此焊件焊后变形小，特别是薄板的焊接更为突出。

7)抗锈能力强二氧化碳气体保护焊是一种低氢型焊接方法，焊缝的含氢量极低，抗锈能力较强，所以焊接低合金钢时不易产生冷裂纹，同时也不易产生请气孔。同时，因为二氧化碳气体保护和埋弧焊相比，具有较高的抗锈能力，所以焊前对焊件表面的清洁工作要求不高，可以节省生产中大量的辅助时间。

（四）二氧化碳气体保护焊的缺点

当然，二氧化碳气体保护焊也存在明显的缺点，主要有以下几个方面：

1）焊接过程中金属飞溅较多，焊缝外形较为粗糙，特别是当焊接参数匹配不当时尤为严重。

2）焊接过程弧光较强，所以要重视对操作人员的保护。

3）不能焊接易氧化的金属材料，也不适于在有风的地方施焊。

4）设备比较复杂，需要有专业队伍负责维修。

（五）二氧化碳气体保护焊的飞溅问题：

1）飞溅产生的原因

由于焊丝和工件中都含有碳，二氧化碳气保焊电弧气氛氧化性强，熔滴中发生FeO+ C=Fe+CO↑，熔滴爆炸，产生飞溅。

另一个原因是二氧化碳气保焊细丝（Φ1.6mm以下）焊时，一般采用短路过渡焊接，当电弧短路期间，电弧空间逐渐冷却，当电弧再次引燃时，电流较大，电弧热量突然增大，较冷的气体瞬间产生体积膨胀而引起较大的冲动功，由此引起较大的飞溅。

另外当焊机的动特性不太好时，短路电流的增长速度太慢，使熔滴过渡频率降低，短路时间增长，焊丝伸出部分在电阻热的作用下，会发红软化，形成大颗粒成段断落，爆断，使电弧熄灭，造成焊接过程不稳。短路电流增长太快时，一发生短路，熔滴立即爆炸，产生大量的飞溅。

2）减少飞溅的措施

鉴于飞溅会降低生产效率,使熔敷系数下降,并增加焊接材料及电能的损耗，我们有必要采取以下方法来减少飞溅。

①可选用超低碳焊丝，增加焊丝中Mn、Si等脱O2元素，降低含碳量，限制焊丝中的含碳量在0.08~0.11%范围内，如HO4Mn2SiTiA。

②在二氧化碳气体中加入少量的Ar气，改善电弧的热特性和氧化性，减少飞溅。

③必要时选用药芯焊丝，使熔滴表面有熔渣覆盖，可减少飞溅，使焊缝盛开美观。

④采用活化处理过的焊丝可以细化金属熔滴减少飞溅，改善焊缝的成形。所谓活化处理就是在焊丝表面涂一层薄的碱土金属或稀土金属的化合物来提高焊丝发射电子的能力，最常用的活化剂是铯（Cs）的盐类如CsCO3，如稍加一些K2CO3，Na2CO3，则效果更显著。

⑤采用直流反接，使焊丝端部的极点压力较小。

⑥选择最佳的焊接规范，合适的焊接参数，也就是尽量按工艺要求来选参数，焊接电流、焊接电压不要过大或过小。

⑦利用调节焊接回路中的电感值来调节电源动特性，使熔滴平稳过渡；

⑧采用档风措施；

⑨采用潜弧焊

（六）二氧化碳气体保护焊的气孔问题：

1）气孔的产生

产生气孔的原因是熔池金属中存在过量的气体，在熔池凝固过程中没有完全逸出，或者由于凝固过程中化学反应产生的气体来不及逸出。

二氧化碳焊时,可能产生的气孔有以下三种：

①CO气孔：产生原因是焊丝脱氧不足,以致大量FeO不能还原而熔于金属熔池中，凝固时与C发生以反应，生成Fe和CO。CO气体来不及逸出，形成气孔。但只要保证焊丝有足够的脱氧元素，严格控制焊丝含碳量，即可减少CO 气孔。

②氮气孔：是由于二氧化碳气流保护不好，或二氧化碳气纯度不高(含有一定量的空气)而造成的。例如，当气体保护效果不好时，如气体流量太小、保护气不纯、喷嘴被堵塞、或室外焊接时遇风、使气体保护受到破坏，大量空气侵入熔池，将引起氮气孔。二氧化碳焊接主要会产生氮气孔。氮气孔的产生情况具体为：当氮大量地熔于金属熔池中，焊缝金属结晶凝固时，氮在金属中的熔解度突然降低，来不及逸出，从而形成气孔。可以针对影响二氧化碳气体纯度的具体情况采取有效措施即可防止氮气孔的产生.

③氢气孔：其形成过程与氮气孔形成过程相同.在二氧化碳气保焊时产生氢气孔的机率不大，因为二氧化碳气体本身具有一家的氧化性，可以制止氢的有害作用，所以二氧化碳气保焊时对铁锈和水分没有埋弧焊和氩弧焊那样敏感。氢的来源于焊件、焊丝表面的铁锈、水分及油污等杂物、二氧化碳气含有水分等有关。如果焊件表面的油污以及水分太多，则在电弧的高温作用下，将会分解出氢气，当其量超过二氧化碳气保焊时氧化性对氢的抑制作用时，将仍然产生氢气孔。

2）气孔的防止

①．焊丝含Mn、Si量要比钢材高好，含碳量小于0.1%，可减少CO气孔。