焊接方法与设备-二氧化碳气体保护焊

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2. CO2焊的特点
CO2焊的熔敷速度
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缺点： ⑴飞溅较大；（这一缺陷目前已经解决） ⑵焊接设备较“复杂”；（用今天的眼光看，已不复杂） ⑶抗风能力差；（所有气体保护焊的共同缺憾，但药芯焊丝CO2焊无 此问题） ⑷不能焊接有色金属。
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3. CO2焊的应用 材料：黑色金属——低碳钢、合金结构钢 厚度：厚薄均可，尤薄板有优势 位置：全位置 结构：车辆、船舶、机械、容器等。
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（短路）电压上升速度计算(T2～T3)：这一计算包含在掐断阶段内。 当计算结果表明达到特定的电压上升速度时，意味着熔滴分离即将发生，电 流在若干个微妙内降低到50A（注意这一事件在熔滴分离前发生，T4表明熔 滴分离已发生，但电流较低）；
冲击电弧阶段(T5～T6)：这一事件紧接着焊丝从熔池分离之后，它是焊 丝快速 “回熔”的大电流阶段（在这一阶段焊丝熔化末端的几何形状很不规 则）
项目实施
一、准备工作 1.坡口准备与定位焊 坡口的选择：可参照GB/T985-1988《气焊、焊条电弧焊及气体保护 焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》选择。 CO2电弧的穿透能力较强，与 MMA相比，可坡口角度稍小、钝边稍大。 CO2焊的焊丝较细，所以间隙 应小些（尤自动焊）。 焊前清理： CO2的氧化性强，所以抗锈能力强。除非要求特别严格， 否则坡口上的少量黄锈如不作清理，一般不会引起气孔，也不会导致焊缝 严重增氢。但为保险起见，仍然要求焊前对焊件进行严格清理。
推拉式送丝焊枪（手工焊接用）
还有一种“线式送丝”：多级串联的行星式送丝即为线式送丝， 可远距离稳定地送细的软焊丝（如0.8mm的铝焊丝）
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2. 送丝机构（送丝机） 由送丝电机、减速装置、送丝滚轮和压紧机构等组成；CO2焊专用焊机 的送丝机采用单主动送丝即可。
单主动式 双主动式 送丝机构 送丝机构
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（一）焊接电源：直流电源 1、平特性电源——用于细丝（短路过渡）焊接，配用等速送 丝系统； 2、下降特性电源——用于粗丝焊接，配用变速送丝系统； 3、对动特性的要求 细丝短路过渡焊机对动特性有特别的要求，即对短路电流上升 速度、短路电流峰值、电弧电压恢复速度三个指标有一定的要求， 目的是保证短路过渡过程可靠的同时又控制飞溅。 老式焊机通常通过改变接入回路电感来调节。
①显著地减少飞溅 ②易于焊接（伸出长度变化时电弧仍保持稳定、允许更大的焊枪角 度变化） ③更低的电弧辐射和更少的焊接烟尘、降低薄板焊接时的热输入
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上图为无STT和有STT在立焊和平焊时的焊接飞溅对比
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下图为无STT和有STT焊接时焊缝的外观对比
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基本电流(T0～T1)：短路前的电流，稳定在50-100A之间； 成滴时间(T1～T2)：在刚短路时，弧压感测器给出“电弧短路”的信 号，基本电流在约0.75毫秒内迅速降低至10A； “掐断”阶段(T2～T3) ：紧接着成滴时间阶段，以双波上升的形式对 短路的焊丝施加一大电流，通过产生的电磁收缩力加速熔化金属向熔池过 渡。注意：在此阶段，焊丝与工件之间的电压不为零，这是由于铁在 1550℃的熔点时的高电阻率导致的；
压紧轮
主动轮
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送丝机多为独立式，也有与电源做为一体者。 有专业厂家专门生产配套的送丝机，接口兼容或以德国宾采尔（BINZEL） 焊枪为标准。
电源、 送丝机 分体之 CO2焊机
电源、送
丝机一体
之CO2焊 机
注意：两机使用的都是鹅颈式焊枪（推丝枪）
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（三）焊枪 ⑴半自动焊枪 推丝式焊枪 拉丝式焊枪 以上为常见的通用焊枪，用量很大，有专业厂家配套生产，以德国宾采 尔（BINZEL）焊枪为事实上的行业标准。 推拉式焊枪 送不同材质的焊丝，要用不同的送丝套管（如送钢焊丝用钢质套管即可， 而送铝焊丝通常要用特氟隆套管）。 ⑵自动焊枪多见于专用焊机上。 把半自动焊枪夹于焊接小车上进行自动焊，现在生产中应用十分广泛。
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（四）供气系统
由气瓶（铝白色）、预热器、减压／流量计、气管和电磁气阀组成，必
要时可加装干燥器。
通常将预热器、减压器、流量计做为一体，叫CO2减压流量计（通常属
于焊机的标准随机配备）。名牌产品如
流量计
美国捷锐（）。
气压
不同气体的减压流量计按规定不能
表
互换使用。
开关
减压及预热装 置
CO2减压流量计
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除以上之外， 通用CO2焊机国内的品牌多如牛毛，但普遍市场 占有率低。除价格较低外，其它方面往往乏善可陈。
欧洲国家一般不做CO2焊专用焊机，而是MIG/MAG（CO2）一 体，所以其送丝机通常为双主动送丝。
如果焊机标可MIG/MAG/CO2焊，但却是单主动送丝，其效果 有限（目前国产焊机这种情况比较多见）。
燃弧阶段(T6～T7)：这一阶段是电流从等离子流冲击降低到基本电流 的周期。
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三、 CO2焊的焊接材料 （一） CO2气体 1、气体的性质 无色、无味 比空气重0.5倍 升华／凝华 压缩才能液化
高温下会分解铝白色标准钢瓶装（40L/25kg），允许使用的最高 环境温度≤40℃；压力表指示乃瓶内CO2饱和蒸气压（与液态多少 无关）指针下降即应换气！
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2、药芯焊丝(flux-cored wire) 碳钢药芯焊丝采用型号表示法，如EF035042 低合金钢药芯焊丝采用型号表示法，如E601T1-B3 注意：同是药芯焊丝，碳钢药芯焊丝和低合金钢药芯焊丝型号表示的规 则不同。 实芯焊丝的国内品牌较多，药芯焊丝的国内品牌不多。无论是实芯焊丝 或药芯焊丝，目前进口的质量比较好，品种比较齐全，尤其是药芯焊丝。国 内品牌中综合性能好、质量比较过硬的是锦泰系列焊丝。 药芯焊丝的焊接近年发展很快，应密切关注。
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（五）典型CO2焊设备（ CO2焊专用焊机） 1、北京“时代” 逆变焊机，节能节材；可靠性尚可，价格相对便宜，售后服务较好。 2、唐山“松下” 晶闸管焊机，但精细表现出色且可靠性极高；售后服务较好，价格较贵 但性价比高。 3、美国林肯 普通CO2焊机总体性能不错，但无价格优势。值得推介者为其STT（表 面张力过渡） CO2焊机：飞溅极小、成形极佳，但价格极贵。
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⑵拉丝式——焊枪复杂、较重，以手枪式焊枪多见，薄板结构使用较多； 适于送细丝/远距离送丝。
送丝机 构
送丝电机
焊丝 盘
拉丝式焊枪（其小型送丝机构做在焊枪内）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CO2 焊机
及其
拉丝
式焊 枪
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⑶ 推拉丝式——焊枪结构复杂，适用于远距离送（细、软）丝，多用于 机器人焊接和铝的熔化极气体保护焊。
脱氧剩下的Mn、Si用于补充碳和合金元素的损失
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2. CO2焊气孔 正常焊接条件下， CO2焊并不容易产生气孔。相反，由于CO2气氛的氧 化性，其抗氢气孔能力较强。
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3. CO2焊的飞溅 飞溅产生的与CO2电弧的行为有关（点击了解关于CO2电弧的行为） 具体包括以下几个方面： ⑴气体爆破引起（通过脱氧可以改善） ⑵电弧斑点压力引起（通过采用直流反接可以改善） ⑶焊接参数不当引起（采用合理的参数可以改善） ⑷短路过渡引起 这是CO2焊产生飞溅的主要原因。过去的焊机采用改变回路接入电感来调 节，效果非常有限。美国林肯公司建立在逆变焊机基础上的表面张力过渡 （STT）专利技术使这一问题基本得以解决。
焊接过程动画
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为何要用CO2作为焊接保护气？ ①焊条药皮造气剂的造气结果就是 CO2／工业生产中产生大量 廉价的CO2 。 ②与焊条电弧焊相比，熔化极气体保护焊效率高。
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2. CO2焊的特点 优点： ⑴焊接生产率高：比MMA高2～4倍 ⑵焊接成本低：是MMA或SAW的40～50% ⑶焊接变形小：尤适于薄板焊接 ⑷焊接质量高：对铁锈不敏感，焊缝含氢量低 ⑸适用范围广：全位置焊接能力好，打底/填充/盖面、厚/薄板均宜 ⑹操作简便：比MMA容易操作、适于自动焊（robot） ⑺绿色环保： CO2来自可再生资源
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（二）送丝系统 送丝方式的变化主要在于细丝/平特性（等速送丝）焊机上，以适应 不同场合的要求。 1、送丝方式 ⑴推丝式——焊枪简单、轻巧，以鹅颈式焊枪多见，实际应用较多； 送丝距离有限（通常≤5M），送细丝效果欠佳。
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CO2焊机及其推丝式送丝机、枪
推丝式送丝机
用于推丝式送丝的鹅颈式焊枪
使用气瓶时应遵守有关的安全规程。 主要杂质：水(减压器中预热装置乃防止水分冻结堵塞管路)
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去除水分的办法（P100）： ①倒置排水 ②正置后使用前再预排气 ③使用干燥器（现已少见） ④瓶内气压低至1MPa即停止使用 焊接用CO2其纯度标准为合格品≥99.5％、一等品≥99.7％、优等品 ≥99.9％（V/V）。
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二、CO2焊的冶金特性
1.合金元素的氧化
作为焊接保护气体， CO2表现出很强的氧化性
CO2 → CO + O
+
+
M=MO+CO↑ M=MO
结果：①合金元素烧损； ②可能造成气孔、飞溅和夹渣。
解决之道：冶金脱氧
对脱氧剂的要求（能脱氧但不能带来如夹渣、气孔等副作用）
Mn-Si联合脱氧
CO2焊专用焊丝H08Mn2Si&H08Mn2SiA
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（三）焊枪
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⑶易损件 ①喷嘴 形式——圆柱形（常用） 圆锥形（用于深坡口或窄间隙内）
材料——铜镀铬（多见） 陶瓷（易碎，少用） ②导电嘴 ——纯铜或铜合金做 以上易损件是事实上的“标准件”，使用时应注意： ①不同品牌的焊枪，其易损件的尺寸不同，往往无法替代； ②有专业厂家专门生产焊枪易损件，同一种易损件可能有不同品牌的选 择（其寿命、价格不一）； ③ 喷嘴端部与导电嘴端部的距离会影响焊丝伸出长度，从而影响到电弧 的稳定性和焊接质量——此点初学者往往容易忽略。
项目三 二氧化碳气体保护焊
一、项目导入
一、项目导入
❖ 油车的罐体为焊接结构件。主要由封头、筒体及附件（如法兰、开 孔补强、接管、支座）等部分组成，一般是采用低碳钢板焊拼而成。
项目分析
❖ 本项目主要学习： CO2焊的原理、特点及应用； CO2焊的冶金特性和焊接材料； CO2焊工艺； CO2焊设备； CO2焊其他方法； CO2焊的基本操作方法。
2．能够正确安装调试、操作使用和维护保养CO2焊设备； 3．能够根据实际生产条件和具体的焊接结构及其技术要求， 正确选择CO2焊工艺参数、工艺措施； 4．能够分析焊接过程中常见工艺缺陷的产生原因，提出解决 问题的方法； 5. 掌握CO2气体保护焊的实际操作技能。
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一、CO2焊的原理、特点及应用 1. CO2焊的原理 定义：二氧化碳气体保护焊是利用CO2作为焊接保护气的一种熔 化极、气体保护的电弧焊方法。
【知识目标】
1．掌握CO2焊的原理、特点及应用，CO2焊的焊接过程及 冶金特点，焊接材料的选用、焊接工艺参数的选择；
2．熟悉CO2焊设备的组成、操作使用和维护保养； 3．了解CO2焊其他方法； 4．掌握CO2气体保护焊的操作要点。
【能力目标】
1．能根据CO2气体保护焊的使用要求，合理选择CO2气体保 护焊设备；
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补充：焊丝的选用 实芯焊丝的选用比较简单，其选用原则与埋弧焊的相似，对于结构钢， 主要按等强原则选用，必要时考虑化学成分。 对于药芯焊丝，情况比较复杂，将在“药芯焊丝CO2焊焊” 中再具体讨 论。
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四、CO2焊设备 以半自动CO2焊设备为例 1、 CO2焊设备的组成和作用 组成：焊接电源 送丝机构 焊枪 供气系统 控制系统 有的还有循环水冷系统。
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（二）焊丝 1、对焊丝的要求（略） 2、焊丝牌号和化学成分 根据最新的国家标准，焊丝用型号表示，已不再用牌号表示！ ⑴实芯焊丝(solid wire) 二氧化碳气体保护焊用钢焊丝采用的是牌号表示法，如H08Mn2SiA。 气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝采用的是型号表示法，如ER50-6。 焊丝的直径系列有（0.5）、（0.6）、0.8、1.0、1.2、（1.4）、1.6、 2.0、2.5、（3.0）、3.2mm，表面通常镀铜以防生锈（最新的技术使焊丝已 取消镀铜，改为涂层，效果更好，如锦泰焊丝）。
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CO2焊熔滴过渡的最新成果：STT（Surface Tension Transfer 表面 张力过渡） （美国林肯公司专利／已有商品焊机）能在微秒级内产生过 渡和改变电流专门针对半自动焊接（焊接速度、送丝速度和伸出长度 都在 变化）而设计电源可以适应不同的保护气体，包括100％CO2、CO2与Ar 甚至He的混合气体主要优点：