气体保护焊接的推广技术辅助材料.doc

CO2气体保护焊接的推广及应用
目 录
1、CO2气体保护焊接的简介及焊接原理………………………………1
2、CO2气体保护焊接的优缺陷…………………………………………1
3、CO2气体保护焊机设备介绍…………………………………………2
4、CO2气体保护焊接的工艺参数及调整………………………………4
5、焊接操作技术 …………………………………………………………8
6、CO2气体保护焊接的常见故障排除方法……………………………12

一：CO2气体保护焊接的简介及焊接原理
CO2气体保护焊接方法是一种高效率，低成本的焊接方法，这种焊接方法在工业界有着极为广泛的应用。工业化国家CO2焊接占据了整个焊接生产的主导地位，1988年日本焊接总量的71%即是由CO2焊接完毕的。我国的CO2焊接的应用仅占10%左右，使用量上呈上升趋势，一方面是CO2焊接应用范围逐步扩大，另一方面却是人们总体上还缺少对CO2焊接全面、细致的了解，这体现在工艺、设备等个方面。这样的结果就是极大地限制了CO2焊接工艺的应用普及。
CO2焊接工艺的最初构想源于20世纪2023代，然而由于焊缝气孔问题没有解决，而使得CO2气体保护焊无法使用。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气体保护焊接的原理是采用可融化的焊丝与焊件之间的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属，同时，向焊接区域内连续输送CO2气体，以保护焊接电弧，焊丝熔滴、焊接熔池以及熔池周边的热影响区，免受周边空气的侵袭，焊接过程中，焊丝连续不断地输入，从而使焊件达成连接。
二：CO2气体保护焊接的优缺陷
CO2气体保护焊接方法与电弧焊相比有如下优点：
1、生产效率高：由于焊接电流密度较大，通常为100-300A/mm2,所以，焊丝的融化系数大，母材的熔透深度也增大。此外，CO2气体保护焊焊接过程中，基本上没有焊渣产生，为此，焊后不用情渣，从而节省了很多辅助时间，焊接生产比焊条电弧焊高1-3倍。
2、焊接低合金钢不易产生裂纹：与埋弧焊和氩弧焊相比，CO2气体保护焊对油、锈的敏感度还是较低的，具有较强的抗潮湿和抗锈能力，焊缝中的含氢量很低，是一种低氢型的焊接方法。所以，采用CO2气体保护焊方法焊接低合金钢时不易产生冷裂纹。
3、焊接变形小：CO2气体保护焊焊接过程中，焊丝电流密度高，电弧热量集中，焊件受热面积小，焊接应力也小，所以，焊件焊后变形小，特别是用CO2气体保护焊焊接薄板时，大大减少了焊后校正变形的工作量。
4、焊接电弧可见性良好，CO2气体保护焊接是明弧焊接，焊接过程中电弧可见性良好，容易对准焊缝和控制熔池熔化以及焊缝成型。对于曲线焊缝的焊接、空间位置焊缝的焊接都是十分有利的。
5、适宜焊接全位置及其空间焊缝，CO2气体保护焊熔滴短路过渡时，电弧的燃烧、熄灭和焊丝熔滴过渡过程都很稳定，焊接飞溅小，被广泛应用在规定焊接热输入小的薄板焊接以及空间焊缝、全位置焊缝的焊接。
6、焊接操作简朴，CO2气体保护焊焊接操作简朴，容易掌握，在焊条电弧焊操作技术的基础上，经短期培训即可进行CO2气体保护焊焊接。
7、焊接成本低，CO2气体来源广泛，（既有专业生产的CO2气体，也有某些化工铲平的副产品，）价格低，焊接过程中消耗的电能也少，其焊接成本只是埋弧焊和焊条电弧焊的40%~50%。
CO2气体保护焊接方法与电弧焊相比有如下缺陷：
1、焊接过程中合金元素被烧毁，CO2及其在高温下分解出来的氧气具有较强的氧化性，并且随着温度的升高，其氧化性增强，在焊接过程中，强氧化性将导致合金元素的烧毁。
2、焊接过程中飞溅较大，焊接过程中产生的CO气体假如出现在熔池内，则会由于气体的热膨胀而导致处在向焊接熔池过渡过程中的熔滴爆炸，形成焊接飞溅。
3、焊接过程中气体保护区的抗风能力弱，CO2气体保护焊时，由于CO2气流的保护，把焊接电弧区的空气排挤出焊接电弧区，保护好处在高温的电极、融化金属和处在高温区域的近缝区金属，使它们不能与空气接触，防止被氧化。一旦CO2气体的保护作用被自然风力破坏，CO2气体保护焊的焊缝质量将变差，所以室外作业时，CO2气体保护焊电弧区周边要有防风措施。
4、拉丝式焊枪比焊条电弧焊焊钳重，CO2气体保护焊拉、拉丝式焊枪上焊丝盘和送丝电动机，尽管送丝电动机功率较小，（一般10W左右），焊丝盘重量也不会超过1KG，但整个焊枪比焊条电弧焊焊钳要重，增大了焊工的劳动强度。
5、焊接设备较复杂，CO2气体保护焊焊机重要由7个部分组成，焊接电源、控制箱，送丝机构，焊枪（手工焊枪或自动焊小车）、CO2气体供气装置，遥控盒、冷却水循环装置（大电流焊接时用于冷却焊枪）等。其设备组成比焊条电弧焊设备复杂，在需要经常移动的焊接现场作业时不如焊条电弧焊设备机动性好。
6、CO2气体保护焊焊机价格比焊条电弧焊焊机的价格高，半自动CO2气体保护焊机的价格是焊条电弧焊焊机的3倍，是直流焊条电弧焊焊机的1.5倍。价格较高。
三：CO2气体保护焊机设备
半自动CO2气体保护焊设备由四部分组成。见图1

图1
1、供气系统哦，又气瓶、减压流量调节器，及管道组成，有时为了除水，气路中还需串联高压和低压干燥器。
2、焊接电源，又一个平特性的三相晶闸管整流器及控制线路组成，面板上装有指示灯及调节旋钮等。
3、送丝机构，该机构是送丝的动力，涉及机架，送丝电动机，焊丝矫正轮，压紧轮，和送丝轮等，具有合租昂卡焊丝盘，电缆及焊枪机构，规定送丝机构可以匀速输送焊丝。一般焊丝直径大于3mm时采用变速送丝方式，焊丝直径小于或等于2.4mm时，采用等速送丝方式。
4、焊枪，用来传导电流，输送焊丝和保护气体。
四：CO2气体保护焊接的工艺参数及调整。
1、CO2气体保护焊的重要焊接参数及影响
（1）焊接电流：根据焊接条件（板厚、焊接位置、焊接速度、材质等参数）选定相应的焊接电流。CO2焊机调电流事实上是在调整送丝速度。因此CO2焊机的焊接电流必须与焊接电压相匹配，既一定要保证送丝速度与焊接电压对焊丝的熔化能力一致，以保证电弧长度的稳定。

焊接电流和送丝速度具体选用见图2

图2
焊丝直径与焊接电流的关系见表1

表1
焊接电流对熔敷速度及熔深都是有影响的。随着焊接电流的增长，熔敷速度和熔深都会增长，但应注意，焊接电流过大时，容易引起烧穿和产生裂纹等缺陷，且焊件的焊接变形也大，焊接过程中飞溅很大，而焊接电流过小时，容易产生为焊透、未熔合和夹渣以及焊缝成型不良等缺陷。通常在保证焊透、成型良好的情况下，尽也许地采用大电流，以提高生产效率。
（2）焊接电压： 焊接电压是指在电焊机电压表上显示的电压，但考虑到焊接电缆的损耗，为保证导电嘴与焊件之间有合适的电压，将导电嘴与焊件之间的电压定义为电弧电压，即：
电弧电压=焊接电压-电缆损耗
假如焊机安装符合安装规定的话，损耗电压重要指电缆加长所带来的电压损失，如您的焊接电缆需要加长，调节焊机输出电压时可参考表2：

表2：损耗电压
焊接电压的设定
根据焊接条件选定相应板厚的焊接电流，然后根据下列公式计算焊接电压:
≤300A时: 焊接电压 = ( 0.04倍焊接电流 + 16 ± 1.5) 伏
＞300A时: 焊接电压 = ( 0.04倍焊接电流 + 20 ± 2) 伏
焊接电压对焊接效果的影响
电压偏高时，弧长变长，飞溅颗粒变大，易产气愤孔，焊道变宽，熔深和余高变小.
电压偏低时，焊丝插向母材，飞溅增长，焊道变窄，熔深和余高大。
（3）焊接速度： 焊接速度的选择应保证单位时间内给焊缝足够的热量，假如焊接速度过高，除产生咬边，未熔合等缺陷外，由于保护效果的变坏，还也许会出现气孔，若焊接速度过低，除了减少生产率外，焊接变形还将增大。
一般半自动焊时，焊接速度在30-60cm/min.
全自动焊时，焊接速度可达成250cm/min.
（4）杆伸长度：杆身长度的定义是焊丝从导电嘴到工件的距离（图3）

杆伸长度按照以下公式计算：
当焊接电流≤300A时：
L= (10--15)倍焊丝直径.
当焊接电流＞300A时：
L= (10--15)倍焊丝直径 + 5mm
焊接过程中，保持焊丝干伸长度不变是 保证焊接过程稳定性的重要因素之一。
杆伸长度过长时：
图3
气体保护效果不好，易产气愤孔，引弧性能差,电弧不稳,飞溅加大, 熔深变浅，成形变坏.
杆伸长度过短时：
看不清电弧,喷嘴易被飞溅物堵塞,飞溅大，熔深变深，焊丝易与导电咀粘连。
（5）焊丝
焊丝直径的选取：焊丝直径越大，允许使用的焊接电流越大，焊丝的直径可参考下表选择：

使用焊丝时应当注意：
外观检查：焊丝平排密绕,直径均匀,表面光亮,焊丝盘无破损。
性能检查：化学成分不合格,严重影响焊接质量,必须采用优质 焊丝。
焊接电流：必须在焊丝许用电流范围之内。电流过大将引起溶 池翻腾和焊缝成形恶化。电流过小能量集中性变差， 引弧困难，飞溅变大，溶深浅，焊缝成形不好。
丝径选用：在焊丝直径允许电流范围内，尽也许选用细焊丝， 以提高焊丝溶化速度、提高引弧成功率，减少飞溅， 增长溶深，改善焊缝成形，提高焊接质量。
（6）CO2气体：隔离空气并作为电弧的介质，纯度规定大于 99.5%，含水量小于0.05%，
CO2气体流量的控制：
小于350A焊机：气体流量为15--20升/分
大于350A焊机：气体流量为20--25升/分
每公斤液态CO2可释放509升气体，一瓶液态二氧化碳(25-30kg)可释放15000升左右气体，约可使用10--16小时.
CO2气瓶气体提纯方法：静置30分钟后倒置放水，正置放杂气，反复两次。见图4

图4：CO2气体的提纯
（7）电源极性
CO2气体保护焊接通常都采用直流反接（反极性）见图5，即焊件接阳极，焊丝接阴极，这种接法可使焊接过程稳定，飞溅小，熔深大。
直流正接时（正极性）见图6，焊件接阳极，焊丝接阴极，在焊接电流相同时，焊丝融化快（其熔化速度是反极性的1.6倍），熔深较浅，余高大，稀释率较小，但飞溅较大，根据这些特点，正极性焊接重要用于堆焊，铸铁补焊，及大电流高速CO2气体保护焊。

图5 图6
五：焊接操作技术
1. 焊接操作要点
CO2气体保护焊的质量是由焊接过程的稳定性决定的，焊接过程的稳定性，除通过调节设备选择合适的焊接参数保证外，更重要的是取决于焊工实际操作技术水平。因此每个焊工都必须熟悉CO2气体保护焊的注意事项，并掌握基本操作手法，才干根据不同的实际情况，灵活地运用这些技能，获得满意的效果。
1.1. 选择对的的持枪姿势
由于CO2气体保护焊的焊枪比焊条电弧焊焊钳重，焊枪后面又拖了一根沉重的送丝导管，因此焊接过程中焊工是较吃力的，为了能长时间坚持生产，每个焊工都应根据焊接位置，选择对的的持枪姿势。采用对的的持枪姿势，焊工既不感到别扭，又能长时间、稳定地进行焊接。
对的的持枪姿势应满足以下条件：
1) 操作时用身体的某个部位承担焊枪的重量，通常手臂都处在自然状态，手腕能灵活带动焊枪平移或转动，不感到太累。
2) 焊接过程中，软管电缆最小的曲率半径应大于300mm, 焊接时可随意拖动焊枪。
3) 焊接过程中，能维持焊枪倾角不变，还能清楚、方便地观测熔池.
4) 将送丝机放在合适的地方．保证焊枪能在需要焊接的范圈内自由移动。
1.2. 保持焊枪与焊件的合适的相对位置
CO2气体保护焊焊接过程中．焊工必须使焊枪与焊件间保持合适的相对位置，重要是对的控制焊枪与焊件之间的倾角和喷嘴高度。 在这种位置焊接时，焊工既能方便地观测熔池．控制焊缝成形，又能可靠地保护熔池，防止出现缺陷。合适的相对位置因焊缝的空间位且和接头形式而异。
1.3. 保持匀速向前移动
整个焊接过程中，必须保持焊枪匀速前移，才干获得满意的焊缝。通常焊工可根据焊接电流的大小、熔池的形状、焊件熔合情况、装配间隙、钝边大小等情况，调整焊枪前移速度，力争匀速前进。
1.4. 保持摆幅一致的横向摆动
像焊条电弧焊同样，为了控制焊缝的宽度和保证熔合质量．CO2气体保护焊焊枪也要作横向摆动。
为了减小热输人，减小热影响区，减小变形，通常不希望采用大的横向摆动来获得宽焊缝，提倡采用多层细焊道来焊接厚板．当坡口小时，如焊接打底焊缝时，可采用锯齿形较小的横向摆动，当坡口大时，可采用弯月形的横向摆动。
2. 基本操作技术
2.1. 引弧
CO2气体保护焊与焊条电弧焊引弧的方法稍有不同，不采用划擦式引弧，重要 是碰撞引弧，但引弧时不必抬起焊枪。具体操作环节如下：
1) 引弧前先按遥控盒上的点动开关或按焊枪上的控制开关，点动送出一段焊丝，焊丝伸出长度小于喷嘴与焊件间应保持的距离．超长部分应剪去，如图所示

图： 超长部分要减去
若焊丝的端部出现球状时，必须预先剪去，否则引弧困难

2) 将焊枪按规定（保持合适的倾角或喷嘴高度）放在引弧处如图：

图： 准备引弧
注意此时焊丝端部与焊件未接触，喷嘴高度由焊接电流决定。若操作不纯熟．最佳双手待枪。
3) 按焊枪上的控制开关．焊机自动提前送气．延时接通电源，保持高电压，慢送丝．当焊丝碰撞焊件短路后，自动引燃电弧。
短路时，焊枪有自动顶起的倾向，如图

故引弧时要稍用力下压焊枪，防止因焊枪抬起太高，电弧太长而熄灭。
2.2. 焊接
引燃电弧后，通常都采用左焊法，焊接过程中，焊工的重要任务是保持焊枪合适的倾角和喷嘴高度，沿焊接方向尽也许地均匀移动，当坡口较宽时，为保证两侧熔合好，焊枪还要作横向摆动。
1) 焊接薄板或打底焊时，焊接参数的特点是焊接电流小，电弧电压较低。这种情况下，重要是焊接电流和焊接电压配合好，假如电弧电压太高，电弧功率增大，容易烧穿，甚至熄弧，假如电弧电压太低，会导致焊丝忽然爆断，产生严重的飞溅，破坏焊接过程。
2) 焊接中厚板填充和盖面焊的焊接参数。这种焊接参数的焊接电流和焊接电压都较大，但焊接电流小于引起喷射过渡的临界电流，
2.3. 收弧
焊接结束前必须收弧，若收弧不妥容易产生弧坑，并出现弧坑裂纹（火口裂纹）、气孔等缺陷。操作时可以采用以下措施：
1) CO2气体保护焊机有弧坑控制电路，则焊枪在收弧处停止前进，同时接通此电路，焊接电流与电弧电压自动变小，待熔池填满时断电。
2) 若所用焊机没有弧坑控制电路，或因焊接电流小没有使用弧坑控制电路时，在收弧处焊枪停止前进，并在熔池未凝固时，反复断弧、引弧几次，直到弧坑填满为止。操作时动作要快，若熔池已凝固才引弧，则也许产生未熔合及气孔等缺陷。
不管采用哪种方法收弧，操作时都需特别注意，收弧时焊枪除停止前进外，不能抬高喷嘴，即使弧坑已填满，电弧已熄灭．也要让焊枪在弧坑处停留几秒种后才干移开，由于灭弧后，控制线路仍保证延迟送气一段时间，以保证熔池凝固时能得到可靠的保护，若收弧时抬高焊枪，则容易因保护不良引起缺陷。
2.4. 接头
CO2气体保护焊不可避免地要有接头，为保证接头质量，建议按下列环节操作：
1) 将待焊接头处用磨光机打磨成斜面，如图所示。

2) 在斜面顶部引弧，引嫩电弧后，将电弧移至斜面底部，转一圈返回引弧处后再继续向左焊接，如下图所示

注意：这个操作很重要，引燃电弧后向斜面底部移动时．要注意观测熔孔，若未形成熔孔则接头处背面焊不透；若熔孔太小，则接头处背面产生缩颈；若熔孔太大，则背面焊缝太宽或焊漏。
六：CO2气体保护焊接的常见故障排除方法。
1. 设备机械部分因磨损或调整不妥引起的后果

2. 操作不妥引起的缺陷。
2.1. 气孔
焊接开始前，必须对的地调整好保护气体的流量，使保护气体能均匀地、充足地保护好焊接熔池，防止空气渗入。假如保护不良，将使焊缝中产气愤孔。引起保护不良的因素如下：
1) CO2气体纯度低。含水或含氮气较多，特别是含水量太高时，整条焊缝上都有气孔。
2) 水冷式焊枪漏水。焊枪里面漏水，最容易产气愤孔。
3) 没有保护气。焊前未打开CO2气瓶上的高压阀或预热器未接通电源，就开始焊接。由于没有保护气，整条焊缝上都是气孔。
4) 有风。在保护气体流量合适时，因风较大，可将保护气体吹离熔池，保护不好，引起气孔，如图所示（下页图a）
5) 气体流量不合适。流量太小时，因保护区小，不能可靠地保护熔池（见下页图b）；流量太大时产生涡流，将空气卷人保护区，因此，气流量不适宜会使焊缝中产气愤孔。
6) 喷嘴被飞溅堵塞，见下页图C，射到喷嘴上的飞溅未及时除去时．保护气产生涡流，也会吸人空气，使焊缝产气愤孔。焊接过程中必须经常清除喷嘴上的飞溅，井防止损坏喷嘴内圈的表面粗糙度。
为便于清除飞溅，焊前最佳在喷嘴的内表面喷一层防飞溅喷剂或涂一层硅油。

图a 风的影响 图b保护气流太小

图c 保护气流太大 图d 喷嘴被飞溅堵塞
7) 焊枪倾角太大。焊枪倾角太大（见图e ) ，也会吸人空气，使焊较中产气愤孔。
8) 焊丝伸出长度太大或喷嘴位置太高。焊丝伸出长度太长或喷嘴位置太高时，保护不好，容易引起气孔.(见图f)

图e 焊枪倾角过大 图f 焊丝伸出长度太大

9) 弹赞软管内孔堵塞。弹簧软管内孔因被氧化皮或其他脏物堵塞，其前半段密封塑胶管破裂或进丝嘴处的密封圈漏气，保护气从焊枪的进口处外泄，使喷嘴处的保护气体流最减小，这也是产气愤孔的重要因素之一。在这种情况下．往往能听到送丝机焊枪的连接处漏气的嘶嘶声．通常在整条焊缝上都是气孔，焊接时还可看到熔池中冒泡。
2.2. 未焊透
1) 坡口加工或装配不妥。坡口太小、钝边太大、间隙太小、错边量太大都会引起未焊透，如下图所示。为防止未熔合，坡口角度以40°-60°为宜。

a:坡口太小 b:钝边太大或间隙太大 c:错变大
2) 打底焊道不好，打底焊道凸起太高，易引起未熔合，故打底时，应控制焊枪的摆动幅度，保证打底焊道与两侧坡口面熔合好。

打底焊道引起的未熔合
3) 接头不好。接头处未通过修磨或引弧不妥，接头处易产生未熔合，为保证焊缝接头质量，规定将接头打磨成斜面。在最高处引弧并连续焊下去。
4) 焊接参数不合适。平焊时，焊接速度太小，焊接电流过大，使熔敷系数太大，或焊枪倾角太大会引起未焊透，
5) 电弧位置不对。电弧未对准坡口中心，或焊枪摆动时，电弧偏向坡口的一侧，都会引起未焊透，
6) 位置限制。由于结构限制，使电弧不能对准或达不到坡口边沿，也会引起未焊透。