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1、 二氧化碳气体保护焊 v v 周官旺 v v v 1平泉县职教中心张立春 二氧化碳气体保护电弧焊 教学目标： 1. 了解二氧化碳气体保护焊的基本原理、工艺特点 及应用范围；能合理选用焊丝和控制冶金过程； 能合理制定焊接工艺； 2. 掌握典型焊接接头半自动二氧化碳气体保护电弧 焊操作技术； 3. 了解二氧化碳气体保护电弧焊的新技术。 课时：4课时 教法：讲授 授课教师：周官旺 2平泉县职教中心张立春 v 早在20世纪30年代就有人提出用CO2及水 蒸气作为保护气体，但试验结果发现焊缝金属严 重氧化，气孔很多，焊接质量得不到保证。因此 氩气、氦气等惰性气体保护焊首先应用于焊接生 产，解决了当时航空
2、工业中有色金属的焊接问题 ，气体保护焊的优越性也逐步被人们认识和重视 。但是氩气、氦气为稀有气体，价格较贵，应用 上受到一定的限制。为此，到20世纪50年代。人 们又重新研究CO2气体保护焊，并逐步应用焊接生 产。3平泉县职教中心张立春 v CO2气体保护电弧焊是利用CO2作为保 护气体的熔化极电弧焊方法。这种方法以CO2 气体作为保护介质，使电弧及熔池与周围空气 隔离，防止空气中氧、氮、氢对熔滴和熔池金 属的有害作用，从而获得优良的机械保护性能 。生产中一般是利用专用的焊枪，形成足够的 CO2气体保护层，依靠焊丝与焊件之间的电弧 热，进行自动或自半动熔化极气体保护焊接。 1.CO2焊的特点及
3、应用 1.1 CO2焊的基本原理 4平泉县职教中心张立春 vCO2焊的原理示意图 v1. 焊丝盘 v2. 送丝滚轮 v3. 焊丝 v4. 导电嘴 v5. 保护气体喷嘴 v6. 保护气体 v7. 熔池 v8. 焊缝金属 v9. 母材 v10.电弧 v 1.CO2焊的特点及应用 5平泉县职教中心张立春 v CO2是一种无色无味的气体，在0 101.3kPa气压时，它的密度为1.9768g/L，是空 气的1.5倍。因而CO2良好的保护作用，还能有效 地防止空气中N2对熔滴及熔池金属的有害作用， 这一点是很可贵的，因为金属一旦被氮化，便 难以使之脱氮。 1.2 CO2气体的性质 6平泉县职教中心张立春
4、 v CO2常温下很稳定，但在高温下（5000K ）左右几乎能全部分解，具有强烈的氧化性， 因而是一种氧化性气体。虽然它有强烈的氧化 作用，但氧化了的熔化金属可比较容易地脱氧 ；另一方面较强的氧化性能够抑制焊缝中氢的 存在，防止产生氢气孔和裂纹； v CO2气体价格低廉，供应充足。 1.2 CO2气体的性质 7平泉县职教中心张立春 CO2焊按使用焊丝直径的不同，可分为 细丝CO2焊（焊丝直径小于1.6mm）和粗丝CO2焊 （焊丝直径大于1.6mm）。 按操作的方式分类，又可分为半自动CO2 焊和自动CO2焊。 1.3 CO2焊的分类： 8平泉县职教中心张立春 v焊接生产率高。由于焊接电流密度较
5、大，电弧 热量利用率较高，以及焊后不需清渣，因此提 高了生产率。CO2焊的生产率比普通的焊条电弧 焊高2-4倍。 v焊接成本低。 CO2气体来源广，价格便宜，而 且电能消耗少，故使焊接成本降低。通常CO2焊 的成本只有焊条电弧焊的4050。 1.4 CO2焊的特点 1.4.1 优点 9平泉县职教中心张立春 v焊接变形小。由于电弧加热集中，焊件受热面 积小，同时CO2气流有较强的冷却作用，所以 焊接变形小，特别适宜于薄板焊接。 v焊接质量较高。对铁锈敏感性小，焊缝含氢量 少，抗裂性能好。 v适用范围广。可实现全位置焊接，并且对于薄 板、中厚板甚至厚板都能焊接。 v操作简便。焊后不需清渣，且是明弧
6、，便于监 控，有利于实现机械化和自动化焊接。 1.4.1 优点 10平泉县职教中心张立春 v1) 飞溅率较大，并且焊缝表面成形较差。金 属飞溅是CO2焊中较为突出的问题，这是主要缺 点。 v2）很难用交流电源进行焊接，焊接设备比较 复杂。 v3）抗风能力差，给室外作业带来一定困难。 v4）不能焊接容易氧化的有色金属。 1.4.2 缺点 11平泉县职教中心张立春 v1. CO2焊主要用于焊接低碳钢及低合金钢等黑色 金属。 v2. 对于不锈钢，由于焊缝金属有增碳现象，影响 抗晶间腐蚀性能。所以只能用于对焊缝性能要求 不高的不锈钢焊件。 v3. CO2焊还可用于耐磨零件的堆焊、铸钢件的焊补 以及电铆
7、焊等方面。 v 目前CO2焊已在汽车制造、机车和车辆制造、化 工机械、农业机械、矿山机械等部门得到了广泛 的应用。 1.3 CO2焊的应用 12平泉县职教中心张立春 1.材料因素 母材和焊材的成分 2.工艺因素 如焊接方法、坡口形式和加工 质量、预热后热措施、层间温 度控制、装配质量、甚至电源 种类和极性等，对改善工艺焊 接性都起很大作用。 3.结构因素 如设计时应考虑焊接 接头处于刚度较小状 态，避免出现截面突 变、余高过大、交叉 焊缝等容易引起应力 集中的结点。 4.使用条件 如工作温度高低、工 作介质种类、载荷性质 等，都属于工艺焊接性 考虑范围 2. CO2焊接工艺 焊 接 工 艺 包
8、 括 哪 几 方 面 ？ 13平泉县职教中心张立春 2.1 2.1 焊接材料的选用焊接材料的选用 因CO2是一种氧化性气体，在电弧高温区分解为一氧化 碳和氧气，具有强烈的氧化作用，使合金元素烧损，所以 CO2焊时为了防止气孔，减少飞溅和保证焊缝较高的机械性 能，必须采用含有Si、Mn等脱氧元素的焊丝。 CO2焊使用的焊丝既是填充金属又是电极，所以焊丝既 要保证一定的化学性能和机械性能，又要保证具有良好的 导电性能和工艺性能。 CO2焊丝分为实芯焊丝和药芯焊丝两种: 14平泉县职教中心张立春 焊丝焊丝 型号特征及适用范围围 H08Mn2SiA冲击值击值 高，送丝丝均匀，导电导电 好。 H04Mn
9、2SiTiA 脱氧、脱氮、抗气孔能力强，适用于200A以上 电电流。 H04Mn2SiAlTiA 脱氧脱氮抗气孔能力更强, 适用于填充和CO2-O2混合气体保护焊护焊 。 H08MnSiAMAG 焊焊 实芯焊丝的型号、特征及适用范围 常用的实芯焊丝型号 ： H 0 8 M n 2 S i A H：焊接用钢, 08：含碳量0.08 % , M n 2: 2 %的氧化锰, S i: 1 %的氧化硅, A: 含硫、磷量小于0.03 % , 无A则0.04 % 。 为了提高导电性能及防止焊丝表面生锈，一般在焊丝表面采用镀铜工艺，要求 镀层均匀，附着力强，总含铜量不得大于0.35 % 2.1.1 实芯焊
10、丝 15平泉县职教中心张立春 焊丝焊丝 直径（mm）电电流范围围（A）适用板厚（mm） 0.640 1000.6 1.6 0.850 1500.8 2.3 0.970 2001.0 3.2 1.090 2501.2 6 1.2120 3502.0 10 1.6 300 6.0 不同焊丝直径使用电流范围 2.1.1 实芯焊丝 16平泉县职教中心张立春 使用焊丝的注意事项: 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
11、， 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，尽可能选用细焊丝， 以提高焊丝溶化速度、提高引弧成功率，减少飞溅， 增加溶深，改善焊缝成形，提高焊接质量。 2.1.1 实芯焊丝 17平泉县职教中心张立春 焊丝焊丝 直径(mm)电电流范围围(A)熔化速度(g/min) 0.850-15010-50 0.970-20010-60 1.090-25010-80 1.2120-35020-120 1.6140-50040-160 焊丝熔化速度和焊接电流的关系 2.1.1 实芯焊丝 18平泉县职教中心张立春 药芯焊丝： 使用药芯焊丝焊接时，通常用使用药芯焊丝焊接时，通
12、常用COCO 2 2 或或COCO 2 2 +A+A r r 气体作为保气体作为保 护气体，与实芯焊丝的区别主要在于焊丝内部装有焊剂混合物护气体，与实芯焊丝的区别主要在于焊丝内部装有焊剂混合物 。焊接时在电弧热作用下熔化状态的焊剂材料、焊丝金属、母。焊接时在电弧热作用下熔化状态的焊剂材料、焊丝金属、母 材金属和保护气体相互之间发生冶金作用，同时形成一层较薄材金属和保护气体相互之间发生冶金作用，同时形成一层较薄 的液态溶渣包覆溶滴并覆盖溶池，对溶化金属形成又一层保护的液态溶渣包覆溶滴并覆盖溶池，对溶化金属形成又一层保护 ，实质上这种焊接方法是一种气渣联合保护的方法，它综合了，实质上这种焊接方法是
13、一种气渣联合保护的方法，它综合了 手工电弧焊和手工电弧焊和COCO 2 2 气体保护焊的优点气体保护焊的优点。 2.1.1 药芯焊丝 19平泉县职教中心张立春 调整焊剂成分可适 应各种钢材，及对 焊缝的质量要求 气相和渣相双重 保护抗气孔能力 强于实芯电弧焊 熔化速度快溶敷效 率高，生产率比手 工焊高35倍 电弧稳定焊缝成形 美观，飞溅小， 适合全位置焊接 药芯焊丝的特点 药芯焊丝 2.1.1 药芯焊丝 20平泉县职教中心张立春 药芯焊丝是由08A冷轧薄钢带光亮退火后经轧机纵向折迭加粉拉拔而 成，其横截面有“O”形、“T ”形、梅花形等多种形状。示意图如下： “O”形梅花形“T”形 药芯焊丝的
14、焊剂成分和焊条的药皮类似，含有稳弧剂、脱氧剂、造 渣剂、和铁合金等，起着造渣保护溶池，掺合金，稳弧等作用。 药芯焊丝按焊剂成分可分为二氧化钛型和碱性型两种。直径有1.2, 1.6, 2.0, 2.4, 3.2 mm。主要用于低碳钢和低合金钢的焊接。 药芯焊丝因钢性较差，丝体较软，所以对送丝机构要求严格，既要 降低送丝压力，又要保证匀速送丝。 药芯焊丝的结构及使用中的注意事项： 2.1.1 药芯焊丝 21平泉县职教中心张立春 表1. CO2电弧焊焊接工艺参数 焊 丝 牌号 根据被焊材料的力学性能和化学成分选择相应牌 号的焊丝 常用焊丝：H08Mn2SiA； H04Mn2SiTiA 规格 （丝 径
15、） 根据焊件厚度、焊缝空间位置及生产率要求选择 短路过渡：0.61.6mm；适于薄板、全位置焊 接 滴状过渡：1.6mm；适于中厚板及厚板。 干伸 长 一般为10 ；约在：1020mm范围内。 干伸长过大，电弧不稳，飞溅较大，熔深浅，气孔 增多 干伸长过小，飞溅物易堵塞喷嘴； 直径越小或材料的电阻率越大，干伸长影响越大。 2.1.1 药芯焊丝 22平泉县职教中心张立春 焊 接 电 流 作 用 决定焊缝的熔深、生产效率的主要因素。 选择 原则 根据板厚、焊丝直径、施焊位置、熔滴过渡 形式选择； 短路过渡：50230A； 滴状过渡：300750A。 电 弧 电 压 作 用 决定焊缝宽度的主要因素，能否实现短 路过渡的关键参数； 选择 原则 根据焊丝直径、焊接电流协调匹配焊接 电压； 2.1.1 药芯焊丝 23平泉县职教中心张立春 焊 接 速 度 作 用 决定热输入量的主要参数之一；从而影响焊缝 成型、接头的力学性能及气孔等缺陷的产生； 选 择 原 则 一般为1540 m/h（半）；4060 m/h（自）； 焊接速度过大，易引起焊缝两侧咬边，产生气 孔； 焊接速度过小，易引起焊瘤，烧穿，焊缝组织 变粗。 2.1.1 药芯焊丝 24平泉县职教中心张立春 保护 气体 纯 度 CO2 气体的纯度不低于99.5%； 流
