《第五章 CO2焊讲课教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章 CO2焊讲课教案（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章CO2气体保护电弧焊,本章重点： CO2电弧的行为； 焊接材料及焊接冶金； 实芯焊丝短路过渡CO2焊； 药芯焊丝CO2焊 ； 学习建议： 必须充分理解和掌握 CO2电弧的行为及其与它焊 接方法差异，这是能够准确理解CO2焊应用的前 提和关键； 药芯焊丝CO2焊是CO2焊发展的重要方向之一， 近年来增长很快，应给予较多的关注和重视。,第一节 CO2 焊的特点及应用,二氧化碳气体保护焊是 利用CO2作为焊接保护气的一 种熔化极气体保护电弧焊方 法。 二氧化碳气体保护焊 属于 MAG（熔化极活性气体 保护焊）的一种，是由 MIG 焊发展而来,为何要用CO2作为焊接保护气？ 焊条药皮燃烧中放出气
2、体含有较多的 CO2；工业生产中 产生大量的 CO2 副产品，可以廉价利用 。 电弧产热密度较高，可提高焊接效率。,一、 CO2 焊的特点 1、优点 焊接生产率高：比 SMAW 高24倍； 焊接成本低：是 SMAW 或 SAW 的4050% 焊接变形小：特别适用于薄板焊接； 焊接质量高：对铁锈不敏感，焊缝含氢量低； 适用范围广：全位置操作性好，打底/填充/盖面、 厚/薄板均宜 操作简便：比 SMAW 容易操作，便于实现（robot）自 动焊； 绿色环保： CO2来自可再生资源；,2、缺点 电弧燃烧不够平稳，飞溅较大； （这一点已逐步得到解决） 不能焊接有色金属，也不适宜焊接高合金钢； 焊接过程
3、中产生较大的烟尘，恶化环境； 3、应用 材料：黑色金属低碳钢、合金结构钢； 厚度：厚薄均可，尤其对310mm厚板件有优势； 位置：全位置； 结构：车辆、船舶、工程机械、普通钢构、容器等；,第二节 CO2 焊设备,以半自动CO2焊设备为例： 一、设备的组成,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。,1、焊接电源： 使用直流电源 （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
4、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。,2、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。,用于推丝式送丝的鹅颈式焊枪,（1）送丝方式,a）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。,推丝式送丝机,b）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。,CO2焊机及其拉丝式焊枪,拉丝式焊枪（送丝机构做在焊枪内）,焊丝盘,送丝电机,送丝机构,还有一种多级串联的行星式送丝，即“线式送丝”，可远距离稳定地送细的软焊丝。,推拉式送丝焊枪（手工焊接用）,c）推拉丝式焊枪结构复
5、杂，适用于远距离送细丝，多用于机器人焊接.,（2）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 用焊机的送丝机多采用单主动送丝。,送丝机多为独立式，也有与电源合为一体的。 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,（3）焊枪 半自动焊枪多为推丝式，独立送丝机通过导管向焊枪送丝，焊枪轻巧，操作方便。,自动焊枪多为拉丝式，送焊丝机构与焊枪、行走机构集为一体。这种焊枪多用于专用焊机上。 将半自动焊枪固定于行走小车上进行自动焊，现在生产中应用十分广泛。 易损件 喷嘴：材质为铜镀铬
6、，陶瓷 （易碎，少用）； 导电嘴：材质为纯铜或铜合金； 易损件大多是通用的“标 准件”，可在在市场上选购。,（4）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，称 为CO2减压流量计。 不同气体的减压流量计 按规定不能互换使用。,CO2减压流量计,第三节 CO2 焊的冶金特性,1、 CO2的氧化性 在电弧高温下， CO2要分解， 表现出很强的氧化性。 CO2 CO + O + + Me = MeO +CO Me= MeO,一、CO2气体的氧化性与合金元素的氧化,CO2、CO、O在高温下可直接与 Fe、Mn
7、、Si、C 等发生氧化反应，反应发生在熔池金属周围未溶化区域或凝固的焊缝表面上，发生在熔滴形成及过渡过程中、发生在熔池中。 反应生成物大多成为熔渣浮在熔池表面，只有部分FeO 溶入液态金属中，并又可能与 C 发生反应： 此反应会导致气孔和飞溅。,2、合金元素的氧化（烧损）,在CO2电弧中，就焊丝中的合金成分而言，Ni、Cr、Mo 的过渡系数最高，被烧损的量最少；Si、Mn 的过渡系数较 低；AI、Ti、Nb 的过渡系数更低，烧损最多；C元素过渡率 随焊丝中的 C含量多少而增减。,1、脱氧剂及熔池脱氧 对脱氧剂的要求：a）与O的亲和力较大，生成物不是气体， 以免气孔； b）生成物的熔点低、密度较
8、小， 且不溶于液态金属； c）剩余的可作为焊缝的合金元素； 常用的脱氧剂有：Al、Ti、Si、Mn 等，将它们加入到焊 丝中作为脱氧元素，可有效去除熔池中的 FeO。 Al 的脱氧能力最强，能抑制 CO 的生成； Ti 的作用除脱氧外，还能细化晶粒； Si、Mn 的作用除脱氧外，还是重要的合金元素，而且 两者要联合使用。否则，单一使用时，生成物 SiO2 的熔点高、颗粒小，易成为夹渣。生成物 MnO 的 密度大、不易浮出 ，也会成为夹渣；,二、CO2气体焊的脱氧与焊缝的合金化,熔池中脱氧生成物状态与Si、Mn含量的关系,2、合金元素 为了防止气孔、减少飞溅以及降低焊缝裂纹的倾向性， CO2焊丝
9、中的含C量一般都限制在0.15以下，加上在电弧中 受到的烧损和蒸发，焊缝的含C量往往低于母材，焊缝强度难 以保证。因此在焊接低碳钢和一般低合金钢时，要依靠脱氧后 剩留在焊缝中的Si、Mn等合金元素弥补C的损失，使焊缝强度 得以保证。 CO2焊丝中 Si、Mn的质量分数需要有较高的数值。根据试 验，Si的质量分数在1左右，经过在电弧中的烧损、蒸发和在 熔池中的脱氧后，还可在焊缝中剩下约0.40.5；而Mn的 质量分数一般应为12。 在焊接高强度钢时，还应适当加入Cr、Mo、V 等作为焊缝 的合金元素，以保证焊缝的强度。,1、气孔原因 产生气孔的因素：气体直接侵入熔池而溶于其中； 脱氧产物之一 C
10、O; 熔池受到气体冷却、凝固速度快； 2、气孔性质 （1）N2 气孔 N2的来源：空气侵入熔池（是主要的）； CO2气体中含有少量N2（一般少于1， 是次要的） 焊接过程中CO2气流量不足或受到侧向风吹致气流不 稳，是N2侵入引发气孔的主要原因。 对策：合理选用焊嘴和调节气流量； 短弧操作； 避免侧向风吹；,三、CO2气体焊的气孔问题及对策,（2）H2 气孔 H2 来源：焊丝工件表面的水锈、油污受热分解产生； CO2气体中含有的少量水汽分解产生； 对策：清理焊丝、工件上的严重水锈、油污； 减少CO2气体中水汽进入电弧区； 应当指出：CO2电弧的H2氧化性在抑制气孔方面是有相当作 用的；此外在电
11、弧高温中，H是以离子形态溶入金 属中的，直流反接时，熔池为阴极，它发射大量的 电子，使熔池表面的H离子又复合成原子，因而可 减少进入熔池的。因此对于轻度水锈、油污一般不 必清理。 （3）CO 气孔 CO的来源： CO2 CO + O ； Fe + C Fe + CO ； 对策：限制焊丝中的 C 含量； 在焊丝中加入足够的脱氧元素，脱去FeO ；,1、焊接条件 细丝（0.81.6mm）、小电 流、低电压，是薄壁件、全位 置焊接中普遍应用的。,第四节 CO2 焊的熔滴过渡,一、短路过渡,a）电弧电压,2、影响因素,短路过渡时，过渡熔滴越小，短路频率越高，焊缝波纹越 细密，焊接过程越稳定。短路频率常
12、常作为衡量短路过渡过程 稳定性的标志。,b）电源特性 平外特性电源为基本要求，还要求电源具有优良的动特性。 c）送丝速度,颗粒过渡是熔滴以较小的尺寸自由飞落进人熔池。对于一 定直径的焊丝，在电流增大到一定数值并配以适当的电弧电压 时就会出现这种情况，还可将其分为中丝细颗粒过渡和粗丝潜 弧喷射过渡两种形式。 1、细颗粒过渡 细颗粒过渡是1.63.0mm中等直径焊丝C02电弧焊熔滴的 主要过渡形式。这是因为中丝短路过渡的参数区间很窄，难以 实现稳定的焊接；另外，比较容易在较大的电流下实现稳定的 细颗粒过渡，能够用大电流在平焊位置焊接较厚工件，不但熔 敷系数很大，而且熔深也很大，是一种高生产率的焊接
13、方式。 这种过渡方式在电压较高时会出现“熔滴被排斥”现象，排 斥缘于斑点压力和金属蒸汽的反作用力。只有在电压较低、电 流增大至进入“深潜弧状态”时，才能实现平稳的“细颗粒过渡“。,二、颗粒过渡,“深潜弧状态”为细颗 粒过渡的平稳过程,细颗粒过渡 的参数区间,潜弧喷射过渡是粗丝（3.05.0mm)焊中出现并被采用 的一种熔滴过渡形式。由于采用了更大的焊接电流，为避免 排斥过渡的出现，所以电弧电压也不是很高。 粗丝潜弧与中丝潜弧的差别在于粗丝潜弧焊需要有较高 的焊接速度，此时焊丝的前端紧挨着熔池前部表面壁熔化并 呈尖形，以一种熔滴流的形式脱落，即以喷射过渡的形式到 达熔池，几乎不产生飞溅。在焊接速
14、度较小时，虽然焊丝端 头潜入熔池凹坑中，但仍有排斥过渡的特征。,2、潜弧喷射过渡,粗丝焊的参数区间示例：,I 区，电弧部分潜入熔池凹坑（半 潜），颗粒状过渡，焊接过程较稳定， 焊缝成形较好，但飞溅稍大； 区，焊丝端头与工件表面平齐，电 弧潜入凹坑较深（临界潜弧），焊 接过程比 I 区稳 定，飞溅少，焊缝成 形较好； 区，焊丝端头在工件表面下2mm 左右，电弧潜入凹坑很深（深浴状态），熔滴喷射过渡，常伴有瞬时短路；,1、产生飞溅的原因 （1）电弧形态所决定的熔滴过渡阻力较大； （2）工艺条件所决定的熔滴短路、颗粒过渡方式； （3）控制方式所决定的电弧自调节特性； 2、主要飞溅形式 （1）短路熔滴
15、的过热爆断飞溅； （2）熔滴、熔池中反应气体的爆出飞溅； （3）斑点压力、金属蒸汽反作用力的排斥飞溅；,第五节 CO2 焊的飞溅与对策,一、飞溅的原因及形式,二、减少飞溅的措施,1、焊接材料方面 （1）尽量限制焊丝材质中的 C 含量（通常不大于 15）； （2）采用 CO2 + Ar 混合保护气体； 2、工艺参数方面 （1）正确选择焊接电流，匹配合适的电压，能避免排斥过 渡形式（通常在小电流短路过渡区的飞溅量小，大电流细颗粒 过渡区的飞溅也较小，而在细丝中等参数区产生的飞溅量较大）； （2）尽量减小焊枪倾角（不超过20。），焊枪垂直时飞溅最小； （3）限制焊丝干伸长； （4）送丝速度均匀； （5）直流反极性接法；,3、电源方面 稳定的短路过渡过程中，短路小桥应形成在焊丝端头与 液柱之间，这需要有一个转变时间。如果短路电流上升过 快、短路峰值电流过大，都会使液柱在没有形成合适位置的 颈缩小桥或者没有明显产生颈缩时就出现爆断，飞溅量明显 增加。 通过调节回路电感使短路过渡焊接中的电流上升速率 didt和短路峰值电流I
