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1、1,CO2气体保护焊讲座,湘潭钢铁集团有限公司科技 开发中心材料研究所 焊接首席技师 艾爱国 2011.2.21,2,【学习内容】,第一节 CO2 气体保护焊的冶金特点 第二节 C02气体保护焊的焊接材料 第三节 C02保护焊的焊接工艺参数 第四节焊接工艺参数选择不当引起的飞溅、焊道发黑及减少缺陷的措施 第五节气体保护电弧焊的分类 第六节中厚板对接CO2气体保护焊操作技术,3,一、 CO2气体保护焊的冶金特点,在常温下，C02气体的化学性能呈中性，但在电弧高温下，C02气体被分解而呈很强的氧化性，能使合金元素氧化烧损，降低焊缝金属的力学性能，还可成为产生气孔和飞溅的根源。因此，C02焊的焊接冶
2、金具有特殊性。,4,1合金元素的氧化与脱氧,(1)合金元素氧化 CO2在电弧高温作用下，易分解为一氧化碳和氧，使电弧气氛具有很强的氧化性。其中CO在焊接条件下不溶于金属，也不与金属发生反应，而原子状态的氧使铁、锰、硅等焊缝有用的合金元素大量氧化烧损，降低力学性能。同时溶入金属的FeO与C元素作用产生的CO气体，一方面使熔滴和熔池金属发生爆破，产生大量的飞溅；另一方面结晶时来不及逸出，导致焊缝产生气孔。 (2)脱氧 CO2焊通常的脱氧方法是采用具有足够脱氧元素的焊丝。常用的脱氧元素是锰、硅、铝、钛等。对于低碳钢及低合金钢的焊接，主要采用锰、硅联合脱氧的方法，因为锰和硅脱氧后生成的MnO和Si02
3、能形成复合物浮出熔池，形成一层微薄的渣壳覆盖在焊缝表面。,5,2C02焊的气孔问题,焊缝金属中产生气孔的根本原因是熔池 金属中的气体在冷却结晶过程中来不及逸出 造成的。C02焊时，熔池表面没有熔渣覆盖，加上C02气流的冷却作用，因此，结晶较快，容易在焊缝中产生气孔。C02焊时可能产生的气孔有以下三种：,6,(1)一氧化碳气孔,当焊丝中脱氧元素不足，使大量的FeO不能还原而溶于金属中，在熔池结晶时发生下列反应： FeO+CFe+CO 这样，所生成的 CO气体若来不及逸出，就会在焊缝中形成气孔。因此，应保证焊丝中含有足够的脱氧元素Mn和Si，并严格限 制焊丝中的含碳量，就可以减小产生CO气孔的可能
4、性。C02焊时，只要焊丝选择适当，产生CO气孔的可能性不大。,7,(2)氢气孔,氢的来源主要是焊丝、焊件表面的铁锈、水分和油污及C02气体中含有的水分。如果熔池金属溶人大量的氢，就可能形成氢气孔。为防止产生氢气孔，应尽量减小氢的来源，焊前要适当清除焊丝和焊件表面的杂质，并需对C02气体进行提纯与干燥处理。 此外，由于C02焊的保护气体氧化性很强，可减弱氢的不利影响，所以C02焊时形成氢气孔的可能性较小。,8,(3)氮气孔,当CO2气流的保护效果不好，如C02气流量太小、焊接速度过快、喷嘴被飞溅堵塞等，以及气体纯度不高，含有一定量的空气时，空气中的氮就会大量溶入熔池金属内。当熔池金属结晶凝固时，
5、若氮来不及从熔池中逸出，便形成氮气孔。 应当指出，C02焊最常发生的是氮气孔，而氮主要来自于空气。所以必须加强 C02气流的保护效果，这是防止C02焊的焊缝中产生气孔的重要途径。,9,二、C02气体保护焊的焊接材料,1C02气体 焊接用的CO2一般是将其压缩成液体储存于钢瓶内。C02气瓶的容量40L，可装25kg的液态C02，占容积的80，满瓶压力约为57 MPa，气瓶外表涂铝白色，并标有黑色“液化二氧化碳”的字样。液态C02在常温下容易汽化。溶于液态C02中的水分易蒸发成水汽混入C02气体中，影响C02气体的纯度。在气瓶内汽化C02气体中的含水量，与瓶内的压力有关，随着使用时间的增长，瓶内压
6、力降低，水汽增多。当压力降低到0.98MPa时，C02气体中含水量大为增加，不能继续使用。焊接用C02气体的纯度应大于99.5，含水量不超过0.05。,10,2焊丝 (1)对焊丝的要求 1)C02焊焊丝必须比母材含有较多的Mn和Si等脱氧元素，以防止焊缝产生气孔，减少飞溅，保证焊缝金属具有足够的力学性能。 2)焊丝含碳量限制在010以下，并控制硫、磷含量。 3)焊丝表面镀铜，镀铜可防止生锈，有利于保存，并可改善焊丝的导电性及送丝 的稳定性。 (2)焊丝型号及规格 根据GBT 81101995气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝规定，焊丝型号由三部分组成。ER表示焊丝，ER后面的两位数字表示熔敷金
7、属的最低抗拉强度，短划“”后面的字母或数字表示焊丝化学成分分类代号，如还附加其他化学成分时，直接用元素符号表示， 并以短划“”与前面数字分开。,11,焊丝型号,12,焊丝牌号,13,3.药芯焊丝,药芯焊丝是继焊条、实芯焊丝之后广泛应用的又一类焊接材料，它是由金属外皮和芯部药粉两部分构成的。用药芯焊丝进行焊接，具有生产率高、易于实现自动化、飞溅少、焊缝成形美观、合金元素过渡效果高于焊条药皮等一系列优点。,14,1）药芯焊丝截面形状,15,2）药芯焊丝特点,焊接工艺性能好， 熔敷速度快，生产率高， 合金系统调整很快， 能耗低， 综合成本低。,16,焊材消耗量=需要金属量综合熔敷效率 焊材费用=焊材
8、消耗量焊材单价 燃弧时间=需要金属量熔敷速度 气体费用=气体流量燃弧时间气体单价总作业时间=燃弧时间+其它时间 工资费用=总作业时间工资单价 电力费用=（焊接电流电弧电压燃弧时间单价）60000焊接成本=焊材费用+气体费用+工资费用+电力费用 京群焊材科技有限公司 碳钢药芯焊丝与焊丝的成本分析、生产率对比报告,17,18,三、 C02保护焊的焊接工艺参数,气体保护焊的主要焊接工艺参数有焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速 度、焊丝伸出长度、气体流量、电源极性、 装配间隙与坡口尺寸等。,19,1焊丝直径,焊丝直径应根据焊件厚度、焊接空间位置及生产率的要求来选择。当焊接薄板或中厚板的立、横、仰焊时
9、，多采用直径12mm以下的焊丝；在平焊位置焊接中厚板时，可以采用直径12mm以上的焊丝。,20,2焊接电流,焊接电流的大小应根据焊件厚度、焊丝直径、焊接位置及熔滴过渡形式来确定。焊接电流越大，焊缝厚度、焊缝宽度及余高都相应增加。通常直径0.81.2mm的焊丝，在短路过渡时，焊接电流50300A内选择。细滴过渡时，焊接电流在250500 A内选择。,21,3电弧电压,电弧电压必须与焊接电流配合恰当，否则会 影响到焊缝成形及焊接过程的稳定性。电弧 电压与焊接电流的关系可用下式来计算： U=14+I200.52.5 式中 U焊接电压； I焊接电流； 电弧电压随着焊接电流的增加而增大。短路 过渡焊接时
10、，通常电弧电压在1624V范 围内。细滴过渡焊接时，对于直径为12 1.6mm的焊丝，电弧电压可在25-36V范 围内选择。,22,23,4焊接速度,在一定的焊丝直径、焊接电流和电弧电 压条件下，随着焊速增加，焊缝宽度与焊缝 厚度减小。焊速过快，不仅气体保护效果变 差，可能出现气孔，而且还易产生咬边及未 熔合等缺陷；但焊速过慢，则焊接生产率降 低，焊接变形增大。一般C02半自动焊时 的焊接速度在1530mh。,24,5焊丝伸出长度,焊丝伸出长度取决于焊丝直径，一般约 等于焊丝直径的10倍，且不超过15 mm。 伸出长度过大，焊丝会成段熔断，飞溅严 重，气体保护效果差；过小，不但易造成飞 溅物堵
11、塞喷嘴，影响保护效果，也影响焊工 视线。,25,6 C02气体流量 C02气体流量应根据焊接电流、焊接速 度、焊丝伸出长度及喷嘴直径等选择，过大 或过小的气体流量都会影响气体保护效果。 通常在细丝C02焊时，C02气体流量约为 1015L min ；粗丝C02焊时，C02气体流量约在1525Lmin。,26,7电源极性与回路电感,为了减少飞溅，保证焊接电弧的稳定 性，C02焊应选用直流反接。大面积堆焊、铸铁冷焊时应选用直流正接。,27,8.焊枪倾角,焊枪倾角也是焊接质量不容忽视的因素，焊枪倾角过大(如前倾角大于25)时，不仅熔宽加大、减少熔深，还会增加飞溅。当焊枪与焊件成后倾角时，(电弧指向已
12、焊焊缝)，焊缝窄，熔深较大、余高较高。 焊枪倾角对焊缝成形的影响见图。通常焊工习惯用右手持枪，采用左向焊法，采用前倾角1015(焊件的垂线与焊枪轴线的夹角)，不仅能够清楚地观察和控制熔池，而且可以得到较好的焊缝成形。,28,(9)喷嘴至焊件的距离,喷嘴与焊件间的距离应根据焊接电流来选择，见图:,29,四、焊接工艺参数选择不当引起的飞溅、焊道发黑及减少缺陷的措施,一）CO2气体保护焊产生飞溅、焊道发黑的主要原因如下： 1、焊接工艺参数选择不当引起的飞溅、焊缝发黑 这种飞溅、焊道发黑是因焊接电流、电弧电压等焊接工艺参数选择不当而引起的。如随着电弧电压的增加，电弧拉长，熔滴易长大，且在焊丝末端产生无
13、规则摆动,致使飞溅增大。焊接电流增大，熔滴体积变小，熔敷率增大，致使飞溅增大。因此，必须正确地选择C02焊的焊接工艺参数，才会减少产生飞溅、焊道发黑的可能性。,30,2、熔滴过渡时，熔滴中的飞溅产生的原因 1）CO2电弧焊最主要的缺点。严重时甚至要影响焊接过程的FeO与C反应产生的CO气体在电弧高温下急剧膨胀，使熔滴爆破而引起金属飞溅。 2）由电弧的斑点压力而引起的飞溅。因CO2气体高温分解吸收大量电弧热量，对电弧的冷却作用较强，使电弧电场强度提高，电弧收缩，弧根面积减小，增大了电弧的斑点压力。 熔滴在斑点压力的作用下十分不稳定，形成飞溅。 3）短路过渡时由于液体小桥爆断引起的飞溅。当熔滴与熔
14、池接触时，由熔滴把焊丝与熔池连接起来，形成液体小桥。随着短路电流的增加，使液体小桥金属迅速地加热，最后导致液体小桥金属发生气化爆炸，引起飞溅。,31,4）CO2气体保护焊对铁锈、油污的敏感引起的飞溅，当工件上锈蚀、油污清理不干净时，也会引起飞溅。 二) 减少飞溅、焊缝发黑的措施主要有以下几方面： 1、正确选择工艺参数 1） 焊接电流与电弧电压。CO2电弧焊时，在短路过渡时飞溅率小，细滴过渡时飞溅率也较小，而混合过渡时飞溅最大。以直径1.2焊丝为例，电流小于200A或大于300A时飞溅率都较小，介于两者之间则飞溅率较大。在选择焊接电流时，应尽可能避开飞溅率高的混合过渡区。 2）电弧电压与焊接电流
15、的调整。这一参数对焊接过程稳定性、熔滴过渡、焊缝成型、焊接飞溅、焊缝发黑等均有重要影响。电弧电压与焊接电流的关系可用下式来计算：,32,式中 U=14+电流200.52.5 U焊接电压，V； I焊接电流，A。 3）保护气体。保护气体及气体流量是气体保护焊的主要参数之一，选择不当，将产生大量飞溅，焊道发黑，以致使焊缝成型变坏，甚至使焊接过程无法进行。CO2气体的物理性质决定了电弧的斑点压力较大，这是CO2气体保护焊产生飞溅的最主要原因。在CO2气体中加入氩气后，改变了纯CO2气体的物理性质。随着氩气比例的增大，飞溅逐渐减少。但氩气比例太大，焊缝流动性变差，焊道打不开，容易凸起，发黑。 4）焊丝伸
16、出长度。一般焊丝伸出长度越长，飞溅率越高，焊道发黑。例如，直径1.2焊丝，焊丝伸出,33,长度从20增至30，飞溅率约增加5%。所以在保证不堵塞喷嘴的情况下，应尽可能缩短焊丝伸出长度。 5）焊枪角度。焊枪垂直时飞溅量最少，倾斜角度越大，飞溅越多。因此，焊枪前倾或后倾最好不超过20 6）焊接速度。焊接速度与电弧电压和焊接电流之间，也有一个对应关系，即电流大，焊接速度增加，电流小，焊接速度减少。如果协调不好，焊速慢，焊缝高温停滞时间过长，焊道容易发黑，起堆。 7）电流极性。CO2气体保护焊主要是采用直流反接性，这时焊接过程稳定，飞溅也小，相反，当采用正极性时，在相同的焊接电流下，焊接速度大为提高，约为反极性时的1.6倍，且熔深较浅，余高增加，飞溅大，焊道发黑。,34,2、工件的清理及防风措施 1）工件上的锈蚀、油污、水分和灰尘要清理干净。 2）重要工件必须对坡口周围20范围内进行
