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1、8.1任务描述 液化气钢瓶是特种设备，在国民经济各个领域和人民群众生活中有广泛的使用，其制造质量对确保液化气钢瓶安全使用具有重要意义。液化气钢瓶是由底座、瓶体（上、下封头）、阀座、护罩和瓶阀组成如图8-1，钢瓶的使用环境温度为4060，公称工作压力为2.1Mpa，上、下封头的材质为HP295。,学习情境八 液化气钢瓶的CO2气体保护焊生产,1-底座 2-下封头 3上封头 4-阀座 5-护罩 6-瓶阀 图8-1 液化气钢瓶,【知识点】 气体保护焊的概念、特点及分类 CO2气体保护焊的冶金原理 CO2焊工艺参数 埋弧焊、电子束焊、等离子弧焊和激光焊的特点 焊接应力与变形 预防和减少焊接应力与变形的
2、工艺措施 常用金属材料的焊接性 常见焊接缺陷产生原因分析及预防措施 【技能点】 CO2保护焊焊材的选用 焊接电流、电弧电压、焊接速度、气体流量等的选择 焊接质量的检验,8.2任务分析 通过对液化气钢瓶结构及其工艺性分析，钢瓶的瓶体由上、下封头组成，中间有一条环焊缝，焊缝采用带垫板的单面自动焊；阀座焊接在上封头上，用以装配瓶阀，阀座为下托式焊接结构，采用外部单面CO2气体保护焊接方式，材料为20号优质碳素钢，具有良好的可焊性；护罩、底座：材料为Q235-A普碳钢，护罩与上封头采用手弧焊焊接连接，即不可拆卸连接。护罩的作用一是保护瓶阀，二是便于提携；底座采用手弧焊焊接在下封头上，底座的作用是使钢瓶
3、稳定直立。底座上钻有小孔，便于排除积水，防止底座和下封头腐蚀生锈。手弧焊焊接方法已在学习情境六中介绍过，这里不再重复。本情境重点介绍气体保护焊的有关知识及焊接工艺参数的选用；了解其他焊接方法的特点及应用，同时掌握预防和减少焊接应力与变形的工艺措施；掌握常用金属材料的焊接性和常见焊接缺陷产生原因及预防措施。 8.3相关知识 气体保护电弧焊（简称气体保护焊），它是用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。按照保护气体的不同，气体保护焊分为两类：一类是使用惰性气体作为保护的称为惰性气体保护焊，如氩弧焊、氦弧焊、混合气体保护焊等；另一类是使用CO2气体作为保护的气体保护焊，简称CO2焊。,一、
4、氩弧焊 氩弧焊是以氩气作为保护气体的电弧焊，氩气是惰性气体，可保护电极和熔化金属不受空气的有害作用，在高温下，氩气与金属既不发生反应，也不溶入金属中。 氩弧焊的种类，按照电极的不同分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种（图8-2）。,a）非熔化极氩弧焊 b）熔化极氩弧焊 1.电极或焊丝2.导电嘴3.喷嘴4.进气管5.氩气流6.电弧7.工件 8.填充焊丝 9.送丝辊轮 图8-2 氩弧焊示意图,1、钨极氩弧焊 常以高熔点的铈钨棒作为电极，焊接时，铈钨极不熔化（也称非熔化极氩弧焊），只起导电和产生电弧的作用。电弧在非熔化极和工件之间燃烧，在焊接电弧周围流过一种不和金属起化学反应的惰性气体(氩气)，形成
5、一个保护气罩，使钨极端头、电弧、熔池及已处于高温的金属不与空气接触，防止氧化和吸收有害气体，从而形成致密的焊接接头，其力学性能非常好。焊接钢材时，多采用直流电源正接，减少钨极的烧损；焊接铝、镁及其合金时采用反接，此时工件作为阴极，有“阴极破碎”作用，能消除氧化膜，焊缝成形美观。 钨极氩弧焊需要加填充金属，它可以是焊丝，也可以在焊接接头中填充金属条或采用卷边接头。为防止钨合金熔化，钨极氩弧焊焊接电流不能太大，所以一般适用于焊接小于4mm的薄板件。,2、熔化极氩弧焊 焊丝通过丝轮送进，导电嘴导电，在母材与焊丝之间产生电弧使焊丝和母材熔化，并用惰性气体氩气保护电弧和熔融金属来进行焊接的。它用焊丝作电
6、极，焊接电流大，母材熔深大，生产率高，适于焊接中厚板，一般为了使焊接电弧稳定，通常采用直流反接。 它和钨极氩弧焊的区别：一个是焊丝作电极，并被不断熔化填入熔池，冷凝后形成焊缝；另一个是采用的保护气体，随着熔化极氩弧焊的技术应用，保护气体已由单一的氩气发展出多种混合气体的广泛应用，如Ar 80CO220的富氩保护气。通常前者称为MIG，后者称为MAG。从其操作方式看，目前应用最广的是半自动熔化极氩弧焊和富氩混合气保护焊，其次是自动熔化极氩弧焊。,3、氩弧焊的特点： （1）用氩气保护可焊接化学性质活泼的非铁金属及其合金或特殊性能钢，如不锈钢等。 （2）电弧稳定，飞溅小，表面无熔渣，焊缝成形美观，焊
7、接质量好。 （3）电弧在气流下燃烧，热量集中，焊缝周围气流冷却，热影响区小，焊接变形小，适合于薄板焊接。 （4）明弧可见，操作方便，易于自动控制，可实现各种位置焊接。 （5）氩气价格较贵，焊件成本高。 另外，氩弧焊与焊条电弧焊相比对人身体的伤害程度要高一些，氩弧焊的电流密度大，发出的光比较强烈，它的电弧产生的紫外线辐射，约为普通焊条电弧焊的530倍，红外线约为焊条电弧焊的11.5倍，在焊接时产生的臭氧含量较高，因此，尽量选择空气流通较好的地方施工,不然对身体有很大的伤害。,二、CO2气体保护焊 CO2焊是利用廉价的CO2作为保护气体，依靠焊丝与焊件之间的电弧来熔化金属的焊接方法。CO2焊的焊接
8、过程如图8-3。,图8-3 CO2气体保护半自动焊示意图,CO2气体经焊枪的喷嘴沿焊丝周围喷射，形成保护层，使电弧、熔滴和熔池与空气隔绝。由于在电弧的高温作用下，CO2会分解为CO和O2，焊缝中氧气增加，因而具有较强的氧化性，在焊接过程中会引起Mn、Si等合金元素烧损，所以不能焊接易氧化的非铁金属和不锈钢。另外，由于CO2气体冷却能力强，熔池凝固快，焊缝中易产生气孔。若焊丝中含碳量高时，会引起较强的飞溅，因此需采用含Si、Mn等合金元素的焊丝来实现脱氧和渗合金，常用的CO2焊焊丝是H08Mn2SiA，适用于焊接抗拉强度小于600Mpa的低碳钢和普通低合金结构钢。,1、CO2焊特点： （1）焊接
9、成本低 （2）生产效率高 （3）焊后变形小 （4）焊接电弧可见性良好 （5）抗锈能力强 2、CO2气体保护焊的分类 CO2气体保护焊按操作方法，可分为自动焊及半自动焊两种。对于较长的直线焊缝和规则的曲线焊缝，可采用自动焊；对于不规则的或较短的焊缝，则采用半自动焊，目前生产上应用最多的是半自动焊。 CO2气体保护焊按照焊丝直径可分为细丝焊和粗丝焊两种。细丝焊采用直径小于1.6mm,工艺上比较成熟，适宜于薄板焊接；粗丝焊采用的直径大于或等于1.6mm，适用于中厚板的焊接。,3、CO2气体保护焊的熔滴过渡 CO2气体保护焊时，焊丝的熔化和熔滴过渡是在CO2气体中进行的，CO2气体在电弧热作用下将发生
10、分解，该反应是吸热反应，因此它对电弧有较强的冷却作用，所以对焊丝金属的过渡特点产生很大影响。电弧燃烧的稳定性和焊缝成形的好坏取决于熔滴过渡的形式。根据焊丝直径和焊接电流不同，熔滴过渡形式也不同。在实际生产中常用的熔滴过渡形式有短路过渡、颗粒过渡两种形式。 （1）短路过渡 焊丝端部的熔滴与熔池短路接触，在温度和电磁力的作用下使熔滴爆断，直接向熔池过渡的形式称为短路过渡。短路过渡采用小电流、低电压，电弧小于熔滴直径而形成的。 短路过渡时，熔滴越小，过渡越快，焊接过程越稳定。即当电弧电压合适时，短路频率越高，焊接过程越稳定。影响短路过渡频率的主要因素是电弧电压和送丝速度。当电弧电压太低时，弧长很短，
11、短路频率虽然很高，但电弧燃烧时间较短，可能焊丝端部还来不及熔化就插入熔池而发生固体短路，由于短路时电流较大，造成焊丝爆断，产生严重的飞溅，焊接过程很不稳定。对于直径为0.8 mm、1.2mm 和1.6mm的焊丝，电弧电压大约为20V左右,这时除了短路频率最高外，短路过程比较均匀，,焊接时发出轻微均匀的啪啪声，随着电弧电压的升高，短路频率降低，短路持续时间减少，直至变成自由过渡。此时焊缝成形美观，适宜于焊接薄件。,（2）颗粒过渡 当焊接电流较大、电弧电压较高时，会发生颗粒过渡。影响颗粒过渡的主要因素是焊接电流，随着焊接电流的增加，熔滴体积逐渐减小，过渡频率增加，颗粒过渡也由大颗粒向小颗粒过渡，甚
12、至喷射过渡。当电弧电压较高、弧长较大而焊接电流较小时，焊丝端部形成的熔滴很不稳定地落入熔池中，这种过渡形式称为大颗粒过渡。大颗粒过渡时，焊接过程很不稳定，飞溅较多，焊缝成形不好，在实际生产中应尽量避免。 当进一步增加焊接电流（如1.6mm的焊丝，电流达到400A以上）时，熔滴尺寸不是随着电流的增加而增加，反而减小了，过渡频率较高时，称为小颗粒过渡。小颗粒过渡时，飞溅较小，焊丝熔化速度快，熔深较大，焊接效率较高，焊接过程稳定，焊缝成形良好，该种过渡形式适合于焊接中、厚钢板的工件。 对于1.6mm的焊丝，当焊接电流超过700A时，会发生喷射过渡，熔滴很小并如水流般从焊丝端部脱落，如射流状冲向熔池，
13、使熔池翻浆，焊缝成形不好，应尽量避免采用这种过渡形式。,4、 CO2气体保护焊焊接工艺参数 正确选择焊接工艺参数是保证焊接质量，提高生产效率的重要条件。CO2气体保护焊的工艺参数主要包括焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝干伸长度、气体流量、电源极性等。 （1）焊丝直径 实心焊丝的CO2气体保护焊焊丝直径范围较窄，一般直径在0.45mm之间。通常半自动焊多采用直径为0.41.6mm的焊丝，而自动焊常采用较粗的焊丝，其直径为1.65mm。1.0mm以下的焊丝使用的电流范围较窄，通常熔滴过渡以短路过渡为主，很少采用颗粒过渡；而较粗焊丝使用的电流范围较宽，1.21.6mm的焊丝可采用短路过渡
14、和颗粒过渡；2.0mm以上的焊丝基本上为颗粒过渡。而且焊丝直径主要根据工件的厚度、焊接位置以及效率等要求来选择。焊丝直径的选择见表8-1。,表8-1 焊丝直径的选择,（2）电弧电压及焊接电流 电弧电压是焊接工艺中关键的一个参数。它的大小决定了电弧的长短，决定了熔滴的过渡形式。实现短路过渡的条件之一是保持较短的电弧长度。所以就焊接工艺而言，短路过渡的一个重要特征是低电压。 确定电弧电压数值时，要考虑和焊接电流之间的匹配关系。在一定的焊丝直径及焊接电流下，电弧电压若过低，电弧引燃困难，焊接过程不稳定。电弧电压过高，则由短路过渡转变成大颗粒的长弧过渡，焊接过程也不稳定。只有电弧电压与焊接电流匹配得较
15、合适时，才能获得稳定的焊接过程，并且飞溅小，焊缝成形好。因此CO2气保焊焊接前要选择调整好焊接电流和电弧电压两个参数，并进行合理的配比，否则会大大影响焊接质量。焊接电流和电弧电压的配比经验公式： 公式1 ：焊接电流300A时：电弧电压=焊接电流0.04+161.5 公式2 ：焊接电流300A时：电弧电压=焊接电流0.04+202.0 注：公式1当中1.5是电弧电压的微调值，较小参数时选择-1.5；较大参数时选择+1.5。 公式2当中2.0也是电弧电压的微调值，较小参数时选择-2.0；较大参数时选择+2.0。 另外，在按照经验公式选择、调整好焊接参数后要进行实际试焊。首先验证焊接电流与电弧电压匹
16、配的合适性，然后再试验焊接电流选择是否合适，否则应及时进行调整，并重新调整匹配电弧电压。通常，,CO2气保焊焊接电流的选择是根据钢材厚度、焊层厚度、焊丝直径大小、焊接空间位置等多种因素进行选择。 （3）焊接速度 在焊接电流和电弧电压一定的情况下，焊接速度过快会引起焊缝两侧咬肉，焊接速度过慢则容易产生烧穿和焊缝组织粗大等缺陷，因此为了保证焊缝的质量，需要选择合适的焊接速度。一般半自动焊接时，焊接速度在2060cm/min之间比较合适。 （4）焊丝干伸长度 由于短路过渡焊接所采用的焊丝都比较细，因此焊丝干伸长度上产生的电阻便成为焊接参数中不可忽视的因素。随着焊丝干伸长度增加，焊丝上的电阻热增大，焊丝熔化加快，从提高生产率上看这是有利的， 但是当焊丝干伸长度过大时，焊丝容易发生过热而成段熔断，飞溅严重，焊接过程不稳定。焊丝干伸长度过小，势必缩短喷嘴与工件间的距离，飞溅金属容易堵塞喷嘴，因此焊丝干伸长度一般应为焊丝直径的1020倍。 （5）气体流量 在焊接电流较大，焊接速度较快，焊丝
