基础篇-co2焊接基础

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第三章焊接基础

CO2气体保护焊接

（一）工艺特点

CO2气体的密度较大，隔离空气，保护焊区的效果十分良好。CO2气体保护焊接的特点如下：

（1）、CO2电弧的穿透力强，焊丝熔化率高，生产率比手工焊高1～3倍。

（2）、 CO2气体保护焊的成本只有埋弧焊和手工焊的40～50％

（3）、抗锈能力较强，焊缝含氢量低。

CO2气体在室温下很稳定，但是在电弧高温中则要分解出原子态氧，因而使电弧气氛具有很强的氧化性，这种氧化性电弧气氛将带来三方面的问题。

（1）、合金元素烧损

（2）、增加金属飞溅

（3）、引起CO气孔

解决上述问题的途径室采用含有Si、Mn、AL等脱氧元素的焊丝。

CO2电弧焊主要用于焊接碳钢及低合金钢等黑色金属。

(二)、焊接材料

CO2保护气体，CO2有固态、液态和气态三种变化，当温度低于-11度时比水重，而当温度高于-11度时则比水轻，见表1，由于CO2由液态变为气态的沸点很低，为-70度，所以工业用CO2都是使用液态的，常温下它自己就气化了，1Kg液态CO2可液化509L气态CO2。

使用液态CO2很经济，方便，容量为40L的标准钢瓶可以灌入25Kg的液态CO2，25Kg的液态CO2约占钢瓶容量的80％，其余的20％左右的空间则充满气化了的CO2，气瓶压力表上所指示的压力值，就是这一部分气体的饱和压力，此压力大小是和环境温度有关，温度升高，饱和气压增高，温度降低，饱和气压亦降低。例如室温为20度，气体的饱和气压是5.72×10Mpa见表，只有当瓶内液态CO2已全部挥发成气体后，瓶内的压力才会随着CO2气体的消耗二逐步降低.

液态CO2中约可溶解0.05质量%的水,其余的水则成游离状态的水沉于瓶底,这些水分在焊接过程中随着CO2一起蒸发水蒸气混入CO2气体中一起进入焊接区.

CO2气瓶漆成黑色,标有CO2黄色字样.

CO2气体中底主要有害杂质是水分和氮气,    氮气一般含量较小.危害最大的是水分.随着CO2气体中水分的增加,即露点温度提高,焊缝中的含氢量亦增加,见图,同样是纯度大于99.5%的CO2气体,用其中含水量小于0.05%和等于0.05%的两种CO2气体施焊后,用前者的焊缝塑性比后者好而且后者易于出现气孔,焊接用CO2的纯度应大于99.5%，国外还有要求纯度大于99.5％，露点低于-40度，露点-40度，CO2气体中的水分含量为0.0066质量％

市售的CO2气体如果含水量较高，可在焊接现场作如下减少水分的措施：

1、将新灌的气瓶倒立静置1～2H然后开启阀门，把沉积在下部的自由水排出，根据瓶中的含水量的不同，可放2～3次，每隔30MIN左右放一次。放水结束后，仍将瓶倒立。

2、经倒立放水的气瓶，在使用前仍需要先放气2-3min，放掉气瓶上面的气体，因为这部分气体通常含有较多的空气和水分，而这些空气和水分主要是灌瓶时混入瓶内的。

3、在气路中设置高压干燥器和低压干燥器，进一步减少CO2气体中的水分，一般用硅胶或脱水硫酸铜作干燥剂，用过的干燥剂经烘干后可以重复使用。

4、瓶中气压降到980kpa时，不再使用。

5、在环境温度不变的情况下，只要瓶中存在着液态的CO2，则液态CO2上方的气体压力就不会变化（指平衡状态下），CO2气体中的水分含量也无变化，但当液态CO2挥发后，气体的压力将随着气体的消耗而下降，气体压力越低，水汽分解压越是相对的增大，水量挥发量越多，见图，当瓶内气体压力降到980kpa时，CO2气体中所含水分增加到3倍左右，如果再继续使用，焊缝中将产生气孔。

焊丝：CO2气体保护焊接对焊丝化学成分的要求有：

1、焊丝必须含有足够数量的脱氧元素和防止产生气孔。

2、焊丝的含碳量要低，通常要求含c小于0.11％，这样可减少气孔和飞溅。

3、保证焊缝金属具有满意的机械性能和抗裂性能。

表   为CO2焊常用的国产焊丝化学成分和用途。

H08Mn2SiA焊丝目前CO2电弧焊中应用最广，有较好的工艺性能，机械性能及抗裂纹能力，适宜于焊接低碳钢，屈服强度小于500Mpa的低合金钢和焊接后热处理抗拉强度小于1200Mpa的低合金高强钢。

焊丝表面的清洁程度影响到焊缝金属中的含氢量。焊接重要接头时，应采用机械、化学或加热办法清除焊丝表面的水分和污染物。

焊接规范选择，

  为了获得稳定的焊接过程，CO2电弧一般采用短路过渡和细微颗粒过渡两种熔滴过渡形式。

1、短路过渡焊接 CO2电弧焊中短路过渡应用最广泛，主要用于薄板及全位置焊接。焊接规范参数有电弧电压、焊接电流、焊接回路电感，焊接速度。气体流量及焊丝伸出长度等。

2、电弧电压及焊接电流 对于一定的焊丝直径及焊接电流（亦及送丝速度），必须匹配合适电弧电压，才能获得稳定的短路焊接过程，表    为三种不同直径焊丝的短路焊接规范，此时的飞溅最少。

在生产中选择焊接规范参数时除了考虑飞溅大小外，还要考虑生产率等其他因素。所以实际使用的焊接电流范围可以比表规范大一些，图示的四种直径焊丝使用的焊接电流和焊接电压范围。电弧电压和焊接电流选择在这一范围内，焊接过程的稳定性和焊接质量都是满意的。

焊接回路电感 进行短路过渡焊接，焊接回路中要有合适的电感量。电感的作用主要有：

1、调节短路电流增长速度di/dt。di/dt过小，发生大颗粒飞溅，甚至焊丝大段暴断而使电弧熄灭；di/dt过大，则产生大量小颗粒金属飞溅。焊接回路电感对di/dt的影响可近似地用下式表示

2、电感越大，短路电流增长速度di/dt越小；反之则越大。

3、细焊丝熔化快，熔滴过渡地周期短，因此需要较大的di/dt。粗焊丝熔化慢，熔滴过渡的周期长，则要求较小的di/dt。不同直径焊丝的焊接回路电感参考值见表3。

表3 焊接回路电感参考值（mH）

	焊丝直径（mm）	焊接电流	焊接电压	电感
1	ф0.8	100	18	0.01～0.08
2	ф1.2	130	19	0.02～0.20
3	ф1.6	150	20	0.30～0.70

4、调节电弧燃烧时间，控制母材熔深。增大电感，过渡燃烧时间加长，母材熔深将增大。焊接速度 焊接速度过快会引起焊缝两侧咬边；焊接速度过慢则容易产生烧穿和焊缝组织粗大等缺陷。

5、气体流量 气体流量大小取决于接头型式面焊接规范及作业条件等因素。通常细焊丝焊接时气流量为5～15L/min；粗焊丝焊接时，气流量为20～50L/min

6、焊丝伸出长度  合适的焊丝伸出长度应为焊丝直径的10～12倍，一般在10-20mm范围内，焊接过程中应尽可能维持焊丝伸出长度不变。伸出长度增加，则焊接电流下降，母材熔深减少；反之则电流增大，熔深增加。电阻率越大的焊丝，这种影响越明显。

7、电源极性   CO2电弧焊一般都采用滞留反极性。因为反极性时飞溅小，电弧稳定，母材熔深大，成形好，而且焊缝金属含氢量低。但是在堆焊时，则采用滞留正极较为合适。正极性时焊丝熔化系数大约为反极性的1。6倍，金属熔敷率高，可以提高生产率，并且熔深浅，对保证堆焊金属的性能有利。

8、细颗粒过渡焊接 又称CO2长弧焊接。在CO2气体中，对于一定直径焊丝，当电流增加到一定数值后，同时配以较高的电弧电压，焊丝的熔化金属即以小颗粒状态，非短路形式进入熔池，这种熔滴过渡形式叫做细颗粒过渡，电弧穿透力强，母材熔深大，适合于焊接中等及大厚度工件，细颗粒过渡也采用直流反接法。达到细颗粒过渡的最低电流值及电弧电压范围见表

表4  不同直径焊丝的细颗粒过渡焊接电流下限及电弧电压范围

	焊丝直径	电流下限值（A）	电弧电压（V）
1	ф1.2	300	34~45
2	ф1.6	400
3	ф2.0	500
4	ф3.0	650
5	ф4.0	750

9、CO2细颗粒过渡与氩气喷射过渡有实质性的区别。氩气中喷射过渡时，熔滴的轴向性很好，而CO2中细颗粒过渡则是非轴向的，并伴有较大的金属飞溅，氩气喷射过渡有明显的临界电流，而CO2细颗粒过渡则没有，此外，在CO2气体中时熔滴成细颗粒过渡则没有。此外，在CO2气体中使熔滴成细颗粒过渡的电流值比氩气中喷射过渡的临界电流值大得多。

10、供气系统

  CO2气体保护焊接得供气系统如图所示，其特点是气路中要接入预热和干燥器。

1、预热器 焊接过程中钢瓶内得液态CO2不断气化，气化过程要吸收大量得热能，另外，钢瓶中的CO2气体是高压的。约是5～6Mpa，经减压阀减压后，气体体积膨胀也会使气体温度下降，为了防止CO2气体中的水分在钢瓶出口处及减压阀中结冰而堵塞气路。显然，预热器应装在靠近钢瓶的出气口附近，预热器一般是电热式加热，功率在100～150W之间。

   焊接不良地调整

焊接不良	发生原因	调整方法
因气孔：H2、N2、CO2和Ar等因素所产生的缺陷如凹槽，吹孔等。	·保证气体流量不足 ·喷嘴有焊渣附着． ·风的影响． ·黑皮﹑生锈﹑有油附着． ·有涂料附着． ·焊接电流，电压焊接速度等不适当． ·焊角度，焊线突出长度等不适当．	·在不考虑风的的影响下，基本而言，气体流量要在15－30／min. ·依工作条件，改变气体流量 ·去除焊渣． ·选择最适切的焊接条件，防止焊渣发生． ·调整焊角度，喷嘴高度以减少焊渣附着． ·紧闭门窗． ·避免在焊接中使用风扇． ·使用隔屏． ·用稀释剂，刷子，研磨机等除去锈斑，油污等． ·以稀释剂擦拭涂料． ·遵守适当的电压范围 ·依弧长调整电压． ·使焊前进的角度不要过大． ·焊线突出的长度要配合焊接条件的设定．
过熔低陷： 沿着焊道上端，母材会被熔陷，而焊接后，熔融金属并无满溢的情况，却形成一个沟陷．	·焊接电流过大． ·弧电压不适当． ·焊接速度过快． ·焊角度及瞄准位置不适当．	·将焊接电流降低，放慢速度，查看电压是否适当，可将之稍微减低． ·调至适当的焊角及瞄准位置．
熔融不良： 焊面间熔融不足．	·焊接工作条件不适当． ·焊接面不洁．	·调整焊接电流，焊速度，焊线瞄位置，焊角度等． ·去除锈斑，油污等．
渗透不良： 溶入工件部份的量深点和焊面的距离不足．	·焊接工作条件不适当（焊接电流过低，较易发生此缺陷）	·调整焊接电流，焊速度，焊线瞄准位置，焊角度等．
过搭： 焊接金属并未熔入母材底部，反而产生突起．（Ｔ形接合焊接时，常见此情形）	·焊接电流过大． ·焊线瞄准位置不适当． ·焊角度不适当． ·焊速度过慢．	·焊接Ｔ型接合工件时，设定低焊接电流或查看电压是否适当，可稍稍将电压调高． ·焊接Ｔ形接合工件时，将焊线瞄准位置为前进角． ·薄板焊接时，焊线瞄位置移前1－1.5mm
突出焊珠： 意指表面有一膨胀多余的部份，直立向上焊接或向上倾斜焊接常见此情况．	·焊接电流过高． ·焊接电压过低． ·焊接速度过慢或过快．	·是否减慢焊接速度，将速度调整适当． ·电压是否适当，可稍调高．
凹状焊珠： 意指表面有一凹陷，直立向下焊接或向下倾斜焊接常见此情况．	·焊接电流过高． ·焊接电压过高． ·焊接速度过慢．	·降低焊接速度． ·电压是否适当，可稍微降低．
蛇形焊珠： 意指焊接焊珠，呈现如蛇变曲一般的状态．	·焊线变曲． ·焊线火嘴的孔径过大． ·磁力的影响．	·缩短焊线突出的长度． ·使用新的焊线桶． ·用新的火嘴替代． ·变更地线安装位置． ·变更焊接方向．