二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊

1、3.4 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊,利用CO2作為保護(hù)氣體的熔化極電弧焊方法，簡稱CO2焊。,,,3.4 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊,一、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的特點(diǎn)及應(yīng)用(1)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的熔滴過渡特點(diǎn) CO2焊的熔滴過渡形式有滴狀過渡、短路過渡和潛弧射滴過渡三種。,1）滴狀過渡 CO2焊在較粗焊絲(>φ1.6mm)、較大焊接電流和較高電弧電壓焊接時(shí)，會(huì)出現(xiàn)；當(dāng)電流在小于400A時(shí)，為大顆粒滴狀過渡。這種

2、大顆粒呈非軸向過渡(圖3-11)，電弧不穩(wěn)定，飛濺很大，焊縫成形也不好，因此在實(shí)際生產(chǎn)中不宜采用。,1）滴狀過渡,CO2焊在較粗焊絲(>φ1.6mm)、較大焊接電流和較高電弧電壓焊接時(shí)，當(dāng)電流在400A以上時(shí)，雖然仍為非軸向過渡，但飛濺減小，電弧較穩(wěn)定，焊縫成形較好，在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。,2）短路過渡,CO2焊時(shí)，在采用細(xì)焊絲、小電流，特別是較低電弧電壓的情況下，可獲得短路過渡。,2）短路過渡,短路過渡的特點(diǎn)是弧長較短（較低電弧

3、電壓）。短路過渡的過程如圖3-12所示。,2）短路過渡,短路過渡電弧的燃燒、熄滅和熔滴過渡過程均很穩(wěn)定，飛濺小，在要求較小的薄板焊接生產(chǎn)中采用。,3）潛弧射滴過渡,潛弧射滴過渡是介于上述兩種過渡形式之間的過渡形式．此時(shí)的焊接電流和電壓比短路過渡大，比細(xì)顆粒滴狀過渡小。,3）潛弧射滴過渡,電弧潛入凹坑中，焊絲端頭在焊件表面以下，熔滴由非軸向滴狀過渡轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的、軸向性很強(qiáng)的射滴過渡(但伴有瞬時(shí)短路現(xiàn)象)，如圖3-13所示。,3）潛弧

4、射滴過渡,其結(jié)果使金屬飛濺量大大減少，焊接過程較穩(wěn)定，母材熔深大，生產(chǎn)中有時(shí)被應(yīng)用于中等厚度和大厚度板材的水平位置焊接。,3）潛弧射滴過渡,需要注意：潛弧射滴過渡的焊縫深而窄，且余高大，成形系數(shù)不夠理想，易產(chǎn)生裂紋。,（2）二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的冶金特點(diǎn),1）焊接過程合金元素的氧化與脫氧CO2電弧高溫下會(huì)分解，放出的原子態(tài)氧，易與合金元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，可能造成合金元素?zé)龘p。,（2）二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的冶金特點(diǎn),1）

5、焊接過程合金元素的氧化與脫氧生成FeO會(huì)使WM產(chǎn)生氣孔及夾渣等缺陷。其次，氧化生成SiO2與MnO減少了焊縫中Si、Mn的含量，使焊縫金屬的力學(xué)性能降低。 碳同氧化合生成的CO氣體會(huì)增大金屬飛濺，且可能在焊縫金屬中生成氣孔。另外，碳的大量燒損，也要降低焊縫金屬的力學(xué)性能。,（2）二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的冶金特點(diǎn),1）焊接過程合金元素的氧化與脫氧一般常用的脫氧元素有Al、Ti、Si、Mn等。在A1、Ti、Si、Mn

6、四種元素中，各自單獨(dú)作用時(shí)其脫氧效果并不理想。實(shí)踐證明，用Si、Mn聯(lián)合脫氧時(shí)其效果最好，如目前最常用的H08Mn2SiA焊絲，就是采用Si、Mn聯(lián)合脫氧的焊絲。,（2）二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的冶金特點(diǎn),2）焊縫金屬中的氣孔 對(duì)CO2氣體保護(hù)焊過程來說．焊縫金屬中的氣孔可能由于下述三種情況造成： ①焊絲中脫氧元素含量不足： 當(dāng)焊絲金屬中含脫氧元素不足時(shí)，焊接過程中就會(huì)有較多的FeO溶于熔池金

7、屬中。隨后在熔池冷凝時(shí)就會(huì)發(fā)生如下的化學(xué)反應(yīng)：,,當(dāng)熔池金屬冷凝過快時(shí)，生成的CO氣體來不及完全從熔池中逸出，從而成為CO氣孔。通常這類氣孔常出現(xiàn)在焊縫根部與表面，且多呈針尖狀。 由此可見，為了防止生成CO氣孔，對(duì)于焊絲的化學(xué)成分應(yīng)要求含碳量低和有足夠數(shù)量的脫氧元素，以避免焊接過程中Fe被大量氧化．以及FeO和C在熔池中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。,,2）焊縫金屬中的氣孔②氣體保護(hù)作用不良：在CO2氣體保護(hù)焊過程中，如果因工藝參數(shù)選

8、擇不當(dāng)?shù)仍蚨贡Ｗo(hù)作用變壞，或者CO2氣體純度不高，在電弧高溫下空氣中的氮會(huì)溶到熔池金屬中。當(dāng)熔池金屬冷凝時(shí)，隨著溫度的降低，氮在液體金屬中的溶解度降低，尤其是在結(jié)晶過程時(shí)，溶解度將急劇下降。這時(shí)液態(tài)金屬中的氮若來不及外逸，常會(huì)在焊縫表面出現(xiàn)蜂窩狀氣孔，或者以彌散形式的微氣孔分布于焊縫金屬中。這些氣孔往往在拋光后檢驗(yàn)或水壓試驗(yàn)時(shí)才能被發(fā)現(xiàn)。,,實(shí)踐表明，要避免產(chǎn)生這種氮?dú)饪祝钪饕氖菓?yīng)增強(qiáng)氣體的保護(hù)效果，且選用的CO2氣體純度

9、要高。另外，選用含有固氮元素(如Ti和A1)的焊絲，也有助于防止產(chǎn)生氮?dú)饪住?,③焊縫金屬溶解了過量的氫： CO2氣體保護(hù)焊時(shí)，如果焊絲及焊件表面有鐵銹、油污與水分，或者CO 2氣體中含有水分，則在電弧高溫作用下這些物質(zhì)會(huì)分解并產(chǎn)生氫。氫在高溫下也易溶于熔池金屬中。隨后，當(dāng)熔池冷凝結(jié)晶時(shí)。氫在金屬中的溶解度急劇下降，若析出的氫來不及從熔池中逸出，就引起焊縫金屬產(chǎn)生氫氣孔。因此，為了防止氫氣孔，在焊前應(yīng)對(duì)焊件及焊絲進(jìn)行清理，

10、去除它們表面上的鐵銹、油污、水分等。另外，還可對(duì)CO2氣體進(jìn)行提純與干燥。 不過，由于CO2氣體具有氧化性，氫和氧會(huì)化合，故出現(xiàn)氫氣孔的可能性還是較小的，因而CO2氣體保護(hù)焊是一種公認(rèn)的低氫焊接方法。,,（3）C02焊的飛濺問題 與一般熔化極氣體保護(hù)電弧焊相比，CO2焊還有一個(gè)非常重要的特點(diǎn)就是存在飛濺。CO2氣體保護(hù)焊過程中金屬飛濺損失約占焊絲熔化金屬的10％左右，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)30％～40％；在最佳情況下，飛濺損失可控制

11、在2％～4％范圍內(nèi)。 飛濺損失增大，會(huì)降低焊絲的熔敷系數(shù)，從而增加焊絲及電能的消耗，降低焊接生產(chǎn)率和增加焊接成本。,,飛濺金屬粘在導(dǎo)電嘴端面和噴嘴內(nèi)壁上，不僅會(huì)使送絲不暢而影響電弧穩(wěn)定性，或者降低保護(hù)氣的保護(hù)作用，惡化焊縫成形質(zhì)量，還需待焊后進(jìn)行清理，這就增加了焊接的輔助工時(shí)。另外，飛濺出的金屬還容易燒壞焊工的工作服，甚至燙傷皮膚，惡化勞動(dòng)條件。因此，如何減小和防止產(chǎn)生金屬飛濺，一直是使用CO2氣體保護(hù)焊時(shí)必須給予重視的問題。,

12、,C02氣體保護(hù)焊金屬飛濺問題之所以突出，是與這種焊接方法的冶金特性及工藝特性有關(guān)的。因?yàn)橐鸾饘亠w濺的因素很多，如冶金反應(yīng)中生成了CO氣體；作用在焊絲電極斑點(diǎn)上的壓力過大；不正常的熔滴過渡及焊接參數(shù)的選擇不當(dāng)?shù)?，均可引起飛濺。因此，要減少飛濺，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體分析，采取有針對(duì)性的措施。目前一種極少飛濺的CO2焊的新技術(shù)、新設(shè)備已成熟地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。,CO2焊減小飛濺措施,對(duì)一般的CO2氣體保護(hù)焊來說，有下列一些減小飛濺措

13、施可供考慮：1)選用合適的焊絲材料或保護(hù)氣成分 ①盡可能選用含碳量低的鋼焊絲，以減少焊接過程中生成CO氣體。實(shí)踐表明，當(dāng)焊絲中含碳量降低到WC≤O.04％時(shí)，可大大減少飛濺。 ②采用管狀焊絲進(jìn)行焊接。由于管狀焊絲的藥芯中含有脫氧劑、穩(wěn)弧劑及造渣劑等，造成氣渣聯(lián)合保護(hù)，使焊接過程非常穩(wěn)定，飛濺可顯著減小。 ②在長弧焊時(shí)采用CO2 + Ar的混合氣作保護(hù)氣。當(dāng)含(體積)Ar>60％時(shí)，可明顯

14、地使過渡熔滴的尺寸變細(xì)，甚至得到噴射過渡，改善了熔滴過渡特性，減小金屬飛濺。,CO2焊減小飛濺措施,1)選用合適的焊絲材料或保護(hù)氣成分2)在短路過渡焊接時(shí)，合理選擇焊接電源特性并匹配合適的可調(diào)電感，以采用相應(yīng)直徑的焊絲，均可調(diào)得合適的短路電流增長速度，以減小飛濺。3)一般應(yīng)選用直流反極性進(jìn)行焊接。4)當(dāng)采用不同的熔滴過渡形式時(shí)，均要合理選定焊接參數(shù)，以獲得最小的飛濺。,2．二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的應(yīng)用,C02焊由于具有成本低、抗氫氣孔

15、能力強(qiáng)、適合薄板焊接、易進(jìn)行全位置焊等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于低碳鋼和低合金鋼等黑色金屬材料的焊接。對(duì)于焊接不銹鋼，因焊縫金屬有增碳現(xiàn)象，影響抗晶間腐蝕性能，因此使用較少。對(duì)容易氧化的有色金屬如Cu、Al、Ti等，則不能應(yīng)用CO2焊。,,二、CO2焊的焊接材料 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用的焊接材料，主要是指CO2氣體和焊絲。本節(jié)僅從工藝角度介紹選用CO2氣體和焊絲時(shí)應(yīng)注意的問題。,,1．CO2氣體 C02氣體是一種無色、無味的氣體

16、，在0℃和101.3kPa氣壓時(shí)，它的密度為1.9768g／L，是空氣的1.5倍。CO2氣體在常溫下很穩(wěn)定，但在高溫下(5000K左右)幾乎能全部分解。 C02氣體保護(hù)焊可以采用由專業(yè)廠所提供的CO2氣體，也可心采用食品加工廠的副產(chǎn)品CO2氣體，但均應(yīng)滿足焊接對(duì)氣體純度的要求。CO2氣體的純度對(duì)焊縫金屬的致密性和塑性有較大的影響，影響焊縫質(zhì)量的主要有害雜質(zhì)是水分和氮?dú)狻：附訒r(shí)對(duì)焊縫質(zhì)量要求越高，則對(duì)CO2氣體純度要求越高。氣體純

17、度高，獲得的焊縫金屬塑性就好。,,試驗(yàn)證明，在焊接現(xiàn)場采取以下措施，對(duì)減少氣體中的水分有顯著效果： 1）將新灌氣瓶倒立靜置1～2h，然后打開閥門，把沉積在下部的自由狀態(tài)的水排出?？煞潘?～3次，每次放水間隙為30min左右。 2）經(jīng)放水處理后的氣瓶，在使用前先放氣2～3min，放掉氣瓶上面部分的氣體，因?yàn)檫@部分氣體通常含有較多的空氣和水分。 3）在氣路系統(tǒng)中設(shè)置干燥器，以進(jìn)一步減少CO2氣體中的水分。 4

18、）瓶中氣壓降到接近980kPa（約10個(gè)工程大氣壓）時(shí)，不再使用。,,供焊接用的C02氣體，通常是以液態(tài)裝于鋼瓶中。液態(tài)CO2是無色液體，其密度隨溫度變化而變化。當(dāng)溫度低于-11℃時(shí)，大于水在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的密度；反之，則小于水的標(biāo)準(zhǔn)密度。液態(tài)C02按重量計(jì)量，在0℃、101.3kPa氣壓時(shí)，lkg液態(tài)CO2可氣化成509L的氣態(tài)CO2。一般容量為40L的標(biāo)準(zhǔn)鋼瓶，可以灌入25kg液態(tài)CO2。在上述的條件下，則可氣化生成12.7m3的

19、氣態(tài)C02，若焊接時(shí)氣體流量為10L／min，則可連續(xù)使用約24h。CO2氣瓶漆成黑色，標(biāo)有“CO2”黃色字樣。,,2．焊絲 C02焊的焊絲設(shè)計(jì)、制造和使用原則，除與上述的MIG焊、MAG焊有相同之處，還對(duì)焊絲的化學(xué)成分有特殊要求，如： 1)焊絲必須含有足夠數(shù)量的脫氧元素。 2)焊絲的含碳量要低，一般要求WC<0.15％。 3)應(yīng)保證焊縫金屬具有滿意的力學(xué)性能和抗裂性能。,,目前H08Mn2SiA

20、焊絲是CO2焊中應(yīng)用最廣泛的一種焊絲。它有較好的工藝性能和力學(xué)性能以及抗熱裂紋能力，適宜于焊接低碳鋼和σb≤500MPa的低合金鋼，以及焊后熱處理強(qiáng)度σb≤1200MPa的低合金高強(qiáng)度鋼。,CO2焊焊絲的發(fā)展趨勢(shì),從焊絲的發(fā)展情況看，很多焊絲新產(chǎn)品中均降低了含碳量(wc=0.03％～0.06％)，且添加了鈦、鋁、鋯等合金元素，以期進(jìn)一步減少飛濺，提高抗氣孔能力及焊縫的力學(xué)性能。 另外，還開發(fā)了焊絲涂層技術(shù)，即在焊絲表面涂覆