第四章 CO2焊

1、第四章 CO2焊二氧化碳?xì)怏w是一種活性氣體，也是唯一適合于焊接用的單一活性氣體，CO2焊具有焊接速度高、熔深大、成本低和易進(jìn)行空間位置焊接等優(yōu)點(diǎn)，因此CO2焊已廣泛用于焊接碳鋼和普通低合金鋼。CO2氣體在電弧高溫下將發(fā)生分解，同時(shí)伴隨吸熱反應(yīng)，對(duì)電弧產(chǎn)生冷卻作用，而使其收縮。于是焊絲端頭的熔滴在電弧作用下被排斥，使得產(chǎn)生排斥型大滴過(guò)渡。這是一種不穩(wěn)定的熔滴過(guò)渡形式，常常伴隨著飛濺，難以在生產(chǎn)中應(yīng)用。當(dāng)弧長(zhǎng)較短時(shí)（電弧電壓較低），將發(fā)生短路過(guò)渡。這時(shí)短路與燃弧過(guò)程周期性重復(fù)，焊接過(guò)程穩(wěn)定，熱輸入低，所以短路過(guò)渡適合焊接薄板和全位置焊縫。當(dāng)焊接電流較大時(shí)，適當(dāng)?shù)亟档碗娀‰妷?，能夠發(fā)生潛弧射滴過(guò)渡。

2、其特點(diǎn)是在大電流、低電壓條件下，電弧對(duì)母材金屬產(chǎn)生很強(qiáng)的挖掘力，排開了熔池金屬，使電弧進(jìn)入到工件表面以下的凹坑內(nèi)，形成“潛弧”狀態(tài)。這是一種比較穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程，焊縫熔深大，飛濺較小，但由潛弧而造成焊縫表面比較粗糙，在生產(chǎn)中常常用于中、厚板的平焊。CO2焊的主要缺點(diǎn)是焊接過(guò)程中產(chǎn)生金屬飛濺和焊縫成形不良。飛濺不但會(huì)降低熔敷效率，而且還能惡化勞動(dòng)條件。產(chǎn)生飛濺的主要原因是：金屬內(nèi)部的CO氣體急劇膨脹而發(fā)生劇烈爆炸；短路焊接時(shí)，在短路過(guò)渡初期易發(fā)生瞬時(shí)短路，有時(shí)瞬時(shí)短路能產(chǎn)生大顆粒飛濺。而在短路結(jié)束時(shí)的短路小橋的縮頸，因通過(guò)很大電流而發(fā)生強(qiáng)烈爆斷，同時(shí)伴隨著細(xì)小的飛濺。CO2熔滴過(guò)渡焊絲端部的金屬在

3、電弧熱作用下被加熱熔化，并在各種力的作用下以滴狀形式脫離焊絲過(guò)渡到熔池中的現(xiàn)象，稱之為熔滴過(guò)渡。熔滴過(guò)渡的特點(diǎn)、規(guī)律及其控制，是直接影響焊接過(guò)程、提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要因素。 CO2氣體保護(hù)焊有三種熔滴過(guò)渡形式：第一種是較小電流，較低電弧電壓下的短路過(guò)渡；第二種是較大電流，較高電弧電壓下的射滴過(guò)渡（細(xì)顆粒過(guò)渡）；第三種是介于上述二者之間的半短路過(guò)渡(混合過(guò)渡)。 短路過(guò)渡焊絲端部的熔滴與熔池接觸形成短路，由于強(qiáng)烈過(guò)熱和電磁頸縮力的作用使其爆斷，直接向熔池過(guò)渡的形式稱為短路過(guò)渡。短路過(guò)渡是在較小焊接電流和較低電弧電壓下發(fā)生的熔滴過(guò)渡形式。根據(jù)焊絲熔滴短路過(guò)渡波形的特征，可將短路過(guò)渡波形分為

4、A型、B型和C型。A型短路過(guò)渡的電壓，電流波形相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)。所謂B型短路是指正常的周期性短路之前發(fā)生的連續(xù)頻繁的瞬時(shí)短路行為，其特點(diǎn)是，短路的時(shí)間非常短促，同時(shí)每一次短路前后的電壓基本上不變，電壓波形曲線處在同一水平。由此看來(lái)，在周期性短路波形前出現(xiàn)的頻繁短路不發(fā)生熔滴的過(guò)渡。C型短路則是介于A型和B型短路之間的一種過(guò)渡形式，具有A型和B型兩種短路特征，短路時(shí)間短暫，但每一次短路可以伴有熔滴的過(guò)渡。 射滴過(guò)渡熔滴尺寸與焊絲直徑相當(dāng)?shù)那闆r下，以較高的速度通過(guò)電弧空間的過(guò)渡形式稱為射滴過(guò)渡。射滴過(guò)渡是較大焊接電流和較高電弧電壓條件下發(fā)生的熔滴過(guò)渡形式。在較大焊接電流和較高電弧電壓下，隨著電流的增加，熔

5、滴尺寸并不增加，反而縮小，而且焊絲端頭逐步深入到熔池凹坑內(nèi)，熔滴過(guò)渡形式轉(zhuǎn)為接近軸向過(guò)渡的所謂射滴過(guò)渡。射滴過(guò)渡時(shí)不再有短路現(xiàn)象發(fā)生，焊接過(guò)程較為穩(wěn)定，焊接飛濺也比較小。這種射滴過(guò)渡國(guó)內(nèi)習(xí)慣上稱為“細(xì)顆粒過(guò)渡”，國(guó)外常稱為“非軸向射流過(guò)渡”。焊絲熔滴呈射滴過(guò)渡時(shí)，熔滴十分細(xì)碎，在熔滴過(guò)渡過(guò)程中，不會(huì)造成弧長(zhǎng)的較大起伏，因此電弧電壓和焊接電流十分穩(wěn)定，電弧電壓、焊接電流波形只有頻率極高的顫動(dòng)，近似于一條直線?？梢钥闯?，射滴過(guò)渡的電壓、電流比任何過(guò)渡形態(tài)時(shí)都穩(wěn)定。 半短路過(guò)渡半短路過(guò)渡即是在短路過(guò)渡的基礎(chǔ)上，再增加焊接電流和電弧電壓，這時(shí)焊絲端頭的熔滴隨之長(zhǎng)大，短路次數(shù)減少，短路時(shí)間縮短，非短路過(guò)

6、渡的比例增加，熔滴呈大滴排斥特點(diǎn)。這是一種短路過(guò)渡與非短路過(guò)渡相混合的過(guò)渡形式，焊接過(guò)程不穩(wěn)，飛濺也比較大。這種過(guò)渡形式國(guó)內(nèi)習(xí)慣上稱為大顆粒過(guò)渡，生產(chǎn)中一般不被采用。熔滴過(guò)渡形態(tài)5.1.1 實(shí)芯焊絲熔滴過(guò)渡形態(tài)實(shí)芯焊絲在采用小電流，低電壓規(guī)范時(shí)，熔滴過(guò)渡形態(tài)呈短路過(guò)渡其特點(diǎn)為在焊接過(guò)程中，電弧時(shí)而短路熄滅，時(shí)而引弧燃燒；焊絲端頭熔滴則是時(shí)而與熔池接觸過(guò)渡，時(shí)而被電弧加熱長(zhǎng)大。其具體過(guò)程圖為附圖1。其機(jī)理為電弧燃燒產(chǎn)生的熱量熔化焊絲并在其端頭形成熔滴，隨著焊絲的熔化和熔滴的長(zhǎng)大，電弧向未熔化的焊絲傳遞的熱量較少，焊絲熔化速度下降。但焊絲仍以一定速度送進(jìn)，使熔滴接近熔池并直接接觸形成短路，這時(shí)電弧

7、熄滅，電壓急劇下降，短路電流逐漸增大，形成短路金屬液柱，短路電流繼續(xù)增大，金屬液柱部分的電磁收縮作用也隨之增強(qiáng)，并在焊絲于與熔滴之間形成縮頸，隨后電流達(dá)到一定值時(shí)，迅速破斷，電弧電壓又很快恢復(fù)到空載電壓，電弧重新引燃。在中等電流，高電壓規(guī)范下，實(shí)芯焊絲明顯的呈爆炸過(guò)渡，以爆炸過(guò)渡為主，伴隨著大量的飛濺。5.1.2 藥芯焊絲熔滴過(guò)渡形態(tài)藥芯焊絲在采用小電流、低電壓規(guī)范下,與實(shí)芯焊絲熔滴過(guò)渡形態(tài)相似，呈短路過(guò)渡。其特點(diǎn)為在焊接過(guò)程中，電弧時(shí)而短路熄滅，時(shí)而引弧燃燒；焊絲端頭熔滴則是時(shí)而與熔池接觸過(guò)渡，時(shí)而被電弧加熱長(zhǎng)大。具體過(guò)程圖附錄2。在中等電流，高電壓規(guī)范下，藥芯焊絲呈大滴排斥過(guò)渡，藥芯焊絲K

8、71t 在電流為203.67A，電壓為35.08V時(shí)，熔滴以大滴排斥過(guò)渡為主，因藥芯為絕緣體，熔化的藥芯連接著工件和焊絲但沒(méi)有發(fā)生短路，可知圖中心顆粒為熔化的藥芯。圖5-1 藥芯焊絲的藥芯熔化狀態(tài)A型短路過(guò)渡的電壓，電流波形相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)，其發(fā)生在大顆粒的熔滴短路過(guò)渡，短路時(shí)間較長(zhǎng)；短路后電弧重燃時(shí)的電壓明顯高于短路前的電壓。A型短路伴有焊絲端部的熔化金屬向母材過(guò)渡過(guò)程。A型短路B型短路過(guò)渡發(fā)生在正常的周期性短路之前，具有連續(xù)頻繁瞬時(shí)的短路行為，短路不發(fā)生熔滴的過(guò)渡 ，每一次短路前后電壓波形曲線無(wú)明顯變化。而B型短路由于剛一接觸就斷開，所以并不伴隨有焊絲端部熔化金屬的過(guò)渡。B型短路的發(fā)生與熔滴中CO

9、氣體的析出有關(guān)。焊接時(shí)焊絲金屬熔滴中往往產(chǎn)生CO氣體而使自身膨脹，當(dāng)熔滴長(zhǎng)得很大，即在熔滴將要過(guò)渡之前，熔滴的膨脹必然引起熔滴與熔池的短路，電弧熄滅，電弧熄滅的瞬間，熔滴中的氣體收縮或逸出，熔滴的體積隨之縮小，導(dǎo)致再引弧，隨著熔滴中CO氣體的不斷產(chǎn)生和逸出，熔滴不斷膨脹縮小，導(dǎo)致短路引弧再短路再引弧的多次出現(xiàn)，這樣就形成了B型短路，直至熔滴長(zhǎng)到很大，與熔池發(fā)生大面積接觸，形成短路橋，造成A型短路，并實(shí)現(xiàn)熔滴的過(guò)渡。a B型短路熔滴過(guò)渡圖a Metal Transfer forms of type Bb B型短路電流、電壓波形圖b Oscillogram of the arc voltage and welding current of type B圖5-3 B型短路Fig.5-3 short circuit of type BB型短路與熔滴中CO的形成和逸出作用有關(guān)，B型短路應(yīng)具有一定的冶金條件，即熔滴中含有一定量的碳和氧，如果含碳量很低，或者焊絲藥芯不表現(xiàn)出氧化性或氧化性很弱，B型短路則不會(huì)發(fā)生。C型短路熔滴過(guò)渡如圖5-3，它是焊絲細(xì)顆粒過(guò)渡時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的波形特征，短路頻率高，每次短路持續(xù)時(shí)間短，過(guò)