《焊接工程基礎(chǔ)》CO2氣體保護(hù)焊

1、埋 弧 焊：渣保護(hù)氣體保護(hù)焊：氣體保護(hù)電弧條件是能夠包裹電弧，從而起保護(hù)作用1可以作為保護(hù)氣體的有：惰性氣體： Ar He活性氣體： CO2混合氣體： Ar、 He、 CO2的混合2熔化極氣體保護(hù)焊 (GMAW)本章將重點(diǎn)介紹CO2氣體保護(hù)電弧焊和MIG/MAG焊。 按焊絲分為：按保護(hù)氣體分為：3氣體保護(hù)焊按電極類型分：熔化極氣體保護(hù)焊 有填充金屬，以填充金屬為電極。 CO2氣體保護(hù)焊、MIG焊、MAG焊非熔化極氣體保護(hù)焊 無填充金屬，以鎢等高熔點(diǎn)物質(zhì)為電極。 TIG焊 A-TIG 等離子弧焊4熔化極氣體保護(hù)焊 (GMAW)52 CO2氣體保護(hù)電弧焊Carbon-dioxide Shielde

2、d arc welding6內(nèi)容一、 CO2氣體保護(hù)焊的特點(diǎn)、分類、應(yīng)用二、冶金特點(diǎn)與氣孔三、 熔滴過渡與飛濺四、電弧調(diào)節(jié) 五、焊接設(shè)備、焊接材料、焊接工藝參數(shù)錄像7一、 特點(diǎn)、分類、應(yīng)用CO2氣體保護(hù)電弧焊的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高： 焊接成本低： 能耗低：適用范圍廣： 對(duì)水、油、銹不敏感，焊縫中含H少，抗冷裂紋能力高 明弧焊接，便于監(jiān)測(cè)控制，且不用清渣 8一、 特點(diǎn)、分類、應(yīng)用缺點(diǎn)：材料的適用范圍較窄 焊接過程飛濺大，成形不良 焊接明弧造成弧光輻射，紫外線強(qiáng)烈，抗風(fēng)能力差 焊接鋁及其合金氧化問題會(huì)很嚴(yán)重，焊接不銹鋼可能導(dǎo)致焊縫增碳，對(duì)不銹鋼的耐腐蝕性能造成影響。92. CO2氣體保護(hù)電弧焊的分

3、類按焊絲粗細(xì)分類： 細(xì)絲CO2焊 ds1.6mm Vf=C 自身調(diào)節(jié)粗絲CO2焊 ds 1.6mm VfC 自動(dòng)調(diào)節(jié)按焊絲類型分： 實(shí)芯焊絲CO2焊藥芯焊絲CO2焊按自動(dòng)化程度分： 半自動(dòng)CO2焊 適用于焊縫不夠規(guī)則的場(chǎng)合自動(dòng)CO2焊 適用于焊縫長(zhǎng)而且規(guī)則的場(chǎng)合103. CO2氣體保護(hù)電弧焊的應(yīng)用 目前CO2氣體保護(hù)焊廣泛應(yīng)用于機(jī)車制造、船舶制造、汽車制造、采煤機(jī)械制造等領(lǐng)域。 適用于焊接低碳鋼、低合金鋼、低合金高強(qiáng)鋼，但是不適合于焊接有色金屬、不銹鋼。盡管有資料顯示CO2氣體保護(hù)焊可以用于不銹鋼的焊接，但不是焊接不銹鋼的首選。11二、冶金特點(diǎn)與氣孔1.氧化還原反應(yīng)高溫的焊接電弧中：2CO22

4、CO + O2電弧氣氛 包括：CO2、O2 、 CO可能參加反應(yīng)的金屬元素：Fe、C、Si、Mn121.氧化還原反應(yīng)氧化反應(yīng)：Fe + CO2 FeO + CO Si + 2CO2 SiO2 + 2CO 與CO2的反應(yīng)不占主導(dǎo)地位， Mn + CO2 MnO + CO 與O的反應(yīng)是主要的Si + 2O SiO2 以復(fù)合化合物形式MnO.SiO2，浮出Mn + O MnO C燒損，熔滴中造成爆炸，熔池中C + O CO 造成氣孔 Fe + O FeO 氧化，進(jìn)入熔池會(huì)破壞焊縫的性能131.氧化還原反應(yīng)還原反應(yīng)：2FeO + Si 2Fe + SiO2 FeO + Mn Fe + MnOFeO +

5、 C Fe + CO CO產(chǎn)生在熔滴中，可能會(huì)引起熔滴的急劇膨脹，產(chǎn)生飛濺 CO發(fā)生在熔池中可能形成氣孔 必須通過給焊接材料中添加適量的脫氧元素脫氧，一般采用Si-Mn聯(lián)合脫氧。142.氣孔問題（1）CO氣孔Fe + CO2 FeO + CO FeO + C Fe + CO在反應(yīng)中生成CO氣體來不及逸出。解決措施：只要焊絲中含碳量比較低，含有適量的脫氧劑Mn、Si ，可減少焊縫中 FeO，避免發(fā)生上述反應(yīng)，形成氣孔，同時(shí)防止焊縫氧化。CO氣孔、H2氣孔、N 2氣孔152.氣孔問題（2）H2氣孔H 2的主要來源是焊絲、工件表面的油污、銹跡、CO 2氣體中的水分，高溫時(shí)分解 H 2 O H 2 +

6、 O 2 H 2殘留在焊縫中形成氣孔，CO 2焊由于有強(qiáng)氧化氣氛，H 2難以存在 CO 2 + H 2 OH + COCO 2焊對(duì)油銹不敏感，而且焊縫抗冷裂性能好。解決措施：除油銹污 控制氣體中的含水量 162.氣孔問題（3）N2氣孔一般認(rèn)為N2來源于大氣或者CO2不純 采用短弧焊，防止大氣侵入電弧中焊絲中添加固氮元素，如Ti增加CO2保護(hù)氣體流量，保證氣路暢通和氣層的穩(wěn)定、可靠。野外焊接增加擋風(fēng)板 防止措施：17三、 熔滴過渡與飛濺1.短路過渡： 形成條件：短弧、細(xì)絲、小電流。機(jī)理：四個(gè)過程電弧燃燒形成熔滴、熔滴長(zhǎng)大并與熔池短路熄弧、液橋頸縮斷開熔滴過渡、電弧復(fù)燃。181.短路過渡：191.

7、短路過渡：短路過渡特點(diǎn)： -細(xì)絲，短弧 -燃弧熄弧交替進(jìn)行，1.6-50Hz， 0.8-130Hz -平均電流小，峰值電流大，適合薄板及全位置焊接 -小直徑焊絲，電流密度大，產(chǎn)熱集中，焊接速度快 -弧長(zhǎng)短，焊件加熱區(qū)小，質(zhì)量高 -過程穩(wěn)定 -飛濺大 應(yīng)用: 短路過渡平穩(wěn)，適合于全位置焊接。 對(duì)電源的要求高：短路過渡時(shí)負(fù)載變化較大，對(duì)電源動(dòng)特性要求高，以獲得飛濺小、成形良好的焊接過程。202. 細(xì)顆粒過渡： 形成條件 ：粗絲1.6-5.0，長(zhǎng)弧，大電流形成機(jī)理：電流大，斑點(diǎn)面積大，電磁力增加，熔滴過渡頻率加快，形成細(xì)顆粒過渡 應(yīng)用：粗絲，大電流，效率高，適用于厚板焊接213.潛弧射滴過渡： 形成

8、條件：大電流、低電壓、反極性、CO2氣氛和粗焊絲形成機(jī)理：大電流，電弧靜壓力大且集中，挖掘成弧坑； 低電壓弧長(zhǎng)短，呈潛弧狀態(tài) 弧坑中場(chǎng)強(qiáng)低，電弧上爬 形成射滴過渡形式 應(yīng)用：中、大厚板的水平位置焊接特點(diǎn)：潛弧射過渡的熔深大，焊縫深而窄，余高大，成形不夠理想，熱裂傾向也很大。 注意：使用時(shí)注意調(diào)整到合適的焊接速度。 224. STTSurface-Tension-Transfer 表面張力過渡 Lincoln 93 年三峽工程大型水輪機(jī)蝸殼大厚板的窄間隙焊接 管道焊接打底 97年應(yīng)用于管道焊接普通CO2氣體保護(hù)焊的過渡頻率在每秒幾十次,飛濺量很大,焊縫成型差。STT控制的焊接方法就是從根本上解決

9、了液態(tài)“小橋”氣化爆斷的問題。檢測(cè)電弧電壓，在形成短路“小橋”后焊接電流瞬間減小,在表面張力、重力和電磁力作用下,拉斷金屬“小橋”,使熔滴由短路過渡轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蛇^渡。STT特點(diǎn)：輸入熱量可控制，易實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形。焊接過程穩(wěn)定、飛濺小 ；STT技術(shù)的飛濺率為1左右，通常的CO2焊接飛濺率為10左右?？梢钥闯?，STT技術(shù)與普通CO2焊接相比，其飛濺率降低了9倍。 23控制飛濺也就是主要將液態(tài)小橋爆破前150s內(nèi)的短路電流迅速減下來。24CO2氣體保護(hù)焊熔滴過渡類型比較過渡形式圖焊絲直徑電弧電壓電流適用范圍大滴過渡細(xì)絲 30 140飛濺大，不實(shí)用短路過渡細(xì)絲 140薄板，全位置排斥過渡中絲1.6-

10、2.4長(zhǎng)弧 30300左右，正接飛濺大，不實(shí)用細(xì)顆粒過渡粗絲1.6-5.0長(zhǎng)弧34-35400中厚板，占15%潛弧射滴過渡粗絲1.6-5.0短弧低電壓 430厚板STT短路過渡的一種打底254飛濺飛濺：在CO2焊接過程中，熔化的金屬顆粒和熔渣向周圍飛散的現(xiàn)象。原因：電流過大、有大量氣體析出飛濺形式：26短路過程的飛濺析出氣體引起飛濺電弧排斥引起飛濺細(xì)頸過電流引起飛濺熔滴充氣爆破飛濺274飛濺控制措施：焊絲：降低焊絲含C量，并有合適的Mn、Si，保護(hù)氣體：加入Ar，改善電弧形態(tài)及熔滴過渡形式。284飛濺電源系統(tǒng)： 極性：直流反極性，不能用交流 電源：外特性： 細(xì)絲：平緩?fù)馓匦浴⒑闼偎徒z，電弧自身

11、調(diào)節(jié)； 粗絲：大于3mm，變速送絲,陡降特性電源短路電流控制器：過橋始末電流小，中期電流大 短路前期，抑制短路電流的上升速度 減小正常短路的峰值電流，降低短路電流上升速度 短路后期迅速降低短路電流，靠金屬表面張力拉斷小 橋，實(shí)現(xiàn)無飛濺過渡。294飛濺馬躍周，甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，Vol.26（3）采用波形控制的方法控制熔滴過渡，減小飛濺。304飛濺正確選擇工藝參數(shù)： 焊接電流：避開飛濺大的電流區(qū)間；采用合適的峰值電流，一般Imax=2-3倍Ia，太大頸縮小橋爆斷，太小引弧困難。 焊槍角度小于20：垂直時(shí)飛濺最少 縮短伸長(zhǎng)量，一般取焊絲直徑的10倍，5-15mm 防護(hù)涂料，防止噴嘴被堵31

12、四、 焊接設(shè)備、焊接材料、焊接工藝參數(shù)1.焊接設(shè)備焊接電源、送絲系統(tǒng)、焊槍和行走機(jī)構(gòu)、供氣和冷卻水系統(tǒng)、控制系統(tǒng) 321.焊接設(shè)備（1）焊接電源：焊接電源：平特性電源 細(xì)絲良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)短路電流上升速度di/dt短路電流峰值Imax 空載電壓恢復(fù)速度要快下降特性電源 粗絲331.焊接設(shè)備(2)送絲機(jī)構(gòu)（1）推絲式：直徑0.82.0mm （2）拉絲式：直徑小于或等于0.8mm （3）推拉絲：送絲軟管可長(zhǎng)到10m 341.焊接設(shè)備(3)焊槍和供氣、冷卻水系統(tǒng) 供氣系統(tǒng)包括氣瓶氣路及相應(yīng)的閥、計(jì)量裝置、加熱裝置等。 半自動(dòng)焊槍有鵝頸式和手槍式兩種。自動(dòng)焊焊槍載流容量較大（可達(dá)1500A），采用內(nèi)部循

13、環(huán)水冷卻。焊槍冷卻方式有氣冷、水冷CO2焊100負(fù)載氣冷上限250A氬弧焊氣冷上限200A鵝頸式半自動(dòng)空冷焊槍351.焊接設(shè)備鵝頸式（氣冷）焊槍手槍式（水冷）焊槍361.焊接設(shè)備（4）控制系統(tǒng)包括焊接電源輸出調(diào)節(jié)系統(tǒng)、送絲速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、小車或工作臺(tái)行走速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氣體流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主要控制焊接過程中的各種動(dòng)作，如電源啟動(dòng)停止、送氣送水、熄弧引弧、小車行走等。 372.焊接材料CO2氣體 瓶裝CO2為液態(tài)，焊接用CO2要求純度高于99.8%，用前排水（倒置48小時(shí)，開閥放水）。由于液態(tài)的CO2氣化過程吸熱，可能導(dǎo)致其中的水分結(jié)冰，需在減壓前加熱，一般采取電阻加熱的方式。 382.焊接材料焊絲一般直徑在1.0-1.6mm范圍，小的有0.5mm、大的有3.2mm。有足夠的脫氧元素Mn、Si 含碳量低于1.5%，最好0.03-0.06%焊絲應(yīng)防銹，如鍍銅，焊前要清理焊絲盤繞整齊，確保送絲順利H08Mn2SiA 應(yīng)用最多，主要用于低碳鋼 ER49-1H10MnSi 用于低合金鋼H10MnSiMo 用于低合金高強(qiáng)鋼393.焊接工藝參數(shù)規(guī)范參數(shù)：電壓、電流、回路電感、焊接速度、氣體流量、焊絲伸出長(zhǎng)度等不同過渡形式，焊接參數(shù)的匹配不同，以短路過渡為例（1）焊接電壓與電流的匹配電壓20V，電流140-300A，保證成形，減少飛濺 403.焊接