二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊.ppt

1、課題研究二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊,第一節(jié) CO2焊的特點(diǎn)及應(yīng)用,一、 CO2焊的實(shí)質(zhì) 定義：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是 利用CO2作為焊接保護(hù)氣的一種 熔化極、氣體保護(hù)的電弧焊方法。 按照GB/T5185-1985金屬 焊接及釬接方法在圖樣上的表示 方法以及ISO的相關(guān)規(guī)定，二 氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊屬于MAG（熔 化極活性氣體保護(hù)焊 ）的一種， 所以它的代號(hào)也是135。,為何要用CO2作為焊接保護(hù)氣？ 焊條藥皮造氣劑的造氣結(jié)果就是 CO2，工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生大量 廉價(jià)的CO2 。 與焊條電弧焊相比，熔化極氣體保護(hù)焊效率高。,二、 CO2焊的特點(diǎn) 1、優(yōu)點(diǎn)： 焊接生產(chǎn)率高：比MMA（手工電弧焊） 高24倍 焊接

2、成本低：是MMA（手工電弧焊）或 SAW（埋弧自動(dòng)焊）的4050% 焊接變形?。河冗m于薄板焊接 焊接質(zhì)量高：對(duì)鐵銹不敏感，焊縫含氫量低 適用范圍廣：全位置焊接能力好，打底/填充/蓋面、厚/薄板均宜 操作簡(jiǎn)便：比MMA（手工電弧焊）容易操作、適于自動(dòng)焊 綠色環(huán)保： CO2來(lái)自可再生資源 2、“缺點(diǎn)”： （1）飛濺較大；（2）焊接設(shè)備較“復(fù)雜”； （3）抗風(fēng)能力差；（4）不能焊接有色金屬。,CO2焊的熔敷速度,三、 CO2焊的應(yīng)用 材料：黑色金屬低碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼 厚度：厚薄均可，尤薄板有優(yōu)勢(shì) 位置：全位置 結(jié)構(gòu)：車輛、船舶、機(jī)械、容器等。,第二節(jié) CO2焊設(shè)備,以半自動(dòng)CO2焊設(shè)備為例 一、 C

3、O2焊設(shè)備的組成和作用 組成：焊接電源、送絲機(jī)構(gòu)、焊槍、供氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng) 有的還有循環(huán)水冷系統(tǒng)。,（一）焊接電源：直流電源 1、平特性電源用于細(xì)絲（短路過(guò)渡）焊接，配用等速送絲系統(tǒng)； 2、下降特性電源用于粗絲焊接，配用變速送絲系統(tǒng)； 3、對(duì)動(dòng)特性的要求 細(xì)絲短路過(guò)渡焊機(jī)對(duì)動(dòng)特性有特別的要求，即對(duì)短路電流上升速度、短路電流峰值、電弧電壓恢復(fù)速度三個(gè)指標(biāo)有一定的要求，目的是保證短路過(guò)渡過(guò)程可靠的同時(shí)又控制飛濺。 老式焊機(jī)通常通過(guò)改變接入回路電感來(lái)調(diào)節(jié)。,CO2焊機(jī)的型號(hào)編制請(qǐng)參見(jiàn)GB/T10249-1998電焊機(jī)型號(hào)編制方法，如NBC-250等。,（二）送絲系統(tǒng) 送絲方式的變化主要在于細(xì)絲/平特

4、性（等速送絲）焊機(jī)上，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的要求。,用于推絲式送絲的鵝頸式焊槍,1、送絲方式,推絲式焊槍簡(jiǎn)單、輕巧，以鵝頸式焊槍多見(jiàn)，實(shí)際應(yīng)用較多；送絲距離有限（通常5M），送細(xì)絲效果欠佳。,推絲式送絲機(jī),CO2焊機(jī)及其推絲式送絲機(jī)、槍,拉絲式焊槍復(fù)雜、較重，以手槍式焊槍多見(jiàn)，薄板結(jié)構(gòu)使用較多；適于送細(xì)絲/遠(yuǎn)距離送絲。,CO2焊機(jī)及其拉絲式焊槍,拉絲式焊槍（其小型送絲機(jī)構(gòu)做在焊槍內(nèi)）,焊絲盤,送絲電機(jī),送絲機(jī)構(gòu),還有一種“線式送絲”：多級(jí)串聯(lián)的行星式送絲即為線式送絲，可遠(yuǎn)距離穩(wěn)定地送細(xì)的軟焊絲（如0.8mm的鋁焊絲）,推拉式送絲焊槍（手工焊接用）, 推拉絲式焊槍結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適用于遠(yuǎn)距離送（細(xì)、軟）絲，

5、多用于機(jī)器人焊接和鋁的熔化極氣體保護(hù)焊。,2、送絲機(jī)構(gòu)（送絲機(jī)） 由送絲電機(jī)、減速裝置、送絲滾輪和壓緊機(jī)構(gòu)等組成；CO2焊專用焊機(jī)的送絲機(jī)采用單主動(dòng)送絲即可。,送絲機(jī)多為獨(dú)立式，也有與電源做為一體者。 有專業(yè)廠家專門生產(chǎn)配套的送絲機(jī)，接口兼容或以德國(guó)賓采爾（BINZEL）焊槍為標(biāo)準(zhǔn)。,電源、送絲機(jī)分體之CO2焊機(jī),電源、送絲機(jī)一體之CO2焊機(jī),注意：兩機(jī)使用的都是鵝頸式焊槍（推絲槍）,（三）焊槍 半自動(dòng)焊槍 推絲式焊槍 拉絲式焊槍 以上為常見(jiàn)的通用焊槍，用量很大，有專業(yè)廠家配套生產(chǎn)，以德國(guó)賓采爾（BINZEL）焊槍為事實(shí)上的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 推拉式焊槍 送不同材質(zhì)的焊絲，要用不同的送絲套管（如送鋼焊

6、絲用鋼質(zhì)套管即可，而送鋁焊絲通常要用特氟隆套管）。 自動(dòng)焊槍多見(jiàn)于專用焊機(jī)上。,把半自動(dòng)焊槍夾于焊接小車上進(jìn)行自動(dòng)焊，現(xiàn)在生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。,易損件 噴嘴：形式圓柱形（常用）圓錐形（用于深坡口或窄間隙內(nèi)） 材料銅鍍鉻（多見(jiàn)）陶瓷（易碎，少用） 導(dǎo)電嘴 純銅或銅合金做 以上易損件是事實(shí)上的“標(biāo)準(zhǔn)件”，使用時(shí)應(yīng)注意： 不同品牌的焊槍，其易損件的尺寸不同，往往無(wú)法替代； 有專業(yè)廠家專門生產(chǎn)焊槍易損件，同一種易損件可能有不同品牌的選擇（其壽命、價(jià)格不一）； 噴嘴端部與導(dǎo)電嘴端部的距離會(huì)影響焊絲伸出長(zhǎng)度，從而影響到電弧的穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量此點(diǎn)初學(xué)者往往容易忽略。,（四）供氣系統(tǒng) 由氣瓶（鋁白色）、預(yù)熱器

7、、減壓流量計(jì)、氣管和電磁氣閥組成，必要時(shí)可加裝干燥器。 通常將預(yù)熱器、減壓器、流量計(jì)做為一體，叫CO2減壓流量計(jì)（通常屬于焊機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)隨機(jī)配備）。 不同氣體的減壓流量計(jì)按規(guī)定不能互換使用。,CO2減壓流量計(jì),二、典型CO2焊設(shè)備（ CO2焊專用焊機(jī)） 1、北京“時(shí)代” 逆變焊機(jī)，節(jié)能節(jié)材；可靠性尚可，價(jià)格相對(duì)便宜，售后服務(wù)較好。,2、唐山“松下” 晶閘管焊機(jī)，但精細(xì)表現(xiàn)出色且可靠性極高；售后服務(wù)較好，價(jià)格較貴但性價(jià)比高，,3、美國(guó)林肯 普通CO2焊機(jī)總體性能不錯(cuò)，但無(wú)價(jià)格優(yōu)勢(shì)。值得推介者為其STT（表面張力過(guò)渡） CO2焊機(jī)：飛濺極小、成形極佳，但價(jià)格極貴。,除以上之外， 通用CO2焊機(jī)國(guó)內(nèi)的品

8、牌多如牛毛，但普遍市場(chǎng)占有率低。除價(jià)格較低外，其它方面往往乏善可陳。,歐洲國(guó)家一般不做CO2焊專用焊機(jī)，而是MIG/MAG（CO2）一體，所以其送絲機(jī)通常為雙主動(dòng)送絲。 如果焊機(jī)標(biāo)可MIG/MAG/CO2焊，但卻是單主動(dòng)送絲，其效果有限（目前國(guó)產(chǎn)焊機(jī)這種情況比較多見(jiàn)）。,第三節(jié) CO2焊的冶金特性和焊接材料,一、合金元素的氧化與脫氧 作為焊接保護(hù)氣體， CO2表現(xiàn)出很強(qiáng)的氧化性 CO2 CO + O + + M=MO+CO M=MO 結(jié)果：合金元素?zé)龘p； 可能造成氣孔、飛濺和夾渣。 解決之道：冶金脫氧 對(duì)脫氧劑的要求（能脫氧但不能帶來(lái)如夾渣、氣孔等副作用） Mn-Si聯(lián)合脫氧 CO2焊專用焊絲

9、H08Mn2Si&H08Mn2SiA(GB8110-87) 脫氧剩下的Mn、Si用于補(bǔ)充碳和合金元素的損失 二、 關(guān)于CO2焊的氣孔問(wèn)題 正常焊接條件下， CO2焊并不容易產(chǎn)生氣孔。相反，由于CO2 氣氛的氧化性，其抗氫氣孔能力較強(qiáng)。,三、 CO2焊的飛濺及防止 1、飛濺產(chǎn)生的原因 與CO2電弧的行為有關(guān) 具體包括以下幾個(gè)方面： 氣體爆破引起（通過(guò)脫氧可以改善） 電弧斑點(diǎn)壓力引起（通過(guò)采用直流反接可以改善） 焊接參數(shù)不當(dāng)引起（采用合理的參數(shù)可以改善） 短路過(guò)渡引起 這是CO2焊產(chǎn)生飛濺的主要原因。過(guò)去的焊機(jī)采用改變回路接入電感來(lái)調(diào)節(jié)，效果非常有限。美國(guó)林肯公司建立在逆變焊機(jī)基礎(chǔ)上的表面張力過(guò)渡

10、（STT）專利技術(shù)使這一問(wèn)題基本得以解決。,能在微秒級(jí)內(nèi)產(chǎn)生過(guò)渡和改變電流 專門針對(duì)半自動(dòng)焊接（焊接速度、送絲速度和伸出長(zhǎng)度 都在變化）而設(shè)計(jì) 電源可以適應(yīng)不同的保護(hù)氣體，包括100CO2、CO2與Ar甚至He的混合氣體 主要優(yōu)點(diǎn)： 顯著地減少飛濺 易于焊接（伸出長(zhǎng)度變化時(shí)電弧仍保持穩(wěn)定、允許更大的焊槍角度變化） 更低的電弧輻射和更少的焊接煙塵、降低薄板焊接時(shí)的熱輸入,CO2焊熔滴過(guò)渡的最新成果：STT（Surface Tension Transfer 表面張力過(guò)渡） （美國(guó)林肯公司專利已有商品焊機(jī)）,上圖為無(wú)STT和有STT在立焊和平焊時(shí)的焊接飛濺對(duì)比,下圖為無(wú)STT和有STT焊接時(shí)焊縫的外

11、觀對(duì)比,基本電流(T0T1)：短路前的電流，穩(wěn)定在50-100A之間； 成滴時(shí)間(T1T2)：在剛短路時(shí)，弧壓感測(cè)器給出“電弧短路”的信號(hào)，基本電流在約0.75毫秒內(nèi)迅速降低至10A； “掐斷”階段(T2T3) ：緊接著成滴時(shí)間階段，以雙波上升的形式對(duì)短路的焊絲施加一大電流，通過(guò)產(chǎn)生的電磁收縮力加速熔化金屬向熔池過(guò)渡。注意：在此階段，焊絲與工件之間的電壓不為零，這是由于鐵在1550的熔點(diǎn)時(shí)的高電阻率導(dǎo)致的；,（短路）電壓上升速度計(jì)算(T2T3)：這一計(jì)算包含在掐斷階段內(nèi)。當(dāng)計(jì)算結(jié)果表明達(dá)到特定的電壓上升速度時(shí)，意味著熔滴分離即將發(fā)生，電流在若干個(gè)微妙內(nèi)降低到50A（注意這一事件在熔滴分離前發(fā)生

12、，T4表明熔滴分離已發(fā)生，但電流較低）； 沖擊電弧階段(T5T6)：這一事件緊接著焊絲從熔池分離之后，它是焊絲快速 “回熔”的大電流階段（在這一階段焊絲熔化末端的幾何形狀很不規(guī)則） 燃弧階段(T6T7)：這一階段是電流從等離子流沖擊降低到基本電流的周期。,有關(guān)介紹STT的原版英文文獻(xiàn)，請(qǐng)參看網(wǎng)絡(luò)課程的相關(guān)內(nèi)容。,1、氣體的性質(zhì) 無(wú)色、無(wú)味，比空氣重0.5倍，升華凝華，壓縮才能液化，高溫下會(huì)分解 鋁白色標(biāo)準(zhǔn)鋼瓶裝（40L/25kg），允許使用的最高環(huán)境溫度40；壓力表指示乃瓶?jī)?nèi)CO2飽和蒸氣壓（與液態(tài)多少無(wú)關(guān)） 使用氣瓶時(shí)應(yīng)遵守有關(guān)的安全規(guī)程。 主要雜質(zhì)：水(減壓器中預(yù)熱裝置乃防止水分凍結(jié)堵塞管

13、路) 去除水分的辦法（P100）：倒置排水；正置后使用前再預(yù)排氣；使用干燥器（現(xiàn)已少見(jiàn)）；瓶?jī)?nèi)氣壓低至1MPa即停止使用 焊接用CO2應(yīng)符合HG/T2537-1993焊接用二氧化碳的要求，其純度標(biāo)準(zhǔn)為合格品99.5、一等品99.7、優(yōu)等品99.9（V/V）。 其它指標(biāo)請(qǐng)參見(jiàn)機(jī)械工程標(biāo)準(zhǔn)匯編焊接卷,四、 CO2焊的氣體及焊絲,（一） CO2氣體,（二）焊絲 1、對(duì)焊絲的要求 2、焊絲牌號(hào)和化學(xué)成分 根據(jù)最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，焊絲用型號(hào)表示，已不再用牌號(hào)表示！ 實(shí)芯焊絲(solid wire) GB/T8110-1987二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用鋼焊絲采用的是牌號(hào)表示法，如H08Mn2SiA。 GB/T811

14、0-1995氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲采用的是型號(hào)表示法，如ER50-6。 焊絲的直徑系列有（0.5）、（0.6）、0.8、1.0、1.2、（1.4）、1.6、2.0、2.5、（3.0）、3.2mm，表面通常鍍銅以防生銹（最新的技術(shù)使焊絲已取消鍍銅，改為涂層，效果更好，如錦泰焊絲）。,2、藥芯焊絲(flux-cored wire) GB/T10045-1988碳鋼藥芯焊絲采用型號(hào)表示法，如EF035042 GB/T17493-1998低合金鋼藥芯焊絲采用型號(hào)表示法，如E601T1-B3 注意：同是藥芯焊絲，碳鋼藥芯焊絲和低合金鋼藥芯焊絲型號(hào)表示的規(guī)則不同。 實(shí)芯焊絲的國(guó)內(nèi)品牌較多，藥芯

15、焊絲的國(guó)內(nèi)品牌不多。無(wú)論是實(shí)芯焊絲或藥芯焊絲，目前進(jìn)口的質(zhì)量比較好，品種比較齊全，尤其是藥芯焊絲。國(guó)內(nèi)品牌中綜合性能好、質(zhì)量比較過(guò)硬的是錦泰系列焊絲。,第四節(jié) CO2焊工藝, CO2氣體保護(hù)焊一般多用于碳鋼、普低鋼的焊接，用藥芯焊絲也可以焊一些高合金鋼。 CO2氣體保護(hù)焊工藝的一般原則 坡口的選擇：可參照GB/T985-1988氣焊、焊條電弧焊及氣體保護(hù)焊焊縫坡口的基本形式與尺寸選擇。 CO2電弧的穿透能力較強(qiáng)，與MMA（手工電弧焊）相比，可坡口角度稍小、鈍邊稍大。 CO2焊的焊絲較細(xì)，所以間隙應(yīng)小些（尤自動(dòng)焊）。 焊前清理： CO2的氧化性強(qiáng)，所以抗銹能力強(qiáng)。除非要求特別嚴(yán)格，否則坡口上的少

16、量黃銹如不作清理，一般不會(huì)引起氣孔，也不會(huì)導(dǎo)致焊縫嚴(yán)重增氫。但為保險(xiǎn)起見(jiàn)，仍然要求焊前對(duì)焊件進(jìn)行嚴(yán)格清理。 平焊一般多采用左焊法、立焊可采用下向焊：成形較好，但熔深較淺。,一、（細(xì)絲）短路過(guò)渡CO2焊工藝 實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最多的是細(xì)絲（1.6 mm ）/短路過(guò)渡CO2焊，其工藝要點(diǎn) 工藝參數(shù)：焊接電流I、焊接電壓U、焊絲直徑、焊接速度v 、氣體流量L/min、焊絲伸出長(zhǎng)度L 一般考慮板厚、層數(shù)、位置等因素確定焊絲直徑（打底推薦使用 0.8 mm），再確定合適的焊接電流，然后匹配以最佳的焊接電壓。 焊接電壓與焊接電流的最佳匹配范圍較窄，通常只有約1V。對(duì)于0.8、1.0mm的焊絲，有一個(gè)簡(jiǎn)捷的尋找

17、I/U最佳匹配的辦法：以100A/20V為基準(zhǔn)進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)（可以通過(guò)觀察電弧的行為、焊絲的熔化、鐵水的鋪展、收弧時(shí)熔滴球的大小等現(xiàn)象，聽(tīng)電弧的聲音等來(lái)輔助判斷參數(shù)是否合適）。 焊絲伸出長(zhǎng)度l10，氣體流量一般取915L/min。 自動(dòng)焊還要考慮焊接速度是否合適。,焊接電流與送絲速度的關(guān)系,焊接速度與焊縫成形的關(guān)系 1焊縫厚度 2熔深 3焊縫寬度 （焊絲直徑1.6mm，焊接電流450A，電 弧電壓38V，CO2流量20L/min）,細(xì)絲短路過(guò)渡CO2焊工藝參數(shù)的確定也可參考下列的圖表。,焊接電壓與焊縫成形的關(guān)系 1焊縫厚度 2熔深 3焊縫寬度 （ 焊絲直徑1.6mm，焊接電流450A，焊接速度7

18、0cm/min，CO2流量20L/min）,焊接電流與焊縫成形的關(guān)系 1焊縫厚度 2熔深 3焊縫寬度,不同直徑焊絲焊接12mm鋼板時(shí)的焊接電流和電弧電壓范圍 短路過(guò)渡 粗滴過(guò)渡 焊絲直徑,合適的電弧電壓與焊接電流范圍,二、（粗絲）細(xì)滴過(guò)渡CO2焊工藝 粗絲（1.6 mm ）/滴狀過(guò)渡CO2焊工藝要點(diǎn) 工藝參數(shù)：I、U、v、L/min、（l）、送絲速度 大規(guī)范：大電流、高電壓、大氣體流量 更適合于平位置的填充、蓋面焊，飛濺較大，建議在CO2中加入少量Ar。,請(qǐng)參閱JB/T9186-1999二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊工藝規(guī)程（見(jiàn)機(jī)械工程標(biāo)準(zhǔn)匯編焊接卷 ）,第五節(jié) CO2焊的其它方法,一、藥芯焊絲CO2焊 藥芯焊絲CO2焊，就是用藥芯焊絲為電極、用CO2作為外加保護(hù)氣的熔 化極電弧焊。 藥芯焊絲把焊藥（或金屬粉）包在鋼帶中做成的焊絲（焊條是 把焊藥包覆在焊芯的外面）,藥芯焊絲分自保護(hù)用（煙塵大、機(jī)械性能較低）、埋弧焊用（多用于高合金鋼及堆焊）和氣保護(hù)用（使用廣泛）；按保護(hù)氣成分，又可分為CO2焊用（用量最大，用于焊結(jié)構(gòu)鋼）以及MIG、MAG、TIG焊用（即使被焊金屬相同，不同的保護(hù)氣體其藥芯焊絲原則上也不能相互代用）。,按藥粉類型分： 有渣型焊后有較多的熔渣，但易于調(diào)整焊縫化學(xué)成分： 酸性（ 焊接工藝性能較好、焊縫含氫量達(dá)堿性