機械制圖公開課

二氧化碳?xì)怏w保護焊

周官旺

1平泉縣職教中心張立春

二氧化碳?xì)怏w保護電弧焊教學(xué)目標(biāo)：1.了解二氧化碳?xì)怏w保護焊的基本原理、工藝特點及應(yīng)用范圍；能合理選用焊絲和控制冶金過程；能合理制定焊接工藝；2.掌握典型焊接接頭半自動二氧化碳?xì)怏w保護電弧焊操作技術(shù)；3.了解二氧化碳?xì)怏w保護電弧焊的新技術(shù)。課時：4課時教法：講授授課教師：周官旺2平泉縣職教中心張立春

早在20世紀(jì)30年代就有人提出用CO2及水蒸氣作為保護氣體，但試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)焊縫金屬嚴(yán)重氧化，氣孔很多，焊接質(zhì)量得不到保證。因此氬氣、氦氣等惰性氣體保護焊首先應(yīng)用于焊接生產(chǎn)，解決了當(dāng)時航空工業(yè)中有色金屬的焊接問題，氣體保護焊的優(yōu)越性也逐步被人們認(rèn)識和重視。但是氬氣、氦氣為稀有氣體，價格較貴，應(yīng)用上受到一定的限制。為此，到20世紀(jì)50年代。人們又重新研究CO2氣體保護焊，并逐步應(yīng)用焊接生產(chǎn)。3平泉縣職教中心張立春CO2氣體保護電弧焊是利用CO2作為保護氣體的熔化極電弧焊方法。這種方法以CO2氣體作為保護介質(zhì)，使電弧及熔池與周圍空氣隔離，防止空氣中氧、氮、氫對熔滴和熔池金屬的有害作用，從而獲得優(yōu)良的機械保護性能。生產(chǎn)中一般是利用專用的焊槍，形成足夠的CO2氣體保護層，依靠焊絲與焊件之間的電弧熱，進(jìn)行自動或自半動熔化極氣體保護焊接。1.CO2焊的特點及應(yīng)用1.1CO2焊的基本原理4平泉縣職教中心張立春CO2焊的原理示意圖1.焊絲盤2.送絲滾輪3.焊絲4.導(dǎo)電嘴5.保護氣體噴嘴6.保護氣體7.熔池8.焊縫金屬9.母材10.電弧

1.CO2焊的特點及應(yīng)用5平泉縣職教中心張立春

CO2是一種無色無味的氣體，在0℃

101.3kPa氣壓時，它的密度為1.9768g/L，是空氣的1.5倍。因而CO2良好的保護作用，還能有效地防止空氣中N2對熔滴及熔池金屬的有害作用，這一點是很可貴的，因為金屬一旦被氮化，便難以使之脫氮。1.2CO2氣體的性質(zhì)6平泉縣職教中心張立春CO2常溫下很穩(wěn)定，但在高溫下（5000K）左右?guī)缀跄苋糠纸?，具有強烈的氧化性，因而是一種氧化性氣體。雖然它有強烈的氧化作用，但氧化了的熔化金屬可比較容易地脫氧；另一方面較強的氧化性能夠抑制焊縫中氫的存在，防止產(chǎn)生氫氣孔和裂紋；CO2氣體價格低廉，供應(yīng)充足。1.2CO2氣體的性質(zhì)7平泉縣職教中心張立春

CO2焊按使用焊絲直徑的不同，可分為細(xì)絲CO2焊（焊絲直徑小于1.6mm）和粗絲CO2焊（焊絲直徑大于1.6mm）。按操作的方式分類，又可分為半自動CO2焊和自動CO2焊。1.3CO2焊的分類：8平泉縣職教中心張立春焊接生產(chǎn)率高。由于焊接電流密度較大，電弧熱量利用率較高，以及焊后不需清渣，因此提高了生產(chǎn)率。CO2焊的生產(chǎn)率比普通的焊條電弧焊高2-4倍。焊接成本低。CO2氣體來源廣，價格便宜，而且電能消耗少，故使焊接成本降低。通常CO2焊的成本只有焊條電弧焊的40％—50％。1.4CO2焊的特點1.4.1優(yōu)點9平泉縣職教中心張立春焊接變形小。由于電弧加熱集中，焊件受熱面積小，同時CO2氣流有較強的冷卻作用，所以焊接變形小，特別適宜于薄板焊接。焊接質(zhì)量較高。對鐵銹敏感性小，焊縫含氫量少，抗裂性能好。適用范圍廣?？蓪崿F(xiàn)全位置焊接，并且對于薄板、中厚板甚至厚板都能焊接。操作簡便。焊后不需清渣，且是明弧，便于監(jiān)控，有利于實現(xiàn)機械化和自動化焊接。1.4.1優(yōu)點10平泉縣職教中心張立春1)飛濺率較大，并且焊縫表面成形較差。金屬飛濺是CO2焊中較為突出的問題，這是主要缺點。2）很難用交流電源進(jìn)行焊接，焊接設(shè)備比較復(fù)雜。3）抗風(fēng)能力差，給室外作業(yè)帶來一定困難。4）不能焊接容易氧化的有色金屬。1.4.2缺點11平泉縣職教中心張立春1.CO2焊主要用于焊接低碳鋼及低合金鋼等黑色金屬。2.對于不銹鋼，由于焊縫金屬有增碳現(xiàn)象，影響抗晶間腐蝕性能。所以只能用于對焊縫性能要求不高的不銹鋼焊件。3.CO2焊還可用于耐磨零件的堆焊、鑄鋼件的焊補以及電鉚焊等方面。目前CO2焊已在汽車制造、機車和車輛制造、化工機械、農(nóng)業(yè)機械、礦山機械等部門得到了廣泛的應(yīng)用。1.3CO2焊的應(yīng)用12平泉縣職教中心張立春1.材料因素

母材和焊材的成分2.工藝因素

如焊接方法、坡口形式和加工質(zhì)量、預(yù)熱后熱措施、層間溫度控制、裝配質(zhì)量、甚至電源種類和極性等，對改善工藝焊接性都起很大作用。3.結(jié)構(gòu)因素

如設(shè)計時應(yīng)考慮焊接接頭處于剛度較小狀態(tài)，避免出現(xiàn)截面突變、余高過大、交叉焊縫等容易引起應(yīng)力集中的結(jié)點。4.使用條件

如工作溫度高低、工作介質(zhì)種類、載荷性質(zhì)等，都屬于工藝焊接性考慮范圍2.CO2焊接工藝焊接工藝包括哪幾方面？13平泉縣職教中心張立春2.1焊接材料的選用

因CO2是一種氧化性氣體，在電弧高溫區(qū)分解為一氧化碳和氧氣，具有強烈的氧化作用，使合金元素?zé)龘p，所以CO2焊時為了防止氣孔，減少飛濺和保證焊縫較高的機械性能，必須采用含有Si、Mn等脫氧元素的焊絲。

CO2焊使用的焊絲既是填充金屬又是電極，所以焊絲既要保證一定的化學(xué)性能和機械性能，又要保證具有良好的導(dǎo)電性能和工藝性能。

CO2焊絲分為實芯焊絲和藥芯焊絲兩種:14平泉縣職教中心張立春焊絲型號特征及適用范圍H08Mn2SiA沖擊值高，送絲均勻，導(dǎo)電好。H04Mn2SiTiA脫氧、脫氮、抗氣孔能力強，適用于200A以上電流。H04Mn2SiAlTiA脫氧\脫氮\抗氣孔能力更強,適用于填充和CO2-O2混合氣體保護焊。H08MnSiAMAG焊實芯焊絲的型號、特征及適用范圍常用的實芯焊絲型號：H08Mn2SiAH：焊接用鋼,08：含碳量0.08%,Mn2:2%的氧化錳,

Si:1%的氧化硅,A:含硫、磷量小于0.03%,無A則＜0.04%。為了提高導(dǎo)電性能及防止焊絲表面生銹，一般在焊絲表面采用鍍銅工藝，要求鍍層均勻，附著力強，總含銅量不得大于0.35%

2.1.1實芯焊絲15平泉縣職教中心張立春焊絲直徑（mm）電流范圍（A）適用板厚（mm）0.640~1000.6~1.60.850~1500.8~2.30.970~2001.0~3.21.090~2501.2~61.2120~3502.0~101.6>300>6.0不同焊絲直徑使用電流范圍2.1.1實芯焊絲16平泉縣職教中心張立春使用焊絲的注意事項:外觀檢查：焊絲平排密繞,直徑均勻,表面光亮,焊絲盤無破損。性能檢查：化學(xué)成分不合格,嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量,必須采用優(yōu)質(zhì)焊絲。焊接電流：必須在焊絲許用電流范圍之內(nèi)。電流過大將引起溶池翻騰和焊縫成形惡化。電流過小能量集中性變差，引弧困難，飛濺變大，溶深淺，焊縫成形不好。絲徑選用：在焊絲直徑允許電流范圍內(nèi)，盡可能選用細(xì)焊絲，以提高焊絲溶化速度、提高引弧成功率，減少飛濺，增加溶深，改善焊縫成形，提高焊接質(zhì)量。2.1.1實芯焊絲17平泉縣職教中心張立春焊絲直徑(mm)電流范圍(A)熔化速度(g/min)0.850-15010---500.970-20010--601.090-25010--801.2120-35020--1201.6140-50040--160焊絲熔化速度和焊接電流的關(guān)系2.1.1實芯焊絲18平泉縣職教中心張立春藥芯焊絲：

使用藥芯焊絲焊接時，通常用CO2或CO2+Ar氣體作為保護氣體，與實芯焊絲的區(qū)別主要在于焊絲內(nèi)部裝有焊劑混合物。焊接時在電弧熱作用下熔化狀態(tài)的焊劑材料、焊絲金屬、母材金屬和保護氣體相互之間發(fā)生冶金作用，同時形成一層較薄的液態(tài)溶渣包覆溶滴并覆蓋溶池，對溶化金屬形成又一層保護，實質(zhì)上這種焊接方法是一種氣渣聯(lián)合保護的方法，它綜合了手工電弧焊和CO2氣體保護焊的優(yōu)點。2.1.1藥芯焊絲19平泉縣職教中心張立春調(diào)整焊劑成分可適應(yīng)各種鋼材，及對焊縫的質(zhì)量要求氣相和渣相雙重保護抗氣孔能力強于實芯電弧焊熔化速度快溶敷效率高，生產(chǎn)率比手工焊高3~5倍電弧穩(wěn)定焊縫成形美觀，飛濺小，適合全位置焊接藥芯焊絲的特點藥芯焊絲2.1.1藥芯焊絲20平泉縣職教中心張立春藥芯焊絲是由08A冷軋薄鋼帶光亮退火后經(jīng)軋機縱向折迭加粉拉拔而成，其橫截面有“O”形、“T”形、梅花形等多種形狀。示意圖如下：“O”形梅花形“T”形

藥芯焊絲的焊劑成分和焊條的藥皮類似，含有穩(wěn)弧劑、脫氧劑、造渣劑、和鐵合金等，起著造渣保護溶池，摻合金，穩(wěn)弧等作用。藥芯焊絲按焊劑成分可分為二氧化鈦型和堿性型兩種。直徑有1.2,1.6,2.0,2.4,3.2mm。主要用于低碳鋼和低合金鋼的焊接。藥芯焊絲因鋼性較差，絲體較軟，所以對送絲機構(gòu)要求嚴(yán)格，既要降低送絲壓力，又要保證勻速送絲。藥芯焊絲的結(jié)構(gòu)及使用中的注意事項：2.1.1藥芯焊絲21平泉縣職教中心張立春表1.CO2電弧焊焊接工藝參數(shù)焊絲牌號根據(jù)被焊材料的力學(xué)性能和化學(xué)成分選擇相應(yīng)牌號的焊絲常用焊絲：H08Mn2SiA；H04Mn2SiTiA規(guī)格（絲徑）根據(jù)焊件厚度、焊縫空間位置及生產(chǎn)率要求選擇短路過渡：Φ：0.6~1.6mm；適于薄板、全位置焊接滴狀過渡：Φ：≥1.6mm；適于中厚板及厚板。干伸長一般為10Φ；約在：10~20mm范圍內(nèi)。干伸長過大，電弧不穩(wěn)，飛濺較大，熔深淺，氣孔增多干伸長過小，飛濺物易堵塞噴嘴；直徑越小或材料的電阻率越大，干伸長影響越大。2.1.1藥芯焊絲22平泉縣職教中心張立春焊接電流作用決定焊縫的熔深、生產(chǎn)效率的主要因素。選擇原則根據(jù)板厚、焊絲直徑、施焊位置、熔滴過渡形式選擇；短路過渡：50~230A；滴狀過渡：300~750A。電弧電壓作用決定焊縫寬度的主要因素，能否實現(xiàn)短路過渡的關(guān)鍵參數(shù)；選擇原則根據(jù)焊絲直徑、焊接電流協(xié)調(diào)匹配焊接電壓；2.1.1藥芯焊絲23平泉縣職教中心張立春焊接速度作用決定熱輸入量的主要參數(shù)之一；從而影響焊縫成型、接頭的力學(xué)性能及氣孔等缺陷的產(chǎn)生；選擇原則一般為15~40m/h（半）；40~60m/h（自）；焊接速度過大，易引起焊縫兩側(cè)咬邊，產(chǎn)生氣孔；焊接速度過小，易引起焊瘤，燒穿，焊縫組織變粗。2.1.1藥芯焊絲24平泉縣職教中心張立春保護氣體純度CO2

氣體的純度不低于99.5%；流量一般短路過渡為：10~15L/min；滴狀過渡：25~50L/min。如果焊接電流較大，焊接速度較快，焊絲干伸長過長或在室外作業(yè)，氣體流量應(yīng)適當(dāng)加大。電源極性直流電源一般采用直流反極性；堆焊及鑄鐵補焊時采用正極性。焊接回路電感（短路過渡）作用調(diào)節(jié)短路電流上升速度（di/dt）；調(diào)節(jié)電弧燃燒時間；選擇原則細(xì)焊絲，熔滴過渡周期短，di/dt較大，電感值較??；電感值越小，電弧燃燒時間越短，熔深小。一般焊接回路內(nèi)的電感在0~0.2mH范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。2.1.1藥芯焊絲25平泉縣職教中心張立春坡口形狀：細(xì)焊絲短路過渡的CO2焊一般開I形坡口；粗焊絲細(xì)滴過渡可以開較小的坡口。開坡口的目的：主要為了熔透，同時要考慮到焊縫成形的形狀及熔合比。坡口角度過小易形成指狀熔深，在焊縫中心可能產(chǎn)生裂紋。尤其在焊接厚板時，由于拘束應(yīng)力大，這種傾向很強，必須十分注意。3.CO2焊的焊接技術(shù)3.1

焊前準(zhǔn)備26平泉縣職教中心張立春表2.CO2焊推薦坡口形狀坡口形狀板厚/mm有無墊板坡口角度根部間隙鈍邊高度

I形<12無—0~2—有—0~3—單邊V形<60無45~600~20~5有25~504~70~3Y形<60無45~600~20~5有35~600~60~3K形<100無45~600~20~5X形<100無45~600~20~53.1

焊前準(zhǔn)備27平泉縣職教中心張立春坡口加工方法加工坡口的方法主要有機械加工、氣割和碳弧氣刨等。CO2焊時對坡口加工精度的要求比焊條電弧焊時更高。坡口加工精度對焊接質(zhì)量影響很大。坡口尺寸偏差能造成未焊透和未填滿等缺陷。焊前清理焊縫附近有污物時，會嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。焊前應(yīng)將坡口周圍10~20mm范圍內(nèi)的油污、油漆、鐵銹、氧化皮及其他污物清除干凈。為了去除氧化皮、水分和油類，目前工廠常用的方法是用氧乙炔火焰烘烤。3.1

焊前準(zhǔn)備28平泉縣職教中心張立春定位焊為了保證坡口尺寸，防止變形及焊道不規(guī)整。通常CO2焊與焊條電弧焊相比要求更堅固的定位焊縫。定位焊縫易生成氣孔和夾渣，認(rèn)真焊接。焊接薄板時定位焊縫應(yīng)該細(xì)而短，長度為3~l0mm，間距為30~50mm。焊接中厚板時定位焊縫長度為15~50mm，間距達(dá)100~150mm。若為熔透焊縫時，點固處難以實現(xiàn)反面成形，應(yīng)從反面進(jìn)行點固。3.1

焊前準(zhǔn)備29平泉縣職教中心張立春(a)蹲位平焊（b）坐位平焊（c）立位平焊（d）站位立焊（e）站位仰焊正確持槍姿勢3.1

焊前準(zhǔn)備30平泉縣職教中心張立春引?。喊胱詣覥O2焊時，通常采用“短路引弧”法。引弧后焊工應(yīng)迅速調(diào)整焊槍位置、焊槍角度，注意保持焊槍到焊件的距離。3.2操作技術(shù)3.2.1引弧與收弧31平泉縣職教中心張立春左焊法操作優(yōu)點：1.易觀察焊接方向。2.電弧不直接作用于母材上，熔深較淺，焊道平而寬。3.抗風(fēng)能力強，保護效果好。3.2.1引弧與收弧收?。汉傅朗瘴蔡幫霈F(xiàn)凹陷，它被稱為弧坑。CO2焊比一般焊條電弧焊用的焊接電流大，所以弧坑也大?；】犹幰桩a(chǎn)生火口裂紋及縮孔等缺陷。為此，應(yīng)設(shè)法減小弧坑尺寸。32平泉縣職教中心張立春目前主要應(yīng)用的方法如下：1)采用帶有電流衰減裝置的焊機時，填充弧坑電流一般只為焊接電流的50~60％，易填滿弧坑。2)沒有電流衰減裝置時，在熔池未凝固之時，應(yīng)在反復(fù)斷弧、引弧幾次，直至弧坑填滿。3)使用工藝板，把弧坑引到工藝板上，焊完之后去掉它。3.2.1引弧與收弧收弧時不能抬高噴嘴，即使弧坑已填滿，電弧已熄滅，也要讓焊槍在弧坑處停留幾秒鐘后才能移開。若收弧時抬高焊槍，則容易因保護不良引起缺陷。33平泉縣職教中心張立春單面焊雙面成形技術(shù)從正面焊接，同時獲得背面成形的焊道稱為單面焊雙面成形，常用于焊接薄板及厚板的打底焊道。1)懸空焊接無墊板的單面焊雙面成形焊接時對焊工的技術(shù)水平要求較高，對坡口精度、裝配質(zhì)量和焊接參數(shù)也提出了嚴(yán)格要求。坡口間隙對單面焊雙面成形的影響很大。坡口間隙小時，焊絲應(yīng)對準(zhǔn)熔池的前部，增大穿透能力，使焊縫焊透；坡口間隙大時，為防止燒穿，焊絲應(yīng)指向熔池中心，并進(jìn)行適當(dāng)擺動。3.2.2平焊的焊接技術(shù)34平泉縣職教中心張立春坡口間隙為0.2～1.4mm時，一般采用直線式焊接或小幅(鋸齒形)擺動。坡口間隙為1.2～2.0mm時，采