第6章 CO2氣體保護(hù)電弧焊

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊

利用CO2作保護(hù)氣體的熔化極氣體保護(hù)電弧焊為CO2氣體保護(hù)焊，簡稱CO2焊。它是目前焊接黑色金屬材料重要熔焊方法之一，在許多金屬結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)中已逐漸取代了焊條電弧焊和埋弧焊。一、CO2焊的特點（一）工藝特點1)CO2電弧的穿透力強(qiáng)，厚板焊接時可增加坡口的鈍邊和減小坡口；焊接電流密度大，焊絲熔化率高；焊后一般不需清渣，所以CO2焊的生產(chǎn)率比焊條電弧焊高約1～3倍。2)純CO2焊在一般工藝范圍內(nèi)不能達(dá)到射流過渡，常用：短路過渡、滴狀過渡，加入混合氣體后才有可能獲得射流過渡。3)采用短路過渡可以用于全位置焊接，而且對薄壁構(gòu)件焊接質(zhì)量高，焊接變形小。因為電弧熱量集中，受熱面積小，焊接速度快，且CO2氣流對焊件起到一定冷卻作用，可防止焊薄件燒穿和減少焊接變形。4)抗銹能力強(qiáng)，焊縫含氫量低，焊接低合金高強(qiáng)度鋼時冷裂紋的傾向小。5)CO2氣體價格便宜，焊前對焊件清理可從簡，其焊接成本只有埋弧焊和焊條電弧焊的40％～50％。6)焊接過程中金屬飛濺較多，特別是當(dāng)焊接工藝參匹配不當(dāng)時，更為嚴(yán)重。7)電弧氣氛有很強(qiáng)的氧化性，不能焊接易氧化的金屬材料。抗風(fēng)能力較弱、室外作業(yè)需有防風(fēng)措施。8)焊接弧光較強(qiáng)，特別是大電流焊接時，要注意對操作人員防弧光輻射保護(hù)。（二）冶金特點CO2是一種氧化性氣體，在高溫時進(jìn)行分解，具有強(qiáng)烈的氧化作用氧化燒損合金元素氣孔飛濺

1、CO2的氧化性CO2氣體高溫分解：三者同時存在，CO氣體在焊接中不熔于金屬，也不與之發(fā)生作用，CO2和O2則使Fe和其他元素氧化燒損。

在熔滴過渡或在熔池中的氧化反應(yīng)：（1）直接氧化與CO2作用：[Fe]+CO2====(FeO)+CO[Si]+CO2====(SiO2)+CO[Mn]+CO2====(MnO)+CO與高溫分解的氧原子作用：[Fe]+O====(FeO)[Si]+2O====(SiO2)[Mn]+O====(MnO)[C]+O====CO

[]——在液態(tài)金屬中的反應(yīng)物；()——在熔渣中的反應(yīng)物FeO可熔于液體金屬內(nèi)成為雜質(zhì)或與其他元素發(fā)生反應(yīng)，SiO2和MnO成為熔渣能浮出，生成的CO從液體金屬中逸出。(2)間接氧化與氧結(jié)合能力比Fe大的合金元素把Fe從FeO中置換出來而自身被氧化，其反應(yīng)如下：

[Si]+2(FeO)====(SiO2)+2[Fe][Mn]+(FeO)====(MnO)+[Fe][C]+(FeO)====CO+[Fe]生成的SiO2和MnO成熔渣浮出，其結(jié)果是液體金屬中Si和Mn被燒損而減少。一般CO2焊接時，焊絲中約有w(Mn)=50％和w(Si)=60％被氧化燒損。生成的CO在電弧高溫下急劇膨脹，使熔滴爆破而引起金屬飛濺在熔池中的CO，若逸不出來，便成為焊縫中的氣孔直接和間接氧化的結(jié)果造成了：焊縫金屬力學(xué)性能降低，產(chǎn)生氣孔和金屬飛濺

解決CO2焊氧化性的措施：脫氧具體做法：在焊絲中（或在藥芯焊絲的芯料中）加入一定量的脫氧劑，它們是與氧的親和力比Fe大的合金元素，如：A1>Ti>Si>Mn>Cr>Mo。實踐表明，采用Si-Mn聯(lián)合脫氧效果最好，可以焊出高質(zhì)量的焊縫，目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用H08Mn2Si焊絲。2、氣孔問題在熔池金屬內(nèi)部存在有溶解不了的或過飽和的氣體，當(dāng)這些氣體來不及從熔池中逸出時，便隨熔池的結(jié)晶凝固，而留在焊縫內(nèi)形成氣孔。

CO2焊時氣流對焊縫有冷卻作用，又無熔渣覆蓋，故熔池冷卻快。此外，所用的電流密度大，焊縫窄而深，氣體逸出路程長，于是增加了產(chǎn)生氣孔的可能性?？赡墚a(chǎn)生的氣孔主要有3種：CO氣孔氫氣孔氮?dú)饪祝?）CO氣孔焊絲中脫氧元素不足，使熔池中熔入較多的FeO，它和C發(fā)生強(qiáng)烈的碳還原鐵的反應(yīng)，便產(chǎn)生CO氣體。故只要焊絲中有足夠脫氧元素Si和Mn，以及限制焊絲中C含量，就能有效地防止CO氣孔。（2）N2氣孔CO2保護(hù)不良或CO2純度不高。只要加強(qiáng)CO2的保護(hù)和控制CO2的純度，即可防止。造成保護(hù)效果不好的原因一般是過小的氣體流量，噴嘴被堵塞、噴嘴距工件過大，電弧電壓過高(即電弧過長)，電弧不穩(wěn)或作業(yè)區(qū)有風(fēng)等。（3）H2氣孔在高溫時熔入了大量H2，結(jié)晶過程中不能充分排出，而留在焊縫金屬中。電弧區(qū)的H2主要來自焊絲、工件表面的油污和鐵銹以及CO2氣體中所含的水分，前者易防止和消除，故后者往往是引起H2氣孔的主要原因，因此對CO2氣體進(jìn)行提純與干燥是必要的，但因CO2氣體只有氧化性，H2和CO2會化合，故出現(xiàn)H2氣孔的可能性相對較小，這就是被認(rèn)為CO2焊是低氫焊接的方法。3、飛濺問題

金屬飛濺是CO2焊接的主要問題，特別粗絲大電流焊接飛濺更為嚴(yán)重，有時飛濺損失達(dá)焊絲熔化量的30％～40％。

危害：

飛濺增加了焊絲及電能消耗，降低焊接生產(chǎn)率和增加焊接成本。飛濺金屬粘到導(dǎo)電嘴和噴嘴內(nèi)壁上，會造成送絲和送氣不暢而影響電弧穩(wěn)定和降低保護(hù)作用，惡化焊縫成形。粘到焊件表面上又增加焊后清理工序。引起金屬飛濺的原因：1）由冶金反應(yīng)引起。焊接過程中熔滴和熔池中的碳被氧化生成CO氣體，隨著溫度升高，CO氣體膨脹引起爆破，產(chǎn)生細(xì)顆粒飛濺。2）作用在焊絲末端電極斑點上的壓力過大。當(dāng)用直流正接長弧焊時，焊絲為陰極，受到電極班點壓力較大，焊絲末端易成粗大熔滴和被頂偏而產(chǎn)生非軸向過渡，從而出現(xiàn)大顆粒飛濺。3）由于熔滴過渡不正常而引起。在短路過渡時由于焊接電源的動特性選擇與調(diào)節(jié)不當(dāng)而引起金屬飛濺。減小短路電流上升速度或減少短路峰值電流都可以減少飛濺。一般是在焊接回路內(nèi)串入較大的不飽和直流電感即可減少飛濺。4）由于焊接工藝參數(shù)選擇不當(dāng)而引起。主要是因為電弧電壓升高，電弧變長，易引起焊絲末端熔滴長大，產(chǎn)生無規(guī)則的晃動，而出現(xiàn)飛濺。減少飛濺的措施：1)選用合適的焊絲材料或保護(hù)氣體。例如選用含碳量低的焊絲，減少焊接過程中產(chǎn)生CO氣體；選用藥芯焊絲，藥芯中加入脫氧劑、穩(wěn)弧劑及造渣劑等，造成氣—渣聯(lián)合保護(hù)；長