八章氣體保護(hù)電弧焊

熔焊方法及設(shè)備

主講教師：李桓教授8.5CO2氣體保護(hù)電弧焊用焊接材料8.5.1CO2氣體

CO2是略有氣味的無色氣體，易溶于水（其水溶液稍有酸味），密度為空氣的1.5倍，沸點(diǎn)為-78℃。在不加壓力下冷卻時氣體將直接變成固體（稱為干冰），提高溫度，固態(tài)CO2又直接變成氣體。CO2氣體中主要的有害雜質(zhì)是水分和氮?dú)狻?/p>

提高輸出CO2氣體純度措施：1)鑒于在溫度高于-11℃時，液態(tài)CO2比水輕，所以可把灌氣后的氣瓶倒立靜置1~2h，以使瓶內(nèi)處于自由狀態(tài)的水分沉積于瓶口部，然后打開瓶口氣閥，放水2~3次即可，每次放水間隔時間約30min。放水結(jié)束后，仍將氣瓶放正。2)經(jīng)放水處理后的氣瓶，在使用前先放氣2~3min，放掉瓶內(nèi)上部純度低的氣體，然后再接輸氣管。3)在焊接氣路系統(tǒng)中設(shè)置高壓干燥器和低壓干燥器,以進(jìn)一步減少CO2氣體中的水分。至于干燥劑，常選用硅膠或脫水硫酸銅，吸水后它們的顏色會發(fā)生變化（見表8-5），但經(jīng)過加熱烘干后又可重復(fù)使用。8.5.2焊絲

1.CO2焊對焊絲化學(xué)成分的要求

（1）焊絲必須含有足夠數(shù)量的Mn、Si等脫氧元素，以減少焊縫金屬中的含氧量和防止產(chǎn)生氣孔．（2）焊絲的含碳量要低，通常要求含C＜0.11％，這樣可減少氣孔與飛濺。（3）應(yīng)保證焊縫金屬具有滿意的力學(xué)性能和抗裂性能。2.CO2焊常用焊絲

表8-6CO2氣體保護(hù)電弧焊常用焊絲的型號、化學(xué)成分及用途

焊絲型號合金元素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）CMnSiPSNiCrMoVTiZrAlCu其他用于碳鋼ER50-20.070.09~1.400.40~0.700.0250.0250.150.150.150.030.05~0.150.02~0.120.05~0.150.05—ER50-30.06~0.150.45~0.75———ER50-41.00~1.500.65~0.85ER50-61.40~1.850.80~1.15ER50-70.07~0.151.50~2.000.50~0.80ER49-10.111.80~2.100.65~0.950.0300.0300.300.20——

用于低合金鋼ER55-10.101.20~1.600.600.0250.0200.20~0.600.30~0.90—————0.20~0.50

ER69-10.081.25~1.800.20~0.550.0100.0101.40~2.100.300.25~0.550.050.100.100.100.25ER76-10.091.40~1.801.90~2.600.500.04ER83-10.100.25~0.60

0.600.30~0.650.03ERXX-G供需雙方協(xié)商確定表8-7焊絲表面清潔程度對焊縫金屬含氫量的影響

焊絲代號焊絲直徑（mm）焊縫金屬中的平均含氫量（ml/100g）未進(jìn)行加熱的焊絲電阻加熱過的焊絲11.62.7~7.31.011.23.50.510.86.31.021.64.00.931.61.21.141.61.11.051.61.60.961.62.01.18.6飛濺問題與控制措施

CO2氣體保護(hù)焊時，容易產(chǎn)生飛濺，這是由CO2氣體的性質(zhì)所決定的。

飛濺產(chǎn)生的原因：

（1）由冶金反應(yīng)引起的飛濺

（2）由斑點(diǎn)壓力引起的飛濺

（3）熔滴短路時引起的飛濺

（4）非軸向熔滴過渡造成的飛濺

（5）焊接參數(shù)選擇不當(dāng)引起的飛濺8.7CO2氣體保護(hù)電弧焊工藝

CO2焊是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的焊接方法。為了獲得高的生產(chǎn)率和優(yōu)質(zhì)的接頭，除應(yīng)選擇合適的設(shè)備外，還必須采用正確的焊接工藝，也就是說，必須做好焊前準(zhǔn)備，正確地選擇焊接參數(shù)和采用正確的操作技術(shù)。8.7.1焊前準(zhǔn)備

1.坡口設(shè)計(jì)

2.坡口加工與清理

3.定位焊縫圖8-21水平角焊縫的熔深

a)焊條電弧焊b)CO2焊

1.坡口設(shè)計(jì)表8-8不同板厚焊腳尺寸

板厚(mm)焊接方法焊角(mm)6CO2焊5焊條電弧焊69CO2焊6焊條電弧焊712CO2焊7.5焊條電弧焊8.516CO2焊10焊條電弧焊11

2.坡口加工方法與清理坡口加工的方法主要有機(jī)械加工、氣割和碳弧氣刨等。CO2焊時對坡口精度的要求比焊條電弧焊時高。焊定位焊縫之前應(yīng)將坡口周圍10~20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹、氧化皮及其他臟物除掉，否則將嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。6mm以下薄板上的氧化膜對質(zhì)量幾乎無影響；焊厚板時，氧化皮能影響電弧穩(wěn)定性，惡化焊縫成形和生成氣孔。為了去除氧化皮中的水分和油類，焊前最好用氣體火焰烤一下，但要充分加熱，否則，在焊件冷卻時會生成水珠，它進(jìn)入坡口間隙內(nèi)將產(chǎn)生相反的效果。為了防銹，許多鋼板都涂了油漆。焊接時這些油漆不一定都要除掉，要看對焊接質(zhì)量有無影響，有影響的涂料一定要除掉，沒有影響的涂料可以不除掉。

3.定位焊縫

定位焊是為了裝配焊件和固定焊件上的接縫位置而進(jìn)行的焊接。定位焊縫本身易產(chǎn)生氣孔和夾渣，也是導(dǎo)致隨后CO2焊時產(chǎn)生氣孔和夾渣的主要原因，所以必須認(rèn)真地焊接定位焊縫。定位焊可采用接觸焊、細(xì)絲CO2焊和焊條電弧焊。用焊條電弧焊焊接的定位焊縫，如果渣清除不凈，會引起電弧不穩(wěn)和產(chǎn)生缺欠。定位焊縫的選位也很重要，應(yīng)盡可能使定位焊縫分布在焊縫的背面。當(dāng)背面難以施焊時，可在正面焊一條短焊縫，再焊接時此處就不要再焊了。定位焊縫的長度和間距，應(yīng)視焊件厚度而定。薄板的定位焊縫應(yīng)細(xì)而短，長度為3~50mm，間距為30~150mm；中厚板的定位焊縫間距可達(dá)100~150mm，為增加定位焊縫的強(qiáng)度，應(yīng)適當(dāng)增大定位焊縫長度，一般為15~50mm。使用夾具定位時，應(yīng)考慮磁偏吹問題。因此，夾具的材質(zhì)、形狀、位置和焊接方向均應(yīng)注意。8.7.2焊接參數(shù)選擇

CO2焊的焊接參數(shù)較多，主要包括焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑、焊絲伸出長度、電流極性、焊接回路電感值和氣體流量等。1．焊絲直徑的選擇

圖8-22焊絲直徑φ對熔深H的影響1-焊接電流300A、電弧電壓30V、焊接速度30m/h2-焊接電流400A、電弧電壓35V、焊接速度30m/h表8-9焊絲直徑的選擇焊絲直徑(mm)熔滴過渡形式板厚(mm)焊接位置0.8短路1.5~2.3全位置細(xì)顆粒2.5~4水平1.0~1.2短路2~8全位置細(xì)顆粒2~12水平1.6短路3~12立、橫、仰≥1.3細(xì)顆粒﹥6水平2．焊接電流的選擇表8-10焊接電流的選擇焊絲直徑(mm)焊接電流(A)細(xì)顆粒過渡（電弧電壓30~45V）短路過渡（電弧電壓16~22V）0.8150~25060~1601.2200~300100~1751.6350~500120~1802.4600~750150~2003．電弧電壓的選擇

電弧電壓的大小決定了電弧的長短和熔滴的過渡形式，它對焊縫成形、飛濺、焊接缺陷以及焊縫的力學(xué)性能有很大的影響。電弧電壓對焊接過程和對金屬與氣體間的冶金反應(yīng)的影響比焊接電流大，且隨著焊絲直徑的減小，電弧電壓影響的程度增大。

實(shí)現(xiàn)短路過渡的條件之一是保持較短的電弧長度，即低電壓。但電弧電壓過低，電弧引燃困難，焊絲會插入熔池，電弧也不能穩(wěn)定燃燒；若電弧電壓過高，則由短路過渡轉(zhuǎn)變成粗滴的長弧過渡，焊接過程不穩(wěn)定。為獲得良好的工藝性能，應(yīng)該選擇最佳的電弧電壓值，該值范圍是一個很窄的區(qū)間，一般差值僅為1~2V。最佳電弧電壓值與焊接電流、焊絲直徑和熔滴過渡形式等因素有關(guān)，見表8-11。表8-11常用焊接電流及電弧電壓的適用范圍

焊絲直徑（mm）短路過渡滴狀過渡焊接電流（A）電弧電壓（V）焊接電流（A）電弧電壓（V）0.640~7017~190.860~10018~191.080~12018~211.2100~15019~23160~40025~351.6140~20020~24200~50026~402.0200~60027~402.5300~70028~423.0500~80032~444．焊接速度的選擇

選擇焊接速度主要根據(jù)生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量。焊速過快，保護(hù)效果差，同時使冷卻速度加大，使焊縫塑性降低，且不利于焊縫成形，易形成咬邊缺陷；焊速過慢，熔敷金屬在電弧下堆積，電弧熱和電弧力受阻礙，焊道不均勻，且焊縫組織粗大。實(shí)際生產(chǎn)中，焊速一般不超過0.5m/min。5．焊絲伸出長度的選擇

表8-12焊絲伸出長度的選擇

焊絲直徑/mmER49-1焊絲伸出長度/mm0.86~121.07~131.28~156．電流極性的選擇

CO2焊主要采用直流反接法。不同極性接法的應(yīng)用范圍及特點(diǎn)見表8-13。

表8-13電流極性的應(yīng)用范圍及特點(diǎn)電流極性應(yīng)用范圍特點(diǎn)直流反接短路過渡及顆粒過渡的普通焊接，一般材料的焊接飛濺小，電弧穩(wěn)定，焊縫成形好，熔深大，焊縫金屬含氫量低直流正接高速焊接、堆焊、鑄鐵補(bǔ)焊焊絲熔化速率高，熔深淺，熔寬及余高較大7．焊接回路電感值的選擇

焊接回路電感主要用于調(diào)節(jié)電流的動特性，以獲得合適的短路電流增長速度di/dt，從而減少飛濺；并調(diào)節(jié)短路頻率和燃燒時間，以控制電弧熱量和熔透深度。焊接回路中電感值應(yīng)根據(jù)焊絲直徑和焊接位置來選擇。焊絲直徑（mm）焊接電流（A）電流電壓（V）電感（mH）短路電流增長速度（kA/s）0.8100180.01~0.0850~1501.2130190.02~0.5040~1301.6160200.30~0.7020~75表8-14焊接回路電感值的選擇

值得注意的是，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于焊接電纜比較長，常常將一部分電纜盤繞起來，這相當(dāng)于在焊接回路中串入了一個附加電感。由于回路電感值的改變，使飛濺情況、母材熔深等都將發(fā)生變化。因此，焊接過程正常后，電纜盤繞的圈數(shù)就不宜變動（通常不宜盤繞，因?yàn)殡姾笝C(jī)制造商在選擇電感時不考慮盤繞因素）。應(yīng)當(dāng)指出的是，表8-14的回路電感值，適用于抽頭和晶閘管式整流焊機(jī)等傳統(tǒng)弧焊電源，當(dāng)使用現(xiàn)代新型弧焊電源（如逆變焊機(jī)）后，可采用控制焊機(jī)動特性的辦法，即除了鐵磁電感外，常常還利用電子電抗器調(diào)節(jié)。這時鐵磁電感可以降低，如500A焊機(jī)常用0.05mH。8．氣體流量的選擇

CO2氣體流量的大小主要是根據(jù)對焊接區(qū)域的保護(hù)效果來決定。表8-15CO2氣體流量選擇焊接方法細(xì)絲CO2焊粗絲CO2焊粗絲大電流CO2焊CO2流量（L/min）5~1515~2535~50

確定焊接參數(shù)的程序?yàn)椋菏紫雀鶕?jù)板厚、接頭形式和焊縫的空間位置等選定焊絲直徑和焊接電流，同時考慮熔滴過渡形式，然后選擇和確定電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長度、氣體流量和電感值等。8.7.3鰭片管的CO2氣體保護(hù)半自動焊工藝實(shí)例

鰭片管是一種鋼管與扁鋼的焊接構(gòu)件，其連接形式如圖8-23所示。管子材料為20鋼，規(guī)格為?60mm×5mm；扁鋼材料為Q235，厚度為6mm。圖8-23鰭片管接頭形式CO2焊工藝：(1)為了控制鰭片管的焊接變形，采用壓板式焊接夾具，如圖8-24所示。底板長度與鋼管長度相近，底板上每相距300~500mm裝一副壓板。(2)采用H08Mn2SiA焊絲，直徑為1.0mm或1.2mm。(3)將焊件表面及焊絲清理干凈，先將鰭片管組裝定位，每隔200mm焊接10mm，鋼管與扁鋼間的裝配間隙為0~0.5mm。裝配后將焊件夾緊在夾具上。(4)采用NBC—400半自動CO2焊機(jī)。焊機(jī)軟管宜擱置在高處，以便使用時靈活拖動，同時可減輕焊工的勞動強(qiáng)度。焊接場地要避風(fēng)和雨。鰭片管一面焊完后，松去壓板翻身，再焊另一面。(5)鰭片管CO2半自動焊焊接參數(shù)見表8-20。圖8-24鰭片管焊接夾具表8-20鰭片管CO2焊焊接參數(shù)

焊絲直徑(mm)焊接電流(A)電弧電壓(V)焊接速度(m/h)氣體壓力(MPa)φ1.0220~2303023~250.15φ1.2290~30030330.28.8CO2氣體保護(hù)電弧焊其它方法8.8.1藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)電弧焊

藥芯焊絲CO2焊是一種采用CO2氣體和焊劑聯(lián)合保護(hù)的焊接方法。焊接時，在利用CO2氣體保護(hù)的同時，焊絲的藥芯（焊劑）受熱熔化，在焊縫表面上形成一層薄薄的熔渣，也起到保護(hù)作用。圖8-25藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)電弧焊示意圖1-導(dǎo)電嘴2-藥芯焊絲3-氣體噴嘴4-CO2氣體5-電弧6-熔池7-熔渣8-焊縫金屬1.工藝特點(diǎn)：

（1）熔敷效率高（2）保護(hù)效果好（3）調(diào)整合金成分方便（4）可以選用直流電或交流電焊接，焊接電源采用平特性或陡降特性均可。2.藥芯焊絲結(jié)構(gòu)

圖8-26藥芯焊絲的截面形狀3.焊接參數(shù)

由于藥芯焊絲CO2焊使用的焊接電流較大，獲得的焊縫熔深較大，目前主要用于中、厚鋼板的平、橫焊的半自動焊和自動焊。藥芯焊絲電弧焊除可用CO2氣體作保護(hù)氣體外，也可用Ar+25%CO2或Ar+2%O2等混合氣體作保護(hù)氣體。用這些混合氣體保