二氧化碳气体保护电弧焊项目二焊条电弧焊

二氧化碳气体保护电弧焊项目二焊条电弧焊

教学目标：了解二氧化碳气体爱护焊的差不多原理、工艺特点及应用范畴；

能合理选用焊丝和操纵冶金过程；

能合理制定焊接工艺；

把握典型焊接接头半自动二氧化碳气体爱护电弧焊操作技术；

了解二氧化碳气体爱护电弧焊的新技术。

教学活动设计：1在实训室中进行讲练结合的现场教学；

2．利用多媒体课件、仿真等辅助教学；

教学重点：条电弧焊的原理、工艺特点

制定焊条电弧焊工艺；

把握焊条电弧焊操作技术

教学难点：对工艺制定及操作的把握

学习单元一 认知CO2气体爱护焊

一、CO2焊的实质

CO2气体爱护电弧焊是利用CO2作为爱护气体的熔化极电弧焊方法。这种方法以CO2气体作为爱护介质，使电弧及熔池与周围空气隔离，防止空气中氧、氮、氢对熔滴和熔池金属的有害作用，从而获得优良的机械爱护性能。

二、CO2焊的特点

1．优点

1）焊接生产率高。由于焊接电流密度较大，电弧热量利用率较高，以及焊后不需清渣，因此提高了生产率。CO2焊的生产率比一般的焊条电弧焊高2~4倍。

2）焊接成本低。CO2气体来源广，价格廉价，而且电能消耗少，故使焊接成本降低。通常CO2焊的成本只有埋弧焊或焊条电弧焊的40％~50％。

3）焊接变形小。由于电弧加热集中，焊件受热面积小，同时CO2气流有较强的冷却作用，因此焊接变形小，专门适宜于薄板焊接。

4）焊接品质较高。对铁锈敏锐性小，焊缝含氢量少，抗裂性能好。

5）适用范畴广。可实现全位置焊接，同时关于薄板、中厚板甚至厚板都能焊接。

6）操作简便。焊后不需清渣，且是明弧，便于监控，有利于实现机械化和自动化焊接。

2．缺点

1）飞溅率较大，同时焊缝表面成形较差。金属飞溅是CO2焊中较为突出的咨询题，这是要紧缺点。

2）专门难用交流电源进行焊接，焊接设备比较复杂。

3）抗风能力差，给室外作业带来一定困难。

4）不能焊接容易氧化的有色金属。

CO2焊的缺点能够通过提高技术水准和改进焊接材料、焊接设备加以解决，而其优点却是其他焊接方法所不能比的。因此，能够认为CO2焊是一种高效率、低成本的节能焊接方法。

三、CO2焊的应用

CO2焊要紧用于焊接低碳钢及低合金钢等黑色金属。关于不锈钢，由于焊缝金属有增碳现象，阻碍抗晶间腐蚀性能。因此只能用于对焊缝性能要求不高的不锈钢焊件。此外，CO2焊还可用于耐磨零件的堆焊、铸钢件的焊补以及电铆焊等方面。目前CO2焊已在汽车制造、机车和车辆制造、化工机械、农业机械、矿山机械等部门得到了广泛的应用。

学习单元二 CO2焊的冶金特性和焊接材料

一、合金元素的氧化与脱氧

1．合金元素的氧化

CO2及其在高温分解出的氧，都具有专门强的氧化性。随着温度的提高，氧化性增强。氧化

反应的程度取决于合金元素在焊接区的浓度和它们对氧的亲和力。熔滴和熔池金属中Fe的浓度最大，Fe的氧化比较猛烈。Si、Mn、C的浓度尽管较低，但它们与氧的亲和力比Fe大，因此也专门猛烈。

2．氧化反应的结果

反应生成的CO气体有两种情形：其一是在高温时反应生成的CO气体，由于CO气体体积急剧膨胀，在逸出液态金属过程中，往往会引起熔池或熔滴的爆破，发生金属的溅损与飞溅。其二是在低温时反应生成的CO气体，由于液态金属出现较大的粘度和较强的表面张力，产生的CO无法逸出，最终留在焊缝中形成气孔。

合金元素烧损、气孔和飞溅是CO2焊中三个要紧的咨询题。它们都与CO2电弧的氧化性有关，因此必须在冶金上采取脱氧措施予以解决。但应指出，气孔、飞溅除和CO2气体的氧化性有关外，还和其它因素有关，这些咨询题以后还要讨论。

3．CO2焊的脱氧

加入到焊丝中的Si和Mn，在焊接过程中一部分直截了当被氧化和蒸发，一部分耗于FeO的脱氧，剩余的部分则残剩留在焊缝中，起焊缝金属合金化作用，因此焊丝中加入的Si和Mn，需要有足够的数量。然而焊丝中Si、Mn的含量过多也不行。Si含量过高会降低焊缝的抗热裂纹能力；Mn含量过高会使焊缝金属的冲击值下降。

此外，Si和Mn之间的比例还必须适当，否则不能专门好地结合成硅酸盐浮出熔池，而会有一部分SiO2或者MnO夹杂物残留在焊缝中，使焊缝的塑性和冲击值下降。

依照试验，焊接低碳钢和低合金钢用的焊丝，一样w（Si）为1%左右。通过在电弧中和熔池中烧损和脱氧后，还可在焊缝金属中剩下约0.4%~0.5%。焊丝中w (Mn)一样为1％~2％左右。

二、CO2焊的气孔及防止

CO2焊时，由于熔池表面没有熔渣覆盖，CO2气流又有冷却作用，因而熔池凝固比较快。假如焊接材料或焊接工艺处理不当，可能会显现CO气孔、氮气孔和氩气孔。

1．CO气孔

在焊接熔池开始结晶或结晶过程中，熔池中的C与FeO反应生成的CO气体来不及逸出，而形成 CO气孔。这类气孔通常显现在焊缝的根部或近表面的部位，且多呈针尖状。

2．氮气孔

在电弧高温下，熔池金属对N2有专门大的溶解度。但当熔池温度下降时，N2在液态金属中的溶解度便迅速减小，就会析出大量N2，若未能逸出熔池，便生成N2气孔。N2气孔常显现在焊缝近表面的部位，呈蜂窝状分布，严峻时还会以细小气孔的形式广泛分布在焊缝金属之中。这种细小气孔往往在金相检验中才能被发觉，或者在水压试验时被扩大成渗透性缺陷而表露出来。

3．氢气孔

氢气孔产生的要紧缘故是，熔池在高温时溶入了大量氢气，在结晶过程中又不能充分排出，留在焊缝金属中成为气孔。

三、CO2焊的飞溅及防止

1．飞溅产生的缘故

飞溅是CO2焊最要紧的缺点，严峻时甚至要阻碍焊接过程的正常进行。产生飞溅的要紧缘故如下：

1）气体爆炸引起的飞溅。

2）由电弧斑点压力而引起的飞溅。

3）短路过渡时由于液态小桥爆断引起的飞溅。

4）当焊接参数选择不当时，也会引起飞溅。

2．减少金属飞溅的措施

（1）正确选择焊接参数

1）焊接电流与电弧电压。

2）焊丝伸出长度。

3）焊枪角度。

四、CO2焊的气体及焊丝

（一）CO2气体

1．CO2气体的性质

CO2气体是无色又无味和无毒气体。在常温下它的密度为1.98kg/m3，约为空气的1．５倍。在常温时专门稳固，但在高温时发生分解，至5000K时几乎能全部分解。

气瓶的压力与环境温度有关，当温度为0~20℃时，瓶中压力为4.5~6.8×106Pa (40~60大气压），当环境温度在30℃以上时，瓶中压力急剧增加，可达7.4×106 Pa（73大气压）以上。因此气瓶不得放在火炉、暖气等热源邻近，也不得放在烈日下爆晒，以防发生爆炸。

2．提高CO2气体纯度的措施

（1）洗瓶后应该用热空气吹干 因为洗瓶后在钢瓶中往往残留较多的自由状态水。

（2）倒置排水 液态的CO2可溶解质量分数约0.05%的水分，另外还有一部分自由态的水分沉积于钢瓶的底部。焊接使用前第一应去掉自由态水分。可将CO2钢瓶倒立静置1~2h，以便使瓶中自由状态的水沉积到瓶口部位，然后打开阀门放水2~3次，每次放水间隔30min，放水终止后，把钢瓶复原放正。

（3）正置放气 放水处理后，将气瓶正置2h，打开阀门放气2~3min，放掉一些气瓶上部的气体，因这部分气体通常含有较多的空气和水分，同时带走瓶阀中的空气。

（4）使用干燥器 可在焊接供气的气路中串接过滤式干燥器。用以干燥含水较多的CO2气体。

（5）使用时注意瓶中的压力 在

（二）焊丝

CO2焊焊丝既是填充金属又是电极，因此焊丝既要保证一定的化学成分和力学性能，又要保证具有良好的导电性和工艺性能。

1．对焊丝的要求

（1）脱氧剂

（2）C、S、P 焊丝的含碳量要低

（3）镀铜 为防锈及提高导电性，焊丝表面最好镀铜

学习单元三 CO2焊工艺

在CO2焊中，为了获得稳固的焊接过程，熔滴过渡通常有两种形式，即短路过渡和细滴过渡。短路过渡焊接在我国应用最为广泛。

一、短路过渡CO2焊工艺

1．短路过渡焊接的特点

短路过渡时，采纳细焊丝、低电压和小电流。熔滴细小而过渡频率高，电弧专门稳固，飞溅小，焊缝成形美观。要紧用于焊接薄板及全位置焊接。焊接薄板时，生产率高、变形小，焊接操作容易把握，对焊工技术水准要求不高。因而短路过渡的CO2焊易于在生产中得到推广应用。

2．焊接工艺参数的选择

要紧的焊接工艺参数有：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、爱护气体流量、焊丝伸出长度及电感值等。

（1）焊丝直径 短路过渡焊接采纳细焊丝，常用焊丝直径为0.6~1.6mm，随着焊丝直径的增大，飞溅颗粒相应增大。

（2）焊接电流 焊接电流是重要的焊接参数，是决定焊缝厚度的要紧因素。电流大小要紧决定于送丝速度，

（3）电弧电压 短路过渡的电弧电压一样在17~25V之间。因为短路过渡只有在较低的弧长情形下才能实现，因此电弧电压是一个专门关键的焊接参数，假如电弧电压选得过高（如大于29V)，则不管其它参数如何选择，都不能得到稳固的短路过渡过程。

短路过渡时焊接电流均在200A以下，这时电弧电压均在较窄的范畴（2~3V）内变动。电弧电压与焊接电流的关系可用下式来运算。

U = 0.04I＋(16士2)

(4）焊接速度 焊接速度对焊缝成形、接头的力学性能及气孔等缺陷的产生都有阻碍。在焊接电流和电弧电压一定的情形下，焊接速度加快时，焊缝厚度（S）、宽度（c）和余高(h)均减小，如图3-6所示。

（5）爱护气体流量 气体爱护焊时，爱护成效不行将发动气孔，甚至使焊缝成形变坏。

（6）焊丝伸出长度 短路过渡焊接时采纳的焊丝都比较细，因此焊丝伸出长度对焊丝熔化速度的阻碍专门大。

此外，伸出长度太大，电弧不稳，难以操作，同时飞溅较大，焊缝成形恶化，甚至破坏爱护而产动气孔。相反，焊丝伸出长度过小时，会缩短喷嘴与焊件间的距离，飞溅金属容易堵塞喷嘴。同时，还阻碍观看电弧，阻碍焊工操作。

二、细滴过渡CO2焊工艺特点

1．特点

细滴过渡CO2焊的特点是电弧电压比较高，焊接电流比较大。现在电弧是连续的，不发生短路熄弧的现象。焊丝的熔化金属以细滴形式进行过渡，因此电弧穿透力强，母材熔深大。适合于进行中等厚度及大厚度焊件的焊接。

2．焊接参数选择

（1）电弧电压与焊接电流 为了实现滴状过渡，电弧电压必须选取在34~45V范畴内。焊接电流则依照焊丝直径来选择。对应于不同的焊丝直径，实现细滴过渡的焊接电流下限是不同的。

（2）焊接速度 细滴过渡CO2焊的焊接速度较高。与同样直径焊丝的埋弧焊相比，焊接速度高0.5~1.0倍。常用的焊速为40~60m/h。

（3）爱护气体流量 应选用较大的气体流量来保证焊接区的爱护成效。爱护气流量通常比短路过渡的CO2焊提高1~2倍。常用的气流量范畴为25~50L/min。.

三、CO2焊的焊接技术

1．焊前预备

CO2焊时，为了获得最好的焊接结果，除选择好焊接设备和焊接工艺参数外，还应做好焊前预备工作。

（1）坡口形状 CO2焊时举荐使用的坡口形式见表3-6。细焊丝短路过渡的CO2焊要紧焊接薄板或中厚板。一样开Ｉ形坡口；粗焊丝细滴过渡的CO2焊要紧焊接中厚板及厚板，能够开较小的坡口。开坡口不仅为了熔透，而且要考虑到焊缝成形的形状及熔合比。

（2）坡口加工方法与清理 加工坡口的方法要紧有机械加工、气割和碳弧气刨等。

（3）定位焊 定位焊是为了保证坡口尺寸，防止由于焊接所引起的变形。通常CO2焊与焊条电弧焊相比要求更牢固的定位焊缝。定位焊缝本身易生成气孔和夹渣，它们是随后进行CO2焊时产动气孔和夹渣的要紧缘故。因此必须认真地焊接定位焊缝。

焊接薄板时定位焊缝应该细而短，长度为3~l0mm，间距为30~50mm。它能够防止变形及焊道不规整。焊接中厚板时定位焊缝间距较大，达100~150mm，为增加定位焊的强度，应增大定位焊缝长度，一样为15~50mm。若为熔透焊缝时，点固处难以实现反面成形，应从反面进行点固。

2．引弧与收弧

（1）引弧工艺 半自动CO2焊时，喷嘴与焊件间的距离不行操纵。当焊丝以一定速度冲向焊件表面时，往往把焊枪顶起，结果使焊枪远离焊件，从而破坏了正常爱护。因此，焊工应该注意保持焊枪到焊件的距离。

半自动CO2焊时适应的引弧方式是焊丝端头与焊接处划擦的过程中按焊枪按钮，通常称为“划

擦引弧”。

（2）收弧方法 焊道收尾处往往显现凹陷，它被称为弧坑。CO2焊比一样焊条电弧焊用的焊接电流大，因此弧坑也大。弧坑处易产生火口裂纹及缩孔等缺陷。为此，应设法减小弧坑尺寸。目前要紧应用的方法如下：

1）采纳带有电流衰减装置的焊机时，

2）没有电流衰减装置时，

3）使用工艺板，也确实是把弧坑引到工艺板上，焊完之后去掉它。

3．平焊的焊接技术

（1）单面焊双面成形技术 从正面焊接，同时获得背面成形的焊道称为单面焊双面成形，常用于焊接薄板及厚板的打底焊道。

1）悬空焊接。无垫板的单面焊双面成形焊接时对焊工的技术水准要求较高，对坡口精度、装配质量和焊接参数也提出了严格要求。

坡口间隙对单面焊双面成形的阻碍专门大。

2）加垫板的焊接。加垫板的单面焊双面成形比悬空焊接容易操纵，而且对焊接参数的要求也不十分严格。垫板材料通常为纯铜板。为防止铜垫板与焊件焊到一起，最好采纳水冷铜垫板。加垫板时单面焊双面成形的典型焊接参数见表3-9。

（2）对接焊缝的焊接技术 薄板对接焊一样都采纳短路过渡，中厚板大都采纳细滴过渡。坡口形状可采纳I形、Y形、单边V形、U形和X形等。通常CO2焊时的钝边较大而坡口角度较小，最小可达45°左右。

在坡口内焊接时，假如坡口角度较小，熔化金属容易流到电弧前面去，而引起未焊透，因此在焊接根部焊道时，应该采纳右焊法和直线式移动。当坡口角度较大时，应采纳左焊法和小幅摆动焊接根部焊道。

平焊对接焊缝的典型焊接参数见表3-10。

学习单元四 CO2焊的其他方法

一、药芯焊丝CO2焊

药芯焊丝是将含有稳弧剂、造渣剂和合金粉等成分的粉末裹在金属外皮里面而构成的。药芯焊丝CO2焊的差不多原理与一般CO2焊相同。焊接时，在电弧作用下熔化的药芯焊丝、母材金属和爱护气体相互之间发生冶金作用，同时形成一层较薄的液态熔渣包覆熔滴并覆盖熔池，对熔化金属形成了又一层的爱护。实质上这种焊接方法是一种气一渣联合爱护的方法。

1．药芯焊丝CO2焊的特点

（1）优点

1）焊接生产率高。约为焊条电弧焊的3~5倍，为实芯焊丝CO2焊的1.5~2倍。

2）飞溅少，焊缝成形美观。采纳气一渣联合爱护，焊接工艺性能好，飞溅率为实芯焊丝的

1/3左右，且飞溅颗粒细，容易清除。焊缝因有熔渣覆盖成形美观。

3）焊接适应性强。调整药芯成分，就可焊接不同钢种。不仅能够焊接各种结构钢，也能够焊接不锈钢等专门材料。

4）抗气孔能力强。由于焊接熔池受到CO2气体和熔渣两方面的爱护，因此抗气孔能力比实芯焊丝CO2焊强。

（2）缺点

1）焊丝制造比较复杂，成本高。

2）焊丝外表容易锈蚀，药粉容易吸潮，使用前需经250~300℃的烘干。

3）送丝困难，对送丝机构要求高。药芯焊丝与实芯焊丝相比，其刚性较差，焊丝体较软。送丝滚轮的压力不能太大，太大会使焊丝变形。通常需要用两对主动送丝滚轮，甚至用三对送丝滚轮的送丝机构。

二、CO2点焊

CO2点焊是在CO2气体爱护下，利用焊丝和焊件间燃烧的高温电弧热量，将搭接接头上板的整个厚度和下板的局部厚度熔化，形成铆钉状的焊点，从而把两块钢板连接起来。也称为CO2电铆焊，见图3-12。

1．CO2点焊的特点

CO2点焊适用于薄板框架结构的焊接。在汽车制造、农业机械、化工机械等部门中有着广泛的应用。它与电阻点焊相比有以下优点：

1）不需要专门的加压装置，焊接设备简单，电源功率较小，又是一种单面点焊的焊接方法，因此不受焊接场所的限制，使用方便、灵活。

2）对焊件表面质量要求不高。

3）对上下板之间的装配精度要求不严格。

4）不受焊点距离和板厚的限制，适用性强。

5）焊接品质好，焊点强度比电阻点焊高。

2．CO2点焊接头形式

在进行水平位置CO2点焊时，假如上下板厚度均在lmm以下，为提高抗剪强度，防止烧穿，点焊时应加垫板。若上板专门厚（大于6mm），熔透上板所需的电流又不足时，可先将上板开一个锥孔，然后再施焊（即“塞焊”）。仰面位置CO2点焊时，为防止熔池金属下落，在焊接参数上应尽量采纳大电流、低电压、短时刻及大的气体流量。关于垂直位置CO2点焊，其焊接时刻比仰焊时要更短。

三、CO2气电立焊

气电立焊是厚板立焊时，在接头两侧使用成形器具（固定式或移动式冷却块）保持熔池形状，强制焊缝成形的一种电弧焊，通常加CO2气体爱护熔池。其优点是可不开坡口焊接厚板，生产率

高，成本低。