12-1,CO2焊工艺

1CO2气体保护焊讲座湘潭钢铁集团有限公司科技开发中心材料研究所焊接首席技师艾爱国2011.2.212【学习内容】第一节CO2气体保护焊的冶金特点第二节C02气体保护焊的焊接材料第三节C02保护焊的焊接工艺参数第四节焊接工艺参数选择不当引起的飞溅、焊道发黑及减少缺陷的措施第五节气体保护电弧焊的分类第六节中厚板对接CO2气体保护焊操作技术3一、CO2气体保护焊的冶金特点在常温下，C02气体的化学性能呈中性，但在电弧高温下，C02气体被分解而呈很强的氧化性，能使合金元素氧化烧损，降低焊缝金属的力学性能，还可成为产生气孔和飞溅的根源。因此，C02焊的焊接冶金具有特殊性。41．合金元素的氧化与脱氧(1)合金元素氧化CO2在电弧高温作用下，易分解为一氧化碳和氧，使电弧气氛具有很强的氧化性。其中CO在焊接条件下不溶于金属，也不与金属发生反应，而原子状态的氧使铁、锰、硅等焊缝有用的合金元素大量氧化烧损，降低力学性能。同时溶入金属的FeO与C元素作用产生的CO气体，一方面使熔滴和熔池金属发生爆破，产生大量的飞溅；另一方面结晶时来不及逸出，导致焊缝产生气孔。(2)脱氧CO2焊通常的脱氧方法是采用具有足够脱氧元素的焊丝。常用的脱氧元素是锰、硅、铝、钛等。对于低碳钢及低合金钢的焊接，主要采用锰、硅联合脱氧的方法，因为锰和硅脱氧后生成的MnO和Si02能形成复合物浮出熔池，形成一层微薄的渣壳覆盖在焊缝表面。52．C02焊的气孔问题焊缝金属中产生气孔的根本原因是熔池金属中的气体在冷却结晶过程中来不及逸出造成的。C02焊时，熔池表面没有熔渣覆盖，加上C02气流的冷却作用，因此，结晶较快，容易在焊缝中产生气孔。C02焊时可能产生的气孔有以下三种：6(1)一氧化碳气孔当焊丝中脱氧元素不足，使大量的FeO不能还原而溶于金属中，在熔池结晶时发生下列反应：FeO+C—Fe+CO这样，所生成的CO气体若来不及逸出，就会在焊缝中形成气孔。因此，应保证焊丝中含有足够的脱氧元素Mn和Si，并严格限制焊丝中的含碳量，就可以减小产生CO气孔的可能性。C02焊时，只要焊丝选择适当，产生CO气孔的可能性不大。7(2)氢气孔氢的来源主要是焊丝、焊件表面的铁锈、水分和油污及C02气体中含有的水分。如果熔池金属溶人大量的氢，就可能形成氢气孔。为防止产生氢气孔，应尽量减小氢的来源，焊前要适当清除焊丝和焊件表面的杂质，并需对C02气体进行提纯与干燥处理。此外，由于C02焊的保护气体氧化性很强，可减弱氢的不利影响，所以C02焊时形成氢气孔的可能性较小。8(3)氮气孔当CO2气流的保护效果不好，如C02气流量太小、焊接速度过快、喷嘴被飞溅堵塞等，以及气体纯度不高，含有一定量的空气时，空气中的氮就会大量溶入熔池金属内。当熔池金属结晶凝固时，若氮来不及从熔池中逸出，便形成氮气孔。应当指出，C02焊最常发生的是氮气孔，而氮主要来自于空气。所以必须加强C02气流的保护效果，这是防止C02焊的焊缝中产生气孔的重要途径。9二、C02气体保护焊的焊接材料1．C02气体焊接用的CO2一般是将其压缩成液体储存于钢瓶内。C02气瓶的容量40L，可装25kg的液态C02，占容积的80％，满瓶压力约为5~7MPa，气瓶外表涂铝白色，并标有黑色“液化二氧化碳”的字样。液态C02在常温下容易汽化。溶于液态C02中的水分易蒸发成水汽混入C02气体中，影响C02气体的纯度。在气瓶内汽化C02气体中的含水量，与瓶内的压力有关，随着使用时间的增长，瓶内压力降低，水汽增多。当压力降低到0.98MPa时，C02气体中含水量大为增加，不能继续使用。焊接用C02气体的纯度应大于99.5％，含水量不超过0.05％。102．焊丝(1)对焊丝的要求1)C02焊焊丝必须比母材含有较多的Mn和Si等脱氧元素，以防止焊缝产生气孔，减少飞溅，保证焊缝金属具有足够的力学性能。2)焊丝含碳量限制在0．10％以下，并控制硫、磷含量。3)焊丝表面镀铜，镀铜可防止生锈，有利于保存，并可改善焊丝的导电性及送丝的稳定性。(2)焊丝型号及规格根据GB／T8110—1995《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》规定，焊丝型号由三部分组成。ER表示焊丝，ER后面的两位数字表示熔敷金属的最低抗拉强度，短划“—”后面的字母或数字表示焊丝化学成分分类代号，如还附加其他化学成分时，直接用元素符号表示，并以短划“—”与前面数字分开。11焊丝型号12焊丝牌号133.药芯焊丝药芯焊丝是继焊条、实芯焊丝之后广泛应用的又一类焊接材料，它是由金属外皮和芯部药粉两部分构成的。用药芯焊丝进行焊接，具有生产率高、易于实现自动化、飞溅少、焊缝成形美观、合金元素过渡效果高于焊条药皮等一系列优点。141）药芯焊丝截面形状152）药芯焊丝特点焊接工艺性能好，熔敷速度快，生产率高，合金系统调整很快，能耗低，综合成本低。16焊材消耗量=需要金属量÷综合熔敷效率焊材费用=焊材消耗量×焊材单价燃弧时间=需要金属量÷熔敷速度气体费用=气体流量×燃弧时间×气体单价总作业时间=燃弧时间+其它时间工资费用=总作业时间×工资单价电力费用=（焊接电流×电弧电压×燃弧时间×单价）÷60000焊接成本=焊材费用+气体费用+工资费用+电力费用京群焊材科技有限公司碳钢药芯焊丝与焊丝的成本分析、生产率对比报告对比项目碳钢实芯焊丝GML56-Ф1.2折合金额碳钢药芯焊丝GFL711-Ф1.2折合金额熔敷效率90%86%熔敷速率70g/min95g/min劳动时间利用率60%60%价格8.0元/KG13元/KG焊接参数240A25V280A30V得到相同的焊缝金属重量630KG630KG购买焊材重700KG5600元732KG9516元焊接所需时间（人工费）278小时（35天）100元/天3500元183小时(23天)100元/天2300元焊缝打磨（人工费）25天（100元/天）2500元10天（100元/天）1000元耗电量2835度(0.8元/度)2268元1064度(0.8元/度)851.2元小结13868元13667.2元179086709560603523020406080100熔敷效率时间利用率碳钢焊丝药芯焊丝56009516350023002268851.225001000138681366702000400060008000100001200014000焊材费用劳动人工费耗电量费其它费用综合成本碳钢焊丝药芯焊丝18三、C02保护焊的焊接工艺参数气体保护焊的主要焊接工艺参数有焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量、电源极性、装配间隙与坡口尺寸等。191．焊丝直径焊丝直径应根据焊件厚度、焊接空间位置及生产率的要求来选择。当焊接薄板或中厚板的立、横、仰焊时，多采用直径1．2mm以下的焊丝；在平焊位置焊接中厚板时，可以采用直径1．2mm以上的焊丝。202．焊接电流焊接电流的大小应根据焊件厚度、焊丝直径、焊接位置及熔滴过渡形式来确定。焊接电流越大，焊缝厚度、焊缝宽度及余高都相应增加。通常直径0.8~1.2mm的焊丝，在短路过渡时，焊接电流50~300A内选择。细滴过渡时，焊接电流在250~500A内选择。213．电弧电压电弧电压必须与焊接电流配合恰当，否则会影响到焊缝成形及焊接过程的稳定性。电弧电压与焊接电流的关系可用下式来计算：U=14+I／20±0.5~2.5式中U——焊接电压；I——焊接电流；电弧电压随着焊接电流的增加而增大。短路过渡焊接时，通常电弧电压在16~24V范围内。细滴过渡焊接时，对于直径为1．2~1.6mm的焊丝，电弧电压可在25-36V范围内选择。22234．焊接速度在一定的焊丝直径、焊接电流和电弧电压条件下，随着焊速增加，焊缝宽度与焊缝厚度减小。焊速过快，不仅气体保护效果变差，可能出现气孔，而且还易产生咬边及未熔合等缺陷；但焊速过慢，则焊接生产率降低，焊接变形增大。一般C02半自动焊时的焊接速度在15—30m／h。245．焊丝伸出长度焊丝伸出长度取决于焊丝直径，一般约等于焊丝直径的10倍，且不超过15mm。伸出长度过大，焊丝会成段熔断，飞溅严重，气体保护效果差；过小，不但易造成飞溅物堵塞喷嘴，影响保护效果，也影响焊工视线。256．C02气体流量C02气体流量应根据焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度及喷嘴直径等选择，过大或过小的气体流量都会影响气体保护效果。通常在细丝C02焊时，C02气体流量约为10~15L／min；粗丝C02焊时，C02气体流量约在15~25L／min。267．电源极性与回路电感为了减少飞溅，保证焊接电弧的稳定性，C02焊应选用直流反接。大面积堆焊、铸铁冷焊时应选用直流正接。278.焊枪倾角焊枪倾角也是焊接质量不容忽视的因素，焊枪倾角过大(如前倾角大于25°)时，不仅熔宽加大、减少熔深，还会增加飞溅。当焊枪与焊件成后倾角时，(电弧指向已焊焊缝)，焊缝窄，熔深较大、余高较高。焊枪倾角对焊缝成形的影响见图。通常焊工习惯用右手持枪，采用左向焊法，采用前倾角10°～15°(焊件的垂线与焊枪轴线的夹角)，不仅能够清楚地观察和控制熔池，而且可以得到较好的焊缝成形。28(9)喷嘴至焊件的距离喷嘴与焊件间的距离应根据焊接电流来选择，见图:29四、焊接工艺参数选择不当引起的飞溅、焊道发黑及减少缺陷的措施一）CO2气体保护焊产生飞溅、焊道发黑的主要原因如下：1、焊接工艺参数选择不当引起的飞溅、焊缝发黑这种飞溅、焊道发黑是因焊接电流、电弧电压等焊接工艺参数选择不当而引起的。如随着电弧电压的增加，电弧拉长，熔滴易长大，且在焊丝末端产生无规则摆动,致使飞溅增大。焊接电流增大，熔滴体积变小，熔敷率增大，致使飞溅增大。因此，必须正确地选择C02焊的焊接工艺参数，才会减少产生飞溅、焊道发黑的可能性。302、熔滴过渡时，熔滴中的飞溅产生的原因1）CO2电弧焊最主要的缺点。严重时甚至要影响焊接过程的FeO与C反应产生的CO气体在电弧高温下急剧膨胀，使熔滴爆破而引起金属飞溅。2）由电弧的斑点压力而引起的飞溅。因CO2气体高温分解吸收大量电弧热量，对电弧的冷却作用较强，使电弧电场强度提高，电弧收缩，弧根面积减小，增大了电弧的斑点压力。熔滴在斑点压力的作用下十分不稳定，形成飞溅。3）短路过渡时由于液体小桥爆断引起的飞溅。当熔滴与熔池接触时，由熔滴把焊丝与熔池连接起来，形成液体小桥。随着短路电流的增加，使液体小桥金属迅速地加热，最后导致液体小桥金属发生气化爆炸，引起飞溅。314）CO2气体保护焊对铁锈、油污的敏感引起的飞溅，当工件上锈蚀、油污清理不干净时，也会引起飞溅。二)减少飞溅、焊缝发黑的措施主要有以下几方面：1、正确选择工艺参数1）焊接电流与电弧电压。CO2电弧焊时，在短路过渡时飞溅率小，细滴过渡时飞溅率也较小，而混合过渡时飞溅最大。以直径1.2㎜焊丝为例，电流小于200A或大于300A时飞溅率都较小，介于两者之间则飞溅率较大。在选择焊接电流时，应尽可能避开飞溅率高的混合过渡区。2）电弧电压与焊接电流的调整。这一参数对焊接过程稳定性、熔滴过渡、焊缝成型、焊接飞溅、焊缝发黑等均有重要影响。电弧电压与焊接电流的关系可用下式来计算：32式中U=14+电流∕20±0.5~2.5U——焊接电压，V；I——焊接电流，A。3）保护气体。保护气体及气体流量是气体保护焊的主要参数之一，选择不当，将产生大量飞溅，焊道发黑，以致使焊缝成型变坏，甚至使焊接过程无法进行。CO2气体的物理性质决定了电弧的斑点压力较大，这是CO2气体保护焊产生飞溅的最主要原因。在CO2气体中加入氩气后，改变了纯CO2气体的物理性质。随着氩气比例的增大，飞溅逐渐减少。但氩气比例太大，焊缝流动性变差，焊道打不开，容易凸起，发黑。4）焊丝伸出长度。一般焊丝伸出长度越长，飞溅率越高，焊道发黑。例如，直径1.2㎜焊丝，焊丝伸出33长度从20㎜增至30㎜，飞溅率约增加5%。所以在保证不堵塞喷嘴的情况下，应尽可能缩短焊丝伸出长度。5）焊枪角度。焊枪垂直时飞溅量最少，倾斜角度越大，飞溅越多。因此，焊枪前倾或后倾最好不超过20°6