CO2气体保护焊接工艺

CO2气体保护焊工艺参数CO2气体保护焊工艺参数除了与一般电弧焊相同的电流、电压、焊接速度、焊丝直径及倾斜角等参数以外，还有CO2气体保护焊所特有的保护气成分配比及流量、焊丝伸出长度、保护气罩与工件之间距离等对焊缝成形和质量有重在影响。⑴焊接电流和电压的影响。与其他电弧焊接方法相同的是，当电流大时焊缝熔深大，余高大；当电压高时熔宽大，熔深浅。反之则得到相反的焊缝成形。同时焊接电流律为送丝速度大则焊接电流大，熔敷速度大，生产效率高。采用恒压电源等速成送丝系统时，一般规律为送丝速度大则焊接电流大，熔敷速度随之增大。但对CO2气体保护焊来说，电流、电压对熔滴过渡形式有更为特殊的影响，进而影响焊接电弧的稳定性及焊缝形成。因而有必要对熔滴过渡形式进行更深一步的阐述。在电弧焊中焊丝作为外加电场的一极（用直流电源，焊丝接正极时称为直流反接，接负极时称为直流正接），在电弧激发后被产生的电弧热熔化而形成熔滴向母材熔池过渡，其过渡形式有多种，因焊接方法、工艺参当选变化而异，对于CO2气体保护焊而言，主要存在三种熔滴过渡形式，即短路过渡、滴状过渡、射滴过渡。以下简过这三种过渡形式的特点、与工艺参数（主要是电流、电压）的关系以及其应用范围。短路过渡。短路过度是在细焊丝、低电压和小电流情况下发生的。焊丝熔化后由于斑点压力对熔滴有排斥作用，使熔滴悬挂于焊丝端头并积聚长大，甚至与母材的深池相连并过渡到熔池中，这就是短路过渡形式，见下图：（）短路前（）短路时（）短路后1）过渡主要特征是短路时间和短路频率。影响短路过渡稳定性的因素主要是电压，电压约为18~21V时，短路时间较长，过程较稳定。焊接电流和焊丝直径也即焊丝的电流密度对短路过渡过程的影响也很大。在表（1）中列出了不同焊丝直径时的允许电流范围和最佳电流范围。在最佳电流范围内短路频率较高，短路过渡过程稳定，飞溅大，必须采取增加电路电感的方法以降低短路电流的增长速度，避免产生熔滴的瞬时爆炸和飞溅。另外一个措施是采用Ar-CO2混合气体（各约50%），因富Ar气体下斑点压力较小，电弧对熔滴的排斥力较小，过程比较稳定和平静。细焊丝工作范围较宽，焊接过程易于控制，粗焊丝则工作范围很窄，过程难以控制。因此只有焊丝直径在ф1.2mm以下时，才可能采用短路过渡形式。短路过渡形式一般适用于薄钢板的焊接。CO2气体保护焊稳定短路过渡时不同焊丝直径的电流范围焊丝直径（mm）允许电流（A）最佳电流（A）0.860~16060~1001.070~24070~1201.290~26090~1751.6110~290110~2002.0120~350120~2502）滴状过渡。滴状过渡是在电弧稍长，电压较高时产生的，此时熔滴受到较大的斑点压力、熔滴在CO2气氛中一般不能沿焊丝轴向过渡到熔池中，而是偏离焊丝轴向，甚至于上翘，如下图所示。由于产生较大的飞溅，因此滴状过渡形式在生产中很难采用。只有在富氩混合气焊接时，熔滴才能形成向过渡和得到稳定的电弧过程。但因富氩气体的成本是纯CO2气体的几倍，在建筑钢结构的生产和施工安装中应用较少。3）射滴过渡。CO2气体保护焊的射滴过渡是一种自由过渡的形式，但其中也伴有瞬时短路。它是在φ1.6~3.0的焊丝，大电流条件下产生的，是一种稳定的电弧过程。焊丝直径φ1.2~3.0时，如电流较大，电弧电压较高，能产生如前所述的滴状过渡，但如电弧电压降低，电弧的强烈吹力将会排除部分熔池金属，而使电弧部分潜入熔池的凹坑中，随着电流增在则焊丝端头几乎全部潜入熔池，同时熔滴尺寸减小，过渡频率增加，飞溅明显降低，形成典型的射滴过渡，如下所示。但电流增大有一定限度，电流过大时，电弧力过大，会强烈扰动熔池，破坏焊接过程。由于射滴过渡对电源动特性要求不高，而且电流大，熔敷速度高，适合于中厚板的焊接，不易出现未熔合缺陷，但由于熔深大，熔宽也大，射滴过渡用于空间位置焊接时，焊缝成形不易控制。CO2气体保护焊不同焊丝直径时形成射滴过渡的电流范围焊丝直径（mm）焊接电流（A）1.2250~3501.6300~5002.0350~5502.4400~6503500~750⑵CO2+Ar混合气配比的影响。不论对于短路过渡还是滴状过渡的情况，在CO2气体中加入Ar，飞溅率都能减少。短路过渡时CO2含量在50%~70%范围内都有良好效果，在大电流滴状过渡时，Ar含量为75%~80%时，可以达到喷射过渡，电弧稳定，飞溅很少。对于焊缝成形来说20%CO2+80%Ar混合气体条件下，焊缝表面最光滑，但同时使熔透率减少，熔宽变窄。⑶保护气流量的影响。气体流量大时保护较充分，但流量太大时对电弧的冷却和压缩很剧烈，电弧力太大会扰乱熔池，影响焊缝成形。⑷导电嘴与焊丝端头距离的影响。导电嘴与焊丝伸出端的距离亦称为焊丝伸长度。该长度大则由于焊丝电阻而使焊丝伸出优产生的热量大，有利于提高焊丝的熔敷率，但伸出长度过大时会发生焊丝伸出段红热软化而使电弧过程不稳定的情况，应予以避免。通常φ1.2焊丝伸出长度保持在15~20mm，按焊接电流大小作选择。⑸焊矩与工件的距离。焊矩与工件距离太大时，保护气流达到工件表面处的挺度差，空气易侵入，保护效果不好，焊缝易出气孔。距离太小则保护罩易被飞溅堵塞，使保护气流不顺畅，需经常清理保护罩。严重时出现大量气孔，焊缝金属氧化，甚至导电嘴与保护罩之间产生短路而浇损，必须频繁更换。合适的距离根据使用电流大小而定。⑹电源极性的影响。采用反接时（焊丝接正极，母材接负极），电弧的电磁收缩力较强，熔滴过渡的轴向性强，且熔滴较细，因而电弧稳定。反之则电弧不稳。⑺焊接速度的影响。CO2气体保护焊，焊接速度的影响与其他电弧焊方法相同，焊接速度太慢则熔池金属在电弧下堆积，反而减少熔深，且热影响区太宽，对于热输入敏感的母材易造成熔合线及热影响区脆化。焊接速度太快，则熔池冷却速度太快，不仅易出现焊缝成形不良、气孔等缺陷，而且对淬硬敏感性强的母材易出现延迟裂纹。因此焊接速度应根据焊接电流、电压的选择来加以合理匹配。⑻CO2气体纯度的影响。气体的纯度对焊接质量有一定影响，杂质中的水分和碳氢化合物会使熔敷金属中扩散氢含量增高，对厚板多层焊易于产生冷裂纹或延迟裂纹。二氧化碳的技术要求如下表：项目组分含量（%）优等品一等品合格品二氧化碳含量（V/V）≥99.999.799.5液态水不得检出不得检出不得检出油不得检出不得检出不得检出水蒸气+乙醇含量（m/m）≤0.0050.020.05气味无异味无异味无异味在重、大型钢结构中低合金高强钢特厚板节点拘束应力较大的主要是焊缝焊接时应采用优等品，在低碳钢厚板节点主要焊缝焊接时可采用一等品，对一般轻型钢结构薄板焊接可采用合格口。总之，CO2气体保护焊影响焊接电弧稳定性和焊缝成形、质量的参数较多，在实际施焊时必须加以仔细选配。下表分别列出了平对接、角接、立向位置对接、横向位置对接时的推荐焊接参数。平对接时推荐的焊接条件坡品形状板厚(mm)焊丝直径(mm)焊道数电流(A)电压(V)速度(cm/min)CO2流量(L/min)61.61400~43036~388015~2081.62350~38035~377020~25400~43036~3870121.62400~43036~387020~25400~43036~387081.22120~13026~2730~5020250~26028~3040~50101.22130~14026~2730~5020280~30030~3325~30161.23120~14025~2740~4520300~34033~3530~40300~34035~3720~30191.24120~14025~2740~5025300~34033~3530~40300~34033~3530~40300~34035~3720~25101.22300~32037~3960~7020300~32037~3960~70161.24140~16024~2620~3020260~28031~3335~40270~29034~3650~60270~29034~3640~50191.24140~16024~2626~3020260~28031~3335~45300~32035~3740~50300~32035~3735~40161.64400~43036~3850~6025400~43036~3850~60191.64400~43036~3835~4525400~43036~3835~40角焊时推荐的焊接条件坡品形状板厚(mm)根部间隙(mm)焊道直径(mm)电流(A)电压(V)速度(cm/min)CO2流量(L/min)2.33.5~40.9130~15019~2035~40153.24~4.51.2150~20021~2435~454.55~5.51.2200~25024~2640~5065~5.51.2200~25024~2640~502087~81.2260~30028~3425~35127~81.2260~30028~3525~352.33.5~40.9100~15019~2035~40153.24~51.2150~20021~2535~454.55~5.51.2150~20021~2535~4066~71.2300~35030~3640~452086~71.2300~35030~3540~45128~91.6430~45038~4040~452.3—0.9100~13020~2145~50153.2—1.2150~18020~2235~404.5—1.2200~25024~2640~50立向位置对接焊参数坡品形状板厚(mm)根部间隙(mm)焊道直径(mm)电流(A)电压(V)速度(cm/min)4.02.01.2140~16019~2035~40222.41.2（1层）1201814（2层）14019.511（3层）14019.58.2（4层）14019.55.5（5层）13019.04.0横向位置对接焊参数坡品形状板厚(mm)根部间隙(mm)焊道直径(mm)焊道（数）电流(A)电压(V)速度(cm/min)621.01130~14019~2018~222~150~16020~2115~251221.01130~14019~2018~222~150~16020~2115~251561.21~4240~26025~2930~405~200~24024~2640~50焊接缺陷产生原因及防止措施CO2气体保护焊施工焊缝缺陷及过程不稳定的产生原因均与保护气体和细焊丝的使用特点有关。产生原因及防止措施缺陷种类可能的原因防止措施凹坑气体1．没供给CO2检查送气阀门是否打开，气瓶是否有气，气管是否堵塞或破断2．风大，保护效果不充分挡风3．焊嘴内有大量粘附飞溅物，气流混乱除去粘在焊嘴内的飞溅4．使用的气体纯度太差使用焊接专用气体5．焊接区污垢（油、锈、漆）严重将焊接专用气体6．电弧太长或保护罩与工件距离太大或严重堵塞降低电弧电压，降低保护罩或清理、更换保护罩7．焊丝生锈使用正常的焊丝咬边1．电弧长度太长减小正常的焊丝2．焊接速度太快降低焊接速度3．指向位置不当（角焊缝）改变指向位置焊瘤1．对焊接电流来说电弧电压太低提高电弧电压2．焊接速度太慢提高焊接速度3．指向位置不当（角焊缝）改变指向位置裂缝1．焊接条件不当⑴电流大电压低⑵焊接速度太快调整至适当条件⑴提高电压⑵降低焊接速度2．坡口角度过烛加大坡口角度3．母材含碳量及其他合金元素含量高进行预热4．使用的气体纯度差（水分多）用焊接专用气体5．在焊坑处电流被迅速切断进行补弧坑操作焊道弯曲1．焊丝矫正不充分调整矫正轮2．焊丝伸出长度过长进行补弧坑操作3．导电嘴磨损太大使伸出长度适当（25mm以下）4．操作不熟练更换导电嘴飞溅过多焊接条件不适当（特别是电压过高或电流太小）调整到适当的焊接条件电弧不稳1．导嘴孔太大或已严重磨损改换适当孔径的导电嘴2．焊丝不能平稳送给⑴清理导管和送丝管中磨屑、杂物⑵减少导管弯曲3．送丝轮过紧或过松适当的扭紧4．焊线卷回转不圆滑调整至能圆滑