第八章二氧化碳气体保护焊

材料连接方法与工艺重庆理工大学第八章CO2气体保护焊重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺CO2气体保护焊CO2焊的原理、特点及应用8.1CO2焊的熔滴过渡8.2CO2焊设备及焊接材料8.3CO2焊的飞溅及控制8.48.58.6CO2焊的其它方法CO2焊接工艺8.7CO2焊的冶金特性重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺本章提示本章重点：①CO2电弧的行为；②焊接材料（气体、焊丝）；③实芯焊丝短路过渡CO2焊；④药芯焊丝CO2焊。本章难点：①对CO2焊特点的把握；②药芯焊丝CO2焊。学习建议：①必须充分理解和掌握CO2电弧的行为并与其它焊接方法对比，这是能够准确把握CO2焊的前提和关键；②药芯焊丝CO2焊是CO2焊发展的重要方向之一，近年来增长很快，应给予比课本上所表现出来的分量大得多的关注和重视。③对CO2焊的焊接材料相关的标准应有所了解。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.1.1CO2焊的原理二氧化碳气体保护焊是以焊丝为电极，利用CO2作为焊接保护气的一种熔化极、气体保护的电弧焊方法。焊接过程动画8.1CO2焊的原理、特点及应用按照GB/T5185-1985《金属焊接及钎接方法在图样上的表示方法》以及ISO4063的相关规定，二氧化碳气体保护焊属于MAG（熔化极活性气体保护焊）的一种，所以它的代号也是135。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺TIG焊接CO2焊接钨极，不熔化，氩气保护金属，熔化，CO2保护8.1CO2焊的原理、特点及应用重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺为何要用CO2作为焊接保护气？①焊条药皮造气剂的造气结果就是CO2／工业生产中产生大量廉价的CO2。②与焊条电弧焊相比，熔化极气体保护焊效率高。8.1CO2焊的原理、特点及应用重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.1.2CO2焊的特点8.1CO2焊的原理、特点及应用在焊接薄板时，可选用细焊丝=1.2mm，使用较小电流实现熔滴短路过渡，电弧对工件间断加热，线能量小，变形小，不需要焊后校正工序，提高工效。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺焊接中厚板时，选择较粗焊丝=1.6mm，使用较大电流实现细颗粒过渡，这时焊丝中的电流密度高达100~300A/mm2，焊丝熔化速度快，熔敷率高，电弧挺度大，穿透力强，焊接熔深大，可以不开坡口或开小坡口，生产率比焊条电弧焊提高1~3倍。8.1CO2焊的原理、特点及应用重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺焊接生产率高：比MMA高2～4倍焊接成本低：是MMA或SAW的40～50%焊接能耗低：CO2来自可再生资源适用范围广：全位置焊接能力好，打底/填充/盖面、厚/薄板均宜焊接质量高：对铁锈不敏感，是一种低氢型或超低氢型焊接方法焊后不需清渣，明弧焊接便于监视，有利于机械化操作（1）优点：8.1CO2焊的原理、特点及应用重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺（2）“缺点”：8.1CO2焊的原理、特点及应用抗风能力差（所有气体保护焊的共同缺憾，但药芯焊丝CO2焊无此问题）；不能用于非铁金属的焊接；过渡不如MIG焊稳定，飞溅量较大,（这一缺陷目前已经解决），弧光较强；产生很大的烟尘。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.1.3CO2焊的应用材料：黑色金属——低碳钢、合金结构钢厚度：厚薄均可，尤薄板有优势位置：全位置结构：车辆、船舶、机械、容器等。8.1CO2焊的原理、特点及应用重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.1CO2焊的原理、特点及应用重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.2CO2焊的熔滴过渡——CO2气体保护焊与MIG焊电弧形态的差别重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.2CO2焊的熔滴过渡8.2.1CO2焊的熔滴过渡形式A——大滴过渡区B——短路过渡区C——混合过渡区D——排斥过渡区E——喷射过渡区重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.2CO2焊的熔滴过渡（1）A——大滴过渡焊接电流小，电弧电压高，焊丝熔化慢，熔滴呈大滴状，不易脱离焊丝，焊接时不能获得连续焊道。因此，不予利用。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.2CO2焊的熔滴过渡（2）B——短路过渡小焊接电流，低电弧电压的短路过渡区间，熔滴过渡稳定，飞溅较小，适合焊接薄板。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺（3）C——混合过渡较高弧压得短路过渡、颗粒过渡混合过渡区，飞溅较大，但电弧加热效率较高，从提高焊接生产率考虑，往往被实际操作所采用，熔深较大。（4）D——排斥过渡中等焊接电流和高弧压，熔滴呈大颗粒排斥过渡，飞溅大，不予采用。8.2CO2焊的熔滴过渡重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.2CO2焊的熔滴过渡（5）E——喷射过渡大电流焊接，弧压较高，熔滴呈细滴喷射过渡，焊接熔深大，飞溅小，适合焊接较厚的工件。在粗丝（3～5mm）大电流焊接时，可以出现一种潜弧喷射过渡，正常使用是在大电流、较低电压和较高焊速下焊接厚板。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺(a)半潜弧状态(b)临界潜弧状态(c)深潜弧状态8.2CO2焊的熔滴过渡重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.2.2CO2焊的熔滴过渡的影响因素8.2CO2焊的熔滴过渡重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.2CO2焊的熔滴过渡焊接规范参数重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.2CO2焊的熔滴过渡熔滴过渡规范区间重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.3CO2焊的冶金特性8.3.1CO2焊的氧化性及合金元素的氧化（1）CO2气体的氧化性2CO22CO+O22O说明CO2气体在高温下具有强氧化性。（2）合金元素（Me）的氧化a.氧化方式：——CO2直接与Me作用而使Me氧化。（表面氧化，次要）CO2+MeMeO+CO重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.3CO2焊的冶金特性——CO2在高温下分解出氧原子与Me作用（熔滴中、熔池中，主要作用）CO2+MeMeO+COb.影响——Me烧损（MeO），使焊缝机械性能下降；——FeO+CFe+CO，在熔池中发生，产生CO气孔、熔渣SiO2、MnO、FeO，C受到烧损；——CO气泡受热膨胀、爆破，形成液态金属飞溅。总结：合金元素的烧损、CO气孔、飞溅是CO2焊的三个主要问题，均与CO2气体的氧化性有关。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.3CO2焊的冶金特性8.3.2脱氧措施及焊缝金属的合金元化（1）熔池脱氧熔入液态金属的FeO是引起气孔、飞溅的主要因素，同时，残留在焊缝金属中的FeO使焊缝中含氧量增加而降低力学性能，如能使FeO脱氧，并同时对烧损的合金元素进行补充，则CO2氧化性的弊端可部分克服。Me+FeOMeO+Fe在焊丝或药芯焊丝的药粉中加入脱氧剂，脱氧剂中合金元素与氧的亲和力大于Fe，使FeO还原出Fe，同时应剩余脱氧剂作为合金元素留在焊缝中，提高焊缝力学性能。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.3CO2焊的冶金特性生成物MeO需满足三个条件：——不是气体（防止气孔）；——不熔入金属，熔点低；——密度小（防止形成夹渣）。常用脱氧剂：Al、Ti、Si、MnAl：能有效抑制CO气体的产生，但降低焊缝抗热裂的能力，因此焊丝中不宜过多；Ti：可在钢中起细化晶粒的作用，形成牢固的TiN，可防止钢的时效，常结合Si、Mn使用；Si：CO2焊主要脱氧剂，单独使用时，生成物SiO2熔点高，颗粒小，不易浮出，从而形成夹渣；Mn：单独使用脱氧能力较小，生成物MnO密度大，不易浮出熔池表面。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.3CO2焊的冶金特性Si—Mn联合脱氧：生成物MnSiO3熔渣，密度小，熔点低，代表焊丝H08Mn2Si。（2）合金化C的问题：保护钢的机械强度不可缺少，但过多则易在焊缝中产生气孔、飞溅及增加焊缝产生裂纹的倾向；CO2焊丝中的C含量0.15%，烧损和蒸发使焊缝含C量低于母材，降低了焊缝强度。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.3CO2焊的冶金特性8.3.3气孔问题气孔的种类：N2、H2、CO（1）N2气孔——产生原因：保护效果不良，空气侵入焊缝区。N2高温2N（原子态，少量）熔于熔池，并逐渐凝固N+N聚集N2熔池凝固较快气体来不及逸出N2气孔——措施：保证保护气层稳定可靠，合适的气流量，喷嘴清渣，喷嘴高度合适，合适的电弧电压。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺（2）H2气孔a.H的来源：——焊丝、工件的油、水、锈（结晶水）；——CO2气体中的水分。形成过程类似于N2气孔（区别：H以离子形式H+进入熔池）8.3CO2焊的冶金特性b.CO2焊接对H2气孔的抑制作用：H2O2H+O，CO2的高温分解增加了氧的分压，降低H2O的分解；HH+，由于直流反接，熔池为负极，发射电子，H+转化为H，减少H+数量，使产生H2气孔程度降低。因此，CO2焊对H2气孔不敏感，是低H型或超低H型焊接方法。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.3CO2焊的冶金特性（3）CO气孔反应型气孔：C+FeOFe+CO原因：多由于焊丝金属中脱氧元素不足，造成较多FeO熔于熔池。措施：限制焊丝中的含C量；使用Si—Mn联合脱氧。（4）气孔形态N2气孔——蜂窝状，成堆出现；H2气孔——圆喇叭形，内壁光滑；CO气孔——条虫状，表面光滑。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.3.4CO2焊的飞溅及防止飞溅产生的原因，与CO2电弧的行为有关，具体包括以下几个方面：⑴气体爆破引起（通过脱氧可以改善）⑵电弧斑点压力引起（通过采用直流反接可以改善）⑶焊接参数不当引起（采用合理的参数可以改善）⑷短路过渡引起这是CO2焊产生飞溅的主要原因。过去的焊机采用改变回路接入电感来调节，效果非常有限。美国林肯公司建立在逆变焊机基础上的表面张力过渡（STT）专利技术使这一问题基本得以解决。8.3CO2焊的冶金特性重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.4.1CO2焊设备的组成和作用组成：焊接电源、送丝机构、焊枪、供气系统、控制系统，有的还有循环水冷系统。8.4CO2焊的设备及焊接材料重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺8.4.2焊接电源：直流电源（1）平特性电源——用于细丝（短路过渡）焊接，配用等速送丝系统；（2）下降特性电源——用于粗丝焊接，配用变速送丝系统；（3）对动特性的要求细丝短路过渡焊机对动特性有特别的要求，即对短路电流上升速度、短路电流峰值、电弧电压恢复速度三个指标有一定的要求，目的是保证短路过渡过程可靠的同时又控制飞溅。老式焊机通常通过改变接入回路电感来调节。8.4CO2焊的设备及焊接材料CO2焊机的型号编制请参见GB/T10249-1998《电焊机型号编制方法》，如NBC-250等。重庆工学院材料科学与工程学院罗怡本科生专业必修课材料连接方法与工艺对φ0.8~φ2.4mm直径焊丝的焊接，采用平特性或缓降特性电源，配合等速送丝机构，利用电弧自身调节作用稳定电弧长度。下降率一般不大于8V/10