第八章-CO2气体保护电弧焊

第八章CO2气体保护电弧焊CO2气体保护电弧焊的原理、特点及应用CO2气体保护电弧焊的冶金特点焊接材料焊接设备焊接工艺药芯焊丝CO2气体保护电弧焊波形控制CO2气体保护电弧焊。第八章CO2气体保护电弧焊第八章CO2气体保护电弧焊8.1CO2气体保护电弧焊原理、特点与应用8.1.1CO2气体保护电弧焊工作原理CO2气体保护电弧焊，简称CO2焊第八章CO2气体保护电弧焊图8-1CO2气体保护电弧焊过程示意图1-焊接电源2-送丝滚轮3-焊丝4-导电嘴5-喷嘴6-CO2气体7-电弧8-熔池9-焊缝10-焊件11-预热干燥器12-CO2气瓶第八章CO2气体保护电弧焊CO2焊分类1）按采用的焊丝直径来分类①细丝CO2焊:焊丝直径：小于1.6mm熔滴过渡：短路过渡焊接厚度：小于3mm②粗丝CO2焊:焊丝直径：大于或等于1.6mm熔滴过渡：滴状过渡或喷射过渡焊接厚度：中厚板第八章CO2气体保护电弧焊2）按操作方式来分类分为自动焊及半自动焊两种。第八章CO2气体保护电弧焊8.1.2CO2气体保护电弧焊的特点1.CO2的优点（1）焊接成本低。（2）焊接生产率高。（3）焊接变形小。（4）抗绣能力强。（5）适用范围广，有利于实现焊接过程的机械化和自动化。第八章CO2气体保护电弧焊2.不足之处：1）飞溅大，焊缝外形较为粗糙；2）不能焊接易氧化的金属材料，3）焊接过程弧光较强；4）是设备比较复杂，需要有专业队伍负责维修。第八章CO2气体保护电弧焊CO2气体保护电弧焊的应用焊接碳钢和合金结构钢构件，对焊接性能要求不高的不锈钢焊件。CO2焊不适于焊接容易氧化的有色金属及其合金，CO2焊在机车车辆制造、汽车制造、船舶制造、金属结构及机械制造等方面应用十分普遍。第八章CO2气体保护电弧焊8.2CO2气体保护电弧焊熔滴过渡的特点CO2焊的熔滴过渡主要有：短路过渡自由过渡（包括滴状过渡、喷射过渡等）第八章CO2气体保护电弧焊图8-2短路过渡示意图短路过渡第八章CO2气体保护电弧焊图8-3非轴线方向熔滴过渡示意图第八章CO2气体保护电弧焊8.3CO2气体保护电弧焊的冶金特点8.3.1合金元素氧化问题CO2气体在电弧的高温作用下进行如下分解:CO2⇌CO＋O2第八章CO2气体保护电弧焊图8-6CO2热分解时气体的平衡成分与温度的关系第八章CO2气体保护电弧焊1.氧化反应、反应区域、反应程度氧化反应:高温区:Fe+CO2⇌FeO+COFe+O2⇌FeOSi+2O⇌SiO2Mn+O⇌MnOC+O⇌CO第八章CO2气体保护电弧焊在远离电弧的较低温度的熔池区域：2FeO+Si⇌2Fe+SiO2FeO+Mn⇌Fe+MnOFeO+C⇌Fe+CO反应区域：反应程度：①合金元素对氧的亲和力②合金元素在焊接区的浓度第八章CO2气体保护电弧焊2.氧化反应结果焊缝中产生气孔引起飞溅合金元素烧损第八章CO2气体保护电弧焊8.3.2脱氧和合金化问题1.措施：在焊丝中加入足够数量的脱氧剂2.脱氧剂：AL、Ti、Si、MnSi和Mn联合脱氧效果非常好，脱氧产物能结合成复合化合物MnO.SiO2（硅酸盐），熔点低（1543K）、密度小（3.6g/cm).能成为熔渣浮到熔池的表面。注意：Si和Mn之间的比例必须适当［Mn］/［Si］=3--7第八章CO2气体保护电弧焊8.3.3气孔问题（1）氮气孔氮气孔常会在焊缝表面出现，呈蜂窝状，或者以弥散形式的微气孔分布于焊缝金属中．这些气孔住往在抛光后检验或水压试验时才能被发现。产生原因：气体保护不良，空气进入焊接区防止方法：增加气体保护效果（2）氢气孔焊接熔池中氢的含量与电弧空间中氢气的含量有很大关系。第八章CO2气体保护电弧焊表8-2CO2气体中水分与焊缝金属含氢量的关系CO2气体中水分（g/m3）焊缝金属的含氢量(mL/100g)0.852.91.354.51.924.7155.5第八章CO2气体保护电弧焊由上所述，氢或水均能引起氢气孔，但与埋弧焊和氩弧焊等焊接方法比较，CO2焊对油、锈的敏感性较低。表8-3CO2气体保护电弧焊与埋弧焊时锈对形成气孔的影响100mm长焊缝中锈的重量（g）埋弧焊CO2焊0.3无无0.5少量气孔无0.7—无1.0—少量气孔1.2—少量气孔第八章CO2气体保护电弧焊氢的来源：焊丝、焊件、保护气体防止方法；①焊前适当清理②对CO2气体进行提纯与干燥第八章CO2气体保护电弧焊（3）CO气孔产生原因：焊丝中脱氧元素含量不足防止方法：焊丝中加入足够的脱氧剂焊丝含碳量要低如果在焊缝金属中含Si量不少于0.2％时，就可以防止由于产生CO气体而引起的气孔，这是因为Si在金属凝固温度时能强烈脱氧所致。在大多数情况下，CO气孔产生在焊缝内部，并沿结晶方向分布，呈条虫状，表面光滑。如果焊丝的脱氧能力很低时，CO气孔还可能成为外气孔。第八章CO2气体保护电弧焊8.4CO2气体保护电弧焊设备CO2气体保护电弧焊设备的组成CO2半自动焊设备由以下几部分组成：焊接电源、控制系统、送丝系统、焊枪和气路系统等。第八章CO2气体保护电弧焊图8-7半自动CO2焊设备的组成示意图第八章CO2气体保护电弧焊8.4.2焊接电源要求：1）对电源外特性要求2）对电源动特性要求3）要求焊接电流及电弧电压能在一定范围内调节第八章CO2气体保护电弧焊电流种类及极性CO2焊一般采用直流反接。直流反接时，使用各种焊接电流值都能获得比较稳定的电弧，熔滴过渡平稳、飞溅小、焊缝成形好。CO2焊通常不使用交流电源，有两个原因：1）电弧再复燃困难；2）电弧不稳定。第八章CO2气体保护电弧焊8.4.3控制系统图8-9CO2焊程序循环图a)半自动焊b)自动焊第八章CO2气体保护电弧焊8.4.4送丝系统1.送丝系统的组成和送丝方式送丝系统有半自动焊送丝系统和自动焊送丝系统两类。半自动焊的送丝系统也包括推式、拉式和推拉式三种基本送丝方式。第八章CO2气体保护电弧焊图8-10送丝机构结构1-焊丝盘转轴2-送丝滚轮（压紧轮）3-减速器4-电动机5-送丝滚轮（主动轮）6-焊丝矫直机构7-焊丝盘第八章CO2气体保护电弧焊8.4.5焊枪与软管1、焊枪CO2焊焊枪与熔化极氩弧焊焊枪基本相同。2、送丝软管一、是软管应具有一定的刚度；二、是软管应具有较好的柔性；三、应具有足够的弹性。第八章CO2气体保护电弧焊8.4.6供气系统图8-12CO2气体保护半自动焊设备示意图1-CO2气瓶2-预热器3-高压干燥器4-气体减压阀5-气体流量计6-低压干燥器7-气阀8-送丝机构9-焊枪10-可调电感11-焊接电源12-焊件第八章CO2气体保护电弧焊1、预热器图8-13预热器结构图第八章CO2气体保护电弧焊2．干燥器图8-14干燥器结构图a)高压干燥器b)低压干燥器1-干燥剂2-碎铜层第八章CO2气体保护电弧焊8.5CO2气体保护电弧焊用焊接材料8.5.1CO2气体1.CO2气体的性质密度为空气的1.5倍CO2有三种状态放置CO2气瓶时应防止靠近热源，避免发生爆炸事故2..CO2气体纯度对焊缝质量的影响第八章CO2气体保护电弧焊8.5.2焊丝CO2焊对焊丝化学成分的要求（1）焊丝必须含有足够数量的Mn、Si等脱氧元素，以减少焊缝金属中的含氧量和防止产生气孔．（2）焊丝的含碳量要低，通常要求含C＜0.11％，这样可减少气孔与飞溅。（3）应保证焊缝金属具有满意的力学性能和抗裂性能。第八章CO2气体保护电弧焊CO2焊用焊丝直径为：0.6mm0.8mm1.0mm1.2mm1.6mm2.0mm2.4mm3.0mm4.0mm5.0mm第八章CO2气体保护电弧焊表8-6CO2气体保护电弧焊常用焊丝的牌号、化学成分及用途焊丝牌号合金元素%用途CSiMnCrMoTiAlNiVSPH10MnSi≤0.140.60~0.900.80~1.10≤0.20———≤0.30—≤0.030≤0.040焊接低碳钢和低合金钢H08MnSi≤0.100.70~1.01.0~1.3≤0.20———≤0.30—≤0.030≤0.010H08MnSiA≤0.100.60~0.851.4~1.7≤0.20———≤0.25—≤0.030≤0.035H08Mn2SiA≤0.110.65~0.951.80~2.10≤0.20———≤0.30—≤0.030≤0.030H04MnSiAlTiA≤0.040.40~0.801.40~1.80——0.35~0.650.20~0.40——≤0.025≤0.025焊接高强度合金钢H08Mn2MoA0.06~0.11≤0.251.60~1.90≤0.200.50~0.70————≤0.030≤0.030H08Mn2MoVA0.06~0.11≤0.251.60~1.90≤0.200.50~0.70≤0.15——0.06~0.12≤0.030≤0.030H10MnSiMo≤0.140.70~1.100.90~1.20≤0.200.15~0.25——≤0.30—≤0.030≤0.040H10MnSiMoTiA0.18~0.120.40~0.701.00~1.30≤0.200.20~0.400.05~0.15—≤0.30—≤0.030≤0.030H10Mn2MoVA0.08~0.13≤0.401.70~2.00≤0.200.60~0.80≤0.15—≤0.300.06~0.12≤0.030≤0.030第八章CO2气体保护电弧焊8.6飞溅问题与控制措施1.产生的途径：(1)由冶金反应引起的飞溅(2)由斑点压力引起的飞溅(3)熔滴短路时引起的飞溅(4)非轴向熔滴过渡造成的飞溅(5)焊接参数选择不当引起的飞溅第八章CO2气体保护电弧焊2.减少金属飞溅的措施：（1）正确选择焊接参数（2）细滴过渡时在CO2中加入Ar气（3）短路过渡时限制金属液桥爆段能量（4）采用低飞溅率焊丝第八章CO2气体保护电弧焊8.7CO2气体保护电弧焊工艺8.7.1焊前准备坡口设计坡口加工清理焊件装配第八章CO2气体保护电弧焊图8-21水平角焊缝的熔深a)焊条电弧焊b)CO2焊第八章CO2气体保护电弧焊表8-8不同板厚焊脚尺寸板厚(mm)焊接方法焊角(mm)6CO2焊5焊条电弧焊69CO2焊6焊条电弧焊712CO2焊7.5焊条电弧焊8.516CO2焊10焊条电弧焊11第八章CO2气体保护电弧焊8.7.2焊接参数选择CO2焊的焊接参数较多，主要包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、焊丝伸出长度、电流极性、焊接回路电感值和气体流量等。第八章CO2气体保护电弧焊1．焊丝直径的选择图8-22焊丝直径φ对熔深H的影响1-焊接电流300A、电弧电压30V、焊接速度30m/h2-焊接电流400A、电弧电压35V、焊接速度30m/h第八章CO2气体保护电弧焊表8-9焊丝直径的选择焊丝直径(mm)熔滴过渡形式板厚(mm)焊接位置0.8短路1.5~2.3全位置细颗粒2.5~4水平1.0~1.2短路2~8全位置细颗粒2~12水平1.6短路3~12立、横、仰≥1.6细颗粒﹥6水平第八章CO2气体保护电弧焊2．焊接电流的选择表8-10焊接电流的选择焊丝直径(mm)焊接电流(A)细颗粒过渡（电弧电压30~45V）短路过渡（电弧电压16~22V）0.8150~25060~1601.2200~300100~1751.6350~500120~1802.4600~750150~200第八章CO2气体保护电弧焊3．电弧电压的选择电弧电压的大小决定了电弧的长短和熔滴的过渡形式，它对焊缝成形、飞溅、焊接缺陷以及焊缝的力学性能有很大的影响。电弧电压对焊接过程和对金属与气体间的冶金反应的影响比焊接电流大，且随着焊丝直径的减小，电弧电压影响的程度增大。第八章CO2气体保护电弧焊表8-11常用焊接电流及电弧电压的适用范围焊丝直径（mm）短路过渡滴状过渡焊接电流（A）电弧电压（V）焊接电流（A）电弧电压（V）0.640~7017~190.860~10018~191.080~12018~211.2100~15019~23160~40025~351.6140~20020~24200~50026~402.0200~600