1、課題研究二氧化碳氣體保護電弧焊,第一節(jié) CO2焊的特點及應用,一、 CO2焊的實質 定義：二氧化碳氣體保護焊是 利用CO2作為焊接保護氣的一種 熔化極、氣體保護的電弧焊方法。 按照GB/T5185-1985金屬 焊接及釬接方法在圖樣上的表示 方法以及ISO的相關規(guī)定，二 氧化碳氣體保護焊屬于MAG（熔 化極活性氣體保護焊 ）的一種， 所以它的代號也是135。,為何要用CO2作為焊接保護氣？ 焊條藥皮造氣劑的造氣結果就是 CO2，工業(yè)生產中產生大量 廉價的CO2 。 與焊條電弧焊相比，熔化極氣體保護焊效率高。,二、 CO2焊的特點 1、優(yōu)點： 焊接生產率高：比MMA（手工電弧焊） 高24倍 焊接

2、成本低：是MMA（手工電弧焊）或 SAW（埋弧自動焊）的4050% 焊接變形?。河冗m于薄板焊接 焊接質量高：對鐵銹不敏感，焊縫含氫量低 適用范圍廣：全位置焊接能力好，打底/填充/蓋面、厚/薄板均宜 操作簡便：比MMA（手工電弧焊）容易操作、適于自動焊 綠色環(huán)保： CO2來自可再生資源 2、“缺點”： （1）飛濺較大；（2）焊接設備較“復雜”； （3）抗風能力差；（4）不能焊接有色金屬。,CO2焊的熔敷速度,三、 CO2焊的應用 材料：黑色金屬低碳鋼、合金結構鋼 厚度：厚薄均可，尤薄板有優(yōu)勢 位置：全位置 結構：車輛、船舶、機械、容器等。,第二節(jié) CO2焊設備,以半自動CO2焊設備為例 一、 C

3、O2焊設備的組成和作用 組成：焊接電源、送絲機構、焊槍、供氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng) 有的還有循環(huán)水冷系統(tǒng)。,（一）焊接電源：直流電源 1、平特性電源用于細絲（短路過渡）焊接，配用等速送絲系統(tǒng)； 2、下降特性電源用于粗絲焊接，配用變速送絲系統(tǒng)； 3、對動特性的要求 細絲短路過渡焊機對動特性有特別的要求，即對短路電流上升速度、短路電流峰值、電弧電壓恢復速度三個指標有一定的要求，目的是保證短路過渡過程可靠的同時又控制飛濺。 老式焊機通常通過改變接入回路電感來調節(jié)。,CO2焊機的型號編制請參見GB/T10249-1998電焊機型號編制方法，如NBC-250等。,（二）送絲系統(tǒng) 送絲方式的變化主要在于細絲/平特

4、性（等速送絲）焊機上，以適應不同場合的要求。,用于推絲式送絲的鵝頸式焊槍,1、送絲方式,推絲式焊槍簡單、輕巧，以鵝頸式焊槍多見，實際應用較多；送絲距離有限（通常5M），送細絲效果欠佳。,推絲式送絲機,CO2焊機及其推絲式送絲機、槍,拉絲式焊槍復雜、較重，以手槍式焊槍多見，薄板結構使用較多；適于送細絲/遠距離送絲。,CO2焊機及其拉絲式焊槍,拉絲式焊槍（其小型送絲機構做在焊槍內）,焊絲盤,送絲電機,送絲機構,還有一種“線式送絲”：多級串聯(lián)的行星式送絲即為線式送絲，可遠距離穩(wěn)定地送細的軟焊絲（如0.8mm的鋁焊絲）,推拉式送絲焊槍（手工焊接用）, 推拉絲式焊槍結構復雜，適用于遠距離送（細、軟）絲，

5、多用于機器人焊接和鋁的熔化極氣體保護焊。,2、送絲機構（送絲機） 由送絲電機、減速裝置、送絲滾輪和壓緊機構等組成；CO2焊專用焊機的送絲機采用單主動送絲即可。,送絲機多為獨立式，也有與電源做為一體者。 有專業(yè)廠家專門生產配套的送絲機，接口兼容或以德國賓采爾（BINZEL）焊槍為標準。,電源、送絲機分體之CO2焊機,電源、送絲機一體之CO2焊機,注意：兩機使用的都是鵝頸式焊槍（推絲槍）,（三）焊槍 半自動焊槍 推絲式焊槍 拉絲式焊槍 以上為常見的通用焊槍，用量很大，有專業(yè)廠家配套生產，以德國賓采爾（BINZEL）焊槍為事實上的行業(yè)標準。 推拉式焊槍 送不同材質的焊絲，要用不同的送絲套管（如送鋼焊

6、絲用鋼質套管即可，而送鋁焊絲通常要用特氟隆套管）。 自動焊槍多見于專用焊機上。,把半自動焊槍夾于焊接小車上進行自動焊，現(xiàn)在生產中應用十分廣泛。,易損件 噴嘴：形式圓柱形（常用）圓錐形（用于深坡口或窄間隙內） 材料銅鍍鉻（多見）陶瓷（易碎，少用） 導電嘴 純銅或銅合金做 以上易損件是事實上的“標準件”，使用時應注意： 不同品牌的焊槍，其易損件的尺寸不同，往往無法替代； 有專業(yè)廠家專門生產焊槍易損件，同一種易損件可能有不同品牌的選擇（其壽命、價格不一）； 噴嘴端部與導電嘴端部的距離會影響焊絲伸出長度，從而影響到電弧的穩(wěn)定性和焊接質量此點初學者往往容易忽略。,（四）供氣系統(tǒng) 由氣瓶（鋁白色）、預熱器

7、、減壓流量計、氣管和電磁氣閥組成，必要時可加裝干燥器。 通常將預熱器、減壓器、流量計做為一體，叫CO2減壓流量計（通常屬于焊機的標準隨機配備）。 不同氣體的減壓流量計按規(guī)定不能互換使用。,CO2減壓流量計,二、典型CO2焊設備（ CO2焊專用焊機） 1、北京“時代” 逆變焊機，節(jié)能節(jié)材；可靠性尚可，價格相對便宜，售后服務較好。,2、唐山“松下” 晶閘管焊機，但精細表現(xiàn)出色且可靠性極高；售后服務較好，價格較貴但性價比高，,3、美國林肯 普通CO2焊機總體性能不錯，但無價格優(yōu)勢。值得推介者為其STT（表面張力過渡） CO2焊機：飛濺極小、成形極佳，但價格極貴。,除以上之外， 通用CO2焊機國內的品

8、牌多如牛毛，但普遍市場占有率低。除價格較低外，其它方面往往乏善可陳。,歐洲國家一般不做CO2焊專用焊機，而是MIG/MAG（CO2）一體，所以其送絲機通常為雙主動送絲。 如果焊機標可MIG/MAG/CO2焊，但卻是單主動送絲，其效果有限（目前國產焊機這種情況比較多見）。,第三節(jié) CO2焊的冶金特性和焊接材料,一、合金元素的氧化與脫氧 作為焊接保護氣體， CO2表現(xiàn)出很強的氧化性 CO2 CO + O + + M=MO+CO M=MO 結果：合金元素燒損； 可能造成氣孔、飛濺和夾渣。 解決之道：冶金脫氧 對脫氧劑的要求（能脫氧但不能帶來如夾渣、氣孔等副作用） Mn-Si聯(lián)合脫氧 CO2焊專用焊絲

9、H08Mn2Si&H08Mn2SiA(GB8110-87) 脫氧剩下的Mn、Si用于補充碳和合金元素的損失 二、 關于CO2焊的氣孔問題 正常焊接條件下， CO2焊并不容易產生氣孔。相反，由于CO2 氣氛的氧化性，其抗氫氣孔能力較強。,三、 CO2焊的飛濺及防止 1、飛濺產生的原因 與CO2電弧的行為有關 具體包括以下幾個方面： 氣體爆破引起（通過脫氧可以改善） 電弧斑點壓力引起（通過采用直流反接可以改善） 焊接參數(shù)不當引起（采用合理的參數(shù)可以改善） 短路過渡引起 這是CO2焊產生飛濺的主要原因。過去的焊機采用改變回路接入電感來調節(jié)，效果非常有限。美國林肯公司建立在逆變焊機基礎上的表面張力過渡

10、（STT）專利技術使這一問題基本得以解決。,能在微秒級內產生過渡和改變電流 專門針對半自動焊接（焊接速度、送絲速度和伸出長度 都在變化）而設計 電源可以適應不同的保護氣體，包括100CO2、CO2與Ar甚至He的混合氣體 主要優(yōu)點： 顯著地減少飛濺 易于焊接（伸出長度變化時電弧仍保持穩(wěn)定、允許更大的焊槍角度變化） 更低的電弧輻射和更少的焊接煙塵、降低薄板焊接時的熱輸入,CO2焊熔滴過渡的最新成果：STT（Surface Tension Transfer 表面張力過渡） （美國林肯公司專利已有商品焊機）,上圖為無STT和有STT在立焊和平焊時的焊接飛濺對比,下圖為無STT和有STT焊接時焊縫的外

11、觀對比,基本電流(T0T1)：短路前的電流，穩(wěn)定在50-100A之間； 成滴時間(T1T2)：在剛短路時，弧壓感測器給出“電弧短路”的信號，基本電流在約0.75毫秒內迅速降低至10A； “掐斷”階段(T2T3) ：緊接著成滴時間階段，以雙波上升的形式對短路的焊絲施加一大電流，通過產生的電磁收縮力加速熔化金屬向熔池過渡。注意：在此階段，焊絲與工件之間的電壓不為零，這是由于鐵在1550的熔點時的高電阻率導致的；,（短路）電壓上升速度計算(T2T3)：這一計算包含在掐斷階段內。當計算結果表明達到特定的電壓上升速度時，意味著熔滴分離即將發(fā)生，電流在若干個微妙內降低到50A（注意這一事件在熔滴分離前發(fā)生

12、，T4表明熔滴分離已發(fā)生，但電流較低）； 沖擊電弧階段(T5T6)：這一事件緊接著焊絲從熔池分離之后，它是焊絲快速 “回熔”的大電流階段（在這一階段焊絲熔化末端的幾何形狀很不規(guī)則） 燃弧階段(T6T7)：這一階段是電流從等離子流沖擊降低到基本電流的周期。,有關介紹STT的原版英文文獻，請參看網絡課程的相關內容。,1、氣體的性質 無色、無味，比空氣重0.5倍，升華凝華，壓縮才能液化，高溫下會分解 鋁白色標準鋼瓶裝（40L/25kg），允許使用的最高環(huán)境溫度40；壓力表指示乃瓶內CO2飽和蒸氣壓（與液態(tài)多少無關） 使用氣瓶時應遵守有關的安全規(guī)程。 主要雜質：水(減壓器中預熱裝置乃防止水分凍結堵塞管

13、路) 去除水分的辦法（P100）：倒置排水；正置后使用前再預排氣；使用干燥器（現(xiàn)已少見）；瓶內氣壓低至1MPa即停止使用 焊接用CO2應符合HG/T2537-1993焊接用二氧化碳的要求，其純度標準為合格品99.5、一等品99.7、優(yōu)等品99.9（V/V）。 其它指標請參見機械工程標準匯編焊接卷,四、 CO2焊的氣體及焊絲,（一） CO2氣體,（二）焊絲 1、對焊絲的要求 2、焊絲牌號和化學成分 根據最新的國家標準，焊絲用型號表示，已不再用牌號表示！ 實芯焊絲(solid wire) GB/T8110-1987二氧化碳氣體保護焊用鋼焊絲采用的是牌號表示法，如H08Mn2SiA。 GB/T811

14、0-1995氣體保護電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲采用的是型號表示法，如ER50-6。 焊絲的直徑系列有（0.5）、（0.6）、0.8、1.0、1.2、（1.4）、1.6、2.0、2.5、（3.0）、3.2mm，表面通常鍍銅以防生銹（最新的技術使焊絲已取消鍍銅，改為涂層，效果更好，如錦泰焊絲）。,2、藥芯焊絲(flux-cored wire) GB/T10045-1988碳鋼藥芯焊絲采用型號表示法，如EF035042 GB/T17493-1998低合金鋼藥芯焊絲采用型號表示法，如E601T1-B3 注意：同是藥芯焊絲，碳鋼藥芯焊絲和低合金鋼藥芯焊絲型號表示的規(guī)則不同。 實芯焊絲的國內品牌較多，藥芯

15、焊絲的國內品牌不多。無論是實芯焊絲或藥芯焊絲，目前進口的質量比較好，品種比較齊全，尤其是藥芯焊絲。國內品牌中綜合性能好、質量比較過硬的是錦泰系列焊絲。,第四節(jié) CO2焊工藝, CO2氣體保護焊一般多用于碳鋼、普低鋼的焊接，用藥芯焊絲也可以焊一些高合金鋼。 CO2氣體保護焊工藝的一般原則 坡口的選擇：可參照GB/T985-1988氣焊、焊條電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式與尺寸選擇。 CO2電弧的穿透能力較強，與MMA（手工電弧焊）相比，可坡口角度稍小、鈍邊稍大。 CO2焊的焊絲較細，所以間隙應小些（尤自動焊）。 焊前清理： CO2的氧化性強，所以抗銹能力強。除非要求特別嚴格，否則坡口上的少

16、量黃銹如不作清理，一般不會引起氣孔，也不會導致焊縫嚴重增氫。但為保險起見，仍然要求焊前對焊件進行嚴格清理。 平焊一般多采用左焊法、立焊可采用下向焊：成形較好，但熔深較淺。,一、（細絲）短路過渡CO2焊工藝 實際生產中應用最多的是細絲（1.6 mm ）/短路過渡CO2焊，其工藝要點 工藝參數(shù)：焊接電流I、焊接電壓U、焊絲直徑、焊接速度v 、氣體流量L/min、焊絲伸出長度L 一般考慮板厚、層數(shù)、位置等因素確定焊絲直徑（打底推薦使用 0.8 mm），再確定合適的焊接電流，然后匹配以最佳的焊接電壓。 焊接電壓與焊接電流的最佳匹配范圍較窄，通常只有約1V。對于0.8、1.0mm的焊絲，有一個簡捷的尋找

17、I/U最佳匹配的辦法：以100A/20V為基準進行參數(shù)調節(jié)（可以通過觀察電弧的行為、焊絲的熔化、鐵水的鋪展、收弧時熔滴球的大小等現(xiàn)象，聽電弧的聲音等來輔助判斷參數(shù)是否合適）。 焊絲伸出長度l10，氣體流量一般取915L/min。 自動焊還要考慮焊接速度是否合適。,焊接電流與送絲速度的關系,焊接速度與焊縫成形的關系 1焊縫厚度 2熔深 3焊縫寬度 （焊絲直徑1.6mm，焊接電流450A，電 弧電壓38V，CO2流量20L/min）,細絲短路過渡CO2焊工藝參數(shù)的確定也可參考下列的圖表。,焊接電壓與焊縫成形的關系 1焊縫厚度 2熔深 3焊縫寬度 （ 焊絲直徑1.6mm，焊接電流450A，焊接速度7

18、0cm/min，CO2流量20L/min）,焊接電流與焊縫成形的關系 1焊縫厚度 2熔深 3焊縫寬度,不同直徑焊絲焊接12mm鋼板時的焊接電流和電弧電壓范圍 短路過渡 粗滴過渡 焊絲直徑,合適的電弧電壓與焊接電流范圍,二、（粗絲）細滴過渡CO2焊工藝 粗絲（1.6 mm ）/滴狀過渡CO2焊工藝要點 工藝參數(shù)：I、U、v、L/min、（l）、送絲速度 大規(guī)范：大電流、高電壓、大氣體流量 更適合于平位置的填充、蓋面焊，飛濺較大，建議在CO2中加入少量Ar。,請參閱JB/T9186-1999二氧化碳氣體保護焊工藝規(guī)程（見機械工程標準匯編焊接卷 ）,第五節(jié) CO2焊的其它方法,一、藥芯焊絲CO2焊 藥芯焊絲CO2焊，就是用藥芯焊絲為電極、用CO2作為外加保護氣的熔 化極電弧焊。 藥芯焊絲把焊藥（或金屬粉）包在鋼帶中做成的焊絲（焊條是 把焊藥包覆在焊芯的外面）,藥芯焊絲分自保護用（煙塵大、機械性能較低）、埋弧焊用（多用于高合金鋼及堆焊）和氣保護用（使用廣泛）；按保護氣成分，又可分為CO2焊用（用量最大，用于焊結構鋼）以及MIG、MAG、TIG焊用（即使被焊金屬相同，不同的保護氣體其藥芯焊絲原則上也不能相互代用）。,按藥粉類型分： 有渣型焊后有較多的熔渣，但易于調整焊縫化學成分： 酸性（ 焊接工藝性能較好、焊縫含氫量達堿性