二氧化碳氣體保護焊
壹.基本原則
CO2氣體保護焊是以易熔金屬焊絲為電極，以CO2氣體為保護的電弧焊。它是焊接黑色金屬的重要焊接方法之壹。
CO2焊接工藝的起源
CO2焊接工藝最初的想法源於20世紀20年代，但焊縫氣孔問題沒有解決，導致CO2焊接無法使用。直到20世紀50年代初，焊接冶金技術的發展解決了CO2焊接的冶金問題，並開發出Si-Mn系列焊絲，使CO2焊接工藝實用化。之後，根據結構材料的性能，不同成分的焊絲相繼出現，滿足了CO2焊接的多樣化需求。
CO2焊接技術的實用性給社會帶來了巨大的財富。壹方面，CO2氣體廉價易得；另壹方面，CO2焊接具有高的金屬沈積效率。以半自動CO2焊為例，其效率是手工電弧焊的3 ~ 5倍。然而，CO2焊的熔滴過渡多為短路過渡，這對CO2焊接過程的穩定性提出了更高的要求。另外，自20世紀50年代以來，CO2焊接的飛濺已成為制約CO2焊接工藝推廣的主要技術問題之壹。
二、工藝特點
1.CO2焊熔深大，焊接電流密度高(100-300A/m2)，變形小，生產效率比焊條電弧焊高1-3倍。
2.CO2氣體價格低廉，焊前工件的清洗可以簡化，其焊接成本僅為焊條電弧焊的40%-50%。
3.焊縫抗銹性強，氫含量低，冷裂傾向小。
4.焊接時有很多金屬飛濺，尤其是工藝參數不匹配時。
5.不能焊接易氧化的金屬材料，抗風能力差。在野外或高空作業時，需要采取防風措施。
6.焊接電弧強，註意電弧輻射。
第三，冶金特征
CO2焊的焊接工藝主要表現在冶金方面:
1.CO2氣體是壹種氧化性氣體，在高溫下分解，具有很強的氧化作用，燃燒合金元素或造成氣孔和飛濺。解決CO2氧化的措施是脫氧，具體方法是在焊絲中加入壹定量的脫氧劑。實踐表明，Si-Mn脫氧效果最好，所以目前廣泛使用H08Mn2SiA/H10Mn2Si等焊絲。
CO2氣體保護焊的冶金特性
2.1合金元素的氧化
二氧化碳→壹氧化碳+ 1/2氧氣
氧氣→水
CO2氣體在高溫下有很強的氧化性，會氧化金屬，燒毀合金元素。
Fe + O →FeO Si + 2O → SiO2 Mn + O → MnO
FeO + C → Fe + CO
CO在電弧高溫下迅速膨脹，使熔滴爆炸，引起金屬飛濺。
合金元素的燒損、CO氣孔和飛濺是CO2氣體保護焊中的三個主要問題，它們都與CO2氣體的氧化有關。
2.2焊縫金屬的脫氧和合金化
FeO {產生CO→氣孔和飛濺。
焊縫[O] =→焊縫的機械性能↓
脫氧和合金化:壹定量的脫氧劑(如鋁、鈦、矽、錳等。)加入焊絲中，Si和Mn常結合脫氧。
2FeO + Si → 2Fe + SiO2Mn + FeO → Fe + MnO
Si和Mn壹部分用於脫氧，另壹部分作為合金元素完成合金化。
目前焊接低碳鋼常用H08MnSiA焊絲，焊接低合金鋼常用H08Mn2SiA焊絲。
2.3氣孔
(1)壹氧化碳氣孔:
FeO + C → Fe + CO
在焊絲中加入足夠的脫氧劑，限制焊絲的碳含量，可以有效地防止CO氣孔。
(2)氫孔
氫氣主要來源於焊絲和工件的油汙和鐵銹，以及CO2氣體中含有的水分。CO2氣體的氧化性可以降低制氫的危害——H2+CO2→H2O+co
與埋弧焊和氬弧焊相比，CO2氣體保護焊對生銹和潮濕不太敏感。除非鋼板表面已經銹了壹層黃銹，壹般不需要焊前除銹，但必須用汽油等溶劑將焊絲表面的油汙擦拭幹凈。
(3)氮氣孔
N2的來源:①空氣侵入焊接區；②CO2氣體不純(不太可能)
焊縫中產生N氣孔的主要原因是保護氣體層被破壞，大量空氣侵入焊接區。造成保護氣體層失效的因素有:CO2氣體流量太小；噴濺物部分堵塞噴嘴；噴嘴與工件之間的距離過大；焊接現場有側風。保證氣體層的穩定性和可靠性是防止焊縫中氮疏松的關鍵。
2.4熔滴過渡模式:
在CO2氣體保護焊中，為了獲得穩定的焊接過程，通常采用短路過渡和微粒過渡。
短路過渡的特點是:電弧穩定，飛濺小，熔滴過渡頻率高，焊縫成形好；適用於薄板焊接和全位置焊接；短路過渡焊接主要采用細焊絲，壹般為φ 0.6 ~ 1.4 mm。
細顆粒過渡的特點:電弧穿透力強，母材穿透深，適用於焊接中等厚度和較大厚度的工件。以粗焊絲為主，壹般為φ1.6，φ2.0mm焊絲。
在CO2氣體保護焊中，壹般采用DC反焊，因為飛濺小，電弧穩定，焊縫金屬含氫量低，熔深大。
第四，焊接材料
1.保護氣體CO2
焊接用CO2氣體的純度應≥99.5%。通常，二氧化碳以液態形式被放入鋼瓶。壹個容量為40L的標準鋼瓶，可以裝滿25Kg的液態CO2，約占鋼瓶容積的80%，剩余20%的空間裝滿汽化的CO2。氣瓶壓力表上顯示的壓力就是這部分飽和壓力。壓力與環境溫度有關，因此采用稱量鋼瓶質量的方法來正確估計瓶中CO2氣體的儲存量。(註:1Kg液態CO2可汽化509LCO2氣體)
二氧化碳鋼瓶漆成黑色，用黃色寫著L。
市售CO2氣體含水量高，焊接時容易產生氣孔等缺陷。降低田間含水量的措施如下
1)讓氣瓶倒立1-2小時，然後打開閥門排出沈積在瓶口的水，可以放2-3次，每次間隔30分鐘，再把氣瓶放直。
2)將排空的氣瓶倒置。使用前，先打開閥門把鋼瓶上純度低的氣體放掉，再把氣體管道放上去。
3)氣路中設有高壓幹燥器和低壓幹燥器，氣路中還設有氣體預熱裝置，以防止CO2氣體中的水分在減壓器中凍結而堵塞氣路。
2.焊接材料(焊絲)
1.)焊絲應有足夠的脫氧元素。
2.)碳含量Wc≤0.11%可以減少飛濺和氣孔。
3.)具有足夠的機械性能和抗裂性。
焊絲直徑及其公差(GB/T 8110-1995)
焊絲直徑的允許偏差
φ0.5;φ0.6 +0.01,-0.03
φ0.8,φ1.0
φ1.2,φ1.6, +0.01,-0.04
φ3.0;φ3.2 +0.01,-0.07
動詞 （verb的縮寫）焊接設備(略)
不及物動詞焊接過程
序列號、型號、品牌和規格的適用範圍
1er 49-1h 08 Mn 2 siaφ1.2 q 235.20 #、20g.2or、16MnR之間的焊接
2er 50-6/φ1.2 q 345.16 mnr等距焊接
3er 49-1h 08 Mn 2 siaφ1.2 q 235.20 #、20g . 2或Q345.16mnr焊接。
對接焊(I型槽)
厚度mm焊絲直徑焊接電流a焊接電壓v焊接速度Cm/min焊絲幹伸長mm氣體流量L/min層數
6 φ1.2 120-140 20-22 50-60 10-12 10-15 2
8 φ1.2 130-150 21-23 45-50 10-12 10-15 2
10 φ1.2 200-250 24-26 45-50 10-12 10-15 3
14 φ1.2 280-320 28-34 35-45 10-12 12-18 5
20 φ1.2 360-400 34-38 35-40 10-12 15-20 7
角焊縫厚度mm焊絲直徑焊接電流a焊接電壓v焊接速度Cm/min焊絲幹伸長mm氣體流量L/min層數
6 φ1.2 150-180 22-25 50-60 10-12 10-15 1
10 φ1.2 200-250 24-26 45-50 10-12 10-15 2
14 φ1.2 280-320 28-32 35-45 10-12 12-18 2
20 φ1.2 360-400 34-38 35-40 10-12 15-20 3
備註:對接間隙為1-1.5mm
七。CO2焊常見缺陷及其原因
缺陷名稱的原因
孔隙1。CO2氣體不純或氣體供應不足。
2.焊接中涉及到空氣。
3.預熱器不工作
4.焊接區域風大，氣體保護不好。
5.噴嘴被飛濺物堵塞，不順暢。噴嘴和工件之間的距離太大。
6.焊件表面油汙和腐蝕處理不徹底。
7.電弧過長，電弧電壓過高。
8.焊絲中的矽錳含量不足。
底切1。電弧過長，電弧電壓過高。
2.焊接速度太快，焊接電流太大。
3.焊工擺動不當
焊接成形不良1..不適當的工藝參數。
2.焊絲校正機構調整不當
3.送絲輪中心偏差
4.導電噴嘴松動。
電弧不穩定性1。外部網絡電壓的影響
2.焊接參數調整不當
3.導電噴嘴松動。
4.送絲機構和接觸噴嘴堵塞。
飛濺1..焊接電參數調整不匹配。
2.過多的氣體流量
3.工件的表面太粗糙了
4.焊絲的長度太長。
未焊透1。焊接電流太小，送絲不當。
2.焊接速度太快或太慢
3.槽角太小，間隙太小。
4.焊絲位置不當，中性差。
5.焊工技能水平
八。CO2焊接的發展方向
通常，低碳鋼CO2焊的主要問題是焊接飛濺和焊縫成形。上面已經描述了這些問題的解決方案。然而，為了進壹步推廣CO2焊接技術，應擴大其應用領域。如:高效CO2焊全位置焊、電弧點焊、自動焊。這些實際的焊接生產要求已經成為CO2焊接的發展方向。
1高效CO2焊接？
現代工業生產對焊接生產提出了高效率的要求。目前主要有高速CO2焊和高效MAG焊。高速CO2焊主要針對傳統CO2焊0.3 ~ 0.5m/min的低焊接速度。目前，解決這壹問題的措施是雙絲CO2焊和藥芯焊絲CO2焊。雙絲CO2焊很難采用通常的半自動焊接方法，因為兩根焊絲穿過壹個焊槍，使得焊槍太重，所以只能采用自動焊接，從而限制了這種方法的應用。另外，藥芯焊絲CO2焊的應用範圍遠不如實芯焊絲。事實上，實心單絲CO2焊絲是最受歡迎的CO2焊接方法，如何解決其高速焊接過程是大家關心的問題。單絲高速CO2焊的主要問題是咬邊和駝峰焊。這些問題都與熔池的行為有關，即熔池的穩定性要從焊接工藝的角度來解決。通過控制焊接電弧現象，高速CO2焊的焊接速度已經達到2m/min，甚至3m/min。高速CO2焊主要用於焊接薄工件，如容器。
高效MAG焊主要用於提高熔敷速度，有利於焊接厚板。通常CO2焊的送絲速度是2 ~ 16m/min吧？1.2mm焊絲，最大焊接電流只能達到350A左右。如果采用富Ar混合氣體保護焊(CO2+Ar)，高速送絲時會發生旋轉射流過渡，造成很大的飛濺損失。因此，加拿大Weld Process公司於1980研制成功了壹種高性能的MAG焊接方法，俗稱T.I.M.E焊接。T.I.M.E氣體是壹種四種氣體(0.5%O2，8%CO2，26.5%He，65%Ar)。由於he氣的加入，限制了旋轉射流過渡的側向旋轉飛濺，成為繞焊絲軸線的錐形旋轉射流。這是壹種相對穩定的熔滴過渡形式，可以獲得良好的焊縫熔深。T.I.M.E焊送絲速度可達50m/min，熔敷率可達450g/min。這壹法律在歐洲和日本得到了廣泛應用。然而，由於我國在氦方面比較貧乏，所以熱感應焊接由於價格昂貴而難以在我國推廣。因此，北京工業大學正在尋找壹種高效的無He MAG焊接方法，並成功實現了35m/min的送絲速度。
2全位置CO2焊接
全位置CO2焊已應用於管道安裝、鋼結構和造船。全位置CO2焊的關鍵是防止熔池中的鐵水流動。所以熔池的尺寸不能太大，即采用小熔池，靠表面張力使鐵水保持在熔池中。小熔池要求焊接電流小，但在較小的情況下連接厚壁工件時，往往會產生未熔合或夾渣。為了解決小熔池和熔深之間的矛盾，此時往往采用調整電弧-短路能量分配比和合理的焊絲擺動方式。全位置CO2焊使用的焊絲直徑小於？1.2mm，焊接電流約為120 ~ 150a。
3 CO2自動焊接
自動焊接因其高質量、高效率，在發達國家已得到廣泛應用。以焊接機器人為例，日本的焊工與焊工比例為1: 2。自動焊接的優點是:
(1)流程穩定。由於采用了機械裝置，消除了許多人為因素對焊接過程的幹擾，如手抖動引起的幹伸長量的變化。自動CO2焊產生的焊縫美觀，質量容易保證。
(2)工藝重現性好，有利於大批量重復焊接生產。
(3)生產效率高。與CO2半自動焊相比，CO2自動焊進壹步提高了生產效率，同時機械裝置可以不知疲倦地連續工作。
(4)更有利於保護焊接操作人員的健康。
CO2自動焊對焊接電源提出了壹些特殊的要求，如提高引弧成功率、焊接結束掉球問題等。同時，CO2自動焊接技術不是機器人和焊接電源的簡單結合，它涉及到更復雜的技術。如:機器人軌跡控制、姿態控制和傳感技術、焊縫跟蹤、熔透控制等。壹套性能優良的CO2自動焊接設備就是這些技術的完美結合。目前，我國CO2自動焊技術的應用水平有待進壹步提高。自動CO2焊接技術代表了CO2焊接技術的未來。