熔化极气体保护焊方法的原理

1 熔化极气体保护焊

一、CO2电弧焊的特点和应用

CO2电，以CO2气体作保护气体，依靠焊丝与焊件之间的电弧来熔化金属的气体保护焊的方法称CO2焊。这种焊接法都采用焊丝自动送丝，敷化金属量大，生产效率高，质量稳定。因此，在国内外获得广泛应用，与其它电弧焊相比有以下特点： 1、 生产效率高 CO2电弧焊穿透力强，熔深大、而且焊丝熔化率高，所以熔敷速度快、生产效率可比手工电弧焊高3倍。

2、 焊接成本低 CO2焊的成本只有埋弧焊与手工电弧焊成本的40%-50%。 3、 消耗能量低 CO2电弧焊和药皮焊条相比3mm厚钢板对接焊缝，每米焊缝的用电降低30%，25mm钢板对接焊缝时用电降低60% 。 4、 适用范围宽 不论何种位置都可以进行焊接，薄板可焊到1mm，最厚几乎不受限制（采用多层焊）。而且焊接速度快、变形小。 5、 抗锈能力强 焊缝含氢量低抗裂性能强。 6、 焊后不需清渣，引弧操作便于监视和控制，有利于实现焊接过程机械化和自动化。我国在CO2焊接设备、焊接材料、焊接工艺方面已取得了很大的成就。CO2电弧焊接在我国的造船、机车、汽车制造、石油化工、工程机械、农业机械中获得广泛应用。

二、焊机的型号和连接方法

1、 我公司CO2焊机型号（见文字说明表） 2、 面板上的旋钮作用与调节方法，（见说明书） 3、 连接方法 水、电、气、焊枪（见说明书） 4、 焊枪的构造及软管、导电嘴、喷嘴。 5、 焊机可能发生的故障及排除方法（见说明书）

三、焊接材料 1、 CO2保护气体 CO2有固态、液态、气态三种状态。瓶装液态CO2是CO2焊接的主要保护气源。液态CO2是无色液体，其密度随温度变化而变化。当温度低于-11℃时密度比水大，当温度高于-11℃时则密度比水小。由于CO2由液态变为气态的沸点很低为-78℃，所以工业焊接用CO2都是液态。在常温下能自己气化。CO2气瓶漆成黑色标有“CO2”黄色字样。 2、 焊丝 CO2气体保护焊对焊丝化学成分的要求：（1）焊丝必须含有足够数量的脱氧元素以减少焊缝金属中的含氧量和防止产生气体。（2）焊丝的含碳量要低，通常要求＜0.11%，这样可减少气孔和飞溅。（3）保证焊缝金属具有满意的机械性能和抗裂性能。目前生产中应用最广的焊丝为H08Mn2SiA焊丝，该焊丝有较好的工艺性能、机械性能及抗热裂纹能力，适用于焊接低碳钢、屈服极限＜500Mpa的低合金钢和经焊后热处理抗拉强度＜1200Mpa的低合金高强钢。焊丝表面的清洁程度影响到焊缝金属中含氢量。焊接重要结构应采用机械、化学或加热办法清除焊丝表面的水分和污染物。 3、 药芯焊丝（1）由于药芯成分改变了纯CO2电弧的物理化学性质，因而飞溅小且飞溅颗粒容易清除，又因熔池表面盖有熔渣，焊缝成形类似手工弧焊。焊缝较实芯焊丝电弧焊美观。（2）与手工焊相比由于CO2电弧耐热效率高加上电流密度比手工弧焊大，生产效率可为手工弧焊的3—5倍。（3）调整药芯成分就可焊不同的钢种，而不象冶炼实芯丝那样复杂。（4）由于熔池受到CO2气体和熔渣二方面的保护，所以抗气孔能力比实芯焊丝能力强。

熔化极气体保护焊

2. 1熔化极气体保护焊方法的原理

熔化极气体保护焊（英文简称GMAW）采用可熔化的焊丝与被焊工件之间的电弧作为

热源来熔化焊丝与母材金属，并向焊接区输送保护气体，使电弧、熔化的焊丝、熔池及附近

的母材金属免受周围空气的有害作用。连续送进的焊丝金属不断熔化并过度到熔池，与熔化

的母材金属融合形成焊缝金属，从而使工件相互连接起来，如图2.1所示。

图2.1 熔化极气体保护焊的工作原理

2. 2熔化极气体保护焊的分类

熔化极气体保护焊根据保护气体的种类不同可分为：熔化极惰性气体保护焊（英文简称

MIG）、熔化极氧化性混合气体保护焊（英文简称MAG）和CO2气体保护电弧焊三种。

1. 熔化极惰性气体保护焊（MIG）

：保护气体采用氩气、氦气或氩气与氦气的混合气体，它们不与液态金属发生冶金反应，只起保护焊接区使之与空气隔离的作用。因此电弧燃烧稳

定，熔滴过度平稳、安定，无激烈飞溅。这种方法特别适用于铝、铜、钛等有色金属的焊接。

2. 熔化极氧化性混合气体保护焊（MAG）：保护气体由惰性气体和少量氧化性气体混合

而成。由于保护气体具有氧化性，常用于黑色金属的焊接。在惰性气体中混入少量氧化性气

体的目的是在基本不改变惰性气体电弧特性的条件下，进一步提高电弧的稳定性，改善焊缝

成型，降低电弧辐射强度。

3. 二氧化碳气体保护电弧焊（CO2）：保护气体是CO2，有时采用CO2+O2的混合气体。

由于保护气体的价格低廉，采用短路过度时焊缝成型良好，加上使用含脱氧剂的焊丝可获得

无内部焊接缺陷的高质量焊接接头，因此这种方法已成为黑色金属材料的最重要的焊接方法

之一。

2. 3熔化极气体保护焊设备的主要构成

熔化极气体保护焊设备主要由下部分构成： 1. 焊接电源及控制装置 2. 送丝装置 3. 焊枪 4. 气体流量调整器 5. 连接电缆和软管 其中，控制装置和焊接电源一般是做成一体的。 2.3.1焊接电源 有关焊接电源的内容将在下面各种焊接方法中分别介绍。 2.3.2送丝装置 送丝装置由下列部分构成: ①. 焊丝送进电机 ②. 保护气体开关电磁阀 ③. 送丝滚轮

CO2（二氧化碳）气体保护焊的原理、特点及应用

CO2气体保护焊是一种以CO2作为保护气体的熔化极电弧焊，简称CO2焊。CO2气体密度较大，巨受电弧加热后体积膨胀较大，所以隔离空气、保护熔池的效果较好，但CO2是一种氧化性较强的气体，在焊接过程中会使合金元素烧损，产生气孔和金属飞溅，故需用脱氧能力较强的焊丝或添加焊剂来保证焊接接头的冶金质量。

CO2焊按焊丝可分为细丝（直径小于1.6mm）、粗丝（直径大于1.6mm）和药芯焊丝CO2焊三种。按操作方法可分为半机械化和机械化CO2焊两种。

1、CO2焊的原理

CO2气体保护焊是采用CO2作为保护气体，使焊接区和金属熔池不受外界空气的侵入，依靠焊丝和工件间产生的电弧热来熔化金属的一种熔化极气体保护焊，焊丝由送丝机构通过软管经导电嘴送出，而CO2气体从喷嘴内以一定的流量喷出，这样当焊丝与焊件接触引燃电弧后，连续送给的焊丝末端和熔池被CO2气流所保护，防止了空气对熔化金属的危害作用，从而保证获得高质量的焊缝。CO2气体保护焊焊接原理如下图所示。

▲CO2气体保护焊焊接原理 1—焊丝 2—喷嘴 3—电弧 4—CO2气流

5—熔池 6—焊缝 7—焊件

2、CO2焊的特点

（1）CO2焊的优点

与其他电弧焊比较，CO2焊的优点如下：

①焊接熔池与大气隔绝，对油、锈敏感性较低，可以减少焊件及焊丝的清理工作。电弧可见性良好，便于对中，操作方便，易于掌握熔池熔化和焊缝成形。

①电弧在气流的压缩下使热量集中，工件受热面积小，热影响区窄，加上CO2气体的冷却作用，因而焊件变形和残余应力较小，特别适用于薄板的焊接。

①电弧的穿透能力强，熔深较大，对接焊件可减少焊接层数。对厚10mm左右的钢板可以开①形坡口一次焊透，角焊缝的焊脚尺寸也可以相应地减小。

①焊后无焊接熔渣，所以在多层焊时就无需中间清渣。焊丝自动送进，容易实现机械化操作，短路过渡技术可用于全位置及其他空间焊缝的焊接，生产率高。

如何选用熔化极气体保护焊的保护气体

保护气体的选择主要根据保护气体的作用来决定。主要考虑它的冶金特点、熔滴过渡和焊缝成行等特点。可以采用单一气体，还可以采用二元或多元气体。显然采用单一气体比较简单。如Ar 、He或CO2气。对于铝、镁和钛及其合金等活泼金属，只能选择惰性气体如Ar或He。对于黑色金属，常常采用价廉的活性气体CO2气。但是，上述选择仅仅满足了冶金要求，而考虑到熔滴过渡特点或焊缝成形的要求，往往采用多元气体，如Ar+He二元气体，可以比纯Ar保护提高热输入，能用于焊厚板。Ar+CO2或Ar+O2二元气体，能改善钢液的流动性，可以改善焊缝成行和熔滴过渡，为进一步改善焊接工艺性，焊刚时还采用三元或四元气体。如Ar+CO2+O2三元气体，又如采用Ar+He+CO2+O2四元气体可以作为高熔敷率保护气体.

根据不同的母材和板厚，保护气体往往有多种选择

母材 保护气体 好处

铝 Ar 0~25mm厚，电弧与熔滴过渡稳定，飞溅小

35%Ar+65%He 25~75mm厚，比纯的Ar热输入高

25%Ar+75%He >75mm厚，热输入更高，气孔小

镁 Ar 极好的清理作用

碳钢 Ar（3%~5%）O2 电弧稳定，熔池流动性好，焊缝成形，不咬边，可以比纯Ar保护时的焊速更高

Ar（15%~20%）CO2 电弧稳定，焊缝成形好，可以提高焊速

Ar+15%CO~5%O2

CO2 价格低廉，焊接速度高

低合金钢 Ar+2%O2 消除咬边，焊缝韧性良好

不锈钢 Ar+1%O2 改善电弧稳定性，改善熔池的流动性，熔池易控制，咬边小

Ar+1%O2 较好的电弧稳定性和熔池的流动性，不易咬边，可以比1%O2时的焊缝更高

铜、镍及其合金 Ar 良好的润湿性，增加熔池金属的流动性（对于厚度小于3mm的不锈钢）

Ar+He （50%~70%）He的混合气体的热输入较高，宜焊接厚工件

钛 Ar 良好的电弧稳定性，焊接污染小，应用惰性气体保护焊缝背面，以防止空气污染。