CO2气保护焊接

CO2气保护焊接

一、基本原理

CO2气体保护焊是以可熔化的金属焊丝作电极，并有CO2气体作保护的电弧焊。是焊接黑色金属的重要焊接方法之一。

CO2焊接工艺的由来

CO2焊接工艺的最初构想源于20世纪20年代，然而由于焊缝气孔问题没有解决，而使得CO2焊无法使用。直到50年代初，焊接冶金技术的发展解决了CO2焊接的冶金问题，研制出Si-Mn系列焊丝，才使得CO2焊接工艺获得了实用价值。在这之后，根据结构材料的性能，相继出现了不同组元成分的焊丝，满足了CO2焊接多样化的需求。

CO2焊接工艺的实用化为社会带来了巨大的财富，一方面是因为CO2气体价格低廉，易于获得，另一方面是由于CO2焊接的金属熔敷效率高，以半自动CO2焊接为例，其效率为手工电弧焊的3～5倍。但是由于CO2焊接熔滴过渡多为短路过渡，对CO2焊接工艺稳定性提出了更高的要求，另外CO2焊接的飞溅大，成为从20世纪50年代开始至今制约CO2焊接工艺推广的主要技术问题之一。

二、工艺特点

1.CO2焊穿透能力强，焊接电流密度大（100-300A/m2），变形小，生产效率比焊条电弧焊高1-3倍

2.CO2气体便宜，焊前对工件的清理可以从简，其焊接成本只有焊条电弧焊的40%-50%

3.焊缝抗锈能力强，含氢量低，冷裂纹倾向小。

4.焊接过程中金属飞溅较多，特别是当工艺参数调节不匹配时，尤为严重。

5.不能焊接易氧化的金属材料，抗风能力差，野外作业时或漏天作业时，需要有防风措施。

6.焊接弧光强，注意弧光辐射。

三、冶金特点

CO2焊焊接过程在冶金方面主要表现在：

1.CO2气体是一种氧化性气体，在高温下分解，具有强烈的氧化作用，把合金元素烧损或造成气孔和飞溅等。解决CO2氧化性的措施是脱氧，具体做法是在焊丝中加入一定量脱氧剂。实践表明采用Si-Mn脱氧效果最好，所以目前广泛采用H08Mn2SiA/H10Mn2Si等焊丝。 2 CO2气体保护焊的冶金特性

2.1 合金元素的氧化

CO2 → CO + 1/2 O2

O2→2O

CO2气体在高温时有强烈的氧化性，要氧化金属，烧损合金元素

Fe + O →FeO Si + 2O → SiO2 Mn + O → MnO

FeO + C → Fe + CO

CO在电弧高温下急剧膨胀，使熔滴爆破而引起金属飞溅。

合金元素烧损、CO气孔、飞溅是CO2气保焊中三大主要问题，其都和CO2气体的氧化性有关。

2.2 脱氧及焊缝金属的合金化

FeO { 产生CO→气孔和飞溅

焊缝[O]↑→焊缝力学性能↓

脱氧和渗合金：在焊丝中加入一定量的脱氧剂（如Al、Ti、Si、Mn等），常采用Si、Mn联合脱氧。

2FeO + Si → 2Fe + SiO2Mn + FeO → Fe + MnO

Si和Mn一部分用于脱氧，另一部分充当合金元素，完成渗合金。

现在，焊接低碳钢时常采用H08MnSiA焊丝，焊接低合金钢时常采用H08Mn2SiA焊丝。

2.3 气孔

（1）一氧化碳气孔：

FeO + C → Fe + CO

焊丝中加入足够的脱氧剂和限制焊丝的含碳量，就可有效地防止CO气孔产生。

（2）氢气孔

氢主要来源于焊丝、工件表现的油污及铁锈，以及CO2气体中所含的水分。CO2气体的氧化性可约制氢的危害-------- H2 + CO2 → H2O + CO

CO2气保焊对铁锈和水分的敏感性没有埋弧焊和氩弧焊高，除非在钢板表面已锈蚀一层黄锈外，焊前一般不必除锈， 但焊丝表面的油污必须用汽油等溶剂擦干净。

（3）氮气孔 N2的来源：①空气侵入焊接区；②CO2气体不纯（可能性不大）

焊缝中产生N气孔的主要原因是由于保护气层遭破坏，大量空气侵入焊接区所致。造成保护气层失效的因素有：过小的CO2气流量；喷嘴被飞溅物部分堵塞；喷嘴与工件的距离过大；焊接场地有侧向风等。保证气层稳定、可靠是防止焊缝中N气孔的关键。

2.4 熔滴过渡方式：

CO2气保焊中，为获得稳定的焊接过程，正常采用短路过渡和细颗粒过渡两种过渡形式。

短路过渡的特点：电弧稳定，飞溅较小，熔滴过渡频率高，焊缝成形较好；适合于焊接薄板及进行全位置焊接；短路过渡焊接主要采用细焊丝，一般为φ0.6～1.4mm。

细颗粒过渡特点：电弧穿透力强，母材熔深大，适合于焊接中等厚度及大厚度工件，主要采用较粗的焊丝，一般为φ1.6和φ2.0mm焊丝。

CO2气保焊一般都采用直流反接，因反接时飞溅小，电弧稳定，成形较好，而且焊缝金属含氢量低，熔深大。

四、焊接材料

1.保护气体CO2

用于焊接的CO2气体，其纯度要求≥99.5%，通常CO2是以液态装入钢瓶中，容量为40L的标准钢瓶可灌入25Kg的液态CO2， 25Kg的液态CO2约占钢瓶容积的80%，其余20%左右的空间充满气化的CO2。气瓶压力表上所指的压力就是这部分饱和压力。该压力大小与环境温度有关，所以正确估算瓶内CO2气体储量是采用称钢瓶质量的方法。（备注：1Kg的液态CO2可汽化509LCO2气体）

CO2气瓶外表漆黑色并写有黄色字样

市售CO2气体含水量较高，焊接时候容易产生气孔等缺陷，在现场减少水分的措施为：

1)将气瓶倒立静置1-2小时，然后开启阀门，把沉积在瓶口部的水排出，可放2-3次，每次间隔30分钟，放后将气瓶放正。

2)倒置放水后的气瓶，使用前先打开阀门放掉瓶上面纯度较低的气体，然后在套上输气管。

3)在气路中设置高压干燥器和低压干燥器，另外在气路中设置气体预热装置，防止CO2气中水分在减压器内结冰而堵塞气路。

2.焊接材料（焊丝） 1.）焊丝要有足够的脱氧元素

2.）含碳量Wc≤0.11%，可减少飞溅和气孔。

3.）要有足够的力学性能和抗裂性能。

焊丝直径及其允差（GB/T8110-1995）

焊丝直径mm 允许偏差

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

五．焊接工艺

序号 型号 牌号 规格 适用范围

1 ER49-1 H08Mn2SiA φ1.2 Q235.20#.20g.2OR、16MnR间焊接

2 ER50-6 / φ1.2 Q345.16MnR等间焊接

3 ER49-1 H08Mn2SiA φ1.2 Q235.20#.20g.2OR Q345.16MnR间焊接

对接平焊(I型坡口)角焊板厚

mm 焊丝直径 焊接电流A 焊接电压V 焊接速度Cm/min 焊丝干伸长mm 气流量L/min 层数

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

备注:对接间隙为1-1.5毫米

六、基本操作技术

1、注意事项

（1）电源、气瓶、送丝机、焊枪等连接方式参阅说明书。

（2）选择正确的持枪姿势：

a 身体与焊枪处于自然状态，手腕能灵活带动焊枪平移或转动。

b 焊接过程中软管电缆最小曲率半径应大于300m/m焊接时可任意拖动焊枪。

c 焊接过程中能维持焊枪倾角不变还能清楚方便观察熔池。

d 保持焊枪匀速向前移动，可根据电流大小、熔池的形状、工件熔和情况调整焊枪前移速度，力争匀速前进。 2、基本操作

（1） 检查全部连接是否正确，水、电、气连接完毕合上电源，调整焊接规范参数。

（2） 引弧：CO2气体保护焊采用碰撞引弧，引弧时不必抬起焊枪，只要保证焊枪与工作距离。

a 引弧前先按遥控盒上的点动开关或焊枪上的控制开关将焊丝送出枪嘴，保持伸出长度10 ～15 mm。

b 将焊枪按要求放在引弧处，此时焊丝端部与工件未接触，枪嘴高度由焊接电流决定。

c 按下焊枪上控制开关，焊机自动提前送气，延时接通电源，保持高电压、慢送丝，当焊丝碰撞工件短路后自然引燃电弧。短路时，焊枪有自动顶起的倾向，故引弧时要稍用力下压焊枪，防止因焊枪抬起太高，电弧太长而熄灭。

3、焊接

引燃电弧后，通常采用左焊法，焊接过程中要保持焊枪适当的倾斜和枪嘴高度，使焊接尽可能地匀速移动。当坡口较宽时为保证二侧熔合好，焊枪作横向摆动。焊接时，必须根据焊接实际效果判断焊接工艺参数是否合适。看清熔池情况、电弧稳定性、飞溅大小及焊缝成形的好坏来修正焊接工艺参数，直至满意为止。

4、收弧

焊接结束前必须收弧。若收弧不当容易产生弧坑并出现裂纹、气孔等缺陷。焊接结束前必须采取措施。

（1）焊机有收弧坑控制电路。焊枪在收弧处停止前进，同时接通此电路，焊接电流电弧电压自动减小，待熔池填满。