CO2 气 体 保 护 焊(讲课)1.doc

CO2 气 体 保 护 焊 技 术前言汽车生产中大部分的电弧焊焊缝是采用熔化极气体保护焊完成的，如车身、底盘类零件的焊接等。熔化极气体保护焊可连续施焊，焊后不需清理焊渣，易实现机械化、自动化生产，汽车生产中的许多专用焊机、自动焊机、弧焊机器人的焊接系统均采用熔化极气体保护焊。例如车轮自动焊机、桥壳自动焊机、传动轴自动焊机、后桥壳机器人焊接工作站、轿车底盘零件机器人焊接工作站等。第一部分 CO2 气体保护焊技术简介一、CO2 气体保护焊是利用CO2 作保护气体的熔化极气体保护电弧焊。二、CO2 气体保护焊的工艺特点：1、CO2 气体价格便宜，其焊接成本只有手工电弧焊的40%50%。2、CO2 焊的焊丝熔化率高，焊后一般不需清渣，所以CO2焊的生产率能比焊条电弧焊高3倍。3、CO2 电弧的穿透能力强，焊接电流密度大，熔深大。4、CO2 焊的抗锈能力强。5、焊接过程中金属飞溅较多，特别是当焊接工艺参数匹配不当时，更为严重。三、CO2气体的纯度要求及作用在各种保护气体中，最常用的是CO2气，生产中所用的CO2气体纯度应99.17%、含水量12g/m3，焊缝质量要求高，对CO2气体的纯度要求也越高，否则焊缝的塑性将下降，气孔将增多。四、CO2气体的流量选择 CO2气体流量取决于接头形式、焊接规范及作业条件。细丝焊接时，CO2流量取5 15 L/min ；粗丝大电流焊时，CO2流量取20 50 L/min。五、焊枪的送丝方式普通的熔化极气体保护焊设备由焊枪、送丝机构、焊接电源、供气系统及供水系统（大电流焊接时）组成。焊枪有水冷式或气冷式两种，当所用的焊接电流较大时应考虑采用水冷式焊枪。送丝方式有推丝式、拉丝式和推拉丝式三种，推丝式应用的最多，送丝软管的长度一般为3mm左右。采用细焊丝（0.8mm或采用铝、铜等较软的焊丝时，要考虑采用拉丝式的送丝方式。如送丝软管的长度过长（15mm左右），为克服焊丝在软管中的阻力，应采用推拉丝式。六、CO2气体保护焊的电源熔化极气体保护焊电源一般为直流电源，有硅整流电源、可控硅电源、晶体管电源和逆变电源。可控硅电源和逆变电源的性能优越，在自动焊机和机器人焊接系统中，现在多采用逆变式电源。七、CO2气体保护焊的焊接电流及过渡形式CO2气体保护焊一般采用短路过渡和细颗粒过渡两种熔滴过渡形式，不同直径的焊丝短路过渡两种熔滴过渡形式，不同直径的焊丝短路过渡时的焊接电流与电弧电压见下表不同直径焊丝的短路过渡规范焊丝直径（mm）0.81.21.6电弧电压（V）181920焊接电流（A）100110120135140180八、CO2气体保护焊的焊丝伸出长度焊丝的伸出长度过大，焊丝容易发生过热而成段熔断，飞溅严重，焊接过程不稳定；若伸出长度过小，焊接飞溅易堵塞喷嘴，一般焊丝的伸出长度为：L=（1012）d 其中d为焊丝直径九、CO2气体保护焊的焊接速度焊接速度于母材厚度、焊接规范有关，速度过快会引起咬边、气孔、熔深不够等缺陷，过慢会造成烧穿或晶粒粗大。十、CO2焊接的主要问题：1、气孔问题气孔产生的原因： 在熔池内部存在有溶解不了的或过饱和的气体，当这些气体来不及从熔池中逸出时，便随熔池的结晶凝固，而留在焊缝内形成气孔气孔的种类、成因及措施： 可能产生的气孔主要有三种：一氧化碳气孔、氢气孔和氮气孔。 产生CO气孔的原因主要是焊丝中脱氧元素不足，使熔池中熔入较多的FeO，它和C发生剧烈碳还原铁的反应，使产生CO气体。 措施：只要焊丝中有足够脱氧元素Si和Mn，以及限制焊丝中C含量，就能有效地防止CO气孔。 产生N2气孔的原因主要是CO2保护不良或CO2纯度不高。 措施：只要加强CO2的保护不良和控制CO2的纯度。 产生H2气孔是由于在高温时熔入了大量H2，结晶过程中不能充分排出，而留在焊缝金属中，电弧焊区的H2主要来自焊丝、工件表面的油污和铁锈以及CO2气体中所含的水分，其中CO2气体中所含的水分是引起H2气孔的主要原因。（但因CO2气体具有氧化性，H2 和CO2会化合，故出现H2气孔的可能性相对较小，这就是被认为CO2焊是低氢焊接的方法） 措施：对CO2气体进行提纯与干燥。2、飞溅问题：金属飞溅也是CO2焊接的主要问题，铁别粗丝大电流焊接飞溅更为严重，有时飞溅量损失达焊丝熔化量的3040。飞溅增加了焊丝及电能消耗，降低焊接生产率和增加焊接成本。飞溅金属粘到导电嘴和喷嘴内壁上，会造成送丝和送气不畅而影响电弧稳定和降低保护作用，恶化焊缝成形。粘到焊件表面上又增加焊后清理工序。引起金属飞溅的原因：由冶金反应引起。焊接过程中熔滴和熔池中的碳被氧化生成CO气体，随温度的升高，CO气体膨胀引起爆破，产生细颗粒飞溅。当用直流正接长弧焊时，焊丝为阴极，受到电极斑点压力较大，焊丝末端易成大熔滴和被顶偏而产生非轴向过渡，从而出现大颗粒飞溅。由于熔滴过渡不正常而引起。由于焊接工艺参数选择不当而引起。主要是因为电弧电压升高，电弧变长，易引起焊丝末端熔滴长大，产生无规则的晃动，而出现飞溅。减少飞溅的措施：选用合适的焊丝材料和保护气体。选用药芯焊丝，药芯中加入脱氧剂、稳弧剂及造渣剂等，造成气渣联合保护。长弧焊时，加入Ar的混合气体保护，使过渡变细，甚至得到射流过渡，改善过渡特性。采用直流反接进行焊接。合理选择焊接工艺参数，以获得最小的飞溅。十一、CO2焊的操作方法及特点 CO2半自动焊的运条法 a)前进焊 b)后退焊 1、前进焊（左焊法）的特点便于观察焊接轴线和焊道形状；旱道宽，熔深小；熔融金属容易向前流动。熔池保护效果好；适于焊薄板。2、后退焊（右焊法）的特点焊道窄，熔深大；易形成凸形焊道； 熔池保护效果不大好； 适于中板和厚板带破口焊接。十二、T形接头角焊缝的平焊T形接头角焊缝平焊时注意焊丝的角度和位置，若焊角尺寸在5mm以下短路过渡单道焊按下图操作，焊脚尺寸在5mm以上，用射流过渡按下图操作。十三、填满弧坑的常用处理方法： 1、焊枪回转法 2、断续回焊法 3、用引弧板法第二部分 焊接应力与变形一、 焊接应力和变形产生的原因焊接过程中，焊件受到局部的、不均匀的加热和冷却，因此，焊接接头各部位金属热胀冷缩的程度不同。由于焊件本身是一个整体，各部位是相互联系、相互制约的，不能自由的伸长和缩短，这就使接头内产生不均匀的塑性变形，所以在焊接过程中就要产生应力和变形。二、 焊接应力的分类按产生应力的原因分有：1、温度应力 由于焊接时温度分布不均匀而引起的应力称为温度应力，也称为热应力。2、组织应力 焊接时由于温度变化引起金属的组织变化，这种组织变化引起金属局部的体积变化所产生的应力组织应力。3、塑变应力 是指金属局部发生拉伸或压缩塑性变形后所引起的内应力。对金属进行剪切、弯曲、切削、冲压、锻造等冷加工时常产生这种内应力。焊接过程中，在近缝高温区的金属热胀和冷缩受阻时使产生这种塑性变形，从而引起焊接的内应力。按应力存在的时间分有：1、焊接瞬时应力 是指在焊接过程中，某一瞬时的焊接应力。热应力就是瞬时应力。2、焊接残余应力 焊完后残留在焊件内的应力。残余应力对焊接结构的强度、腐蚀和尺寸稳定性等有影响。三、 焊接变形的分类焊接瞬时变形 焊接过程中随时间而变的变形称焊接瞬时变形。焊接残余变形 一般所说的焊接变形，多指焊接残余变形。焊接变形（焊接残余变形）的分类：见下图横向收缩纵向收缩回转变形横向弯曲变形（角变形）纵向弯曲变形压曲产生的波浪变形扭曲变形三、 焊接残余变形常用的工艺措施1、选择合理的装配焊接顺序 采用合理的装焊顺序，对于控制焊接残余变形尤为重要。一般来说，将结构总装后再进行焊接。2、 选择合理的焊接顺序对称焊 一般先焊的焊缝容易使结构产生变形，即使焊缝对称的结构，焊后也会出现变形的现象。所以当结构具有对称布置的焊缝时，应尽量采用对称焊接。先焊焊缝少的一侧 对于不对称焊缝的结构，采用先焊焊缝少的一侧，后焊焊缝多的一侧，使后焊的变形足以抵消前一侧的变形，以便总体变形减少。3、 选择合理的焊接方法长焊缝焊接时，直通焊变形最大，从中间向两端施焊变形有所减少，从中间向两端逐步退焊法变形最小，采用逐步跳焊也可以减少变形。见下图4、 反变形法为了抵消焊接变形，焊前先将焊件向与焊接变形相反的方向进行人为的变形，这种方法叫做反变形法。例如，为了防止对接接头的角变形，可以预先将焊接处垫高。见下图。5、 刚性固定法焊前对焊件采用外加刚性拘束，强制焊件在焊接时不能自由变形，这种防止变形的方法叫刚性固定法。应当指出，焊后当外加刚性拘束去掉后，焊件上仍会残留一些变形，不过要比没有拘束时小得多。另外，这种方法将使焊接接头中产生较大得焊接应力，所以焊后易裂，应该慎用材料。6、 选用适当的线能量焊接不对称的细长杆件往往可以选用适当的线能量，而不用任何反变形或刚性固定克服弯曲变形。7、 散热法焊接时用强迫冷却的方法将焊接区的热量散走，使受热面积大为减少，从而达到减少变形的目的，这种方法叫散热法。散热法不使用于焊接淬硬性较高的材料。8、 自重法如焊接梁上部的焊缝明显多于下部，见下图。焊后整根梁向上弯曲，对于这样的结构可利用本身的自重来预防弯曲变形，所示装焊、使梁的弯曲有所增加，再按C图所示进行焊接，由于支墩置于梁的两头，梁的自重弯曲变形于焊缝收缩变形方向相反，所以使梁变得平直。四、 焊接残余变形的矫正方法1、机械矫正法利用机械力的作用来矫正变形，对于低碳钢结构，可在焊后直接应用此法矫正；对于一般合金结构钢的焊接结构，焊后必须先消除应力，处理后才能机械矫正。否则不仅矫正困难，而且产生断裂。2、火焰加热矫正法 是利用火焰局部加热时产生的塑性变形，使较长的金属在冷却后收缩，以达到矫正变形的目的。火焰采用氧乙炔焰或其它可燃气体火焰，这种方法设备简单，操作易行，但难度很大。三、角变形和错边的影响 角变形和错边都会引起附加弯曲应力，这对结构性破坏有影响，尤其是对塑性较低的高强钢影响更大。1、角变形的影响在角变形比较大的接头中，如承受拉应力，由于作用力的轴线不通过重心，而产生附加弯矩，见下图。 图 角变形产生的附加弯矩 a) 具有角变形的对接接头的拉伸b) 没有角变形的对接接头的拉伸在拉应力和弯矩共同作用下，可造成接头低应力破坏。如果在考虑焊接的余高在熔合线处的应力集中，则情况更为严重。因为在韧性较低的熔合线处，同时承受了角变形合余高所造成的应力集中。因此角变形越大，破坏应力越低。为了改善熔合线应力集中合提高韧性，可在熔合线上再堆焊一层“防裂焊缝”，见下图。 图 堆焊“防裂焊缝”示意图 2、对接接头的错边的影响与搭接接头相似，见下图，由于力的作用线与重心不同轴，而造成附加弯曲应力，因此要注意对错边量的限制，如单层钢制压力容器的对口错边量应小于板厚的10，且不大于3mm。图 接头错边造成附加弯矩资料：角焊缝操作工艺 1) 角焊缝焊接时, 易产生咬边、未焊透、焊缝下垂等缺陷, 所以应控制焊丝的角度。等厚板焊接时,焊丝与水平板的夹角为40 50。不等厚板时, 焊丝的倾角应使电弧偏向厚板, 板厚越厚, 焊丝与其夹角越大。 2) 对于焊脚为6 8 mm 的角焊缝, 采用单层单道焊, 焊枪指向(焊丝) 距根部1 2 mm 处。对于焊脚为6 mm 的焊缝, 采用直线移动法焊接, 对于焊脚为8 mm 的焊缝, 焊枪应作横向摆动, 可采用斜圆圈形运丝法焊接。 3) 对于焊脚为10 12 mm 的角焊缝, 由于焊脚较大, 应采用多层焊, 焊2 层。焊接时第1 层操作与单层焊相同, 焊枪与垂直板夹角减少并指向距根部2 3 mm 处, 这时, 电流比平常时稍大, 目的是为了获得不等焊脚的焊道; 焊接第2 层时, 电流比第1层稍少, 焊枪应指向第1 层焊道的凹陷处, 直至达到所需的焊脚。 4) 对于焊脚为15 mm 的角焊缝应采用多层多道焊, 即焊接3 层。需要注意的是: 操作时, 每道的焊脚大小应控制在6 7 mm 左右, 否则, 焊脚过大, 易使熔敷金属下垂, 在水平板上产生焊瘤, 在立板上产生咬边。焊枪角度及指向应保证最后得到等脚和光滑均匀的焊缝。 5焊接工艺中需注意的问题 在生产中我们发现有不少人, 不仅是焊工、检验员, 甚至还有焊接技术员混淆了焊脚与焊脚尺寸及焊缝厚度3者之间的关系。焊工把焊脚误认为焊脚尺寸, 检验员把焊缝厚度当焊脚来测量检验, 使得实际焊脚超过设计要求的尺寸, 在质量记录中又把其当成焊脚尺寸加以记录。还有的技术人员在焊接工艺文件中要求焊脚尺寸为多少等, 这些都是错误的。 实际上, 焊脚是指角焊缝的横截面中, 从一个直角面上的焊趾到另一个直角面表面的最小距离, 焊脚尺寸为在角焊缝横截面中画出的最大等腰直角三角形中直角边的长度, 而焊缝厚度则是在焊缝横截面中,从焊缝正面到焊缝背面的距离。因此, 工艺文件上、焊缝符号中要求的角焊缝外形尺寸是焊脚而不是焊脚尺寸, 更不是焊缝厚度。 6结语 1)