第六章 CO2焊.doc

徐 州 工 程 学 院 教 案2012 年至 2013 年 第 一 学期 第 六； 七 周 星期 五、三 课题名称（含教材章节） 第六章 CO2焊教学目的和要求：介绍等CO2气体保护焊的特点和应用、C02气体及焊丝、特种CO2电弧焊；阐述飞溅产生的原因及其防止措施，讨论CO2电弧焊工艺参数的选择原则及应用，深入了解并掌握CO2电弧焊的冶金特点。教学重点：重点讨论等CO2电弧焊的冶金特点及减少飞溅的措施。教 学 内 容 （ 要 点 ）CO2气体保护焊的特点和应用；（0.5学时）CO2电弧焊的冶金特点；（1时）C02气体及焊丝；（0.5学时）CO2电弧焊的工艺参数与选择；（0.5学时） 减少飞溅的措施；（1时）特种CO2电弧焊（0.5学时）一、延性断裂特征及过程 通常用缺口强度比NSR作为衡量静拉伸下缺口敏感度指标。第七章 CO2气体保护焊CO2气体保护电弧焊(简称C02焊)是一种高效率的焊接方法。CO2电弧焊中的熔滴过渡及飞溅过渡已在第二章讨论过。本章主要内容：CO2电弧焊的冶金特点、减少飞溅的措施、焊接参数的选择及对焊接设备特点等 。并对药芯焊丝CO2电弧焊、CO2电弧点焊作了扼要介绍。第一节 CO2气体保护焊的特点和应用一、CO2电弧焊的特点 （一）优点 1、成本低 CO2气势酿造厂和化工厂的副产品，是手工焊成本的40-502、生产率高 电流密度大，熔深大 。V焊丝熔化 ，熔敷速度，焊后无焊渣。3、抗锈能力较强 不易产生气孔含氢量低抗裂性好4、操作性能好 明弧作业。5、焊接变形小 热量集中。6、适用范围广 适用于薄、中、厚板及各种焊位，薄板可达1mm.（二）缺点、飞溅大。飞溅率达.（无论从焊接电流、焊接材料及工艺上采取措施也只能，不能消除）2、成形差，增厚大。二、应用：用于汽车、农用机械、建筑、金属结构、造船、容器、管板、车辆等方面的焊接。、 目前，主要用于焊接低碳钢和低合金高强钢等黑色,不锈钢禁用CO2焊，否则焊缝金属有增现象，抗晶间腐蚀能力、 CO2焊可用于耐磨零件的堆焊及铸钢件补焊。第二节 2电弧焊的冶金特点COCO（1/2）O22O CO2的分解与温度有关。T程度，反应进行的越激烈 。一、合金元素的氧化1、低电离区CO2对金属的氧化 （低于金属熔点1500）Fe+ CO2FeO+COMn+ CO2MnO+CO2Si+ CO2SiO2+CO2、高电离区高温分解的O氧原子对金属的氧化（合金元素烧损的主要原因）Fe+ OFeO与进入液态金属与熔池及熔滴中的合金元素发生反应使之氧化Mn+OMnOSi+2OSiO2形成熔渣，浮出熔池C+OCO3、反应物FeO对C的氧化FeO+C Fe+CO 在熔池中，CO2如不析出，则形成CO气孔进入熔滴中 FeO+C Fe+CO在电弧高温下急剧膨胀，使熔滴破 而引起金属的飞溅注意：Me的烧损，CO气孔及飞溅是CO2电弧焊中的三个主要问题 二、脱氧措施及焊缝金属的合金化由前述内容可知，在CO2电弧焊时，溶入液态金属中的FeO是引起气孔、飞溅的主要因素。所以CO2焊的 脱氧，主要是FeO的脱氧。1、FeO的害处（1） 产生CO气孔、飞溅；（2） FeO残留在焊缝中，使焊缝的含O量机械性能，因此，CO2焊时，在焊丝中应加入脱氧剂2、脱氧剂的选择（1）生成物不是气体防止产生气孔 ；（2）生成物不溶于金属而成为熔渣，且熔点要低；（3）生成物密度要小，以利于浮出表面，不造成焊缝夹渣。3、CO2焊脱氧剂（1）A1是最强的脱氧剂之一，但使焊缝的抗热裂性能，因而A1不宜过多。（2）Ti也是最强的脱氧剂之一。同时还可以起到细化晶粒的作用。另外，能与N形成TiN，且不溶于钢中，可以防止钢的时效。C02电弧焊中常将Ti和Si、Mn结合起来使用。（3）Si 具有较强的脱氧能力，而且价廉易得。是CO2焊中主要的脱氧剂。但单独用Si脱氧时，SiO2熔点较高(1983K)颗粒又较小，不易浮山熔池，会在焊缝中形成夹渣。（4）Mn 单独用Mn脱氧时，其脱氧能力较小，并且生成物MnO,密度较大，不易浮出熔池表面使焊缝的 冲击值。实践表明，采用Si、Mn联合脱氧时效果最佳。H08Mn2SiA2FeO+Si=2Fe+SiO22FeO+MnFe+MnOMnO. SiO2硅酸盐熔点较低，且能凝聚成大块，易浮出熔池焊低碳钢和低合金钢时:焊丝Si=1左右Mn=1,C1-2焊30CrMnSiA高强度钢：母材C=0.3左右，除加入Mn、Si之外，还须在焊丝中加入Cr、MO、V等强化元素。三、气孔问题：CO气孔、H气孔、N气孔CO2电弧焊时，熔池表面无熔渣覆盖，CO2气流又有冷却作用，因此熔池的凝固也较快，易在焊缝中形成气孔。1、 CO气孔 FeO十CFe十CO 在熔池结晶时进行得比较剧烈。只要焊丝中加入足够的脱氧元素Si和Mn，及限制焊丝中的合C量，就可以抑制上述的反应过程，有效地防止CO气孔的产生。2、 H气孔（1）来源：焊丝、工件表面的油污（碳氢化合物）及铁锈（结晶水），以及C02气体中所含的水分。(2)CO2氧化性H气孔H2十CO2CO十H2O H十CO2CO十OHH十00H（高温CO2CO+1/2O2 O22O）因此，CO2的氧化性虽然对CO气孔及飞溅不利，但可抑制H气孔的产生，所以CO2焊对铁锈和水分没有氩弧焊和埋弧焊敏感。 3、N气孔 来源：空气侵入焊接区；产生原因：保护层受到破坏保护层失效的原因：（1）过小的C02气流量；（2）喷嘴被飞溅物部分堵塞；（3）喷嘴与工件的距离过大；（4）施焊场地有侧向风等。 第三节 C02气体及焊丝 一、C02气体 1、性质 （1）无色、无味，在0和101.3kPa（1个大气压）= 1.9768gm3。在高温下(5000K左右)几乎能全部分解,溶于水中时稍有酸味。 (2) C02的状态:固态(干冰)、液态和气态C02气瓶漆成黑色，并标有黄色C022、C02的 纯度及对焊缝质量 的影响C02气体的杂质：水分、N2(含量少)水分的危害最大水分含量-塑性气孔倾向C02的 纯度99.8（99.5）露点：低于-40（即C02气体中的水分为重量的0.0066）3、C02的堤纯 市场上售的C02气体主要来自酿造厂、化工厂的副产品，含水分较高而且不稳定。因此必须对瓶装C02气作一定的提纯。现场采取以下措施：（1）将新灌气瓶倒立静置12h，然后打开阀门，把沉积在下部的自由状态的水排出，根据瓶中含水量的不同，可放水23次，有隔30min放水一次。（2）经放水处理后的气瓶，在使用前先放气23min，放掉气瓶上面部分的气体。因为这部分气体通常含有较多的空气和水分。（3）在气路系统中设置高压干燥器和低压干燥器(根据需要低压干燥器可增至23个)。一般用硅胶或硫酸铜作干燥剂，用过的干燥剂经烘干后可反复使用。（4）当瓶中气压降到980KPa(10个工程大气压)时，不再使用。P -含水量，当压力980KPa时，CO2中的含水量，将导致产生气孔。注意：焊接对水分比较敏感金属时，气压剩1470 KPa（15个大气压），就不用了。二、焊丝为了防止气孔，减少飞溅，和保证焊缝有足够的力学性能，焊丝应比母材有更多的 Mn、Si，含C量0.10 1、二氧化碳电弧焊常用焊丝牌号及用途用途投影P89表4-1二氧化碳电弧焊常用焊丝的化学成分及性能。（1） 除焊丝的化学成分对焊接的工艺性能（如飞溅、电弧的稳定性、焊缝成形等）有影响外，拔丝工艺对焊接工艺性能也有影响。一般认为与润滑剂成分，热处理工艺， 拉丝后的表面质量等多种因素有关。（2）我国CO2电弧焊钢丝的标准中：CO2焊丝的种类、化学成分、熔敷金属的力学性能、焊丝表面质量、焊丝铜镀层附着力、焊丝挺直度，以及打包方式。2、焊丝的分类（1）镀铜、非镀铜镀铜作用：防锈、利于保存、有利于焊丝的导电性及送丝的稳定性。（2）实心焊丝、药芯焊丝及活化处理焊丝活化处理，就是在焊丝表面涂一层碱土金属或稀土金属的化合物，有利于提高焊丝发射电子的能力和降低弧柱的有效电离势，这样可细化金属熔滴，减少飞溅，改善焊缝成形。如Cs2C03。 3、焊丝的规格：0.5mmd5mm 半自动：直径0.8、1.0 、1.2 、1.6 ；自动焊：直径2.0、2.5、3.0、4.0 、5.0 .第四节 C02电弧焊的工艺参数与选择在C02保护电弧焊中，为了获得稳定的焊接过程，通常采用短路过渡和细颗粒自由飞落过渡两种熔滴过渡形式。短路过渡焊接在我国应用最为广泛。一、短路过渡焊接1、短路过渡焊接特点（1） 电压低、电流小适合于焊接薄板及全位置焊；（2） 焊接薄板时，生产率高、变形小；（3） 电弧燃烧非常稳定，飞溅小，焊缝成形良好，过渡频率高，焊接过程的稳定性；（4） 焊接过程中的热辐射、光辐射以及烟尘等都比较小；（5） 焊丝直径：d1.6mm, 06d14mm 当 d1.6mm,飞溅2、短路过渡焊接规范参数选择主要规范参数：电弧电压、焊接电流、焊接回路电感量、焊接速度、气体流量以及焊丝伸出长度等。（1）电弧电压 20V 最佳，f高，电弧稳定，周期T稳定。当U，即L弧，熔滴还未足够大时就形成了短路，缩颈难以形成。熔滴脱离焊丝难，易烧断，t燃烧t短路-周期不均匀f；当U, 即L弧-t燃烧t短路-f总之，电压大时，由于燃弧时间造成f；电压小时，由于短路时间造成f。（2）焊接电流 Ih-送丝速度-过渡频率，但不能无限制地增大Ih。P97 图48 短路过渡焊适用的电流和电压范围原因：送丝速度，电弧空间，熔滴变细，成段烧断，此时应Ih（）焊接回路电感 短路过渡焊接时，一般要串联电感。串联电感的作用：调节短路电流增长速度dd ddt过小，大颗粒飞溅，甚至焊丝成大段焊断使电弧熄灭；ddt过大，则产生大量小颗粒的金属飞溅。调节电弧燃烧时间，控制母材熔深电感时，虽然f但燃烧时间，熔深电感量的大小：电感量越小：dd，过度频率熔深大，但过小。短路时间缩短，熔滴不易过渡；电感量越大：d d，到达一定时间后，过度困难（需要较大的电磁力）出现成段烧破，熔深小。（4）焊接速度熔宽，余高熔深略有产生咬边，未熔合，气孔熔宽略有，熔深易产生烧穿，组织粗大，焊接变形大。（）焊丝深处长度 伸（10-12）d，一般1020mm，半自动15伸熔深伸过大：电阻热，焊丝熔化，但焊丝过热成段地爆断，飞溅严重，焊接过程不稳定，保护效果变差伸过小时，飞溅易堵赛喷嘴（）气体的流量 细丝小规范：气体流量范围 515Lmin；中等规范施焊：气体流量范围 20Lmin；粗丝大规范(自动焊、颗粒过渡) 2550 Lmin；，伸较长及在室外作业气体流量，以保证焊电弧有足够的挺度，抗干扰能力。 在实际工作中，规范参数的选择，须通过施焊来解决。一般先根据板厚、坡口形式、焊接位置等选好焊丝直径，然后确定焊接电流及电弧电压，再调节回路电感。而伸及气体流量有经验数据可参考。视成形而定。二、细颗粒过渡焊接细颗粒过渡焊接的特点：（） 电弧电压较高，电流较大，适合于中厚及大厚板工件；（） 电弧的穿透能力强，熔深大；（） 对规范参数敏感，焊接过程不稳定，飞溅大（主要是喷嘴严重堵塞）；（） 焊丝直径：.；.常用;.；.用得少。、颗粒过渡规范参数的选择99表43不同直径焊丝细颗粒过渡的电流下限值和电弧电压的范围。第五节 减少飞溅的措施一、飞溅产生的原因1、由冶金反应引起的飞溅 原因：C+O2CO (FeO)+C=FeO+COCO在高温下体积急剧膨胀，压力迅速上升，使熔滴和熔池金属产生爆破，从而产生大量的飞溅。措施：采用Mn、Si脱氧焊丝，焊丝中C。2、由极点压力引起的飞溅 原因：正接时，斑点压力大，形成大颗粒飞溅； 反接时，产生飞溅小。3、熔滴短路引起的飞溅原因：短路电流增长速度 di/dt过快。当熔滴与熔池接触，由于短路电流的强烈加热及电磁收缩力的作用，使缩径处的液体金属发生烧破，产生较小的颗粒飞溅。措施：调节回路中电感。4、非轴向颗粒状过渡造成的飞溅：电弧中斥力的作用。5、焊接工艺参数不当引起的飞溅。二、减少金属飞溅的措施1、正确选择工艺参数（1）焊接电流与电压 P100 图4-11电流及气体介质对飞溅率的影响（2）焊枪角度 焊枪垂直时飞溅量最少，倾斜角200（3）焊丝伸出长度：尽可能L伸。2、颗粒过渡焊接时在CO2中加入Ar气-是颗粒过渡焊金属飞溅最有效的办法。 原因：CO2气体在电弧温度区间热导率较高，加上分解吸热，消耗电弧大量热能，从而引起弧柱及电弧斑点的强烈收缩。即使增大电流，弧柱和斑点直径也很难扩展。 混合气体的成本虽然比纯C02气体高，但可从材料损失和节省清理飞溅辅助时间上得到补偿。3、短路过接焊接时限制金属液桥爆断能量 （1）在焊接回路中串接电抗器、电阻或电源变压的阻抗 -di/dt及Im（峰值电流）（2）电流切换法 一旦缩颈尺寸达到临界尺寸后，便立即进行电流切换，将电流从高值切换到低值，使液桥缩颈在小电流下爆断。（3）电流波形控制法：是今后中等电流CO2短路过渡的一种重要的控制方法控制输出电流波形，使金属液桥在低的电流上升速度和低的短路峰值电流下爆断-飞溅4、采用低飞溅的焊丝（1）实心焊丝：在满足力学性能的前提下，尽量C，Ti、Al含量（2）采用以Cs2CO3、K2CO3等活性处理过的焊丝进行焊接可以达到明显地降低飞溅、改善焊缝戊形的目的。（3）采用药芯焊丝 飞溅率为实心1/3（4）涂防飞溅液。第六节 CO2电弧焊设备一、对电源特性的要求 (一)对电源外特性要求由于CO2电弧的静特性是上升的，所以平(恒压)和下降外特性电源都可以满足电源电弧系统的稳定条件。弧压反馈送丝焊机配用下降外特性电源；等速送丝焊机则配用平或缓降外特性电源。在生产中广泛采用平特性电源。这是因为平特性电源配合等速送丝系统具有许多优点，平特性电源的优点（1）弧长变化时引起较大的电流变化，因而电弧的自调节作用强；（2）短路电流较大，引弧比较容易；（3）焊丝伸出长度变化时，产生的静态电压的误差小。即焊接电压基本上不受焊丝伸长长度变化的影响 ；（4）平特性电源对防止焊丝回烧和粘丝有利。因为电弧回烧时，随着电弧的拉长，电弧电流很快减小使电弧未回烧到导电嘴前已熄灭。焊丝粘接时，平特性电弧有较大的短路电流使粘接处爆开，从而可避免粘丝。 (二)对电源动特性的要求 颗粒状过渡时，对焊接电源的动特性没有什么要求。而短路过渡时，则要求焊接电源具有良好的动态品质。 1、是要有足够大的短路电流增长速度速度di/dt,短路峰值电流Imax和焊接电压恢复速度du/dt； 2、当焊丝成分及焊丝直径不同时，短路电流增长速度di/dt要能够进行调节。二、供气系统投影：P210图7-11C02电弧焊焊接设备示意图的。和氩弧焊不同之处，是气路中一般要接入预热器和干燥器。1、预热器作用：防止气体中的水分在钢瓶出口处及减压表中结冰，使气路堵塞。应尽量装在靠近钢瓶的出气口附近。结构：一般采用电热式，用电阻丝加热，将套有绝缘瓷管的电阻丝挠在蛇形紫纯铜管的外围即可。采用36V交流电供电，功率在100一150W气流越大，供气系统温度降得越低。因此，大气流量，长时间地消耗气体，可能使钢瓶内的液态CO2冻结成固态；气流量较小时， 气路中可以不设预热器（10L/min）。2、于燥器 在减压阀之前装置高压干燥器；在减压阀之后装置低压干燥器 作用：水分-防止气孔及焊缝中的焊H2量三、CO2焊机控制举例第六节特种2电弧焊 一、药芯焊丝2电弧焊CO 2保护焊有很多优点，但它又有固有的缺点。如焊接过程中飞溅较大、焊缝成形不良等。如采用气一渣联合保护焊接方法，则以克服CO 2焊接中的一些缺点，而兼备有焊条手弧焊的一些优点。例如：药芯焊丝CO 2电弧焊、 磁性焊剂CO 2电弧焊：国内较少 涂药焊丝CO 2电弧焊：焊丝制造复杂 (一)药芯焊丝2电弧焊的特点优点：1、飞溅少，且飞溅颊粒细，容易