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参考文献14
致谢16
第1章绪论
1.1概述
二氧化碳气体保护电弧焊的保护气体是二氧化碳（有时采用CO2＋O2的混合气体）。
由于所用保护气体价格低廉，采用短路过渡时焊缝成形良好，加上使用含脱氧剂的焊丝即可获得无内部缺陷的刘质量焊接接头。
因此这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。
1.2国内外研究与应用现状
CO2焊接技术发展与金属结构制造状况密不可分。
50年代初期，CO2气保焊技术一经开发，就应用于金属结构制造，并伴随着焊接结构设计、制造技术水平的不断提高，逐渐成为金属结构焊接的主要方法。
其高效、优质、自动化的技术特点，具有良好应用条件，并且极大地推动了金属结构焊接技术和相关产业的发展，在焊接技术发展史上书写了辉煌的一页。
目前在美国、日本、欧洲等发达国家及地区采用焊接金属结构件比例日趋增大，其中CO2气保焊消耗的焊接金属材料重量约占全部焊接材料总重量的50%～75%。
经过多年努力，我国CO2气保焊技术在金属结构制造业中的推广应用，取得了长足进步。
第2章我国焊接材料的发展现状
我国目前焊接材料生产企业约600多家，但具有一定生产规模和竞争能力的有100多家左右。
近30年来，我国焊接材料产品结构发生了很大的变化，1972年有206个品种，1995年增加到576个，产品包括各种电焊条、焊丝（co2焊丝、埋弧焊焊丝、药芯焊丝等）、焊剂、钎料、合金粉末、焊带等，特别是co2焊丝和药芯焊丝发展较快。
目前我国焊接材料年生产能力超过150吨，其中电焊条年生产能力超过100万吨，CO2焊丝年生产能力为15万吨，埋弧自动焊焊剂年生产能力在10万吨以上，埋弧焊焊丝年生产能力约10万吨，钎焊材料年生产能力约5万吨。
2.1电焊条的发展现状
我国的焊接材料工业是建国后发展起来的，在焊接材料行业中，生产电焊条的企业最多，约有500多家（其中具备完善的生产条件、检测手段和合理的质保体系的近300家），年生产能力超过100万吨。
近几年我国电焊条年产量大约在80~90万吨左右（其中出口大约5~6万吨），占整个焊接材料产量的85%~90%左右。
我国生产的电焊条以钛钙型（药皮中含氧化钛30%以上，碳酸盐20%以下）和低氢型（药皮这含钙、镁的碳酸盐和萤石）为主。
自1980年以来，我国焊条行业有20多家企业和科研单位先后引进了瑞士奥利康、瑞典伊萨、德国万沙、日本神钢等公司的焊条生产线、压涂设备、先进配方和检测仪器等。
通过技术引进、消化和企业技术改造，焊条质量、品种取得了长足的进步，有约50个厂家的产品取得了中国CCS的认可，有30多个厂家的产品取得了英国LR、美国ABS、挪威NV、日本NK等国际上权威船级社饿认可。
我国还以独创的“先涂后切”工艺成批生产出了直径为σ（0.8~1.8）mm）的特细焊条，并发明了具有良好冶金特性、优质高品位的焊条（如全位置立向下焊条、高效铁粉焊条、高纤维素焊条优质不锈钢和耐热钢焊条等）十分短缺，每年仍需大量进口。
1997年列入我国《焊接材料产品样本》中的产品有368种。
没有列入的专用焊条、车工产品用的焊条等还有近百种。
2.2焊丝的发展现状
我国的气体保护焊焊丝开始发展缓慢，1985年后才有了较快的发展。
随着各种自动和半自动焊接方法的推广应用，焊接的品种逐渐增多，使用量也逐年扩大。
各国焊条和焊丝产量的比例，在一定程度上反映了该国的焊接自动化水平。
我国目前焊丝生产企业150多家，整个焊丝行业年生产能力约30玩吨，多数是生产埋弧焊（SAW）和co2气体保护焊用焊丝，具备药芯焊丝生产条件的企业有20多家。
我国焊接材料生产能力，特别是自动焊接用焊丝的生产能力，近年来有了明显发展，表2列出我国近年来焊接材料产量的变化。
可以看出，我国焊接材料生产中自动化焊接用焊丝产量占焊接材料总量的比例逐年增加，由20世纪80年代中期的5%左右提高到目前的15%左右（总产量约16万吨），预计今后数年间焊丝的增长仍延续下去。
表2我国近年来焊接材料产量的变化/万吨
年份
焊条
实芯焊丝（气保焊用）
药芯焊丝
埋弧焊丝
埋弧焊剂
总产量
1985
33
0.40
0.05
1.65
1.82
34.5
1986
49
0.50
1.57
1.73
42.5
1987
52
0.77
0.065
56.0
1988
48
0.85
0.067
1.79
1.97
50.6
1989
42
1.20
—
1990
41
1.90
0.07
1.93
2.12
46.2
1991
2.00
2.15
2.37
54.2
1992
71
2.60
0.10
2.48
2.73
63.3
1993
78
3.20
2.56
2.82
72.0
1994
72
4.50
0.60
3.00
74.4
1995
60
7.00
1996
7.20
1997
70
8.00
0.16
80.0
1998
87
9.00
90.0
1999
90
10.0
0.30
2000
11.0
5.00
6.00
2001
焊接自动化水平的提高，促进了自动化焊接材料的发展，特别是co2气体保护焊丝和药芯焊丝得到了广泛的应用。
我国气体保护焊实芯焊丝1985年以后有了较快的发展，目前年产量达到约10万吨。
国内药芯焊丝的使用始于宝山钢铁公司的建设。
其后，机械制造行业、能源化工行业、船舶制造和海洋结构行业、建筑和桥梁业、输油及输气管线建设行业等相继使用了进口焊丝和国产焊丝。
我国药芯焊丝的研制始于20世纪60年代中期，但很长时间没有实现批量生产。
近几年我国药芯焊丝发展速度很快，使用量也逐年扩大。
国产药芯焊丝生产始于1987年北京焊条厂从英国CPV公司引进一条全连轧式药芯焊丝生产线。
1993~1998年时我国药芯焊丝生产设备引进的高峰期，有十几个企业先后从英国、美国、日本、乌克兰、德国、意大利、瑞典等国家引进焊丝生产线和药芯焊丝生产设备。
至2002年，我国药芯焊丝制造厂已有29家，生产线总计48条（引进生产线24条、自制生产线24条）。
目前我国药芯焊丝已发展到几十个品种，药芯焊丝的产量从1996年不足0.1吨（以粗丝为主），发展到2001年的近1.2万吨（以细丝为主）。
平均每年超过50%的增长率在发展。
应用领域也从造船-海洋结构行业逐步扩大到建筑-桥梁、重型机械、锅炉-压力容器、输送管道、钢结构等多个行业。
在生产设备上已研制出钢带法生产线、盘条法生产线和钢管法生产线，已具备了一定的生产设备设计和制造能力。
其中，国产钢带法生产线已稳定的在实际生产中运行，单套生产线年生产能力可达（0.1~0.15）万吨。
从各行业的使用品种上看，在船舶和海洋结构行业、建筑和桥梁业、机械制造行业、能源化工行业、钢结构行业，主要使用钛型气保护药芯焊丝；
在输油及输气管线建设中主要使用保护药芯焊丝。
耐磨堆焊药芯焊丝应用于各行业材料的表面性能改进上。
在各行业中，以船舶制造和海洋结构行业使用药芯焊丝量最大，近年来在其他行业药芯焊丝的使用正不断提高。
在进口产品中，以钛型气保护碳钢、低合金钢药芯焊丝为主，占全部药芯焊丝的比例约为95%；
自保护药芯焊丝的5%；
其他品种（气保护不锈钢药芯焊丝等）约占1%。
在国产产品中，以钛型气保护碳钢、硬面堆焊药芯焊丝为主，约占98%（其中堆焊焊丝约占10%）；
钛型低合金和不锈钢药芯焊丝的占2%（其中不锈钢焊丝约占10%）。
为适应我国经济发展的需要，应尽快提高我国焊接自动化水平，调整我国焊接材料的构成比例，大力发展自动或半自动焊接材料。
我国目前实芯焊丝生产中存在的问题主要是品种较少，质量尚需进一步提高。
药芯焊丝主要是保证产品的质量稳定性，增加品种和降低生产成本。
而且发展无缝镀铜和金属型药芯焊丝也势在必行。
我国焊丝行业历经多年的磨砺整逐渐形成规模，生产设备和产品的制造能力和质量不断提高，产品的应用域也在不断扩大，随着各行业对高效率、高质量和低成本焊接材料需求的持续增长。
根据市场需求，预计今后数年我国实芯和药芯焊丝的产量和品种将会有较快的发展。
2.3焊剂的发展现状
埋弧自动焊在我国应用较早，但发展缓慢。
长期以来，我国以生产和使用熔炼焊剂为主，生产企业有20余家。
近年来，由于烧结焊接市场不断扩大，专门生产烧结焊接的企业不断增加；
目前生产焊剂的企业有10多家。
随着各种自动和半自动焊接方法的广泛应用，焊剂的品种逐渐增多，使用量也逐年扩大。
我国目前有埋弧自动焊焊剂生产企业40多家，年生产能力在10万吨以上，但埋弧焊焊剂仍以熔炼型为主，约占焊剂总产量的85%，其中HJ431占熔炼焊剂的90%上。
目前我国一些高性能的焊剂仍主要靠进口。
我国近年来烧结焊剂的用量也在逐渐增多，自锦州电焊条厂1986年引进瑞士奥利康公司烧结焊剂生产线和配方以来，我国烧结焊剂生产有了较快发展。
根据国家焊接材料质量监督检验中心的统计，我国1987年烧结焊剂的消耗量（不包括进口的烧结焊剂）仅0.03万吨左右，而1991年已接近0.3万吨，1996年烧结焊剂的消耗量已接近0.8万吨，约占全部焊剂消耗量的20%左右；
2000年烧结焊剂的产量为1万多吨，仍低于欧美、日本等工业发达国家的水平。
由于埋弧焊接材料在整个焊接材料产量中仅占10%~12%这样低的比例，因此烧结焊剂10多年来的发展速度还是相当快的。
目前国内广泛使用的高猛型熔炼焊剂并不符合我国的资源条件，应大力发展节能、调整万分方便、符合我国资源条件的非熔炼型烧结焊剂。
烧结焊剂的生产成本可比熔炼焊剂降低30%~50%。
在焊剂生产中，目前美国的烧结焊剂占50%，日本占70%，西欧占90%，我国仅占15%左右。
我国除发展烧结焊剂外，目前熔炼焊剂品种需要更新换代，焊剂生产工艺及设备有待改进，而且要在改进质量的同时向节能低耗方向发展。
2.4钎焊材料的发展现状
据初步统计，我国目前从事钎焊余扩散焊技术研究和生产的单位有120多家，专业从事钎焊材料（软钎焊和钎剂）生产的厂家有90多家，其中生产硬钎焊用钎料（铜基、银基、镍基）与钎剂的生产厂有20多家；
生产软钎焊用钎料|（主要是锡铅基、镉基）与钎剂的生产厂有60多家。
钎焊材料年产量约2万吨，可生产铜基、银基、镍基、铝基和锡铅基这五大类钎料，约占全部钎料总量的95%以上。
据统计，我国每年用于自行车、机械制造行业的铜基钎料给0.2万吨以上，铜磷钎料（0.07~0.09）万吨，用量最大的是锡铅钎料，主要用于电子、电器等，约占1.5万吨左右，仅次于美国（美国的年消耗量为1.8万吨左右），其中电子行业用量约占70%~80%。
钎料的供应状态有丝状、片状、铸条状、粉状及膏状等多种形式，根据需要还可制成圈、环等，铝钎料还能与母材预制成双金属板（铝材表层覆一层钎料），可根据不同的使用要求选用。
在钎焊材料的发展与创新方面，我国钎焊工作者自主研究和开发了新型锰基钎料、Cu-P-Sn-Ni钎料等，正在从事含稀土的钎料、中温铝钎料及钎剂的研究与开发；
围绕高强铝合金、TiAl基合金的连接技术以及陶瓷与金属的连接技术，研制具有特殊性能的中间过渡薄膜等；
重点研究与开发无铅、无镉的钎料材料，无腐蚀、无污染的钎剂，以及减少或防止铅、镉污染的材料与措施等。
第3章二氧化碳气体保护焊的优缺点及操作
3.1二氧化碳气体保护焊是应用最广泛的一种熔化极气体保护焊方法
其主要有以下优点：
焊接成本低。
二氧化碳气体是酿造厂和化工厂的副产品，价格低来源广，其焊接成本约为手弧焊和埋弧焊的40%～50%。
焊接生产率高。
由于焊丝自动送进，焊接时焊接电流密度大，焊丝的熔化效率高，所以熔敷速度高，焊接生产率比手弧焊高2～3倍。
应用范围广。
可以焊机薄板、厚板以及全位置的焊接等。
抗锈能力强。
二氧化碳焊对焊件上的铁锈、油污及水分等，不像其他焊接方法那样敏感，具有良好的抗气孔能力。
操作性好，具有手弧焊那样的灵活性。
3.2二氧化碳气体保护焊也有一些缺点
在电弧空间中，二氧化碳气体氧化作用强，因而需对焊接熔池脱氧，要使用含有较多脱氧元素的焊丝。
飞溅大。
不论采用什么措施，也只能使二氧化碳焊接飞溅减少到一定程度，但仍比手弧焊、氩弧焊大的多。
3.3二氧化碳气保焊操作
1、起弧
（1）保持干伸长不变。
（2）倒退引弧法，在焊道前端10—20mm处引弧。
（3）接头处磨薄，防止接头未熔和。
2、收弧
（2）在熔池边缘处收弧。
起弧与收弧工艺，虽然说CO2的起弧与收弧工艺简单，但若达到一定的质量要求，掌握规范的操作工艺是很必要的。
起弧工艺：
起弧之前在焊丝端头与母材之间保持一定距离的情况下，按下焊枪开关。
在起弧时，保持干伸长度稳定。
起弧处由于工件温度较低，又无法象手工焊那样拉长电弧预热，所以应采用倒退引弧法，使焊道充分熔和。
收弧工艺：
CO2焊收弧时，应保持干伸长度不变，并把燃烧点拉到熔池边缘处停弧，焊机自完成回烧、消球、延时气保护的收弧过程。
3、操作方法
（1）左焊法（右→左）：
余高小，宽度大，飞溅小，便于观察焊缝，焊接过程稳定，气保效果好（有色金属必须用左焊法），但溶深较浅。
（2）右焊法（左→右）：
余高大，宽度小，飞溅大，便于观察熔池，熔深深。
（3）运枪方法：
锯齿形摆抢。
（4）平角焊不摆或小幅摆动。
（5）立角向上焊，采用三角形运枪。
（6）焊枪过渡：
熔池两边停留，在熔池前1/3处过渡。
（7）枪角度：
垂直于焊道，沿运枪方向成80—90°
角。
（8）试板：
间隙2.0—2.5mm，起弧点略小于收弧点。
无钝边，反变形1°
。
（9）予防缺陷：
防夹角不熔—烧透夹角。
防层间不熔—注意枪角度。
焊接参数
1、电流、电压
U2=14+0.05I2
焊接电流应根据母材厚度、接头形式以及焊丝直径等，正确选择焊接电流。
短路过渡时，在保证焊透的前提下，尽量选择小电流，因为当电流太大时，易造成溶池翻滚，不仅飞溅大，成型也非常差。
焊接电压必须与电流形成良好的配合。
焊接电压过高或过低都会造成飞溅，焊接电压应伴随焊接电流增大而提高，应伴随焊接电流减小而降低，最佳焊接电压一般在1-2V之间，所以
焊接电压应细心调试。
电流过大：
弧长短、飞溅大，有顶手感觉，余高过大，两边熔合不好。
电压过高：
弧长长、飞溅稍大，电流不稳，余高过小，焊逢宽，引弧易烧导电
2、干伸长度
焊丝伸出导电咀的长度为干伸长度，一般经验公式为10倍的焊丝直径I=10d。
规范大时，略大。
规范小时，略小。
干伸过长：
焊丝伸出长度太长时，焊丝的电阻热越大，焊丝熔化速度加快，易造成焊丝成段熔断，飞溅大，熔深浅，电弧燃烧不稳。
同时气保护效果不好。
干伸过短：
易烧导电嘴。
同时，导电嘴发热易夹丝。
飞溅物易堵塞喷嘴。
熔深深。
电流200A以下200~350A350~500A
干伸长度10~15mm15~20mm20~25mm
3、气体流量L=（10—12）dL/min
过大：
产生紊流，造成空气侵入，产生气孔。
过小：
气保护不好。
风速≤2m/s时不受影响。
风速≥2m/s时应采取措施。
①加大气体流量。
②采取挡风措施。
注意：
当发生漏气时，会使焊缝出现气孔，必须处理漏气点，不能用加大流量的方法补充。
4、电弧力
当不同板厚、不同位置、不同规范，不同焊丝，选择不同的电弧力。
电弧硬、飞溅大。
电弧软、飞溅小。
5、压紧力
过紧：
焊丝变形，送丝不稳。
过松：
焊丝打滑，送丝慢。
6、电源极性
直流反极性：
熔深大，飞溅小，焊缝成型好电弧稳定，且焊缝含氢量低。
直流正极性：
在相同条件下，焊丝熔化速度快。
是反极性的1.6倍，熔深浅，余高大，飞溅很大。
在堆焊、铸铁补焊、高速焊时采用。
7、焊接速度
焊接速度对焊缝内部与外观的质量都有重要影响，当电流电压一定时：
焊速过快：
熔深、熔宽、余高减小，成凸型或驼峰焊道，焊趾部咬肉。
焊速过快时，会使气体保护作用受到破坏，易产生气孔。
同时焊逢的冷却速度也会相应加快，因而降低了焊逢金属的塑性和韧性。
并会使焊逢中间出现一条棱，造成成型不良。
焊速过慢：
熔池变大，焊道变宽，焊趾部满溢。
焊速慢易排出熔池中的气体。
因过热造成焊缝金属组织粗大或烧穿。
选择焊接参数应按以下条件：
焊缝外型美观，没有烧穿、咬边、气孔、裂纹等缺陷。
熔深控制在合适的范围内。
焊接过程稳定，飞溅小。
焊接时听到沙...沙的声音。
同时应具备最高的生产率。
CO2焊的焊接规范主要包括：
焊接电流、电弧电压、焊接速度和气体流量。
这些参数对焊丝的加热和熔化及焊缝成型都有很大影响。
第4章二氧化碳气体保护焊的飞溅
4.1飞溅产生的原因
二氧化碳气体保护焊最大缺点是飞溅大严重时达到30%-40%，短路过度飞溅主要发生在初期和末期。
短路初期；
熔滴和熔池的接触面积小，此时斑点压力将阻碍熔滴的过度，若此时电流过大飞溅焊丝容易产生粗大的熔滴，斑点力会将熔滴顶偏产生非轴向过度，从而出现大颗粒的飞溅金属，短路末期液桥发生缩颈。
在短路电流作用下，缩颈液桥金属被迅速加热，最后导致液桥液桥金属发生气化爆炸。
产生飞溅引起原因很多，从电源动特性分析不仅短路电流速度会影响飞溅同时焊接过程中的短路峰值电流过大、电弧重燃和灭弧、瞬间短路、断路跳弧以及短路时间的分布情况等都会引起飞溅只有当弧焊电源的动特性合适才能获得良好的引弧、燃弧和熔滴过度状态。
（即电弧稳定、飞溅少）从而获得良好焊缝的质量。
4.2二氧化碳气体保护焊工艺特点
逆变二氧化碳气体保护焊焊机动特性可塑性强，为实现低飞溅和良好的焊缝成形。
先针对短路过渡过程，在短路初期，熔滴和熔池之间会形成小桥。
由于其直径很小电磁收缩力的作用将阻碍溶滴过度，所以应抑制电流上升。
使其保持一个较低值，以利于溶滴在熔池表面摊开。
如果此事电流上升太快将会使溶滴排开或小桥爆断，形成瞬时短路产生大滴飞溅。
下一阶段当溶滴摊开后，是电流迅速上升，以加速形成缩颈。
此时减小短路飞溅。
应使短路峰值尽可能小。
所以后期的电流上升速度减小，而在燃弧期间。
为了改善焊缝成形，应当提高燃弧能力。
4.3逆变二氧化碳气体保护焊焊机控制方案
好的电源动特性，主要为了配合所需的短路电流上升速度率。
在适当的短路峰值电流下实现过度，而这两个指标都是由回路电感决定的。
如果回路电感很大短路电流上升速率过慢，所能达到的短路峰值较小，短路液柱上的颈缩不能及时形成熔滴就不能顺利过渡到熔池中，情况严重时也会造成固体短路。
如果回路电感过小，由于短路电流上升速率过大和短路峰值电流过大，会使液柱在未形成颈缩就从内部爆断引起大量飞溅。
此外，从焊接线能量和焊缝成形方面也要求焊接电源有合适的回路电感。
使焊接有合适的燃弧时间和短路相配合通常整流焊机的直流电感根据焊接额定电流选择。
结论
（1）在小电流时短路电流上升速度是影响飞溅的主要原因。
电压恢复速度也较大，随短路电流上升速度的增加飞溅量减少，且在适当的短路电流上升速度和电压恢复速度越大飞溅量越小，短路电流峰值影响越小。
（2）在中等电流焊接时飞溅量测由电流上升速度、电压恢复速度和短路电流峰值综合影响。
（3）较大焊接电流时，由于存在着瞬时短路过渡。
随着电流增大，瞬时短路越来越明显，飞溅量急剧增大。
（4）当焊接电流增大到360A时已经没有短路过渡。
焊接过程中全为颗粒过渡飞溅量很小。
（5）瞬时短路是影响飞溅量的重要原因，因此需要减少瞬时短路的发生。
参考文献
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致谢
非常感谢赵彦文老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，他给了我耐心的指导和无私的帮助。
为了指导我们的毕业论文，他放弃了自己的休息时间，他的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向他表示我诚挚的谢意。
同时，感谢所有任课老师和所有同学在这三年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。
正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！
通过这一阶段的努力，我的毕业论文《二氧化碳气体保护电弧焊的飞溅》终于完成了，这意味着大学生活即将结束。
在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。
在本论文的写作过程中，我的赵彦文老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。
同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。
写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。
再次感谢老师和同学对我的极大帮助和鼓励。
（本资料素材和资料部分来自网络
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