第五章NBC系列CO2气体保护焊.docx
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第五章NBC系列CO2气体保护焊
第五章NBC系列CO2气体保护焊
§5－1CO2气体保护焊的特点及基本工作原理
一、CO2气体保护焊的特点
CO2气体保护焊是使用活性气体CO2作为保护气体的熔化极气体保护焊方法，和其他焊接方法相比，其特点和优点主要有以下几点：
1、节省能源，焊接成本低。
生产效率比焊条电弧焊高1～3倍。
2、焊接变形小，采用短路过渡形式时，可用于立焊、仰焊、全位置焊接。
3、对油和锈的敏感性很低，电弧可见性好，操作简单，容易掌握。
二、CO2气体保护焊对电源特性的要求
1、电源的外特性：
由于CO2电弧的静特性是上升的，所以平特性电源和降特性都可以满足电源---电弧稳定条件。
一般都采用等速送丝机与平特性电源。
2、电源的动特性：
在短路过渡焊接时有较好的动态品质是指：
一是要有足够大的短路电流上升速度、短路电流峰值、焊接电压恢复速度，二是焊丝成分及直径不同时，短路电流增长速度可以自行调节。
三、CO2气保焊的气孔。
CO2电弧焊时，由于熔池表面没有熔渣盖覆，CO2气流又有较强的冷却作用，因而熔池金属凝固比较快，但其中气体来不及逸出时，就容易在焊缝中产生气孔。
可能产生的气孔主要有3种：
一氧化碳气孔、氢气孔和氮气孔。
1、一氧化碳气孔：
产生CO气孔的原因，主要是熔池中的FeO和C发生还原反应：
如果焊丝中含有足够的脱氧元素Si和Mn，以及限制焊丝中的含碳量，就可以抑制上述的还原反应，有效地防止CO气孔的产生。
2、氢气孔：
如果熔池在高温时溶入了大量氢气，在结晶过程中又不能充分排出，则留在焊缝金属中形成气孔。
电弧区的氢主要来自焊丝、工件表面的油污及铁锈，以及CO2气体中所含的水分。
所以，焊前要适当清除工件和焊丝表面的油污及铁锈，尽可能使用含水分低的CO2气体。
CO2气体中的水分常常是引起氢气孔的主要原因。
3、氮气孔：
来源：
一是空气侵入焊接区；二是CO2气体不纯。
产生氮气孔的原因是保护气层遭到破坏，大量空气侵入焊区所致。
造成保护气层失效的因素有：
过小的CO2气体流量；喷嘴被飞溅物部分堵塞；喷嘴与工件的距离过大，以及焊接场地有侧向风等。
因此，适当增加CO2保护气体流量，保证气路畅通和气层的稳定、可靠，是防止焊缝中氮气孔的关键。
另外，工艺因素对气孔的产生也有影响。
电弧电压越高，空气侵入的可能性越大，就越可能产生气孔。
焊接速度主要影响熔池的结晶速度。
焊接速度慢，熔池结晶也慢，气体容易逸出；焊接速度快，熔池结晶快，则气体不易排出，易产生气孔。
四、CO2焊的电弧电压对焊接过程的影响。
电弧电压是指从导电嘴到工件之间的电压，通常在标准焊机配置的情况下（输出电缆长度为3m或5m）焊机输出电压和电弧电压的大小很接近，两者之间差值不到1V。
一般就把焊机输出电压当成电弧电压。
电弧电压是一个主要的工艺参数，其大小将影响焊接过程的稳定性、熔滴过渡特点、焊缝成形和焊接飞溅等。
短路过渡时弧长较短，并具有均匀密集的短路小桥破断的爆炸声。
随着电弧电压的增加，弧长增加，这时短路小桥破断的爆炸声不规则，同时飞溅明显增加；若进一步增加电弧电压，一直可以达到无短路过程。
相反，随着电弧电压的降低，弧长变短，出现较强的短路小桥破断的爆炸声，进而还可以引起焊丝与熔池的固体短路。
短路过渡时焊接电流一般在200A以下，这时，对应于某一焊接电流，合适的电弧电压范围较窄，其变化范围一般仅为2－3V，电弧电压与焊接电流之间的关系可以以下式表示：
U=0.04I+16±2
细丝的电弧电压与焊接电流的匹配关系如图5－1所示。
立焊和仰焊时的电弧电压都比平焊时低些。
这是由于在较低的电弧电压下，当熔滴形成较小尺寸时就可与熔池短路，从而避免了熔滴的飘摆，保证了短路过渡的可靠性。
图5－1
当焊接电流在200A以上时，即使采用较小的电弧电压，也难以获得稳定的短路过程，这时的电弧电压往往较高。
电弧电压与焊接电流之间的关系可用下式表示：
U=0.04I+20±2
这时基本上不发生短路，飞溅较小且电弧稳定，成为带有偏熔特点的射滴过渡形式。
如果焊接电缆需要加长时，焊接电源的输出电压值需相应增加。
电弧电压对焊缝成形的影响十分明显。
如图5－2所示，不论是小电流（短路过渡区）还是大电流（射滴过渡区）时，焊缝成形的规律大致相同。
通常电弧电压高时熔深变浅，熔宽明显增加，余高减小，焊缝表面平坦。
相反，电弧电压低时，熔深变大，焊缝表面变得窄而高。
图5－2
五、药芯焊丝CO2气体保护焊
CO2气体作为焊接保护气体有着突出的优点：
它能良好地对焊接熔池起保护作用，在CO2气体中燃烧的电弧热效率高，因而焊丝熔化速度快，母材熔深大，生产率高。
但CO2焊又有其固有的缺点：
焊接飞溅大、焊缝成形差。
药芯焊丝CO2焊采用气－渣联合保护的焊接方法克服了CO2气体保护焊的缺点，它有以下一些优点;
由于药芯成分改变了纯CO2电弧气氛的物理、化学性质，因而飞溅小，且飞溅颗粒细，容易清除。
又因熔池表面覆盖有熔渣，所以焊缝成形类似焊条电弧焊，比用纯CO2时美观。
与焊条电弧焊相比，由于CO2电弧的热效率高，加上焊接电流密度比焊条电弧焊大（可达100A/mm2），所以焊丝熔化快，生产率可为焊条电弧焊的3－5倍。
又由于熔深大，焊接坡口可以比焊条电弧焊时小，钝边高度则可以增大。
在焊接角焊缝时药芯焊丝CO2焊的熔深可比焊条电弧焊大50％左右，这既节省了填充金属的使用量，又可提高焊接速度。
调整粉剂的成分就可焊接不同的钢种，而不像冶炼实芯焊丝那样复杂。
在堆焊研究试验和生产中尤其方便。
由于焊接熔池受到CO2气体和熔渣方面的保护，所以抗气孔能力比实芯焊丝CO2电弧焊强。
§5－2奥太NBC系列CO2气体保护焊机
一、奥太NBC系列CO2气体保护焊机简介
奥太NBC系列（IGBT）焊机为半自动焊机，继承了CO2的诸多优点，是一种新型高效节能直流焊接电源。
该焊机适用于Φ0.8～Φ1.6mm直径的实心及药芯焊丝。
目前，NBC系列焊机电流规格有250、350、500、630，有NBC-Ⅱ（通用）、NBC-Ⅲ（数字化）、NBC-C（加长线）、NBC-B（100%负载持续率）、NBC-X（具有手弧焊）、NBC-Z（管道自动焊）、NBC-205Y（一体化）等系列。
二、奥太NBC系列CO2气体保护焊机的输出特性
三、功能介绍（以NBC-Ⅱ为例）
1、焊机前面板：
NBC-Ⅱ系列焊机前面板如图所示：
（1）电感调节旋钮：
可改变焊接稳定性、
熔深和飞溅量。
（2）焊接电缆接线端子（＋）：
接送丝机
焊接电缆，采用直流反接。
（3）状态选择开关：
气检位置：
电磁阀开启，
可检查CO2气体流量；丝检位置：
与按下
焊枪开关相同，正常位置：
焊机处于正常
工作状态。
（4）控制方式选择开关：
非自锁位置：
按下焊枪开关可正常焊接，松开开关即停止焊接，适合于短焊缝焊接；：
自锁位置：
按下焊枪开关，引弧成功后，可松开开关正常施焊，再次按下焊枪开关，则转入前面板旋钮设定的较小的收弧规范，松开开关停止焊接，适合于长焊缝焊接。
2、焊机后面板：
如图所示：
（1）、加热电源输出插座（AC36V）：
接CO2气体调节器的加热线圈。
3、控制器：
该控制器装在送丝机上，面板如图所示。
（1）电流调节旋钮：
用于调节焊接电流。
（2）手动送丝按钮：
用于快速送丝。
（3）电压调节旋钮：
用于调节焊接电压。
四、设备安装和使用
图5－8工作接线图
本焊机体积小，重量轻，易于搬运，可随焊工流动作业。
如能自
备小车，则移动更加方便。
放置焊机的位置只要保证地面平坦即可。
NBC-Ⅱ系列焊机外部电气连接如图5－8所示。
§5－3CO2气体保护焊机的焊枪
一、气冷、水冷焊枪
焊枪是焊机工作的主要部件，采用气冷或水冷焊枪取决于焊接电流大小以及保护气体。
半自动CO2焊机在断续负载情况下电流达600A仍可使用气冷焊枪；若采用Ar或N2作保护气体，200A以下可以使用气冷枪电流，超过200A须采用水冷焊枪。
二、焊枪接口：
常见的有松下、欧式接口等，详见图5－9。
图5－9焊枪接口图
三、焊枪分类
1、拉丝式焊枪
拉丝式焊枪主要用于细焊丝（焊丝直径为0.4—0.8mm）,其结构如图2所示,其零件明细表见表2所示。
与推丝焊枪一样，它也具有送电，送气和送丝的功能，但是结构形式有很大差别，拉丝式焊枪除送电和送气是从外部输入外，送丝部分都安装在枪体上。
送丝部分包括微电机，减速器，送丝轮和焊丝盘等。
还有的厂家把电磁气阀也安装在枪体上。
这样一来，必然使枪体过重，不便操作。
为此焊枪的设计原则是应尽量减轻枪体重量和增强其灵活性。
从实际应用的拉丝焊枪来看，其结构特点为：
1）一般均做成手枪式。
2）结构紧凑，组成部件小。
3）引入焊枪的管线小，焊接电缆较细，尤其是其中没有送丝软管，所以管线柔软，操作灵活，在配用不同长度电缆时，活动半径可延伸至10米甚至更远的距离。
由于拉丝枪只用于细丝，焊接电流都较小，所以这时不需要水冷。
图2
表2拉丝焊枪零件明细表
序号
名称
序号
名称
序号
名称
1
2
3
4
5
6
枪筒总成
减速器总成
压臂组件
电机总成
枪壳
焊丝盘
7
8
9
10
11
丝盘轴
护板组件
导电板
镙盖
电缆
12
13
14
15
16
17
胶套
开关
螺钉、螺母
透明罩
自攻螺钉
2、推丝送丝机的焊枪
1）推丝式焊枪有两种形式，一种是鹅颈式焊枪，另一种是手枪式焊枪。
平焊缝宜采用鹅颈式焊枪，手枪式焊枪送丝阻力较小，但焊枪中心不位于手把部分，操用时不够灵活。
而鹅颈式焊枪，重心在手把部分，操作比较灵活，但鹅颈弯曲也有较大影响，通常鹅颈弯曲角度为35°-65°，角度太小时操作不便，而角度太大时，送丝阻力增大。
2）根据冷却方式不同，焊枪又分为空冷式和水冷式。
二氧化碳焊枪多用空冷式，而MIG/MAG焊枪小电流时用空冷，大电流时用水冷。
空冷鹅颈式焊枪结构如图1所示。
图中示出焊枪部分，软管和与送丝机的连接器。
焊枪长度约为340mm，鹅颈部分的曲率半径为R130，鹅颈弯角为55°。
连接器包含三个通道，一为送丝通道，二为送丝管，三为二芯控制线。
零件明细表见表1所示。
这里应注意，焊枪外露部分除喷嘴为金属外，其余均为绝缘材料。
而喷嘴也由于与绝缘套相连而不带电。
这样一来就能可靠的防止焊枪与工作接触时打火。
3）按额定电流分：
160A，200A，250A，350A，400A，500A，600A。
图1
表1鹅颈式焊枪及电缆零件明细表
序号
名称
规格
序号
名称
规格
1a
1
2
3
4
5
6
7
8
9
锥喷嘴
直喷嘴
导电嘴
分布器
绝缘体
枪颈
密封圈
前接头
前枪壳
前胶套
10
11
12
13
14
15
16
17
18
开关
扳机
后胶套
控制线插头
接头锁母
进气接头
后枪壳
后接头
导丝嘴
水冷鹅颈式焊枪的组成类似于空冷焊枪，不同的是水冷焊枪的枪体部分通有循环冷却水，所以它除有前面各部分之外，还应有进水管与回水管。
不过往往将焊接电缆放置在进水管内，这样可以加强电缆的冷却和减少电缆断面尺寸。
四、焊枪配件（推丝式送丝机焊枪配件）：
1、送丝软管：
见右图5－12
a.钢丝绕制
不同焊丝直径的软管内径不同。
b.聚四氟乙烯、尼龙、特氟龙制成。
规格：
Φ0.8、Φ1.0、Φ1.2、Φ1.6。
送丝弹簧管易污染和损坏，应定期
清洗和更换，所以一线式软管中的弹簧
管可以方便地更换。
2、导电嘴：
见下图5－13
规格：
Φ0.8、Φ1.0、Φ1.2、Φ1.6
图5－13NBC焊枪导电嘴图
图5－11NBC焊枪送丝软管图
焊丝直径与送丝管内径的配匹值
焊丝直径/mm
0.8、1.0
1.0、1.4
1.4、2.0
2.0、3.5
送丝软管内孔径/mm
1.5—1.8
1.8—2.2
2.0—3.2
3.0—5.0
3、气筛：
见右下图
4、喷嘴：
见下图
NBC焊枪喷嘴图NBC焊枪气筛图
五、使用推丝焊枪和拉丝焊枪的注意事项
1、爱护焊枪，不要摔焊枪。
2、更换标准的导电嘴，即焊枪厂家的导电嘴。
如果导电嘴不标准，头太细，孔不光滑，孔大小不合适等，都会严重地影响送丝和焊接效果。
3、枪头要标准，如果更换不标准的枪头，很容易松动，接触不良，发热就很严重。
有时候拉丝焊枪头太长，顶住了送丝轮，使得送丝轮转动不畅，电机发热严重，容易烧坏电机，磨坏送丝轮。
4、拉丝焊枪的送丝轮与压丝轮都应该是带V形槽的齿轮。
如果送丝轮换成简易压花轮，再配上光滑的压丝轮，就很容易打滑，容易磨损，从而出现送丝不稳。
5、导电嘴端头离喷嘴不能太深，否则焊丝干伸长太长，再加上有时为了观察焊缝而抬高电弧，所以造成电弧不稳，成型不好。
标准是焊丝干伸长应该为焊丝直径的10倍左右。
6、不要用力拉扯控制线。
为了防止热的工件和焊丝烫坏，控制电缆一般采用橡套电缆，受力太大容易拉断。
7、应该用工具清理枪头喷嘴的飞溅物，不要直接摔枪头，否则会摔松枪头。
8、调节压丝轮的压力不要太大，否则增加了阻力反而使得送丝不畅，而且电机消耗功率变太大，易于烧坏。
9、拉丝焊枪的电机发热：
温升30°属正常，夏天环境温度加30°就已经很烫，如果出现前面所说的情况，电机发热就会太厉害，甚至烧坏。
10、送丝焊枪的送丝软管：
送丝软管的规格与焊枪的规格是对应的，250A、350A、500A焊枪的送丝软管是不同的。
送丝软管使用不当也会明显地影响送丝稳定性和焊接效果。
11、如果焊丝不标准，粗细不均或直径不标准，都会出现送丝不稳或送丝不畅的现象。
12、质量不好的导电嘴受热发涨，或者较长时间燃烧，会使得孔变小。
在使用现场曾经发现，送丝不畅的现象，将导电嘴扩孔后问题得到解决。
13、气冷焊枪的负载持续率一般为60%，例如：
500A的气冷焊枪连续使用的电流应该在350A以下，否则会发热严重，甚至烧坏。
对于使用焊接电流比较大的客户，应该特定特制的500A气冷焊枪，枪头加粗，电缆加粗。
§5－4NBC系列焊机的维修
一、故障统计表
故障现象
故障原因
排除方法
焊接电弧不稳
1送丝不稳
1）送丝轮槽磨损或焊丝直径不匹配
2）送丝轮压力不够
3）送丝软管堵塞或接头处有硬弯或不匹配
4）导电嘴孔径太大或太小
5）送丝软管弯曲半径小于400mm
2三相电源的相间电压不平衡
3电网电压缺相
4焊工操作或规范选用不当
5连接处接触不良
6二次侧极性接反
7导电嘴磨损
更换与焊丝直径相匹配的送丝轮
调整压力
清理软管中的尘埃、铁粉更换软管
更换合适孔径的导电嘴
展开送丝软管
检查输入电压加大供电电源容量，不与其他大功率用电装置共用同一线路
检查输入线、空气开关等部件
正确施焊，重新选用焊接规范
检查各导电连接处是否松动
改变错误接线
更换导电嘴
焊缝产生
气孔
或凹坑
1工件、焊丝粘有油污或生锈表面不清洁
2气体成分不纯、含水量大
3CO2（或Ar）气体流量太小
4气体保护不好，空气进入焊接区
5喷嘴上粘有飞溅物，保护气流不畅
6CO2气体质量太差
7喷嘴与焊接处距离太远
8焊枪漏气
清理工件、焊丝上的油污、锈迹
换气
检查气路、气体调配是否合适
采取保护措施
清除喷嘴上飞溅物，涂抹硅油
采用高纯度CO2气体
保持合适的焊丝干伸长进行焊接
更换焊枪
空载电压过低
焊接电压低
1电网电压过低
2三相电源缺相
3主控板坏
420040模块坏
5谐振电容失效，容量低
避开用电高峰，加大变压器输入
检查并接好
更换
更换
更换
焊丝成蛇行状
1焊丝干伸长过长
2焊丝矫直装置调整不合适
保持合适的干伸长
重新调整
送丝电机不转
不送丝
1送丝机控制电缆断或接触不良
2控制电路板坏
3送丝电机坏
4送丝轮打滑
5焊丝与导电嘴熔合
6送丝轮与导电嘴间焊丝卷曲
7焊枪开关损坏、断线
8送丝软管堵塞
9挤丝
检查并修复
更换电路板
更换电机
调整送丝轮压力
更换导电嘴
剪除该段焊丝，重新装焊丝
修复或更换
清理送丝软管
剪断重装焊丝
焊丝与导
电嘴熔合
1引弧时送丝太慢或规范不好
2焊丝干伸过长
3导电嘴磨损
调节焊接规范
保持合适的干伸长
更换导电嘴
喷嘴与工作间引弧
1飞溅在喷嘴间堆积
2喷嘴绝缘层烧损
清理飞溅
更换喷嘴接头
焊接电流、电压无法调节
1送丝机控制电缆断或接触不良
2控制电路板坏
3焊机内分流器两端导线断
4主回路断线或接触不良
5调节电位器坏
6IGBT断路
7副边二极管坏
8谐振电容坏
9电流互感板坏
修复或更换送丝机电缆
更换控制板
连接断线
压紧螺丝、连接断线
更换电位器
更换IGBT
检查
检测
检测
CO2气体不流出或无法关断
1气路堵塞：
1）减压表冻结、表坏
2）电磁阀进气口有异物堵塞
3）飞溅物阻塞气嘴
2电磁阀失灵：
1）电磁阀被异物顶起常通
2）阀内弹簧卡住无法吸合
3）电磁阀断线或电磁阀坏
3控制板坏
4气路严重漏气
5气瓶压力太低
接通预热或更换表
清理进气口
清理喷嘴飞溅物
打开阀清理
打开更换弹簧
检查并处理
更换控制板
更换破损气管
更换气瓶
CO2气体调节器不加热
1加热电缆断或短路
2气体调节器坏
3加热电源热敏电阻坏
修复加热电缆
更换调节器
更换热敏电阻
开机后，指示灯不亮
1电源缺相
2空气开关坏
3保险丝断
4电源变压器坏
检查电源
更换空气开关
更换保险丝
更换电源变压器
焊接过程中，空气开关自动断电
1长期过载运行
2空气开关、IGBT、压敏电阻坏
3三相整流模块坏
4机内线间短路
按照焊机负载率使用
更换空气开关、IGBT、压敏电阻
更换三相整流模块
检查并处理
显示不正常或不显示
1送丝机控制电缆连接不好或断线
2主控板坏
3显示板坏
4保险管坏
5电源变压器坏
6船行开关位置错
7缺相
检查并处理
更换
更换
更换
更换
调整位置
检查并处理
焊枪或电缆过热
1焊接电流超过焊枪许用负载持续率
2冷却水压不足或管道不畅或漏水
3导电嘴未拧紧
4回路电缆接触不良
选择合适焊枪
提高水压、疏通关路、修补漏水处
紧固部件
紧固部件
接通焊机电源，空气开关立即跳闸
1空气开关坏
2压敏电阻损坏
3三相整流桥坏
4IGBT模块坏
5控制板坏
更换空气开关
更换压敏电阻
更换三相整流桥
更换IGBT模块
更换控制板
熔深浅、焊缝成型太高
1电流太小、电压太低、电感太小
2焊丝干伸长太长，或导电嘴短。
3极性接反
4焊丝太细，焊件太厚
5控制板坏
适当调整焊接规范
减小干伸长
负极接工件
更换焊丝
更换控制板
焊接过程中快送丝
1焊枪开关接触不良
2误触手动送丝按钮
3主控板坏
更换
焊接时飞溅大
爆丝、成形差
1电流、电压的规范不合适
2焊丝直径是否过粗
3焊枪角度是否过大
4、是否有磁偏吹
5、保护气体不纯
6、电感调节的太小
7、导电嘴短
8、焊丝干伸长太长
9、工件表面处理不好
10、主控板故障
11、焊机内部连线接触不良（信号反馈线）
合适的焊接规范
调整角度
检查
更换高纯气体
调节电感
采用标准导电嘴（45mm）
减小干伸长
清理干净表面
更换
检查
二、故障分析要点
1、电弧不稳
①不能稳定焊接：
输入电源线连接可靠、输出线是否连接可靠正确、焊接规范、焊枪的导丝管导电嘴异常、气体流量、焊机内部连线是否连接可靠、主控板。
②焊接时经常出现爆丝现象：
输出线是否连接可靠正确、焊机内部连线是否连接可靠、主控板、电流互感板上采样电阻阻值变大（NBC-500:
6.2Ω/NBC-350:
10Ω）。
③间断性断弧:
输出线是否连接可靠正确、焊枪的送丝软管导电嘴异常、焊机内部连线是否连接可靠（信号反馈线）、主控板。
2、焊机检修前的检查点：
（1）焊机前面板各开关位置是否正确，面板元件是否损坏。
（2）三相电源的线电压是否在340V～420V范围内；是否有缺相。
（3）焊机电源输入电缆的连接是否正确可靠。
（4）焊机接地线是否正确可靠。
（5）焊接电缆接线是否正确，接触是否良好，电缆是否破损。
（6）气路是否良好，CO2气体调节器是否正常。
三、小结：
经过对以往维修记录分析，发现在实际维修时，多以附件出现问题较多，因为CO2气体保护焊机相对附件较多：
送丝机、焊枪、流量计、控制电缆来共同构成半自动系统，只要我们能够正确分清各个部件的功能，问题将会迎刃而解。
比如：
1、供气问题：
我们可以从源头气瓶查起，检查是否有气，看看流量计压力，气体纯度，检查流量计是否损坏，查看气管是否堵塞或者漏气，检查电磁阀是否有动作，焊枪是否有漏气的地方，经过对整个气路的检查，基本上能够解决。
2、送丝问题：
送丝问题较为复杂，除了送丝通道，包括：
丝盘是否受阻，送丝轮是否合适，压丝轮压力是否合适，送丝软管是否堵塞、有硬弯，导电嘴孔径是否太小，是否磨损，焊丝是否弯曲等；还有控制部分的问题，包括：
控制电缆是否接触不良、断线，控制板送丝电路是否出现问题，焊枪开关是否损坏，送丝电机是否损坏，电流调节电位器是否损坏等，这些问题对送丝都会产生影响。
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