CO2气体保护焊.docx

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CO2气体保护焊

气体保护焊的特点

　　1）采用明弧焊接，熔池可见度好，操作方便，适宜于全位置焊接。

并且有利于焊接过程中的机械化和自动化，特别是空间位置的机械化焊接。

　　2）电弧在保护气体的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池小，热影响区窄，焊件焊后的变形小，抗裂性能好，尤其适合薄板焊接。

　　3）用氩、氦等惰性气体焊接化学性质较活泼的金属和合金时，具有较好的焊接质量。

　　4）在室外作业时，必须设挡风装置才能施焊，电弧的光辐射较强，焊接设备比较复杂。

CO2气体保护焊工艺及设备

特点：

（1）焊接成本低CO2气体是酿造厂和化工厂的副产品，来源广，价格低，其综合成本大概是手工电弧焊的1/2。

（2）生产效率高CO2气体保护焊使用较大的电流密度（200A/mm2左右），比手工电弧焊（10-20A/mm2左右）高得多，因此熔深比手弧焊高2.2-3.8倍，对10mm以下的钢板可以不开坡口，对于厚板可以减少坡口加大钝边进行焊接，同时具有焊丝熔化快，不用清理熔渣等特点，效率可比手弧焊提高2.5-4倍。

　　（3）焊后变形小CO2气体保护焊的电弧热量集中，加热面积小，CO2气流有冷却作用，因此焊件焊后变形小，特别是薄板的焊接更为突出。

　　（4）抗锈能力强CO2气体保护和埋弧焊相比，具有较高的抗锈能力，所以焊前对焊件表面的清洁工作要求不高，可以节省生产中大量的辅助时间。

缺点：

由于CO2气体本身具有较强的氧化性，因此在焊接过程中会引起合金元素烧损，产生气孔和引起较强的飞溅，特别是飞溅问题，虽然从焊接电源、焊丝材料和焊接工艺上采取了一定的措施，但至今未能完全消除，这是CO2焊的明显不足之处。

CO2气体保护焊的分类

　　CO2气体保护焊按操作方法，可分为自动焊及半自动焊两种。

对于较长的直线焊缝和规则的曲线焊缝，可采用自动焊；对于不规则的或较短的焊缝，则采用半自动焊，目前生产上应用最多的是半自动焊。

CO2气体保护焊按照焊丝直径可分为细丝焊和粗丝焊两种。

细丝焊采用直径小于1.6mm,工艺上比较成熟，适宜于薄板焊接；粗丝焊采用的直径大于或等于1.6mm，适用于中厚板的焊接。

CO2气体保护焊的熔滴过渡

　　在常用的焊接工艺参数内，CO2气体保护焊的熔滴过渡形式有两种，即细颗粒过渡和短路过渡。

（1）细颗粒状过渡CO2气体保护焊采用大电流，高电压进行焊接时，熔滴呈颗粒状过渡。

当颗粒尺寸增加时，会使焊缝成型恶化，飞溅加大，并使电弧不稳定。

因此常用的是细颗粒状过渡，此时熔滴直径约比焊丝直径小2-3倍。

特点，电流大、直流反接。

（2）短路过渡CO2气体保护焊采用小电流，低电压焊接时，熔滴呈短路过渡。

短路过渡时，熔滴细小而过渡频率高（一般在250-300l/s）,此时焊缝成形美观，适宜于焊接薄件。

CO2气体保护焊的冶金特点

（1）CO2气体的氧化性CO2气体是氧化性气体，在电弧高温作用下会发生分解：

CO2=CO+0在电弧区中，约有40-60%的CO2气体被分解，分解出来的原子态氧具有强烈的氧化性。

使碳和其它合金元素如Mn、Si被大量氧化，结果使焊缝金属的机械性能大大下降。

CO2焊常用的脱氧措施是在焊丝中加入脱氧剂，常用的脱氧剂是Al、Ti、Si、Mn，而其中尤以Si、Mn用得最多。

在上述脱氧剂中单独使用任一种脱氧剂效果均不理想，所以通常采用Si、Mn联合脱氧。

（2）气孔CO2气体保护焊时，如果使用化学成份不合要求的焊丝、纯度不合要求的CO2气体及不正确的焊接工艺，由于CO2气流有一定的冷却作用，熔池凝固较快，很容易在焊缝中产生气孔。

……实践表明，在CO2气体保护焊中，采用ER50-6（原为H08Mn2SiA）等含有脱氧剂的焊丝焊接低碳钢、低合金钢时，如果焊前对焊丝和钢板表面的油污、铁锈作了适当的清理，CO2气体中的水分也比较少的情况下，焊缝金属中产生的气孔主要是氮气孔。

而氮来自空气的侵入，因此在焊接过程中保护气层稳定可靠是防止焊缝中产生氮气孔的关键。

CO2气体保护焊的工艺参数

　　CO2气体保护焊时，由于熔滴过渡的不同形式，需采用不同的焊接工艺参数

（1）短路过渡时的工艺参数短路过渡焊接采用细丝焊，常用焊丝直径为Φ0.6～1.2，随着焊丝直径增大，飞溅颗粒都相应增大。

短路过渡焊接时，主要的焊接工艺参数有电弧电压、焊接电流、焊接速度，气体流量及纯度，焊丝深出长度。

　　1）电弧电压及焊接电流电弧电压是短路过渡时的关键参数，短路过渡的特点是采用低电压。

电弧电压与焊接电流相匹配，可以获得飞溅小，焊缝成形良好的稳定焊接过程。

Φ1.2的一般参数为电压19伏；电流120～135。

　　2）焊接速度随着焊接速度的增加，焊缝熔宽、熔深和余高均减小。

焊速过高，容易产生咬边和未焊透等缺陷，同时气体保护效果变坏，易产生气孔。

焊接速度过低，易产生烧穿，组织粗大等缺陷，并且变形增大，生产效率降低。

因此，应根据生产实践对焊接速度进行正确的选择。

通常半自动焊的速度不超过0.5m/min,自动焊的速度不超过1.5m/min。

　　3）气体的流量及纯度气体流量过小时，保护气体的挺度不足，焊缝容易产生气孔等缺陷；气体流量过大时，不仅浪费气体，而且氧化性增强，焊缝表面上会形成一层暗灰色的氧化皮，使焊缝质量下降。

为保证焊接区免受空气的污染，当焊接电流大或焊接速度快，焊丝伸出长度较长以及室外焊接时，应增大气体流量。

通常细丝焊接时，气体流量在15～25L/min之间。

CO2气体的纯度不得低于99.5%。

同时，当气瓶内的压力低于1Mpa,就应停止使用，以免产生气孔。

这是因为气瓶内压力降低时，溶于液态CO2中的水分汽化量也随之增大，从而混入CO2气体中的水蒸气就越多。

　　4）焊丝伸出长度由于短路过渡均采用细焊丝，所以焊丝伸出长度上所产生的电阻热影响很大。

伸出长度增加，焊丝上的电阻热增加，焊丝熔化加快，生产率提高。

但伸出长度过大时，焊丝容易发生过热而成段熔断，飞溅严重，焊接过程不稳定。

同时伸出增大后，喷嘴与焊件间的距离亦增大，因此气体保护效果变差。

但伸出长度过小势必缩短喷嘴与焊件间的距离，飞溅金属容易堵塞喷嘴。

合适的伸出长度应为焊丝直径的10～12倍，细丝焊时以8～15mm为宜。

（2）细颗粒状过渡时的工艺参数细颗粒状过渡大都采用较粗的焊丝，Φ1.2以上。

下表给出几种直径焊丝的参考规范

　　焊丝直径（mm）1.21.62.0

　　最低电流（A）300400500

电弧电压（V）34～45

CO2气体保护焊焊接工艺

钢结构二氧化碳气体保护焊工艺规程

1适用范围

本标准适用于本公司生产的各种钢结构，标准规定了碳素结构钢的二氧化碳气体保

护焊的基本要求。

    注：

产品有工艺标准按工艺标准执行。

   1.1编制参考标准《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形成与尺寸》GB.985-88

   1.2术语

   2.1母材：

被焊的材料

   2.2焊缝金属：

熔化的填充金属和母材凝固后形成的部分金属。

   2.3层间温度：

多层焊时，停后续焊接之前，相邻焊道应保持的最低温度。

   2.4船形焊：

T形、十字形和角接接头处于水平位置进行的焊接.

   3焊接准备

   3.1按图纸要求进行工艺评定。

   3.2材料准备

   3.2.1产品钢材和焊接材料应符合设计图样的要求。

   3.2.2焊丝应储存在干燥、通风良好的地方，专人保管。

   3.2.3焊丝使用前应无油锈。

   3.3坡口选择原则

焊接过程中尽量减小变形，节省焊材，提高劳动生产率，降低成本。

   3.4作业条件

   3.4.1当风速超过2m/s时，应停止焊接，或采取防风措施。

   3.4.2作业区的相对湿度应小于90％，雨雪天气禁止露天焊接。

   4施工工艺

   4.1工艺流程

清理焊接部位

 检查构件、组装、加工及定位

 按工艺文件要求调整焊接工艺参数

 按合理的焊接顺序进行焊接

 自检、交检         焊缝返修

 焊缝修磨

合格

交检查员检查

     关电源           现场清理

  4操作工艺

  4.1焊接电流和焊接电压的选择

不同直径的焊丝,焊接电流和电弧电压的选择见下表

焊丝直径  短路过渡  细颗粒过渡

  电流（A）  电压（V）  电流（A）  电压（V）

0.8  50--100  18--21     

1.0  70--120  18--22     

1.2  90--150  19--23  160--400  25--38

1.6  140--200  20--24  200--500  26--40

  4.2焊速：

半自动焊不超过0.5m/min.

  4.3打底焊层高度不超过4㎜，填充焊时，焊枪横向摆动，使焊道表面下凹，且高度低于母材表面1.5㎜――2㎜：

盖面焊时，焊接熔池边缘应超过坡口棱边0.5――1.5㎜防止咬边。

  4.4不应在焊缝以外的母材上打火、引弧。

  4.5定位焊所用焊接材料应与正式施焊相当，定位焊焊缝应与最终焊缝有相同的质量要求。

钢衬垫的定位焊宜在接头坡口内焊接，定位焊厚度不宜超过设计焊缝厚度的2/3，定位焊长度不宜大于40㎜，填满弧坑，且预热高于正式施焊预热温度。

定位焊焊缝上有气孔和裂纹时，必须清除重焊。

4.9焊接工艺参数见表一和表二

表一:

  Φ1.2焊丝CO2焊对接工艺参数

接头形式  板厚  层数  焊接电流（A）  电弧电压（V）  焊丝外伸（mm）  焊机速度m/min  气体流量L*min  装配间隙（mm）

  6  1  270  27  12-14  0.55  10-15  1.0-1.5

  6  2  190210  1930  15  0.25  15  0-1

  8  2  120-130130-140  26-2728-30  15  0.55  20  1-1.5

  10  2  130-140280-300  20-3030-33  15  0.55  20  1-1.5

  10  2  300-320300-320  37-3937-39  15  0.55  20  1-1.5

  12     310-330  32-33  15  0.5  20  1-1.5

  16  3  120-140300-340300-340  25-2733-3535-37  15  0.4-0.50.3-0.40.2-03  20  1-1.5

  16  4  140-160260-280270-290270-290  24-2631-3334-3634-36  15  0.2-0.30.33-0.40.5-0.60.4-0.5  20  1-1.5

  20  4  120-140300-340300-340300-340  25-2733-3533-3533-37  15  0.4-0.50.3-0.40.3-0.40.12-0.15  25  1-1.5

  20  4  140-160260-280300-320300-320  24-2631-3335-3735-37  15  0.25-0.30.45-0.50.4-0.50.4-0.45  20  1-1.5

表二:

Φ1.2焊丝CO2气体保护焊T形接头

接头形式  板厚（㎜）  焊丝直径（㎜）  焊接电流（A）  电弧电压（v）  焊接速度（m/min）  气体流量（L/min）  焊角尺寸（㎜）

  2.3  Φ1.2  120  20  0.5  10-15  3.0

  3.2  Φ1.2  140  20.5  0.5  10-15  3.0

  4.5  Φ1.2  160  21  0.45  10-15  4.0

  6  Φ1.2  230  23  0.55  10-15  6.0

  12  Φ1.2  290  28  0.5  10-15  7.0

4.9.1控制焊接变形,可采取反变形措施.

4.9.2在约束焊道上施焊,应连续进行,因故中断,再施焊时,应对已焊的焊缝局部做预热处理.

4.9.3采用多层焊时,应将前一道焊缝表面清理干净后,再继续施焊.

4.9.4变形的焊接件,可用机械（冷矫）或在严格控制温度下加热（热矫）的方法,进行矫正.

5  交检

6  焊接缺陷与防止方法

缺陷形成原因  防止措施

焊缝金属裂纹

1.焊缝深宽比太大2.焊道太窄3.焊缝末端冷却快  1.增大焊接电弧电压,减小焊接电流2.减慢焊接速度3.适当填充弧坑

夹杂

1.采用多道焊短路电弧2.高的行走速度  1.仔细清理渣壳2.减小行走速度,提高电弧电压

气孔

1.保护气体覆盖不足2.焊丝污染3.工件污染4.电弧电压太高5.喷嘴与工件距离太远  1.增加气体流量,清除喷嘴内的飞溅,减小工件到喷嘴的距离2.清除焊丝上的润滑剂3.清除工件上的油锈等杂物.4.减小电压5.减小焊丝的伸出长度

咬边

1.焊接速度太高2.电弧电压太高3.电流过大4.停留时间不足5.焊枪角度不正确  1.减慢焊速2.降低电压3.降低焊速4.增加在熔池边缘停留时间5.改变焊枪角度,使电弧力推动金属流动

未融合

1.焊缝区有氧化皮和锈2.热输入不足3.焊接熔池太大4.焊接技术不高5.接头设计不合理  1.仔细清理氧化皮和锈2.提高送丝速度和电弧电压,减慢焊接速度3.采用摆动技术时应在靠近坡口面的边缘停留,焊丝应指向熔池的前沿4.坡口角度应足够大,以便减小焊丝伸出长度,使电弧直接加热熔池底部

未焊透

1.坡口加工不合适2.焊接技术不高3.热输入不合适  1.加大坡口角度,减小钝边尺寸,增大间隙2.调整行走角度3.提高送丝的速度以获得较大的焊接电流,保持喷嘴与工件的距离合适

飞溅

1.电压过低或过高2.焊丝与工件清理不良3.焊丝不均匀4.导电嘴磨损5.焊机动特性不合适  1.根据电流调电压2.清理焊丝和坡口3.检查送丝轮和送丝软管4.更新导电嘴5.调节直流电感

蛇行焊道

1.焊丝伸出过长2.焊丝的矫正机构调整不良3.导电嘴磨损  1.调焊丝伸出长度2.调整矫正机构3.更新导电嘴

某制造厂为一大型工程机械公司生产100多米高的塔式起重机等工程机械部件,这些部件均为焊接件,焊接工作量大,焊接质量要求较高,技术难度较大。

原采用焊条电弧焊，焊接变形大且难以控制,生产率低。

　　通过对CO2气保焊、富氩气保焊及焊条电弧焊进行对比工艺试验及评定,决定除对个别有外观要求的焊缝采用富氩气体保护焊外,其余均采用CO2气保焊。

生产实践证明,这样既保证了焊接质量,又提高了劳动生产率,降低了成本,取得了较好的经济效益。

　　1焊接接头情况及焊缝技术要求

　　1）焊接接头形式有对接接头、角接接头、T形接头及搭接接头,其中绝大部分是T形接头。

　　2）焊缝形式有对接焊缝及角焊缝,大部分为角焊缝,由于板厚不同,焊脚分别为6mm,8mm,10mm,12mm,15mm不等。

　　3）母材主要为碳素结构钢板Q2352A,规格有6mm,8mm,10mm,12mm,20mm,25mm等几种。

　　4）焊缝外观要求焊缝及热影响区表面不得有裂纹、气孔、夹渣、未熔合等缺陷。

焊缝形状尺寸符合图样要求,焊缝与母材平滑过渡。

部分焊缝要求超声波探伤合格。

　　2焊接试验

　　参照JB4708-2000《压力容器焊接工艺评定》,进行CO2气保焊、富氩气保焊、焊条电弧焊对接接头力学性能试验,T形接头角焊缝试验及CO2气保焊、富氩气保焊飞溅成形工艺性能,进行对比分析。

　　2.1对接接头力学性能试验

　　1）试验材料Q235-A,300mm×125mm×10mm,2块；焊条电弧焊开60V形坡口,CO2气保焊、富氩气保焊开45V形坡口,单面焊双面成形。

　　2）焊接方法及焊接材料焊条电弧焊,E4303,φ3.2mm,φ4mm；CO2气保焊、富氩气保焊焊丝ER50-6,5φL2；富氩气：

80%Ar+20%CO2。

　　3）检验内容外观检查,RT检验,力学性能试验（拉力试验、弯曲试验）。

　　2.2T形接头角焊缝试验

　　1）材料Q235-A，300mm×125mm×10mm，2块,不开坡口，单道焊。

　　2）焊接方法及焊接材料焊条电弧焊,焊条E4303，φ3.2mm；CO2气保焊、富氩气保焊,焊丝ER50-6,φL2mm；富氩气:

80%Ar+20%CO2。

　　3）检验内容外观检查,切取5个截面进行金相宏观检查。

要求断面无裂纹,无未焊透,无未熔合缺陷。

　　2.3T形接头角焊缝成形、飞溅试验试验条件同2.2,通过对比试验对CO2气保焊、富氩气保焊进行外观成形及飞溅大小进行评定。

　　3焊接试验结果分析

　　1）从对接接头焊缝力学性能试验可知,3种焊接方法的焊接接头外观检查符合要求,RT检验均高于Ê级合格,焊接接头的抗拉强度以富氩气保焊最高,CO2气保焊次之,焊条电弧焊最低,这是因为富氩气保焊氧化性较少,合金元素烧损较少所致,但它们均高于母材规定的最小值。

按规定的弯曲角,每个试件面弯、背弯各2个,弯曲试验合格。

这说明3种焊接方法及焊接工艺的焊接接头力学性能试验合格。

但富氩气保焊、CO2气保焊坡口角度较少,钝边较大,比焊条电弧焊生产率高,节省材料,成本低,焊接变形少。

这是因为气体保护焊焊丝较细,电流密度大,熔深大,电弧穿透力强,易焊透所致。

　　2）从T形接头角焊缝试验可知,3种焊接方法的熔深大小分别为:

富氩气保焊熔深略大于CO2气保焊,大于焊条电弧焊,每个试件的5个断面根部均未出现裂纹、未熔合、未焊透缺陷,宏观金相检验合格。

　　3）从T形接头角焊缝飞溅、成形试验可知,富氩气保焊的飞溅较小,最大飞溅颗粒直径大小为φ1.5mm～φ2mm,CO2气保焊飞溅稍大,最大飞溅颗粒直径为φ3mm～φ4mm；富氩气保焊焊缝表面较CO2焊波纹细密,成形美观。

　　综上所述:

3种焊接方法及焊接工艺均能满足力学性能要求及宏观金相要求。

但CO2气保焊、富氩气保焊,焊丝较细,电流密度大,热量集中,电弧穿透力强,熔深大,可以减少坡口角度,增加钝边厚度,节省材料,提高劳动生率,降低焊接应力与变形。

富氩气保焊较CO2气保焊成形美观,飞溅小,但成本较高。

所以除了对极小数外观要求较高的焊缝采用富氩气保焊外,其余均采用CO2气保焊。

　　4焊接工艺

　　4.1焊前准备

　　1）清除待焊部位及两侧10～20mm范围内的油污、锈迹等污物,并在焊件表面涂上一层飞溅防粘剂,在喷嘴上涂一层喷嘴防堵剂。

　　2）将CO2气瓶倒置1～2h,使水分下沉,每隔0.5h放水1次,放2～3次。

　　3）根据焊接工艺试验编制焊接工艺。

焊丝ER5026,φ1.0mm,φL2mm,焊机KRII350。

　　4）采用左焊法。

　　4.2焊接操作工艺

　　4.2.1对接焊缝操作工艺

　　1）由于CO2气保焊熔深大,在板厚小于12mm时均可用工形坡口（不开坡口）双面单道焊接。

对于开坡口的对接接头,若坡口较窄,可多层单道焊;若坡口较宽,可采用多层多道焊。

　　2）焊接过程中,焊枪横向摆动时,要保证两侧坡口有一定熔深,使焊道平整,有一定下凹,避免中间凸起,这样会使焊缝两侧与坡口面之间形成夹角,产生未焊透、夹渣等缺陷。

　　3）要控制每层焊道厚度,使盖面焊道的前一层焊道低于母材1.5～2.5mm,并一定不能熔化坡口两侧棱边,这样盖面时可看清坡口,为盖面创造良好条件。

　　4）盖面焊焊接时,焊前应将前一层凸起不平的地方磨平,焊枪摆动的幅度比填充层要大一些,摆动时幅度应一致,速度要均匀,要特别注意坡口两侧熔化情况,保证熔池边缘超过坡口两侧棱边,并不大于2mm,以避免咬边。

　　5）若每层用多道焊时,焊丝应指向焊道与坡口、焊道与焊道的角平分线位置,并且焊道彼此重叠不小于焊道宽度的1~3。

　　4.2.2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6～8mm的角焊缝,采用单层单道焊,焊枪指向（焊丝）距根部1～2mm处。

对于焊脚为6mm的焊缝,采用直线移动法焊接,对于焊脚为8mm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10～12mm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2～3mm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15mm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6～7mm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）经过试验及生产实践证明,CO2气保焊焊接头的力学性能、宏观金相检验均符合要求,而且CO2气保焊较焊条电弧焊坡口角度较小,钝边较大,焊接热影响区较窄,节省了材料和能源,提高了劳动生产率,提高了焊接质量,