二氧化碳气体保护焊基础知识.docx

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二氧化碳气体保护焊基础知识

二氧化碳气体保护焊机

一二氧化碳气体保护焊机

半自动二氧化碳气体保护焊机由焊接电源，送丝机构，控制系统，焊枪和气路系统组成。

1焊接电源

我们现在使用的焊接电源是逆变式焊接电源，型号是：

NBC-500N表示熔化极气体保护焊，B表示半自动焊，C表示CO2气体保护焊。

这种焊机的特点是节省材料，节省电能，效率高，噪声低。

逆变式焊机的动特性好，电弧稳定，焊缝成形美观。

2控制系统控制系统包括焊接工艺参数的控制和程序控制。

工艺参数的控制主要有焊接输出电流和电压的调节、送丝速度的调节和气体流量的调节等，保证焊接过程中隔工艺参数的稳定。

焊接程序控制的作用是：

1）控制焊接设备的启动和停止。

2）控制电磁气阀，实现提前送气和滞后停气，保护焊接区域金属不被氧化。

3）控制水压开关，控制冷却水流量。

4）控制引弧和息弧，引弧时可以慢送丝或回抽焊丝保证引弧过程可靠；息弧时可以用电流衰减或焊丝回烧填满弧坑避免焊丝与工件粘连。

3送丝系统送丝系统由送丝机、送丝软管等组成，我们采用的是推丝式送丝机构，特点是焊枪结构简单，操作方便。

4焊枪二氧化碳气体保护焊焊枪的作用是导电、导丝和导气。

5供气系统二氧化碳气体保护焊的供气系统由气瓶、预热器、干燥器、减压阀、流量计、电磁阀组成。

二氧化碳气体保焊

二.工艺特点:

1.CO2焊主要优点:

1）.生产率高2）.成本低3）.焊接变形和应力小4）.焊缝质量高5）.操作简便

2.不足之处:

1）.飞溅较大，并且表面成形较差，这是主要缺点。

2）.弧光较强，特别是大电流焊接时，电弧的光、热辐射均较强。

3）.不宜用交流电源进行焊接，焊接设备比较复杂。

4）.不能在有强风的地方进行焊接，不宜焊接容易氧化的有色金属。

4.应用范围

目前CO2焊主要用于低碳钢、低合金钢的焊接。

不仅能焊薄板，也能焊中、厚板，同时可进行全位置焊接。

除了应用于焊接结构件制造外，还用于修理，如堆焊磨损的零件以及焊补铸铁等。

三.CO2焊的熔滴过渡

（1）熔滴过渡类型

熔化极气体保护焊时，焊丝除了作为电弧电极外，其端不还不段受热熔化，形成熔滴并陆续脱离焊丝过渡到熔池中去。

熔化极气体保护焊的熔滴过渡形式大致有三种，即短路过渡、粗滴过渡、和喷射过渡。

（2）CO2焊熔滴过渡

CO2气体保护焊主要有两种熔滴过渡形式。

一是短路过渡，另一种是粗滴过渡。

而喷射过渡在CO2焊中是很难出现的。

当CO2焊采用细丝时，一般都是短路过渡，短路频率很高，每秒可达几十次到一百多次，每次短路完成一次熔滴过渡，所以焊接过程稳定，飞溅小，焊缝成形好。

而在粗丝CO2焊中，则往往是以粗滴过渡的形式出现，因此飞溅较大，焊缝成型也差些。

但由于电流比较大，所以电弧穿透力强，母材熔深大，这对中厚板的焊接是有利的。

3、CO2焊的气孔和飞溅

（1）气孔问题

CO2焊可能产生的气孔主要有：

1）CO2气孔。

2）氢气孔3）氮气孔氮气孔产生主要是因保护气层遭到破坏，大量空气侵入焊接区。

过小的CO2气体流量，喷嘴被飞溅物堵塞，喷嘴与工件距离过大，以及焊接场地有侧向风等都可能使保层被破坏。

因此，焊接过程中保证保护气层稳定可靠是防止焊缝中氮气孔的关键。

5、飞溅问题

飞溅是CO2焊的主要缺点，在粗滴过渡时，飞溅程度比短路过渡和喷射过渡焊接时严重得多，为提高生产率和质量，必须把飞溅降到最低程度。

1）冶金反应产生的飞溅2）极点压力引起的飞溅3）熔滴短路时引起的飞溅4）非轴向过渡引起的飞溅。

5）焊接工艺参数选择不当引起的飞溅

三、CO2焊工艺参数对焊接质量的影响

CO2焊的工艺参数包括焊丝直径，焊接电流，电弧电压，焊接速度，焊丝伸出长度，气体流量等，必须充分了解这些因素对焊接质量的影响，以便正确选择。

1、焊丝直径，应根据焊件厚度，焊缝空间位置及生产率的要求等条件来选择。

2、焊接电流，焊接电流对熔深，焊丝熔化速度及工作效率影响最大，焊接电流增大时、熔深、熔宽和余高都相应增加，焊接电流应根据工件厚度、焊丝直径，焊缝的空间位置选择，还与溶滴的过渡形式有关。

3、电弧电压，与焊接电流一样，对焊接质量影响相当大，电弧电压根据焊丝直径，焊接电流等来选择，随电流的增加，电弧电压也应增加，短路过渡时，电压为16－24Ｖ，粗滴过渡时24—40V，对应的焊接电流，短路过渡时50－230Ａ，粗滴过渡时230－500Ａ。

电弧电压对焊道外观、熔深，电弧稳定性，飞溅程度，焊接缺陷及焊缝的力学性能都有很大影响。

4、焊接速度，它的焊接电流，电弧电压是焊接热输入的三大要素，它对熔深和焊道形状影响最大，对焊缝的力学性能，以及是否产生裂纹和气孔有一定影响。

我厂规定的焊在速度在300－430mm/min。

5、焊丝伸出长度，焊丝伸出长度取决于焊丝直径，约为焊丝直径的10倍为宜，φ1.6的焊丝不宜超过20mm，φ1.2的焊丝不宜超过15mm，过长则飞溅严重，气体保护效果差，过短则易堵塞喷嘴，影响视线。

6、气体流量，根据焊接电流，电弧电压，焊接速度选择，φ1.2焊丝10-20升/分钟。

φ1.6焊丝15-25升/分钟。

7、电源极性，CO2焊必须使用直流电源，多采用直流反接。

8、回路电感，电感越大，短路电流的上升速度和峰值短路电流越小，液体金属过桥难以形成且不易断开，易产生大颗粒飞溅，电感越小，短路电流的上升速度和峰值电流越大，易产生较多的金属飞溅。

CO2焊中除上述参数外，焊枪角度，焊枪与母材的距离等，也对焊接质量有影响，焊接过程中各种因素对焊接质量的影响综合如下：

1）若焊枪向后倾斜：

①焊缝变宽，②余高小，②熔焊浅，④不易产生气孔，若向前倾斜则相反。

2）焊接速度增加，①焊缝狭窄，②余高小，③熔深小，④焊接速度过高则产生咬边，⑤飞溅增加。

3）导电嘴和母材间的距离增大，①在同样送丝速度情况下，电流减小，熔深减小，②焊缝容易弯曲。

4）喷嘴高度过高，①气体保护效果变坏，②易产生气孔若高度过低，③因飞溅容易堵喷嘴，④影响观察电弧和熔池。

5）焊接电流增大，①焊缝宽，②熔深大，③余高大，④飞溅颗粒小而少，⑤电流过大则焊缝成形不好。

6）电弧长度增大，①焊缝宽②余高小③熔深小④飞溅颗粒大

7）保护气体，①若流量小或风大则产生气孔②随气体种类不同而不同的电弧状态，焊缝形状、熔敷金属性质。

8）若焊丝直径太粗，①飞溅多②电弧不稳定③熔深小。

我厂对结构件焊接的要求

一、定位焊：

焊条E5015，焊条直径φ4，直流反接，焊接电流I=190-220A，回弧点焊法，焊条烘干，焊角高度K=5-8mm，焊缝长度30-50mm，当焊缝长度不足300mm，单侧定位焊缝长度不得少于两处。

E5015焊条在350-450°C烘干1-2h，存放在80-100°C低温烘箱中随用随取，在处存放3h后重新烘干，重复次数不超过3次。

当定位焊缝出现裂纹、气孔等其它缺陷时，必须清除，重新焊接定位焊缝。

二、焊接工序

1、焊道及焊道边缘清理干净，不允许有油、锈、水、渣等污物，清理焊道边缘单侧不得小于10mm。

2、主要结构件（前梁、顶梁、掩护梁、底座、前后连杆等）采用CO2气体保护焊。

3、焊接参数：

母材强度不大于Q460时，焊丝用H08MniSiA,焊接Q550时用60Kg级焊丝，焊丝直径φ1.6，直流反接，焊接电流I=340-380A，焊接电压U=34-39V，焊丝伸出长度15-25mm。

4、焊接Q550时，焊前工件要预热，预热温度150-180°C，当工件温度低于50°C时要重新加热。

结构件焊完后立即加180-230°C，保持30分钟。

5、焊接顺序：

先横缝后纵缝再立缝，由中心向处均分，对称焊接，大于1米的焊缝采用分中对称退焊法。

6、结构件主筋，筋板同底板相接处，焊角高度不小于12mm。

7、K≥12采用多层多道焊，波纹细密，弧坑填满。

所有焊缝均进行打底焊，然后成形焊。

8、应力集中处不允许引弧、收弧。

9、焊缝交接处应圆弧过渡

10、焊缝高度偏差，焊缝余高≤1+0.1B（B为焊缝宽度）11、角焊缝偏差a（mm），K为焊角高度。

K≤1212﹤K≤1414﹤K

焊缝过高1.01.5-2.02.5焊缝过低0.30.50.8焊缝不正1.02.02.5焊缝凹度≤0.5mm

焊缝及焊道成形

焊缝符号

国家标准规定，焊缝符号包括基本符号，辅助符号，补充符号和焊缝尺寸符号。

1、基本符号是表示焊缝横截面形状的符号。

我厂常用的有以下几种：

1）I型焊缝

2）V型焊缝

3）单边V型焊接

4）带钝边的V型焊缝

5）带钝边的单边V型焊

6）封底焊缝

7）角焊缝

8）塞焊缝或槽焊缝

2、辅助符号：

是表示焊缝表面特征的符号

1）平面符号

2）凹面符号

3）凸面符号

3、补充符号

是为了补充说明焊缝的某些特征面采用的符号

1）带垫板符号

2）三面焊缝符号

3）周围焊缝符号

4）尾部符号

4、焊缝尺寸符号:

是表示坡口和焊缝各特征尺寸的符号（P18）

1）工件厚度δ2）焊缝宽度c3）余高h4）焊脚尺寸k

焊接应力与变形

一、1、焊接应力：

是焊接结构由焊接产生的内应力。

焊接应为按作用于时间分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。

焊接瞬时应力是焊接过程中某一瞬时的焊接应力，它随着时间而变化。

焊接残余应力是焊后残后残余在焊件内的焊接应力。

2、焊接变形是焊件由焊接产生的变形。

焊后、焊件（或结构）残留的变形称为焊接残余变形，简称焊接变形。

3、焊接变形和焊接应力都是由于焊接的局部不均匀加热引起的，焊件在焊后若焊接变形较大，焊接残余应力就较小，若焊后焊接变形较小，则焊接残余应力较大。

二、焊接变形：

1、焊接变形的种类：

焊接变形主要有收缩变形，弯曲变形（也叫挠曲变形）角变形，波浪变形和扭曲变形等几种。

2、焊接变形的危害

焊接变形对焊接结构的制造和使用的主要影响有：

1）降低结构形状尺寸精度和美观。

2）组件部件焊后产生的焊接变形，降低整体结构的组对装配质量，其至发生强力组装，从而影响焊接质量。

3）矫正变形要降低生产率，增加制造成本，并降低接头性能。

4）降低结构的承载能力。

3、焊接变形的影响因素和控制措施

1）影响焊接变形大小因素有：

①焊缝在结构中的位置，②焊缝的长度和坡口形式，③焊接结构和钢性，④焊性结构的装配焊接顺序，⑤焊接工艺参数，⑥焊接操作方法，⑦结构材料的膨胀系数。

2）控制焊接变形的措施

（1）设计措施

①选择合理的焊缝尺寸和形状，②尽可能减少焊缝数量，③合理地安排焊缝位置。

（2）工艺措施

①反变形法，②刚性固定法，③选择合理的装焊顺序，④选择合理的焊接方法和焊接参数。

4、矫正焊接变形的方法

（1）机械矫正法

（2）火焰加热矫正法

机械矫正是将焊件中尺寸较短部分通过施加外力的作用，使之产生塑性延展，从而达到矫正变形的目的。

适用于低碳钢等塑性较好的材料。

火焰加热矫正是将焊件中尺寸较长的部分通过火焰局部加热，利用压缩时发生的塑性变形和冷却时的收缩变形从而达到矫正变形的目的。

火焰加热有三种方式：

点状加热，线状加热和三角形加热。

火焰矫正法适用于低碳钢，16Mn等不易淬火钢,不适用于淬硬倾向较大的易淬火钢,也不适用于奥氏体不锈钢.

焊接残余应力

1、焊接残余应力的分类

1）按产生的原因，主要分为热应力和相变应力。

另外还有拘束应力和氢致集中应力。

2）按应力在空间的方向分为单向应，双向应力和三向应，其中三向应力在结构中的危害最大。

2、焊接应力对结构的影响。

1）焊接应力会引起热裂纹和冷裂纹。

2）焊接残余应力促使接触腐蚀介质的结构在使用时发生应力腐蚀，产生应力腐蚀裂纹，也会引起应力腐蚀低应力脆断。

3）焊接残余应力降低结构的承载能力。

4）较大的焊接残余应力影响构件的机械加工精度和尺寸稳定。

5）在结构的应力集中部位，结构刚性拘束大的部位。

焊接缺陷多的部位，存在接伸焊接残余应力，会降低结构使用寿命，并易导致低应力脆断事故发生。

因此对于塑性较差的高强钢结构，低温下使用的结构，刚性拘束大的厚壁容器，存在较大的三向拉伸残余应力结构。

焊接接头中存在着难以控制和避免的微小裂纹和结构，通常均应采取消除焊接残余应力措施，以提高结构的使用寿命，并防止低应力脆性破坏事故发生。

3、减小焊接残余应力的措施。

在结构设计和焊接方法确定的情况下，通常采用工艺措施来减少焊接残余应力。

（1）采用合理的焊接顺序和方向。

1）应尽量使焊颖的纵向收缩和横向收缩比较自由，不受到较大的拘束。

2）先焊结构中收缩量大的焊缝。

3）焊接平面上的交叉焊缝时，应采用保证交叉点不易产生缺陷，刚性拘束较小的焊接顺序。

4）先焊工作时受力较大的焊缝，使焊接应力分布合理。

1）采用小线能量焊接2）采用整体预热法3）锤击法4）减少氢的措施及消氢处理。

减少氢致集中应力的措施：

1）选用低氢的碱性焊条和焊剂。

2）焊条和焊剂应在规定的较高的烘干温度下进行烘干。

3）清除焊丝和坡口表面及两侧的水、油、锈。

4）控制环境温度。

5）焊后立即对焊缝进行消氢处理。

6）用加热减应区法减小焊接应力。

4、消除焊接残余应力的方法

（1）热处理法

通过消除应力退火或高温回火（对易淬火钢说的，焊后易产生淬硬组织）的焊后热处理方法利用高温时金属材料屈服点下降和蠕变现象来松弛焊接残余应力。

消除应力退火（或是高温回火）是将构件缓慢地均匀加热到一定温度（对于碳钢和低碳钢为600~650ºC左右），然后报文一段时间（随厚度而定，钢按每毫米1~2分钟计算，但最短不小于30分钟，最长不必超过3小时）最后随炉冷却或冷却到300~400ºC后在空气中冷却。

高温回火是生产中行之有效的消除残余应力的方法。

同一种金属材料，回火温度越高，保温时间越长，残余应力就消除得越彻底。

（2）加载法

加载法是利用力的作用使焊接接头拉伸残余应力区产生塑性变形从而松弛焊接残余应力的方法。

1）机械拉伸法2）温差拉伸法3）振动法

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