二氧化碳气体保护焊的特点及焊接设备.docx

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二氧化碳气体保护焊的特点及焊接设备

一、二氧化碳气体保护焊的特点

二氧化碳气体保护焊属于活性气体保护焊的一种，称为MAG焊，简称CO2焊，是采用二氧化碳气体作为保护介质,来对熔池进行保护,在焊接时二氧化碳气体通过焊枪的喷嘴,并沿丝的周围喷射出来，在电弧周围形成二氧化碳气体保护层，将焊接电弧及熔池与空气隔离,从而避免了有害气体的进入，并且还能保证电弧的稳定燃烧以形成外观美观和优质的焊缝，特点如下：

（1）采用明弧操作便于观察熔池形成，使焊缝成形美观。

（2）二氧化碳价格低廉,其焊接成本低于其他焊接方法，相当于焊条或弧焊的1/3。

（3）二氧化碳焊可以采用较大的焊接电流密度，使焊丝的溶化度大大提高，熔敷率也随之提高,使焊接速度提高，二氧化碳焊又无焊渣，减少了清渣工作,特别是多层焊接时效率要比焊条电弧焊提高1倍~4倍。

（4）有较强的抗铸能力，二氧化碳焊对铁锈的敏感性不大，则焊缝中不易产生气孔。

（5）焊接变形较小，由于电弧集中焊件加热面积小，同时二氧化碳气流具有冷却作用，则对焊接区热影响和焊接变形较小，特别适用于焊接薄板。

（6）适用范围广，二氧化碳焊可进行各种位置的焊接，不仅适用于焊接薄板，而且还适用于零件磨损后修补堆焊等。

（7）二氧化碳的缺点为:

如使用大电流焊接时，焊缝裂面成形不美观、飞溅多，不能焊接容易氧化的有色金属，如铝、镁等材料，很难用交流电源进行焊接等。

二、二氧化碳焊接设备

二氧化碳焊接设备主要由焊接电源、送丝系统、焊枪供气系统和控制系统等组成的，焊接构成及焊接过程示意如图8-1所示。

1.焊接电源

二氧化碳焊是使用直流平外特性电源，电弧电压和电流的关系与陡降外特性相比完全不同，一般需专用电源（表8-1）。

二氧化碳焊有机械化和半机械化两种，按焊丝的直径又可分为细丝焊机和粗丝焊机，一般1.6mm以上为粗丝，以下为细丝。

2.送丝系统

送丝系统是保证送丝的平稳和均匀的重要部分，送丝系统应尽可能的简单，并尽可能的使实用方便和维修方便。

1）送丝方式

送丝方式有推拉式、推丝式和拉丝式3种，如图8-2所示。

（1）拉丝式将送丝机构和焊丝盘装在焊枪上焊枪结构复杂，比较笨重，但是焊枪的活动范围大，送丝系统由送丝电机、送丝滚轮及夹紧机构、送丝软管和减速器等组成。

（2）推丝式由送丝滚轮将焊丝推入送丝软管再经焊枪上的导电嘴送至电孤区,其结构简单、轻巧,是目前使用最为广泛的一种，但是对送丝软管的要求较高且不宜过长,焊枪的活动范围小。

（3）推拉式由定装在焊枪中的拉丝电机和送丝装置内的推丝电动机两者同步来完成，结构复杂，送丝稳定，送丝软管可达20mm-30mm,焊枪活动的范围大。

2）送丝机构

焊丝给送机构主要由软管、送丝滚轮、减速机构和调速器等组成。

（1）软管：

软管是焊丝传送给焊枪的主要通道。

软管是由弹簧管、电缆及塑料套管等部分组成。

弹簧管一般用弹簧钢丝绕制而成，也可以采用聚四氟乙烯软管。

弹簧管内孔应与焊丝很好地配合，以提供均匀稳定的送丝条件。

对推式送丝用的弹簧管内孔，一般要求不大于焊丝直径的0.5mm~4.0mm,软管的长度约3m。

对推拉式送丝的软管长度可放长到10m以上。

（2）送丝滚轮 ：

它的作用是将焊丝均匀稳定地通过软管及焊枪给送至电弧区。

滚轮的传动:

滚轮传动的形式（有单双主动轮传动）的优点是推力大，送线均匀而稳定，是目前送丝机构中常采用的滚轮传动形式。

（3）减速机构 ：

它主要包括电动机的减速器。

电动机必须具有足够大的功率和软硬的工作特性。

目前普遍使用微型直流电动机，送丝电动机的功率一般在30W~80W。

（4）调速器 ：

它主要用于改变焊丝给送速度，可以通过改变电动机的电枢电压来达到调速的目的。

目前采用调速的方法和种类很多，其形式有自耦变压器、闸流管、磁放大器以及可控硅调速等。

3.焊枪

二氧化碳气体保护焊的焊枪的作用主要有传导焊接电流、导送焊丝和传送二氧化碳气体，它又可分为半自动和自动两种焊枪。

（1）自动焊枪 ：

传送方式前面已经介绍，按选用的焊丝的直径可分为粗丝和细丝两种，而焊丝的冷却方式又可分为水冷和气冷两种，图8-3所示为半自动焊枪结构。

（2）自动焊枪根据所选用的焊丝的直径和冷却的方式可分为细丝气冷和粗丝水冷两种形式，如图8-4所示。

二氧化碳气体保护焊全自动焊枪的喷嘴一般为圆柱形，使二氧化碳气流从喷嘴中喷出，而且有一定的速效挺直变，以便更好地保护电弧及熔池。

对导电嘴的要求，首先要求其材料导电性好，耐磨性能好，而且熔点高，一般采用纯铜制作而成，对导电嘴的孔径和长度的要求如下:

孔径D与焊丝直径d的关系是d<2.Omm时，D=d+（0.1-0.3）（mm）；d=2-3mm时，D=d+（0.4-0.6）（mm）。

对导电嘴的长度的要求是不应大于25mm,长度增大，导电性能变好,但送丝阻力也增加了，长度太短，导电性能不好，尤其在磨损后会造成焊接电孤不稳定等缺陷。

4.供气系统

供气系统是将保存在钢瓶中的液态二氧化碳在需要时变成一定量的气态二氧化碳，供气系统主要包括二氧化碳气瓶，预热器、干燥器、减压器和流量计及电磁气阀等（图8-5）。

（1）二氧化碳气瓶，是用于贮存液态二氧化碳，瓶外有标示出二氧化碳气体,满瓶时气压为5MPa~7Mpa。

（2）预热器，当打开气瓶阀门时，液态的二氧化碳会挥发成气态，这个过程需要吸收大量的热能，从而使气体温度下降，为了防止气体中的水分在气瓶的出口处结冰，所以在减压前要对二氧化碳进行加热处理，即在供气系统中加装一个预热器，预热器的功率为75W-100W,供电电压为36V的交流电源（图8-6）。

（3）干燥器，是用于吸收二氧化碳气体中的水成分,干燥器有两种：

一种高压干燥器，在减压之前；另外一种是低压干燥器，在减压之后。

而干燥的选用主要根据气瓶中的二氧化碳的纯度和对焊接质量的要求而定，可以选用一个也可选用两个。

（4）减压器及流置计，减压器是将高压液态的二氧化碳变成低压的气态二氧化碳的过程,并保持二氧化碳气体有一定的压力，供气的过程必须稳定。

供给二氧化碳焊接中使用，流量计用于测最和控制气体的流量，通常用的流量计和减压器是一体的（图8-7）。

（5）电磁气阀，用于控制气体通断，按电源的种类可分为交流和直流两种，电磁气阀构造如图8-8所示。

常用的几种线圈工作电压与线圈系数（表8-2）。

5.控制系统

二氧化碳气体保护焊的控制系统是对送丝系统、供气系统和焊接电源进行控制及对焊机的行走小车进行控制。

（1）送丝控制系统是对送丝电机进行控制,并能够完成对焊丝的正常送给和停止工作，在焊接时能对焊丝进行手动调整。

（2）供气系统控制分为3步:

第1步提前送气4s~5s,这样可以排除引弧区周围的空气；第2步在焊接过程中保证气流均匀地传送；第3步收弧继续放气4s~5s以保护熔化属金属冷却和凝固。

（3）焊接电流的控制，引弧时可在送丝的同时接通焊接电源,收弧时为避免焊丝末端与熔池粘连而影响弧坑处的质量，应先停止送丝再切断电源，有时还要延时切断电源和采用电弧自动衰减装置以保护孤坑的质量等。

三、二氧化碳焊接参数

二氧化碳焊接参数影响焊接质量、效率和成本等因素，焊接参数需要根据焊件的厚度、材质和所焊接的位置进行正确的选择，二氧化碳焊接主要参数有焊丝直径和焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出的长度、直流回路电感值、二氧化碳气体流量和电源的极性等。

（1）焊丝的直径是根据焊件的厚度,材质和焊接的位置来进行选择的，如表8-3和表8-4所列。

（2）焊接电流的选择主要根据焊丝的直径来选择,焊接时对焊缝的形成影响较大，在同等情况下焊丝和焊件的直径和厚度不变而电流增大，会造成焊接熔深大，熔宽也增大，相应地也可提高焊接的速度。

而电流过大时，会产生烧穿和气孔及飞溅严重等缺陷，若电流太小会造成电弧不稳，不能焊透,焊缝形成差等缺点。

（3）电弧电压与焊接电流一样，都对焊缝的质量和外观的影响很大，电弧电压一般根据焊丝直径和焊接电流来选择，随着焊接电流的增大，电弧电压也会相应的增大，一般来说短路过度时电弧电压为18V-25V之间，如表8-3和表8-4所列，粗滴过渡时电弧电压为25V~40V。

（4）焊接速度是二氧化碳焊焊接过程的重要因素之一，它和焊接电流、电弧电压是焊接过程的三要素，焊接速度过快或慢都会对焊接产生坏的影响，一般焊接速度为每小时15m~40m之间。

（5）焊丝的伸出长度是指焊丝身材导电嘴的长度，当焊丝的伸出长度过长时，焊丝会容易发热或熔化，造成焊缝形成不美观或产生严重的飞溅等。

造成气体保护减弱，而当焊丝的伸出长度过短时就缩短了焊枪喷嘴于焊件之间的距离，从而使飞溅的熔化金属粘在喷嘴上，严重时会堵塞喷嘴影响气体保护能力，一般焊丝的伸出长度为焊丝直径的10倍。

（6）电源的极性：

由于二氧化碳的熔滴具有非轴向过渡的特点，为了减少飞溅和保持电弧稳定的燃烧，普通采用直接反接法，即焊件焊接电源的负极焊枪接焊接电源的正极。

当采用直流正接法时，由于焊丝熔化的速度加快，焊缝熔深较小，焊缝的余高较大，只用于堆焊和铸铁钢的补焊等。

气体流量的大小应根据焊接电流，电弧电压，焊接速度等因素而定，一把细丝二氧化碳焊的气体流量为5L/min~15L/min，粗丝二氧化碳焊的气体流量为15L/min~25L/min，通常情况下气流量略大些为宜。