二氧化碳气体保护焊主要特点Word格式.docx

二氧化碳气体保护焊主要特点Word格式.docx

《二氧化碳气体保护焊主要特点Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二氧化碳气体保护焊主要特点Word格式.docx（65页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

浅析CO2气体保护焊焊接电源特性的构成

CO2气体保护焊是以CO2气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法。

由于CO2源丰富、价格低廉等原因，在现代生产和工程中应用已经很普遍。

CO2气体保护焊机的工艺性能（电弧的稳定性、焊接飞溅和焊缝成形等）都直接受焊接电源特性的影响。

所以CO2气体保护焊要求使用平硬特性的直流电源，并具有良好的动特性，是有科学依据的。

一、CO2气体保护焊的工艺特点分析

CO2气体保护焊具有焊接效率高、抗锈能力强、焊接变形小、冷裂倾向小、熔池可见性好、以及适用于全位置焊接等优点。

究其不足主要是：

很难使用交流电源，焊接飞溅多。

特别是采用短路过渡形式时，在焊接过程会产生大量的金属飞溅。

造成大量金属的损失，使熔敷率降低，焊后清理工作量增加。

同时，飞溅的产生降低了电弧的稳定性，严重影响焊接质量。

此外采用短路过渡的CO2体保护焊还存在焊缝成形差的工艺缺点。

主要表现为焊缝表面不光滑、熔深浅、焊缝成形窄而高，容易出现未熔合的焊接缺陷。

所以要使CO2气体保护焊在工业生产中得以广泛推广和应用，则必须解决和控制这些工艺问题。

二、CO2气体保护焊中短路过渡的工艺分析

CO2体保护焊中短路过渡的初期和后期都会产生飞溅。

每次燃弧时，电弧会冲击熔池而产生飞溅；

当焊丝熔化形成熔滴与熔池接触，液桥还没有铺展开时，由于接触面积小，电流密度大，而发生汽化和爆炸产生“瞬时短路”飞溅；

当熔滴与熔池短路金属液桥铺展开时，在液态金属的表面张力、重力、以及流过液桥的电流所产生的电磁收缩力的作用下，形成液桥缩径并急剧减小，短路电流密度剧增，使液态金属在瞬间发生汽化和爆炸而产生飞溅。

同时，液桥金属的汽化和爆炸，不仅产生飞溅，还会引起熔池的剧烈震荡，从而导致焊缝成形不良和电弧的稳定性降低。

焊接时对母材的加热的热源主要是燃弧能量。

CO2气体保护焊过程中，短路时间占了很大的比例，且短路过程几乎不会给母材提供热能。

其燃弧时间比其它焊接工艺都短，所以导致对母材的加热不足，从而造成焊缝余高大、焊缝窄、熔深浅、未熔合等焊缝成形缺陷。

三、CO2气体保护焊焊接电源特性的构成

从上述对CO2气体保护焊短路过渡特点的分析可知，焊接电弧的工艺效果将取决于电源特性的不同。

电源特性包括电源静特性和动特性。

1、焊接电源的静特性构成

焊接电源的静特性即电源输出电压与输出电流之间的变化关系，表达这一关系的曲线称为电源静特性曲线。

不同的焊机有不同的静特性，分别有平硬特性和下降特性。

电源静特性的确定离不开焊接电弧的特性（在弧长不变状态下，电弧电压与电弧电流之间的关系）。

电弧具有很高的动态响应，故一般可以认为电弧动态特性与其静态特性相同，其静特性曲线呈U形。

U形曲线分为下降段、水平段和上升段，CO2气体保护焊的电弧静特性处于上升段。

电源静特性与电弧特性的交点，为焊接电弧的工作点，图1为两种电源特性和电弧负载特性曲线图，图中P1是平硬特性，P2是下降特性。

CO2气体保护焊过程有两种负载状态：

熔滴短路时为电阻状态，其特性为L1；

燃弧时为压缩电弧状态，其特性为L2。

现在我们来分析哪一种电源静特性适合于CO2气体保护焊。

图一

对于静特性分别为P1，P2的焊接电源（图1），如果焊接电流均为IH，在短路负载L1的状态下，由于静特性曲线斜率不同，平硬特性的焊机输出短路电流IS1比下降特性的焊机输出短路电流IS2高得多，所以平硬特性P1的焊机的短路液桥爆断电流和焊接飞溅比下降特性焊机要大。

在燃弧状态下，即电弧特性为L2，平硬特性的焊机输出电流和电弧电压最低，即IA1＜IA2，UA1＜UA2,所以下降特性焊机具有较大的熔深和较好的焊缝成形。

一般工艺条件下，都希望增加燃弧能量和改善焊缝成形，但要使CO2气体保护焊能适应全位置焊接，就要求燃弧能量不能太大。

如果燃弧能量太大，则液体金属容易流淌，那么，在进行立焊、横焊、仰焊时就难以控制熔滴的下淌，所以不能采用下降的电源静特性。

CO2气体保护焊中，依靠弧长变化引起的电流和焊丝熔化速度的变化，使弧长得到恢复。

电弧这种自调作用的强弱，会影响电弧长度在干扰下的恢复能力和弧长的稳定性。

恢复电弧长度的决定因素，是焊接电流和焊丝熔化速度的变化量。

而不同的电源静特性曲线决定了焊接电流的变化量不同。

也就是说，电源静特性将影响弧长调节的灵敏度。

图2所示，P1是平硬特性，P2下降特性。

当电弧受到外界干扰，使弧长从正常电弧长度L0变短为L1，则平硬特性P1焊机输出电流增加了△I2，则焊丝熔化速度增快，使弧长恢复正常。

故平硬特性P1焊机的电流和焊丝熔化速度变化量较大，弧长恢复到正常值所需时间短；

同样，当电弧长度变化至L2时，平硬特性焊机的电流和焊丝熔化速度的变化量也比下降特性P2焊机大，其恢复时间较短。

故无论是弧长变短还是变长，平硬特性焊机总比下降特性焊机的弧长恢复时间短，电弧自调性能更好。

所以CO2气体保护焊焊接电源的静特性应选平硬特性。

图二

2、焊接电源动特性的构成

所谓弧焊电源的动特性，是指焊接电源对焊接电弧这样的动负载所输出的电流和电压与时间的关系，是衡量焊接电源对负载瞬变的反应能力。

对CO2气体保护焊来说，由于存在金属熔滴的短路过渡，使负载状态常在燃弧和短路之间切换。

并且，从燃弧到短路以及从短路到燃弧的过渡过程，造成输出电流和电压的瞬时变化，对焊接飞溅和焊缝成形都存在着重大的影响。

焊接飞溅受到电源动特性直接影响的原因是：

短路电流峰值的高低和增长率的快慢直接受焊机动态反应快慢的影响。

若动态响应太快，则短路电流峰值过高，增长率过快，在短路液桥形成之前，就引起爆断和飞溅，而形不成短路过渡形式，这种飞溅的特点是频率较高、颗粒小；

若动态响应太慢，则短路电流增长率慢，峰值小，电流生产的磁收缩力不足以保证短路液桥的顺利过渡，短路过渡时间长，产生的飞溅特点是：

频率较低，颗粒粗大。

因此，要求焊接电源要具有恰当的短路电流增长速度，以避免较大的飞溅。

短路电流对焊接接头的加热、焊缝的熔深和成形的作用不大，影响焊缝的熔深和成形主要是燃弧能量，即燃弧的电流和电压。

由于焊接时存在短路过程，故电源电压不能太高，则稳态时的燃弧电流较小，所

总之，从熔滴过渡形式、焊接工艺特点、电弧自身调节作用、电弧静特性与焊接电源静特性的匹配情况几方面的分析探讨可知，动特性良好、静特性为平硬特性的直流焊接电源，最适合的CO2气体保护焊焊接电源。

　　1、co2气体保护焊由于熔池小、热影响区窄，因此焊后工件变形小，焊缝质量好。

　　2、生产率高。

另外焊后不需清渣，故生

产率可比手工电弧焊高1-4倍。

　　3、焊接成本低。

二氧化碳气体来源广，价格低，co2保护焊的成本只有手工电弧焊的40%-50%左右。

　　4、适用范围广。

可进行各种位置的焊接。

　　5、操作性能好。

因其为明弧焊，可以看清电弧和熔池情况。

便于掌握和调整。

二、焊接规范参数的选择

　　在用co2气体保护焊焊接薄板时，焊接规范一般采用比较小的，即较低的电弧电压和较小的焊接电流，因此，熔滴呈短路过渡。

主要的规范参数有：

电弧电压，焊接电流，焊接回路电感，焊接速度，气体流量以及焊丝干伸长等。

1、电弧电压及焊接电流。

　　电弧电压是焊接规范中关键的一个参数。

它的大小决定了电弧的长短，决定了熔滴的过渡形式。

实现短路过渡的条件之一是保持较短的电弧长度。

所以就焊接规范而言，短路过渡的一个重要特征是低电压。

　　确定电弧电压数值时，要考虑和焊接电流之间的匹配关系。

在一定的焊丝直径及焊接电流下，电弧电压若过低，电弧引燃困难，焊接过程不稳定。

电弧电压过高，则由短路过渡转变成大颗粒的长弧过渡，焊接过程也不稳定。

只有电弧电压与焊接电流匹配得较合适时，才能获得稳定的焊接过程，并且飞溅小，焊缝成形好。

当电流小于300A时，焊接电压与电流遵循以下：

U=0.04I+16（+-）1.5

2、焊接回路电感。

　　焊接回路电感直接影响着短路电流的增长速度。

因此，调节焊接回路电感，就可以调节短路电流的增长速度，从而控制电弧的燃烧时间，控制母材的熔深。

3、焊接速度。

　　焊接速度过快会引起焊缝两侧咬肉，焊接速度过慢则容易产生烧穿和焊缝组织粗大等缺陷，因此为了保证焊缝的质量，需要选择合适的焊接速度。

4、焊丝干伸长。

　　由于短路过渡焊接所采用的焊丝都比较细，因此焊丝干伸长度上产生的电阻便成为焊接规范中不可忽视的因素。

随着焊丝干伸长度增加，焊丝上的电阻热增大，焊丝熔化加快，从提高生产率上看这是有利的，但是当焊丝干伸长度过大时，焊丝容易发生过热而成段熔断，飞溅严重，焊接过程不稳定。

焊丝干伸长度过小势必缩短喷嘴与工件间的距离，飞溅金属容易堵塞喷嘴。

5、气体流量。

　　在焊接电流较大，焊接速度较快，焊丝干伸长度较长以及在室外作业等情况下，气体流量要适当加大，以使保护气体有足够的挺度，提高其抗干扰的能力。

但是，气体流量过大，保护气流的紊流度增大，反而会将外界空气卷入焊接区，使保护效果变差，甚至在焊缝中引起气孔。

可根据施工的环境条件调整使用的气流量及保护措施。

6、电源极性。

　　co2电弧焊在焊接薄板时一般都是采用直流反接（反极性），即焊件接阴极，焊丝接阳极。

因为采用反极性，飞溅小，电弧稳定，成形较好。

综合以上分析，我们采用了如下的焊接规范：

　　通过多年的实践co2气体保护焊技术已成功地应用于公司结构、管道的焊接，提高了公司生产效益和质量，大大增强了公司的市场竞争力。

co2气体保护焊的优越性得到了充分的证实，也为公司焊接提供了宝贵的经验。

CO2焊产生飞溅的原因有哪些？

在CO2焊中，大部分焊丝熔化金属可过渡到熔池，有一部分焊丝熔化金属飞向熔池之外，飞到熔池之外的金属称为飞溅。

特别是粗焊丝CO2气体保护焊大参数焊接时，飞溅更为严重，飞溅率可达20%以上，这时就不可能进行正常焊接工作了。

飞溅是有害的，它不但降低焊接生产率，影响焊接质量，而且使劳动条件变差。

由于焊接参数的不同，CO2焊具有不同的熔滴过渡形式，从而导致不同性质的飞溅。

其中，可分为熔滴自由过渡时的飞溅和短路过渡时的飞溅。

（1）熔滴自由过渡时的飞溅 

熔滴自由过渡时的飞溅主要形式，在CO2气氛下，熔滴在斑点压力的作用下上挠，易形成大滴状飞溅。

这种情况经常发生在较大电流焊接时，如用直径1.6mm焊丝、电流为300～350A，当电弧电压较高时就会产生。

如果再增加电流，将产生细颗粒过渡，这时飞溅减小，主要产生在熔滴与焊丝之间的缩颈处，该处的电流密度较大使金属过热而爆断，形成颗粒细小的飞溅。

在细颗粒过渡焊接过程中，可能由熔滴或熔池内抛出的小滴飞溅。

这是由于焊丝或工件清理不当或焊丝含碳量较高，在熔化金属内部大量生成CO等气体，这些气体聚积到一定体积，压力增加而从液体金属中析出，造成小滴飞溅。

大滴过渡时，如果熔滴在焊丝端头停留时间较长，加热温度很高，熔滴内部发生强烈的冶金反应或蒸发，同时猛烈地析出气体，使熔滴爆炸而生成飞溅。

另外，在大滴状过渡时，偶尔还能出现飞溅，因为熔滴从焊丝脱落进入电弧中，在熔滴上出现串联电弧，在电弧力的作用下，熔滴有时落入熔池，也可能被抛出熔池而形成飞溅。

（2）熔滴短路过渡时的飞溅 

短路过渡时的飞溅形式很多。

飞溅总是发生在短路小桥破断的瞬时。

飞溅的大小决定于焊接条件，它常常在很大范围内改变。

产生飞溅的原因目前有两种看法，一种看法认为飞溅是由于短路小桥电爆炸的结果。

当熔滴与熔池接触时，熔滴成为焊丝与熔池的连接桥梁，所以称为液体小桥，并通过该小桥使电路短路。

短路之后电流逐渐增加，小桥处的液体金属在电磁收缩力的作用下急剧收缩，形成很细的缩颈。

随着电流的增加和缩颈的减小，小桥处的电流密度很快增加，对小桥急剧加热，造成过剩能量的积聚，最后导致小桥发生气化爆炸，同时引起金属飞溅。

另一种看法认为短路飞溅是因为小桥爆断后，重新引燃电弧时，由于CO2气体被加热引起气体分解和体积膨胀，而产生强烈的气动冲击作用，该力作用在熔池和焊丝端头的熔滴上，它们在气动冲击作用下被抛出而产生飞溅。

试验表明，前一种看法比较正确。

飞溅多少与电爆炸能量有关，此能量主要是在小桥完全破坏之前的100～150μs时间内积聚起来的，主要是由这时的短路电流（即短路峰值电流）和小桥直径所决定。

小电流时，飞溅率通常在5%以下。

限制短路峰值电流为最佳值时，飞溅率可降低到1%左右。

在电流较大时，缩颈的位置对飞溅影响极大。

所谓缩颈的位置是指缩颈出现在焊丝与熔滴之间，还是出现在熔池与熔滴之间。

如果是前者，小桥的爆炸力推动熔滴向熔池过渡，而后者正相反，小桥爆炸力排斥熔滴过渡，并形成大量飞溅，最高可达25%以上。

冷态引弧时或在焊接参数不合适的情况下（如送丝速度过快而电弧电压过低，焊丝伸出长度过大或焊接回路电感过大等）常常发生固体短路。

这时固体焊丝可以直接被抛出，同时熔池金属也被抛出。

在大电流射滴过渡时，偶尔发生短路，由于短路电流很大。

所以将引起十分强烈的飞溅。

根据不同熔滴过渡形式下飞溅的不同成因，应采用不同的降低飞溅的不同成因，应采用不同的降低飞溅的方法：

1）在熔滴自由过渡时，应选择合理的焊接电流与焊接电压参数，避免使用大滴排斥过渡形式；

同时，应选用优质焊接材料，如选用含C量低、具有脱氧元素Mn和Si的焊丝H08Mn2SiA等，避免由于焊接材料的冶金反应导致气体析出或膨胀引起的飞溅。

2）在短路过渡时，可以采用（Ar+CO2）混合气体代替CO2以减少飞溅。

如加入φ（Ar）=20%～30%的Ar。

这是由于随着含氩量的增加，电弧形态和熔滴过渡特点发生了改变。

燃弧时电弧的弧根扩展，熔滴的轴向性增强。

这一方面使得熔滴容易与熔池会合，短路小桥出现在焊丝和熔池之间。

另一方面熔滴在轴向力的作用下，得到较均匀的短路过渡过程，短路峰值电流也不太高，有利于减少飞溅率。

在纯CO2气氛下，通常通过焊接电流波形控制法，降低短路初期电流以及短路小桥破断瞬间的电流，减少小桥电爆炸能量，达到降低飞溅的目的。

通过改进送丝系统，采用脉冲送丝代替常规的等速送丝，使熔滴在脉动送进的情况下与熔池发生短路，使短路过渡频率与脉动送丝的频率基本一致，每个短路周期的电参数的重复性好，短路峰值电流也均匀一致，其数值也不高，从而降低了飞溅。

如果在脉动送丝的基础上，再配合电流波形控制，其效果更佳。

采用不同控制方法时，焊接飞溅率与焊接电流之间的关系。

二氧化碳气体保护焊有哪些主要特点?

用二氧化碳气体作为保护气体的电弧焊接方法：

（1）二氧化碳气体价廉易得，而且消耗电能少，是一种既经济，又便于自动化生产的焊接方法。

一般情况下，二氧化碳气体保护焊的成本仅为手工电弧焊的37%-42%，为埋弧焊的40%。

（2）生产效率高。

焊接电流密度大，焊丝熔化率高，母材熔透深度大，对于10毫米左右的钢板，可以不开坡口直接焊接，焊后渣很少，一般可不清渣，焊接质量稳定

（3）电流密度大，电弧热量集中，焊接后工件变形较小。

（4）对油、锈的敏感程度较小，可减少工件和焊丝的清理工作量。

（5）二氧化碳焊的焊缝金属含氢量小，焊接低合金高强度钢时，产生冷裂纹的倾向小。

二氧化碳气体保护焊气孔问题

1、CO2气体保护焊的气孔主要是由母材焊接表面的清洁度（油、氧化物）等造成的。

2、还有就是气体的纯度

3、也有可能是气体中的水分太多，看看你的气体的纯度

也有可能是CO气孔，主要是密集型，柱状的

4、这是因为，用于保护焊接区域不受空气侵害的CO2气体大都是酿酒厂或酒精厂的副产品，不可避免地含有或多或少的水分或其它含氢物质，同时混合气体中的氩气也常含有水分。

如果保护气体中的水分和其它含氢物质的总含量超过一定限度，那么焊缝金属中氢气孔的产生将是必然的。

但是，如果保护气体中的水分和其它含氢物质的含量按相关标准要求被控制在一定的范围内，那么CO2气体保护焊和富氩混合气体（80%Ar+20%CO2）保护焊焊缝金属中一般不会产生很多的氢气孔。

这是因为CO2气体在电弧高温下将发生分解反应（CO2=CO+O），分解出来的原子态氧具有较强的氧化性，与气相中的[H]反应生成不溶于液体金属的OH，从而有效地阻止焊缝中氢气孔的产生。

而使用纯CO2气体保护则会产生CO气孔