活化CO2气体保护焊的研究

活化CO2气体保护焊的研究

冯海江

（唐山玉联机电有限公司河北唐山064100）

摘要：本文以CO2气体保护焊的概述为基础，着重分析了CO2气体保护焊各工艺参数对其焊接的影响，以实际为出发点对CO2气体保护焊焊缝裂纹的分类及控制措施进行了探讨。

关键词：GMAW；CO2气体保护焊；焊接

一、前言

二氧化碳气体保护焊已经由单一的CO2气体实芯焊丝发展到混合气体药芯焊丝。因具有工作效率高、生产成本低、熔透性好、焊接变形小等优点，被广泛应用于工业制造中。本文就活化CO2气体保护焊进行了探讨。

二、CO2气体保护焊的概述

CO2气体保护焊俗称：二氧焊、二保焊、气保焊，是利用CO2气体作为电弧介质并保护焊接区域的焊接方法，属于熔化极气体保护焊，英文缩写GMAW。1953年由前苏联研发。

CO2气体保护焊的优点：工作效率是手工电弧焊的1～3倍，最高可达到4倍。生产成本是手工电弧焊的50%。熔透性好，一次熔深可达到10mm，探伤合格率可达到95%。焊缝抗裂性好，因为CO2气体是氧化性气体，由于氧化作用，大大降低了焊缝中氢的含量。由于保护气体的压缩降低了焊接热输入（线能量），因而降低了焊接变形。

CO2气体保护焊缺点：设备比较复杂，价格较昂贵。焊接飞溅较多，如果焊接电流、电弧电压、操作手法不正确时飞溅十分严重，且清渣困难。室外作业性差，当现场风速超过2m/s时应作防护措施或停止施焊。氧化性大，只适合于碳素钢，低合金钢的焊接。

三、CO2气体保护焊各工艺参数对其焊接的影响

焊接工艺参数对焊接质量和焊接生产率有很大的影响。为了获得优质的焊接接头，必须先搞清楚各焊接工艺参数对焊接的影响。

1、焊丝直径

焊丝直径对焊接过程的电弧稳定、金属飞溅以及熔滴过渡等方面有显著影响。随着焊丝直径的加粗则熔滴下落速度相应减小。随着焊丝直径的加粗，则相应减慢送丝速度，才能保证焊接过程的电弧稳定。随着焊丝直径加粗，焊接电流、焊接电压、飞溅颗粒等都相应增大，焊接电弧越不稳定，焊缝成形也相对越差。

2、焊接电流

焊接电流除对焊接过程的电弧稳定、金属飞溅以及熔滴过渡等方面有影响外，还对焊缝宽度、熔深、余高有显著影响。通常随着焊接电流的增加，电弧电压会相应增加一些。因此随着电流的增加，焊缝熔宽和余高会随之增大一些，而熔深增大最明显。但是当焊接电流太大时，金属飞溅会相应增加，并容易产生烧穿及气孔等缺陷。反之，若焊接电流太小时，电弧不能连续燃烧，容易产生未焊透及焊缝表面成形不良等缺陷。

焊接电流与送丝成正比，也就是说送丝速度越快则焊接电流也越大。CO2气体保护焊接电流的大小是由送丝速度来调节的。

3、电弧电压

电弧电压是影响熔滴过渡、金属飞溅、电弧燃烧时间以及焊缝宽度的主要因素。在一般情况下，电弧电压越高，电弧笼罩也越大。于是熔宽增加，而熔深、余高却减小，焊接趾部易出现咬边。电弧电压过低，则电弧太短，焊丝容易伸入熔池，使电弧不稳定，造成熔合不良。

4、焊接速度

焊接速度对焊缝内部与外观的质量都有重要影响。在保持焊接电流和电弧电压一定的情况下，焊接速度加快则焊缝的熔深、熔宽和余高都会减小，焊道会成为凸形。焊接速度过快，在焊接趾部易出现咬边。进一步提高焊接速度时出现驼峰焊道。相反焊速过低，熔池中液态金属将流到电弧前面，电弧在液态金属上面燃烧，从而使焊缝熔合不良，形成未焊透。

5、焊丝伸出长度

焊丝伸出长度是指焊接时导电嘴与焊件间的距离。焊丝伸出长度对焊接过程的稳定性影响比较大。当焊丝伸出长度增加时，焊丝的熔化速度加快，可以使生产率提高。焊丝伸出长度过大时，由于电阻热的作用，使焊丝的熔化速度相应加快，将引起电弧不稳，飞溅增加，焊缝外观不良和产生气孔。反之，焊丝伸出长度太短时，则焊接电流增大，并缩短了喷嘴与焊件间的距离，这样使喷嘴极易过热，容易堵塞喷嘴，从而影响气体流通。

焊丝伸出长度的大小还影响母材的热输入。恒定电压电源和等速送丝系统，当改变焊丝伸出长度时，焊接电流与熔深均发生变化。当伸出长度增大时，焊丝熔化的速度加快。而焊缝熔深及焊接电流减少。根据这一特点，在半自动焊接时焊工可以通过调节焊枪高度来调节输入。

6、气体流量

CO2气体保护焊利用CO2气体的屏蔽作用实现保护的。气体流量的大小与电流有关，在大电流时气体的流量则要大，为20-25L/min。在工作环境有风时，应适当增大喷嘴直径，以便在大流量时仍可获得稳定的电弧。

7、焊枪倾角

无论是自动焊还是半自动焊，当喷嘴与工件垂直时，飞溅都很大，电弧不稳。其主要原因是运条时产生空气阻力，使保护气流后偏吹。

8、电源极性

CO2气体保护焊时，电源极性对焊缝熔深、电弧稳定都有重要影响。为保证电弧的稳定燃烧，一般采用直流反接。采用正接时，焊丝熔化速度加快、焊缝熔深浅、余高增加，电弧燃烧没有反接稳定。

四、CO2气体保护焊焊缝裂纹的分类及控制措施

1、热裂纹及控制措施

焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹。通常产生在焊缝内部，有时也可能出现在热影响区，表现形式有：纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹和热影响区裂纹。其特征是焊后立即可见，且多发生在焊缝中心，沿焊缝长度方向分布。此外，如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶体和杂质，当焊接拉应力足够大时，也会被拉开。总之，热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果。针对其产生原因，其预防措施如下：控制焊缝中硫、磷、碳等元素的含量，尽量减少低熔点共晶体的数量。S、P的最大含量取决于母材金属，一般低碳钢、低合金钢S、P<0.05%，高合金钢<0.04%，不锈钢<0.02%或更低。对重要焊接构件应采用碱性焊条或焊剂，以进一步减小有害杂质的含量。严格控制焊接工艺参数，适当增加线能量E和提高预热温度，减慢冷却速度，减少焊缝金属的应变，从而降低热裂纹倾向。

2、冷裂纹及控制措施

焊缝金属在冷却过程或冷却以后，在母材或母材与焊缝交界的熔合线上产生的裂纹称为冷裂纹。其形成的基本条件有3个：在焊接热循环的作用下，热影响区生成了淬硬组织；焊缝中存在有过量的扩散氢，且具有浓集的条件；存在着较大的焊接拉伸应力。针对其产生原因，其预防措施如下：根据材料等级、碳含量、构件厚度、施焊环境等，选择合理的焊接工艺参数和线能量，如焊前预热、焊后缓冷，采取多层多道焊接，控制一定的层间温度等。选用低氢型焊条，减少焊缝中扩散氢的含量。提高钢材质量，减少钢材中的层状夹杂物。采取可降低焊接应力的各种工艺措施。

五、结束语

总之，CO2焊的成形质量可靠，操作方便又简单，生产成本低，熔透性好，因此，我们通过一定时间的学习实践，不断总结经验，焊接水平一定能够得到较快的提高。

参考文献：

[1]张士相、王承福、闫玉芹，本文《焊工》中国劳动社会保障出版社出版时间2013

[2]焊接手册二材料的焊接[M].北京：机械工业出版社，2013.