1、CO2 氣 體 保 護(hù) 焊 技 術(shù)前言汽車生產(chǎn)中大部分的電弧焊焊縫是采用熔化極氣體保護(hù)焊完成的，如車身、底盤類零件的焊接等。熔化極氣體保護(hù)焊可連續(xù)施焊，焊后不需清理焊渣，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化生產(chǎn)，汽車生產(chǎn)中的許多專用焊機(jī)、自動焊機(jī)、弧焊機(jī)器人的焊接系統(tǒng)均采用熔化極氣體保護(hù)焊。例如車輪自動焊機(jī)、橋殼自動焊機(jī)、傳動軸自動焊機(jī)、后橋殼機(jī)器人焊接工作站、轎車底盤零件機(jī)器人焊接工作站等。第一部分 CO2 氣體保護(hù)焊技術(shù)簡介一、CO2 氣體保護(hù)焊是利用CO2 作保護(hù)氣體的熔化極氣體保護(hù)電弧焊。二、CO2 氣體保護(hù)焊的工藝特點(diǎn)：1、CO2 氣體價(jià)格便宜，其焊接成本只有手工電弧焊的40%50%。2、CO2 焊

2、的焊絲熔化率高，焊后一般不需清渣，所以CO2焊的生產(chǎn)率能比焊條電弧焊高3倍。3、CO2 電弧的穿透能力強(qiáng)，焊接電流密度大，熔深大。4、CO2 焊的抗銹能力強(qiáng)。5、焊接過程中金屬飛濺較多，特別是當(dāng)焊接工藝參數(shù)匹配不當(dāng)時(shí)，更為嚴(yán)重。三、CO2氣體的純度要求及作用在各種保護(hù)氣體中，最常用的是CO2氣，生產(chǎn)中所用的CO2氣體純度應(yīng)99.17%、含水量12g/m3，焊縫質(zhì)量要求高，對CO2氣體的純度要求也越高，否則焊縫的塑性將下降，氣孔將增多。四、CO2氣體的流量選擇 CO2氣體流量取決于接頭形式、焊接規(guī)范及作業(yè)條件。細(xì)絲焊接時(shí)，CO2流量取5 15 L/min ；粗絲大電流焊時(shí)，CO2流量取20 50

3、 L/min。五、焊槍的送絲方式普通的熔化極氣體保護(hù)焊設(shè)備由焊槍、送絲機(jī)構(gòu)、焊接電源、供氣系統(tǒng)及供水系統(tǒng)（大電流焊接時(shí)）組成。焊槍有水冷式或氣冷式兩種，當(dāng)所用的焊接電流較大時(shí)應(yīng)考慮采用水冷式焊槍。送絲方式有推絲式、拉絲式和推拉絲式三種，推絲式應(yīng)用的最多，送絲軟管的長度一般為3mm左右。采用細(xì)焊絲（0.8mm或采用鋁、銅等較軟的焊絲時(shí)，要考慮采用拉絲式的送絲方式。如送絲軟管的長度過長（15mm左右），為克服焊絲在軟管中的阻力，應(yīng)采用推拉絲式。六、CO2氣體保護(hù)焊的電源熔化極氣體保護(hù)焊電源一般為直流電源，有硅整流電源、可控硅電源、晶體管電源和逆變電源。可控硅電源和逆變電源的性能優(yōu)越，在自動焊機(jī)和機(jī)

4、器人焊接系統(tǒng)中，現(xiàn)在多采用逆變式電源。七、CO2氣體保護(hù)焊的焊接電流及過渡形式CO2氣體保護(hù)焊一般采用短路過渡和細(xì)顆粒過渡兩種熔滴過渡形式，不同直徑的焊絲短路過渡兩種熔滴過渡形式，不同直徑的焊絲短路過渡時(shí)的焊接電流與電弧電壓見下表不同直徑焊絲的短路過渡規(guī)范焊絲直徑（mm）0.81.21.6電弧電壓（V）181920焊接電流（A）100110120135140180八、CO2氣體保護(hù)焊的焊絲伸出長度焊絲的伸出長度過大，焊絲容易發(fā)生過熱而成段熔斷，飛濺嚴(yán)重，焊接過程不穩(wěn)定；若伸出長度過小，焊接飛濺易堵塞噴嘴，一般焊絲的伸出長度為：L=（1012）d 其中d為焊絲直徑九、CO2氣體保護(hù)焊的焊接速度焊

5、接速度于母材厚度、焊接規(guī)范有關(guān)，速度過快會引起咬邊、氣孔、熔深不夠等缺陷，過慢會造成燒穿或晶粒粗大。十、CO2焊接的主要問題：1、氣孔問題氣孔產(chǎn)生的原因： 在熔池內(nèi)部存在有溶解不了的或過飽和的氣體，當(dāng)這些氣體來不及從熔池中逸出時(shí)，便隨熔池的結(jié)晶凝固，而留在焊縫內(nèi)形成氣孔氣孔的種類、成因及措施： 可能產(chǎn)生的氣孔主要有三種：一氧化碳?xì)饪住錃饪缀偷獨(dú)饪住?產(chǎn)生CO氣孔的原因主要是焊絲中脫氧元素不足，使熔池中熔入較多的FeO，它和C發(fā)生劇烈碳還原鐵的反應(yīng)，使產(chǎn)生CO氣體。 措施：只要焊絲中有足夠脫氧元素Si和Mn，以及限制焊絲中C含量，就能有效地防止CO氣孔。 產(chǎn)生N2氣孔的原因主要是CO2保護(hù)不良

6、或CO2純度不高。 措施：只要加強(qiáng)CO2的保護(hù)不良和控制CO2的純度。 產(chǎn)生H2氣孔是由于在高溫時(shí)熔入了大量H2，結(jié)晶過程中不能充分排出，而留在焊縫金屬中，電弧焊區(qū)的H2主要來自焊絲、工件表面的油污和鐵銹以及CO2氣體中所含的水分，其中CO2氣體中所含的水分是引起H2氣孔的主要原因。（但因CO2氣體具有氧化性，H2 和CO2會化合，故出現(xiàn)H2氣孔的可能性相對較小，這就是被認(rèn)為CO2焊是低氫焊接的方法） 措施：對CO2氣體進(jìn)行提純與干燥。2、飛濺問題：金屬飛濺也是CO2焊接的主要問題，鐵別粗絲大電流焊接飛濺更為嚴(yán)重，有時(shí)飛濺量損失達(dá)焊絲熔化量的3040。飛濺增加了焊絲及電能消耗，降低焊接生產(chǎn)率和

7、增加焊接成本。飛濺金屬粘到導(dǎo)電嘴和噴嘴內(nèi)壁上，會造成送絲和送氣不暢而影響電弧穩(wěn)定和降低保護(hù)作用，惡化焊縫成形。粘到焊件表面上又增加焊后清理工序。引起金屬飛濺的原因：由冶金反應(yīng)引起。焊接過程中熔滴和熔池中的碳被氧化生成CO氣體，隨溫度的升高，CO氣體膨脹引起爆破，產(chǎn)生細(xì)顆粒飛濺。當(dāng)用直流正接長弧焊時(shí)，焊絲為陰極，受到電極斑點(diǎn)壓力較大，焊絲末端易成大熔滴和被頂偏而產(chǎn)生非軸向過渡，從而出現(xiàn)大顆粒飛濺。由于熔滴過渡不正常而引起。由于焊接工藝參數(shù)選擇不當(dāng)而引起。主要是因?yàn)殡娀‰妷荷撸娀∽冮L，易引起焊絲末端熔滴長大，產(chǎn)生無規(guī)則的晃動，而出現(xiàn)飛濺。減少飛濺的措施：選用合適的焊絲材料和保護(hù)氣體。選用藥芯焊

8、絲，藥芯中加入脫氧劑、穩(wěn)弧劑及造渣劑等，造成氣渣聯(lián)合保護(hù)。長弧焊時(shí)，加入Ar的混合氣體保護(hù)，使過渡變細(xì)，甚至得到射流過渡，改善過渡特性。采用直流反接進(jìn)行焊接。合理選擇焊接工藝參數(shù)，以獲得最小的飛濺。十一、CO2焊的操作方法及特點(diǎn) CO2半自動焊的運(yùn)條法 a)前進(jìn)焊 b)后退焊 1、前進(jìn)焊（左焊法）的特點(diǎn)便于觀察焊接軸線和焊道形狀；旱道寬，熔深小；熔融金屬容易向前流動。熔池保護(hù)效果好；適于焊薄板。2、后退焊（右焊法）的特點(diǎn)焊道窄，熔深大；易形成凸形焊道； 熔池保護(hù)效果不大好； 適于中板和厚板帶破口焊接。十二、T形接頭角焊縫的平焊T形接頭角焊縫平焊時(shí)注意焊絲的角度和位置，若焊角尺寸在5mm以下短路

9、過渡單道焊按下圖操作，焊腳尺寸在5mm以上，用射流過渡按下圖操作。十三、填滿弧坑的常用處理方法： 1、焊槍回轉(zhuǎn)法 2、斷續(xù)回焊法 3、用引弧板法第二部分 焊接應(yīng)力與變形一、 焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的原因焊接過程中，焊件受到局部的、不均勻的加熱和冷卻，因此，焊接接頭各部位金屬熱脹冷縮的程度不同。由于焊件本身是一個整體，各部位是相互聯(lián)系、相互制約的，不能自由的伸長和縮短，這就使接頭內(nèi)產(chǎn)生不均勻的塑性變形，所以在焊接過程中就要產(chǎn)生應(yīng)力和變形。二、 焊接應(yīng)力的分類按產(chǎn)生應(yīng)力的原因分有：1、溫度應(yīng)力 由于焊接時(shí)溫度分布不均勻而引起的應(yīng)力稱為溫度應(yīng)力，也稱為熱應(yīng)力。2、組織應(yīng)力 焊接時(shí)由于溫度變化引起金屬的組

10、織變化，這種組織變化引起金屬局部的體積變化所產(chǎn)生的應(yīng)力組織應(yīng)力。3、塑變應(yīng)力 是指金屬局部發(fā)生拉伸或壓縮塑性變形后所引起的內(nèi)應(yīng)力。對金屬進(jìn)行剪切、彎曲、切削、沖壓、鍛造等冷加工時(shí)常產(chǎn)生這種內(nèi)應(yīng)力。焊接過程中，在近縫高溫區(qū)的金屬熱脹和冷縮受阻時(shí)使產(chǎn)生這種塑性變形，從而引起焊接的內(nèi)應(yīng)力。按應(yīng)力存在的時(shí)間分有：1、焊接瞬時(shí)應(yīng)力 是指在焊接過程中，某一瞬時(shí)的焊接應(yīng)力。熱應(yīng)力就是瞬時(shí)應(yīng)力。2、焊接殘余應(yīng)力 焊完后殘留在焊件內(nèi)的應(yīng)力。殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、腐蝕和尺寸穩(wěn)定性等有影響。三、 焊接變形的分類焊接瞬時(shí)變形 焊接過程中隨時(shí)間而變的變形稱焊接瞬時(shí)變形。焊接殘余變形 一般所說的焊接變形，多指焊接殘余

11、變形。焊接變形（焊接殘余變形）的分類：見下圖橫向收縮縱向收縮回轉(zhuǎn)變形橫向彎曲變形（角變形）縱向彎曲變形壓曲產(chǎn)生的波浪變形扭曲變形三、 焊接殘余變形常用的工藝措施1、選擇合理的裝配焊接順序 采用合理的裝焊順序，對于控制焊接殘余變形尤為重要。一般來說，將結(jié)構(gòu)總裝后再進(jìn)行焊接。2、 選擇合理的焊接順序?qū)ΨQ焊 一般先焊的焊縫容易使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，即使焊縫對稱的結(jié)構(gòu)，焊后也會出現(xiàn)變形的現(xiàn)象。所以當(dāng)結(jié)構(gòu)具有對稱布置的焊縫時(shí)，應(yīng)盡量采用對稱焊接。先焊焊縫少的一側(cè) 對于不對稱焊縫的結(jié)構(gòu)，采用先焊焊縫少的一側(cè)，后焊焊縫多的一側(cè)，使后焊的變形足以抵消前一側(cè)的變形，以便總體變形減少。3、 選擇合理的焊接方法長焊縫焊接

12、時(shí)，直通焊變形最大，從中間向兩端施焊變形有所減少，從中間向兩端逐步退焊法變形最小，采用逐步跳焊也可以減少變形。見下圖4、 反變形法為了抵消焊接變形，焊前先將焊件向與焊接變形相反的方向進(jìn)行人為的變形，這種方法叫做反變形法。例如，為了防止對接接頭的角變形，可以預(yù)先將焊接處墊高。見下圖。5、 剛性固定法焊前對焊件采用外加剛性拘束，強(qiáng)制焊件在焊接時(shí)不能自由變形，這種防止變形的方法叫剛性固定法。應(yīng)當(dāng)指出，焊后當(dāng)外加剛性拘束去掉后，焊件上仍會殘留一些變形，不過要比沒有拘束時(shí)小得多。另外，這種方法將使焊接接頭中產(chǎn)生較大得焊接應(yīng)力，所以焊后易裂，應(yīng)該慎用材料。6、 選用適當(dāng)?shù)木€能量焊接不對稱的細(xì)長桿件往往可以

13、選用適當(dāng)?shù)木€能量，而不用任何反變形或剛性固定克服彎曲變形。7、 散熱法焊接時(shí)用強(qiáng)迫冷卻的方法將焊接區(qū)的熱量散走，使受熱面積大為減少，從而達(dá)到減少變形的目的，這種方法叫散熱法。散熱法不使用于焊接淬硬性較高的材料。8、 自重法如焊接梁上部的焊縫明顯多于下部，見下圖。焊后整根梁向上彎曲，對于這樣的結(jié)構(gòu)可利用本身的自重來預(yù)防彎曲變形，所示裝焊、使梁的彎曲有所增加，再按C圖所示進(jìn)行焊接，由于支墩置于梁的兩頭，梁的自重彎曲變形于焊縫收縮變形方向相反，所以使梁變得平直。四、 焊接殘余變形的矯正方法1、機(jī)械矯正法利用機(jī)械力的作用來矯正變形，對于低碳鋼結(jié)構(gòu)，可在焊后直接應(yīng)用此法矯正；對于一般合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接結(jié)構(gòu)

14、，焊后必須先消除應(yīng)力，處理后才能機(jī)械矯正。否則不僅矯正困難，而且產(chǎn)生斷裂。2、火焰加熱矯正法 是利用火焰局部加熱時(shí)產(chǎn)生的塑性變形，使較長的金屬在冷卻后收縮，以達(dá)到矯正變形的目的。火焰采用氧乙炔焰或其它可燃?xì)怏w火焰，這種方法設(shè)備簡單，操作易行，但難度很大。三、角變形和錯邊的影響 角變形和錯邊都會引起附加彎曲應(yīng)力，這對結(jié)構(gòu)性破壞有影響，尤其是對塑性較低的高強(qiáng)鋼影響更大。1、角變形的影響在角變形比較大的接頭中，如承受拉應(yīng)力，由于作用力的軸線不通過重心，而產(chǎn)生附加彎矩，見下圖。 圖 角變形產(chǎn)生的附加彎矩 a) 具有角變形的對接接頭的拉伸b) 沒有角變形的對接接頭的拉伸在拉應(yīng)力和彎矩共同作用下，可造成接

15、頭低應(yīng)力破壞。如果在考慮焊接的余高在熔合線處的應(yīng)力集中，則情況更為嚴(yán)重。因?yàn)樵陧g性較低的熔合線處，同時(shí)承受了角變形合余高所造成的應(yīng)力集中。因此角變形越大，破壞應(yīng)力越低。為了改善熔合線應(yīng)力集中合提高韌性，可在熔合線上再堆焊一層“防裂焊縫”，見下圖。 圖 堆焊“防裂焊縫”示意圖 2、對接接頭的錯邊的影響與搭接接頭相似，見下圖，由于力的作用線與重心不同軸，而造成附加彎曲應(yīng)力，因此要注意對錯邊量的限制，如單層鋼制壓力容器的對口錯邊量應(yīng)小于板厚的10，且不大于3mm。圖 接頭錯邊造成附加彎矩資料：角焊縫操作工藝 1) 角焊縫焊接時(shí), 易產(chǎn)生咬邊、未焊透、焊縫下垂等缺陷, 所以應(yīng)控制焊絲的角度。等厚板焊接

16、時(shí),焊絲與水平板的夾角為40° 50°。不等厚板時(shí), 焊絲的傾角應(yīng)使電弧偏向厚板, 板厚越厚, 焊絲與其夾角越大。 2) 對于焊腳為6 8 mm 的角焊縫, 采用單層單道焊, 焊槍指向(焊絲) 距根部1 2 mm 處。對于焊腳為6 mm 的焊縫, 采用直線移動法焊接, 對于焊腳為8 mm 的焊縫, 焊槍應(yīng)作橫向擺動, 可采用斜圓圈形運(yùn)絲法焊接。 3) 對于焊腳為10 12 mm 的角焊縫, 由于焊腳較大, 應(yīng)采用多層焊, 焊2 層。焊接時(shí)第1 層操作與單層焊相同, 焊槍與垂直板夾角減少并指向距根部2 3 mm 處, 這時(shí), 電流比平常時(shí)稍大, 目的是為了獲得不等焊腳的焊道;

17、 焊接第2 層時(shí), 電流比第1層稍少, 焊槍應(yīng)指向第1 層焊道的凹陷處, 直至達(dá)到所需的焊腳。 4) 對于焊腳為15 mm 的角焊縫應(yīng)采用多層多道焊, 即焊接3 層。需要注意的是: 操作時(shí), 每道的焊腳大小應(yīng)控制在6 7 mm 左右, 否則, 焊腳過大, 易使熔敷金屬下垂, 在水平板上產(chǎn)生焊瘤, 在立板上產(chǎn)生咬邊。焊槍角度及指向應(yīng)保證最后得到等腳和光滑均勻的焊縫。 5焊接工藝中需注意的問題 在生產(chǎn)中我們發(fā)現(xiàn)有不少人, 不僅是焊工、檢驗(yàn)員, 甚至還有焊接技術(shù)員混淆了焊腳與焊腳尺寸及焊縫厚度3者之間的關(guān)系。焊工把焊腳誤認(rèn)為焊腳尺寸, 檢驗(yàn)員把焊縫厚度當(dāng)焊腳來測量檢驗(yàn), 使得實(shí)際焊腳超過設(shè)計(jì)要求的尺寸, 在質(zhì)量記錄中又把其當(dāng)成焊腳尺寸加以記錄。還有的技術(shù)人員在焊接工藝文件中要求焊腳尺寸為多少等, 這些都是錯誤的。 實(shí)際上, 焊腳是指角焊縫的橫截面中, 從一個直角面上的焊趾到另一個直角面表面的最小距離, 焊腳尺寸為在角焊縫橫截面中畫出的最大等腰直角三角形中直角邊的長度, 而焊縫厚度則是在焊縫橫截面中,從焊縫正面到焊縫背面的距離。因此, 工藝文件上、焊縫符號中要求的角焊縫外形尺寸是焊腳而不是焊腳尺寸, 更不是焊縫厚度。 6結(jié)語 1)