第五模块 CO2气体保护焊 重点： 一、 CO2气体保护焊的原理及特点 二、 CO2气体保护焊设备组成及作用 难点： CO2气体保护焊基本操作技术

一、CO2气体保护焊的原理及特点 （一）CO2气体保护焊的原理 CO2气体保护焊是利用专门输送至熔池周围的CO2气体作为保护介质的一种电弧焊，其焊接过程如图1所示。其设备布局如图2所示。 图1 CO2气体保护焊过程示意图 1—焊接电源 2—送丝滚轮 3—焊丝 4—导电嘴 5—喷嘴 6—CO2气体 7—电弧 8—熔池 9—焊缝 10—焊件 11—预热干燥器 12—CO2气瓶

图2 CO2气体保护焊设备布局示意图

（二）CO2气体保护焊的特点 1.二氧化碳气体保护焊存在的优点： （1） 操作简单 （2） 气体保护效果良好 （3） 生产率高 （4） 焊接变形小 （5） 二氧化碳焊是明弧焊 （6） 抗锈能力强，焊前清理要求不高,节约能源 （7）成本低 2.二氧化碳气体保护焊存在的缺点： （1） 焊缝成形不够美观，飞溅大，设备复杂； （2） 抗风能力差，室外作业困难； （3） 弧光强，焊接时必须注意劳动保护； （4）不够灵活。

3.CO2气体保护焊的熔滴过渡特点 （1）滴状过渡； 焊丝粗、电压低、电流大，电弧穿透力强，熔深大，适合于焊接中厚板。生产率高、成本低，工艺参数选择适当，焊缝成形和力学性能好。焊接过程中飞溅严重，光辐射、热辐射十分强烈。 （2）短路过渡； 焊丝细、电压低、电流小，适合于焊接薄板及全位置焊接。焊接薄板时，生产率高、变形小，便于操作，对焊工技术要求不高。焊接过程中光辐射、热辐射以及烟尘小，应用广泛。 （3）潜弧射滴过渡 4.二氧化碳气体保护焊的应用范围 广泛用于焊接低碳钢和低合金高强度钢；在药芯焊丝的配合下，可焊接耐热钢和不锈钢或用于堆焊耐磨零件及补焊铸钢件和铸铁件。

二、CO2气体保护焊的焊接材料 （一）二氧化碳气体及气瓶 1.二氧化碳气体的特点 2.二氧化碳气体的提纯 3.气瓶 CO2气是一种无色无味的气体。在0℃和101.3KPa气压时。它的 密度1.98g/cm3,为空气的1.5倍。液态CO2中约溶解0.05%的水， 其余的水则成自由状态沉入瓶底。 2.二氧化碳气体的提纯 （1）新罐须倒立1－2h，然后打开阀门，排出沉积在底部的水； （2）防水后，在使用前先放气2－3min； （3）在气路中安装干燥器； （4）瓶内气体压力降到0.1MPa即停止使用。 3.气瓶 容量为40L的标准钢瓶可以灌入25kg的液态CO2。25kg的液态 CO2约占钢瓶容积的80%，其余20%左右的空间则充满气化了的 CO2。气瓶压力表上所指示的压力值，就是这部分气体的饱和压力。 CO2气瓶通常漆成黑色，并标有黄色CO2字样。

1.对焊丝性能的要求 （1）焊丝必须含有足够量的脱氧元素； （2）焊丝的含碳量要低（﹤0.15%）； （二）焊丝 1.对焊丝性能的要求 （1）焊丝必须含有足够量的脱氧元素； （2）焊丝的含碳量要低（﹤0.15%）； （3）应保证焊缝金属具有满意的力学性能和抗裂性能。 2.常用焊丝 H08Mn2SiA焊丝是目前CO2焊中应用最广泛的一种焊丝。它有较好的工艺性能、力学性能以及抗热裂纹能力，适宜于焊接低碳钢和σs≤490Ma的低合金钢以及焊后热处理强度σb≤1176Ma低合金高强度钢。 3.焊丝的发展 （1）新品种的焊丝均降低了含碳量（0.03-0.06%），添加了钛、铝、锆等合金元素，减少了飞溅，提高了抗气孔能力及焊缝金属的力学性能； （2）开发了焊丝涂层技术，即在焊丝表面涂覆一层碱金属、碱土金属或稀土金属的化合物，以提高发射电子的能力、降低金属熔滴从粗晶向细晶过渡转变的临界电流，减少飞溅，改善焊缝成形。

1—焊接电源 2—进丝装置 3—焊枪 4—气瓶 5—减压流量器 三、CO2气体保护焊设备 （一）CO2气体保护焊设备组成 CO2焊机主要由焊接电源、焊丝送给系统，焊枪、供气系统和控制系统等几个部分组成，如图 3所示。 图3 半自动CO2气保护焊设备示意图 1—焊接电源 2—进丝装置 3—焊枪 4—气瓶 5—减压流量器

1.焊接电源 CO2气体保护焊的电源均为直流，要求电源具有平的外特性曲线。 目前广泛应用的硅整流电源具有体积小，性能好，效率高，运行可靠，节省电能，无噪声、结构简单。除变压器抽头式硅整流电源外，都可进行无级调节，调节方便灵活，因此应用很广。 2.送丝系统 其功用是将焊丝按一定的速度连续不断地送至电弧区，在电弧热的作用下，熔化以后填充焊缝。

（1）对送丝系统的要求 （2）CO2气体保护焊送丝方式 送丝系统要能维持并保证送丝均匀而平稳，且能使送丝速度可在一定范围内进行无级调节，以满足不同直径焊丝及焊接工艺参数的要求；通过送丝滚轮的焊丝不能扭曲变形，应保持挺直的刚牲状态，以减小送丝阻力，送丝系统的结构尽可能简单、轻便、动作灵活、维修使用方便。 （2）CO2气体保护焊送丝方式 CO2半自动焊送丝有三种形式，即推丝式、拉拉丝式、拉丝式如图4所示。

图4 CO2半自动焊的三种送丝形式示意图 a）推丝式 b）推拉丝式 c）拉丝式

3.供气系统 供气系统的用途是使CO2气瓶内的液态CO2通过供气系统后变为质量符合要求，并县有一定流量的气态CO2。供气系筑包括CO2气瓶和附属的供气装置。供气装置由预热干燥器，减压器、流量计及气阀等组成。 （1）预热器 预热器的功用是防止瓶阀和减压器因冻结而堵塞气路。因为焊接用的CO2气体是由气瓶中的液态CO2挥发而成的。挥发过程中要吸收大量的热，使气体温度下降。所以减压器减压前须先经预热器预热。预热器的功率为75～100W。 （2）干燥器 干燥器的功用是吸收CO2气体中的水分。干燥器由高压和低压两部分组成。高压干燥器在减压器之前，低压干燥器在减压器之后。

（3）减压器 减压器的功用是将高压的CO2气体变为低压的气体并保持气体的压力在供气过程中稳定。一般CO2气体的工作压力为0.1～0.2MPa，故可直接用低压力的乙炔减压器或用氧气减压器改装而成。 （4）流量计 流量计是用于测量CO2气体的流量的装置。常用的有转子式流量计，也可采用减压器和流量计一体式，即301—1型浮标式流量计。其流量调节范围有0~15L/min和0～30L/min两种，可根据需要使用。 （5）气阀 气阀的功用是控制保护气体通断的一种基本元件。可以直接采用机械气阀，要求准确时可采用电磁式气阀。

1、5—开关2—进气管3—手把4—导电杆6—绝缘套7—导电管8—外套 4.焊枪 焊枪的作用除导电外，并把送丝系统送出的焊丝导向熔池，同时将CO2气体引向焊枪端部的喷嘴，喷射出来，有效地保护焊接区。如图5所示。 图5 CO2气体保护焊半自动焊枪 1、5—开关2—进气管3—手把4—导电杆6—绝缘套7—导电管8—外套 9—导电嘴10—喷嘴11—弯管12—气阀13—扳手

（1）对CO2半自动焊枪的要求 应能在熔池和电弧周围形成保护性良好的气流，无紊流，焊丝通过顺畅，摩擦阻力小；冷却效果好；手把握持舒适、方便，结构紧凑，连接件与易损件容易更换；焊枪与电缆线、软管的连接柔软，轻巧、结实耐用。 （2）半自动焊枪的种类 按送丝方式可分为推丝式和拉丝式两种，按焊丝直径可分为粗丝和细丝两种；按冷却方式可分为水冷和气冷两种。 （3）焊枪的喷嘴和导电嘴 ①喷嘴 喷嘴是焊枪的重要组成部分。喷嘴一般为圆柱形，不宜采用圆锥形或喇叭形。这样，有利于形成CO2气体的层流，防止产生紊流。喷嘴的孔形一般在12～25mm之间。当粗丝CO2气体保护焊时可增大至40mm。为了防止飞溅金属颗粒的粘附和易于清除，喷嘴用的材料应为导热性好、表面粗糙度好的金属（如紫铜）。也可采用铜钨粉末合金或采用镶嵌石墨衬套的紫铜喷嘴。不宜采用陶瓷喷嘴。

②导电嘴 导电嘴的孔径及长度与焊接质量密切相关。孔径过小，送丝阻力增加，孔径过大，焊丝在孔内接触位置不固定。当焊丝伸出导电嘴后，形成偏摆度大，致使焊缝宽窄不一。严重时使焊丝与导电嘴间起弧而粘结或烧损。因此，其孔径（D）应根据焊丝直径（d）来确定。其关系式为： D=d+（0.1～0.3）mm （当d<1.6mm时） D=d+（0.4～0.6）mm （当d=2～3mm时） 焊丝伸出导电嘴的长度一般为细丝25mm，粗丝35mm左右。制作导电嘴的材料可采用紫铜，也可用青铜，磷青铜。

5.控制系统 其功用是在CO2气体保护焊过程中对焊接电源、供气、送丝等系统实现按程序的控制。自动焊时，述要控制焊接小车行走或焊件运转等。 对供气系统的控制分三步进行。第一步提前进气1～2s；然后引弧；第二步焊接，控制均匀送气；第三步收弧，滞后2～3s断气，以便在金属熔池凝固过程中维持保护。 引弧时，可在送丝的同时接通电源，也可先接通电源后送丝。收弧时，为了避免焊丝末端与熔池粘连，应停送丝后停电。

（二） CO2气体保护焊对电源特性的要求 1、对电源外特性的要求 2、对电源动特性的要求 由于其电弧静特性是上升的，所以平（恒压）和下降的外特性电源都能满足电源。 （1）弧长变化时引起较大的电流变化，因而电弧自调节作用强。引弧容易； （2）规范调节方便； （3）焊丝伸出长度变化时,产生的静态电压误差小； （4）平外特性电源对防止焊丝回烧和粘丝有利。 2、对电源动特性的要求 （1）颗粒过渡焊接时对电源动特性无要求； （2）短路过渡焊接时则要求焊接电源有良好的动态品质； ①要有足够大的短路电流增长速度、短路峰值电流和焊接电压恢复速度； ②当焊丝成分及直径不同时短路电流增长速度要可进行调节。

（三）焊接工艺参数 1.焊丝直径 细焊丝用于焊接薄板。随着板材厚度增加，焊丝直径增加。 2.焊接电流 根据焊丝直径大小与采用何种熔滴过渡形式来确定。 3.焊接速度 应针对焊件材料的性质与厚度来确定。一般半自动焊时，焊接速度在15～40m/h的范围内，自动焊时在15～30m/h的范围内。 4.电弧电压 通常细丝焊接时电弧电压为16～24V，粗丝焊接时，电弧电压为25～36V。采取短路过路时，电弧电压与焊接电流有一个最佳配合范围

5.焊丝伸出长度 它是指从导电嘴到焊丝端头的距离，以“L”表示，可按下式选定：L =10d（mm） 6.电源极性 CO2气体保护焊时，主要是采用直流反接，焊接过程稳定，飞溅小。 7.回路电感等 应根据焊丝直径、焊接电流大小、电弧电压高低来选择。 8.气体流量 不同的接头型式，其它焊接工艺参数及作业条件对气体流量的选择都有影响。通常，细焊丝焊接时，气体流量为8～15L/min，而粗丝焊时可达25L/min。

a）蹲位平焊 b）坐位平焊 c）立位平焊 d）站位平焊 e）站位仰焊 四、 CO2气体保护焊的基本操作 （一）正确的持枪姿势 焊工只有掌握了正确的持枪姿势才能长时间、稳定地进行生产，并能够切实保证生产。正确的持枪姿势如图6所示，并应满足以下条件： 图6 正确持枪姿势 a）蹲位平焊 b）坐位平焊 c）立位平焊 d）站位平焊 e）站位仰焊

①操作时用身体的某个部位承担焊枪的质量，通常手臂都处于自然状态，手腕能灵活带动焊枪平移或转动，以不感到累为宜。 ②在焊接过程中，软管电缆最小的曲率半径应大于300mm，以便在焊接时可随意拖动焊枪。 ③在焊接时，应能维持焊枪倾角不变，并能清楚、方便地观察熔池。 ④将焊丝机放在合适的地方，以保证焊枪能在需要焊接的范围内自由移动。 在CO2气体保护焊焊接过程中，还必须使焊枪与焊件间保持合适的相对位置。主要是正确控制焊枪与焊件间的倾角和喷嘴高度。当焊枪与焊件间位置合适时，焊工既能方便地观察熔池，控制焊缝形式，又能可靠地保护熔池，防止出现缺陷。

（二）引弧 CO2气体保护焊与焊条电弧焊引弧的方法稍有不同。不采用划擦法，主要是碰撞引弧，但引弧时不必抬起焊枪。由于电源空载电压低，引弧比较困难，引弧时焊丝与焊件不要接触太紧。如果接触太紧或接触不良都会引起焊丝成段烧断。为此，引弧前要求焊丝端头与焊件保持2～3mm的距离。还要注意剪掉粗大的焊丝球状端头，因为球状端头的存在等于加粗了焊丝直径，并在该球面端头表面上覆盖一层氧化膜，对引弧不利。为了清除未焊透、气孔等引弧的缺陷，对接焊应采用引弧板，或在距板材端部2～4m处引弧，然后缓慢引向接缝的端头，待焊缝金属熔合后，再以正常焊接速度前进。通过引弧练习做到引弧准，建立电弧稳定燃烧过程快。

（三）焊接 引燃电弧后，通常都采用左向焊法。在焊接过程中，焊工的主要任务是保持焊枪合适的倾角和喷嘴高度，沿焊接方向尽可能地均匀移动，当坡口较宽时，为保证两侧熔合好，焊枪还要作横向摆动。 焊工必须能够根据焊接过程的情况，判断焊接参数是否合适。像焊条电弧焊一样，焊工主要依靠在焊接过程中观察到的熔池情况、电弧的稳定性、飞溅的大小及焊缝成形的好坏来调整焊接参数。

（四）收弧 焊接结束前必须收弧，若收弧不当容易产生弧坑，并出现弧坑裂纹（火口裂纹）、气孔等缺陷。操作时可以采取以下措施： ①如CO2气体保护焊机有弧坑控制电路时，当焊枪在收弧处停止前进，同时接通此电路，焊接电流与电弧电压自动变小，待熔池填满时断电。 ②若焊机没有弧坑控制电路时，或因焊接电流小没有使用弧坑控制电路时，在收弧处焊枪停止前进，并在熔池未凝固时，反复断弧，引弧几次，直至弧坑填满为止。操作时动作要快，若熔池已凝固才收弧，则可能产生未熔合及气孔等缺陷。 但不论采用哪种方法收弧，操作中均需特别注意，收弧时焊枪除停止前进外，不能抬高喷嘴，即使弧坑已填满，电弧已熄灭，也要让焊枪在弧坑处停留几秒钟后才能移开。因为灭弧后，控制线路仍保证延迟送气一段时间，以保证熔池凝固时能得到可靠的保护。若收弧时抬高焊枪，则容易因保护不良而引起缺陷。

CO2气体保护焊不可避免地要接头，为保证接头质量，应按下述步骤操作： ①将待接接头处用角向磨光机打磨成斜面，如图7所示。 （五）接头 CO2气体保护焊不可避免地要接头，为保证接头质量，应按下述步骤操作： ①将待接接头处用角向磨光机打磨成斜面，如图7所示。 图4.42 接头处的准备

②在斜面顶部引弧，引燃电弧后将电弧移至斜面底部，转一圈返回引弧处后再继续向左焊接，如图8所示。应当指出，在引燃电弧后向斜面底部移动时，要注意观察熔孔，若未形成熔孔则接头处背面焊不透；若熔孔太小，则接头处背面产生缩颈；若熔孔太大，则背面焊缝太宽或出现烧穿。 图8 接头处的引弧操作

复习思考题 1．CO2气体保护焊时，焊丝与CO2气体在使用过程中应注意什么？ 2．CO2气体保护焊时的引弧和收弧有何特点？