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

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1 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

2 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

3 图2 CO2气体保护焊设备布局示意图

4 （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。

5 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。

6 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。

7 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（ %），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。

8 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

9 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。

10 （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。

11 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

12 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。

13 （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。

14 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

15 （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。

16 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。

17 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。

18 （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。

19 （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

20 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。

21 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

22 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。

23 （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。

24 （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。

25 （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。

26 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

27 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

28 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？