1、第八章二氧化碳气体保护焊第八章二氧化碳气体保护焊Chapter 8 CO2Gas Shielded Arc Welding主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：8.1 8.1 8.1 8.1 CO2气体保护焊原理与特点气体保护焊原理与特点8.2 8.2 8.2 8.2 CO2气体保护焊的冶金特点气体保护焊的冶金特点8.3 8.3 8.3 8.3 CO2气体保护焊的飞溅气体保护焊的飞溅8.4 8.4 8.4 8.4 CO2气体保护焊设备气体保护焊设备8.5 8.5 8.5 8.5 CO2气体保护焊的工艺气体保护焊的工艺8.6 8.6 8.6 8.6 CO2气体保护焊的其他方法气体保护焊的其他方
2、法本章重点：短路过渡焊接时产生飞溅的原因及其减少措施。本章难点：短路过渡焊接时的电流与电压的变化及其焊接回路电感的作用。本章重点：短路过渡焊接时产生飞溅的原因及其减少措施。本章难点：短路过渡焊接时的电流与电压的变化及其焊接回路电感的作用。8.1 8.1 8.1 CO8.1 CO2 2焊原理与特点焊原理与特点一、原理一、原理定义：利用CO定义：利用CO2 2气体在熔化极电弧焊中对电弧及熔池进行保护的焊接方法称为二氧化碳气体保护焊，简称CO气体在熔化极电弧焊中对电弧及熔池进行保护的焊接方法称为二氧化碳气体保护焊，简称CO2 2焊。焊。TIG WeldingCO2Welding金属极，熔化金属极，熔
3、化CO2气体保护钨极，不熔化气体保护钨极，不熔化Ar气保护气保护采用与母材相近材质的焊丝作为电极。焊丝为电弧的一极，焊丝熔化后形成熔滴过渡到熔池中，与母材熔化金属共同形成焊缝。为防止外界空气混入到电弧、熔池所组成的焊接区，采用了采用与母材相近材质的焊丝作为电极。焊丝为电弧的一极，焊丝熔化后形成熔滴过渡到熔池中，与母材熔化金属共同形成焊缝。为防止外界空气混入到电弧、熔池所组成的焊接区，采用了CO2气体进行保护。气体进行保护。发展过程发展过程19501952年，前苏联柳巴夫斯基、诺沃日洛夫，日本关口春次郎分别研究了一种在年，前苏联柳巴夫斯基、诺沃日洛夫，日本关口春次郎分别研究了一种在CO2气体中焊
4、接的焊丝，并提出了焊接钢材的新的冶金方案。气体中焊接的焊丝，并提出了焊接钢材的新的冶金方案。19571958年，我国江南造船厂与一机部机械研究院开始研究年，我国江南造船厂与一机部机械研究院开始研究CO2焊。焊。在焊接薄板时，可选用细焊丝在焊接薄板时，可选用细焊丝=1.6mm，使用较大电流实现细颗粒过渡，电流密度高达，使用较大电流实现细颗粒过渡，电流密度高达100300A/mm2，焊丝熔化速度快，熔敷率高，电弧挺度大，穿透力强，焊接熔深大，可以不开坡口或开小坡口。生产率比焊条电弧焊提高，焊丝熔化速度快，熔敷率高，电弧挺度大，穿透力强，焊接熔深大，可以不开坡口或开小坡口。生产率比焊条电弧焊提高13
5、倍。倍。二、 特点二、 特点1、优点（1）生产率高 焊丝的送进是自动化；电流密度大，电弧热量集中；焊接速度较快；焊后无渣壳，节约了清理时间。1、优点（1）生产率高 焊丝的送进是自动化；电流密度大，电弧热量集中；焊接速度较快；焊后无渣壳，节约了清理时间。（2）能耗低熔敷一吨金属所需的电能手工电弧焊）能耗低熔敷一吨金属所需的电能手工电弧焊 40005000KW*h/T埋弧焊埋弧焊 35004000KW*h/TCO2焊焊 25003000KW*h/TCO2焊机是节能设备。焊机是节能设备。（3）低氢型焊接方法焊缝的含氢量极低，所以焊接低合金钢时，不易产生裂纹，也不易产生）低氢型焊接方法焊缝的含氢量极低
6、，所以焊接低合金钢时，不易产生裂纹，也不易产生H2气孔。气孔。（4）操作性能好明弧焊接，易于观察。适于各种位置的焊接）操作性能好明弧焊接，易于观察。适于各种位置的焊接。（5）CO2价格便宜，来源广泛。价格便宜，来源广泛。（1）飞溅较严重，焊缝不够光滑。主要用于）飞溅较严重，焊缝不够光滑。主要用于30mm以下低碳钢、部分低合金钢焊件，尤其适宜薄板。（以下低碳钢、部分低合金钢焊件，尤其适宜薄板。（2）CO2焊设备比手工电弧焊复杂，需要有专业队伍负责维修。焊设备比手工电弧焊复杂，需要有专业队伍负责维修。二、缺点二、缺点（3）合金元素易烧损，不能用于非铁金属的焊接。（）合金元素易烧损，不能用于非铁金属
7、的焊接。（4）产生很大的烟尘。）产生很大的烟尘。8.2 8.2 8.2 CO8.2 CO2 2气体保护焊的冶金特点气体保护焊的冶金特点一、一、CO2气体的氧化性气体在高温下产生分解并处于平衡状态：气体的氧化性气体在高温下产生分解并处于平衡状态：2222OCOCO+O2在高温下进一步解离：在高温下进一步解离：OO22当电弧温度为当电弧温度为5000K时，时，O2的解离度高达的解离度高达96.5。因此，。因此，CO2气体在电弧高温下有强烈的氧化性。气体在电弧高温下有强烈的氧化性。二、合金元素的烧损二、合金元素的烧损低温时（低于熔点，低温时（低于熔点，1500以下），合金元素与以下），合金元素与CO
8、2直接反应。直接反应。这种氧化在熔池金属周围未熔化区域或凝固的焊缝表面上发生，属于表面氧化，进行的激烈程度较低，对电弧、熔池和焊缝没有大的影响。这种氧化在熔池金属周围未熔化区域或凝固的焊缝表面上发生，属于表面氧化，进行的激烈程度较低，对电弧、熔池和焊缝没有大的影响。高温时，金属元素与高温时，金属元素与O原子反应。原子反应。以上氧化反应，既发生在熔滴中，也发生在熔池中。以上氧化反应，既发生在熔滴中，也发生在熔池中。951009095607550704030403040过渡系数（%）MoCrMnSiTiAlZn元素表表8-1 CO2气保焊焊丝中合金元素的过渡系数气保焊焊丝中合金元素的过渡系数三、脱
9、氧措施与焊缝金属的合金化三、脱氧措施与焊缝金属的合金化CO2的的强氧化性强氧化性，使得焊接时液态金属和气体反应极为强烈。尽管互相接触时间很短，但由于电弧区域温度非常高，合金元素，使得焊接时液态金属和气体反应极为强烈。尽管互相接触时间很短，但由于电弧区域温度非常高，合金元素烧损严重烧损严重，而且生成大量的，而且生成大量的CO气体使液态金属沸腾，同时产生气孔，破坏了焊缝的致密性。所以气体使液态金属沸腾，同时产生气孔，破坏了焊缝的致密性。所以CO2焊必须通过冶金措施进行脱氧。尤其重要的是使焊必须通过冶金措施进行脱氧。尤其重要的是使FeO脱氧，因为熔入液态金属中的脱氧，因为熔入液态金属中的FeO是引起
10、气孔、飞溅的重要原因是引起气孔、飞溅的重要原因。1、脱氧、脱氧如何对如何对FeO进行脱氧？原理：利用脱氧剂使进行脱氧？原理：利用脱氧剂使FeO还原，氧化产物作为熔渣排出，剩余的合金元素强化焊缝。还原，氧化产物作为熔渣排出，剩余的合金元素强化焊缝。脱氧剂：和氧的亲和力比脱氧剂：和氧的亲和力比Fe大的合金元素。大的合金元素。CO2焊中常用焊中常用Al，Ti，Si，Mn等元素。脱氧剂在完成脱氧任务之余，所剩余的量便作为合金元素留在焊缝中，起着提高焊缝机械性能的作用。脱氧反应后的生成物不应是气体以免造成气孔；应该不溶于金属而成为熔渣，且熔点要低，密度要小，便于浮出熔池表面，而不造成焊缝夹渣。等元素。脱
11、氧剂在完成脱氧任务之余，所剩余的量便作为合金元素留在焊缝中，起着提高焊缝机械性能的作用。脱氧反应后的生成物不应是气体以免造成气孔；应该不溶于金属而成为熔渣，且熔点要低，密度要小，便于浮出熔池表面，而不造成焊缝夹渣。Al ：最强最强的脱氧剂之一，能抑制的脱氧剂之一，能抑制CO气体产生，但气体产生，但Al会降低焊缝金属的抗热裂纹的能力。因此焊丝中会降低焊缝金属的抗热裂纹的能力。因此焊丝中Al不宜过多。不宜过多。Ti：很强很强的脱氧剂。除脱氧外还能细化晶粒，通常和的脱氧剂。除脱氧外还能细化晶粒，通常和Si、Mn结合使用。结合使用。Si：较强较强的脱氧剂，价廉易得，是的脱氧剂，价廉易得，是CO2焊中主
12、要的脱氧剂，但单独用焊中主要的脱氧剂，但单独用Si脱氧，生成的脱氧，生成的SiO2熔点较高（熔点较高（1983K），颗粒较小，不易浮出熔池，会在焊缝中形成夹渣。），颗粒较小，不易浮出熔池，会在焊缝中形成夹渣。Mn：单独使用时，脱氧能力：单独使用时，脱氧能力较小较小，并且生成物，并且生成物MnO密度大（密度大（5.11g/cm3），熔点高（），熔点高（1923K），不易浮出熔池表面。），不易浮出熔池表面。Mn除了可脱氧外，还能与硫化合，提高焊缝金属的抗热裂纹的能力。除了可脱氧外，还能与硫化合，提高焊缝金属的抗热裂纹的能力。上述四种脱氧剂，单独使用都不能得到最满意的效果。一般采用上述四种脱氧剂，单
13、独使用都不能得到最满意的效果。一般采用Si，Mn联合脱氧。联合脱氧。2焊缝金属合金化焊缝金属合金化Si，Mn在焊丝中的含量有一定要求。过少不能对烧损的合金元素进行补充；过多也不行，在焊丝中的含量有一定要求。过少不能对烧损的合金元素进行补充；过多也不行，Si含量过高会降低焊缝的抗热裂纹能力，含量过高会降低焊缝的抗热裂纹能力，Mn含量过高会使焊缝金属的冲击值下降。含量过高会使焊缝金属的冲击值下降。一般焊接低碳钢和低合金钢用的焊丝，含一般焊接低碳钢和低合金钢用的焊丝，含Si 1%左右，含左右，含Mn 12%左右。在焊接左右。在焊接30CrMnSiA高强钢时，母材中高强钢时，母材中C的质量分数高达的质
14、量分数高达0.3%，而焊丝中，而焊丝中C的质量分数与之相差悬殊。为了弥补焊缝中的质量分数与之相差悬殊。为了弥补焊缝中C的不足，焊丝中除需要有足够的的不足，焊丝中除需要有足够的Si、Mn元素外。还要再适当填加元素外。还要再适当填加Cr、Ni、Mo、V等强化元素。等强化元素。常用焊丝常用焊丝 H08Mn2SiH08Mn2SiA。四、气孔四、气孔CO2电弧焊，熔池表面没有熔渣覆盖，电弧焊，熔池表面没有熔渣覆盖，CO2气流又有较强的冷却作用，因而熔池凝固比较快，这就使焊缝中出现气孔成为可能。主要气孔有：气流又有较强的冷却作用，因而熔池凝固比较快，这就使焊缝中出现气孔成为可能。主要气孔有：CO气孔气孔H
15、2气孔气孔N2气孔气孔CO气孔产生在焊缝内部，气孔沿结晶方向分布，呈条虫状，表面光滑。机理：气孔产生在焊缝内部，气孔沿结晶方向分布，呈条虫状，表面光滑。机理： CO来不及逸出。原因：焊丝中含有的脱氧剂不足，碳含量偏高。熔池中来不及逸出。原因：焊丝中含有的脱氧剂不足，碳含量偏高。熔池中FeO和和C会进行反应，生产大量的会进行反应，生产大量的CO措施：增加脱氧剂含量，减少碳含量。措施：增加脱氧剂含量，减少碳含量。H2气孔出现在焊缝的表面上，气孔的断面形状多为螺钉状，从焊缝表面上看呈圆喇叭口形，并且在气孔的四周有光滑内壁。机理：离子态进入熔池，溶解度变化。高温时熔入了大量氢气，而当熔池金属结晶时，由
16、于溶解度突然下降，气孔出现在焊缝的表面上，气孔的断面形状多为螺钉状，从焊缝表面上看呈圆喇叭口形，并且在气孔的四周有光滑内壁。机理：离子态进入熔池，溶解度变化。高温时熔入了大量氢气，而当熔池金属结晶时，由于溶解度突然下降，H2气来不及析出，留在焊缝中形成气孔。措施：除锈，清理工件，纯化气来不及析出，留在焊缝中形成气孔。措施：除锈，清理工件，纯化CO2。原因：油污和铁锈，。原因：油污和铁锈，CO2气体中含有水分。气体中含有水分。N2气孔产生在焊缝表面，有时在焊缝内部，多数情况下成堆出现，与蜂窝状相似。机理：溶解度变化。措施：加强焊接区的保护效果，提纯气孔产生在焊缝表面，有时在焊缝内部，多数情况下成
17、堆出现，与蜂窝状相似。机理：溶解度变化。措施：加强焊接区的保护效果，提纯CO2气体。在焊丝中加入固氮元素（气体。在焊丝中加入固氮元素（Al,Ti），有助于防止产生），有助于防止产生N2气孔。原因：保护效果不好，气孔。原因：保护效果不好，CO2气体不纯。气体不纯。在生产实际中，采用在生产实际中，采用CO2焊焊+H08Mn2SiA焊丝，如果焊前对焊丝和工件表面油污、铁锈作适当处理，焊丝，如果焊前对焊丝和工件表面油污、铁锈作适当处理，CO2中的水分也较低的情况下，焊缝金属中的气孔主要是中的水分也较低的情况下，焊缝金属中的气孔主要是N2气孔。而气孔。而N2气主要来源于空气的入侵。因此在焊接过程中要保证
18、保护气层的稳定、可靠。气孔是一种常见缺陷，它能降低焊缝金属的强度、塑性及其他性能。所以必须采取可靠措施防止气孔的产生。气主要来源于空气的入侵。因此在焊接过程中要保证保护气层的稳定、可靠。气孔是一种常见缺陷，它能降低焊缝金属的强度、塑性及其他性能。所以必须采取可靠措施防止气孔的产生。总之焊道产生气孔的原因如下：总之焊道产生气孔的原因如下：(1)焊丝和被焊金属坡口表面上的铁锈、油污或其它杂质。(2)人为的拉长电弧，焊接区域没有得到充分的保护。(3)焊接参数或焊接材料选择不当。(4)保护气体纯度不够。(5)气体加热器不能正常工作。(1)焊丝和被焊金属坡口表面上的铁锈、油污或其它杂质。(2)人为的拉长
19、电弧，焊接区域没有得到充分的保护。(3)焊接参数或焊接材料选择不当。(4)保护气体纯度不够。(5)气体加热器不能正常工作。解决方法解决方法(1)合理的使用焊接参数。合理的使用焊接参数。(2)使用合格的焊接材料及保护气体。使用合格的焊接材料及保护气体。(3)彻底清除焊丝和被焊金属表面上的水、锈、油污和其它杂质。彻底清除焊丝和被焊金属表面上的水、锈、油污和其它杂质。解决方法解决方法(4)使用二氧化碳气体保护焊、富氩气体保护焊时，要调整好焊枪与焊件的距离和角度使得焊接熔池得到充分的保护。使用二氧化碳气体保护焊、富氩气体保护焊时，要调整好焊枪与焊件的距离和角度使得焊接熔池得到充分的保护。(5)气保焊焊
20、枪的导流罩必须够长，太短以后保护气体在流动过程中不能形成很好的保护罩。气保焊焊枪的导流罩必须够长，太短以后保护气体在流动过程中不能形成很好的保护罩。(6)还要注意周围空气的流动，最好周围的风速不要超过还要注意周围空气的流动，最好周围的风速不要超过1.5m/s8.3 8.3 8.3 CO8.3 CO2 2气体保护焊的飞溅气体保护焊的飞溅CO2焊最突出的问题就是飞溅。焊最突出的问题就是飞溅。CO2焊接过程中，金属飞溅损失约占焊丝金属熔化金属的焊接过程中，金属飞溅损失约占焊丝金属熔化金属的10%左右，严重时可达左右，严重时可达3040%；最佳情况下，飞溅损失可控制在；最佳情况下，飞溅损失可控制在24
21、%范围内。范围内。几个术语熔化系数（几个术语熔化系数（melting coefficient）单位时间通过单位电流时焊丝的熔化量（）单位时间通过单位电流时焊丝的熔化量（g/Ah）。）。mYs%100=mYms熔敷系数（熔敷系数（deposition coefficient）单位时间通过单位电流时所熔敷到焊缝上的焊丝金属重量（）单位时间通过单位电流时所熔敷到焊缝上的焊丝金属重量（g/Ah）。损失系数（）。损失系数（loss coefficient）熔化系数与熔敷系数的差值，再除以熔化系数。）熔化系数与熔敷系数的差值，再除以熔化系数。1、飞溅损失增大，会降低焊丝的熔敷系数。从而增加焊丝及电能的消耗
22、，、飞溅损失增大，会降低焊丝的熔敷系数。从而增加焊丝及电能的消耗，降低焊接生产效率和增加焊接成本。降低焊接生产效率和增加焊接成本。一、飞溅的有害影响一、飞溅的有害影响2、飞溅金属粘着到导电嘴、喷嘴、焊缝及焊件表面上，焊后需要进行清理，、飞溅金属粘着到导电嘴、喷嘴、焊缝及焊件表面上，焊后需要进行清理，增加了焊接的辅助工时。增加了焊接的辅助工时。3、飞溅金属容易烧损焊工的工作服，甚至烫伤皮肤，、飞溅金属容易烧损焊工的工作服，甚至烫伤皮肤，恶化劳动条件。恶化劳动条件。二、二、CO2焊接的飞溅原因焊接的飞溅原因产生原因：气体爆炸斑点压力（气体分解收缩电弧）小桥爆断焊接参数产生原因：气体爆炸斑点压力（气
23、体分解收缩电弧）小桥爆断焊接参数1) CO2气体对电弧有较强的热压缩作用，使得弧根往往难以覆盖焊丝端部的全部熔滴，从而形成阳极气体对电弧有较强的热压缩作用，使得弧根往往难以覆盖焊丝端部的全部熔滴，从而形成阳极(或阴极或阴极)斑点，并使熔滴受到一个与过渡方向相反的较大作用力斑点，并使熔滴受到一个与过渡方向相反的较大作用力(斑点力斑点力)，并导致，并导致CO2焊接时熔滴较粗大，轴向过渡困难，而形成飞溅。焊接时熔滴较粗大，轴向过渡困难，而形成飞溅。2) 焊接二次回路的感抗焊接二次回路的感抗XL大小对短路过渡工艺的飞溅率影响极大。大小对短路过渡工艺的飞溅率影响极大。XL过小，当熔滴与熔池接触期间，短路
24、电流增长速度过小，当熔滴与熔池接触期间，短路电流增长速度didt太大，会使液态小桥被高速增长的电流而急剧加热，进而导致该液态小桥急剧膨胀太大，会使液态小桥被高速增长的电流而急剧加热，进而导致该液态小桥急剧膨胀(即爆炸即爆炸)，并产生飞溅。，并产生飞溅。XL过大，熔滴与焊丝之间的缩颈难以快速形成，甚至焊丝大段爆断而形成飞溅。过大，熔滴与焊丝之间的缩颈难以快速形成，甚至焊丝大段爆断而形成飞溅。3)焊丝焊丝C含量较高时，熔滴期间的含量较高时，熔滴期间的C+O CO 反应激烈时会引起熔滴爆炸而产生小颗粒飞溅。反应激烈时会引起熔滴爆炸而产生小颗粒飞溅。4)新近发展的表面张力过渡技术新近发展的表面张力过渡
25、技术(STT)对短路过渡工艺的飞溅机理做了进一步研究，认为飞溅的关键在于两个液态对短路过渡工艺的飞溅机理做了进一步研究，认为飞溅的关键在于两个液态“小桥小桥”存在期间的电流水平，即短路小桥形成时熔滴与熔池短路瞬间和缩颈小桥形成的瞬间，电流水平要低，以防止小桥的爆炸；而小桥一旦消失，便可用极大的电流增长速度和极高的电流水平来加速缩颈进程和确保熄弧后存在期间的电流水平，即短路小桥形成时熔滴与熔池短路瞬间和缩颈小桥形成的瞬间，电流水平要低，以防止小桥的爆炸；而小桥一旦消失，便可用极大的电流增长速度和极高的电流水平来加速缩颈进程和确保熄弧后(熔滴短路过渡完成后熔滴短路过渡完成后)高速地再引燃电弧。高速
26、地再引燃电弧。5) 由于熔滴过渡不正常而引起飞溅由于熔滴过渡不正常而引起飞溅a.短路过渡飞溅焊接过程中，当熔化金属与熔池接触形成短路后又引燃电弧，这一过程一般都会带来飞溅，其飞溅量的大小取决于焊接条件。正常短路过渡短路过渡飞溅焊接过程中，当熔化金属与熔池接触形成短路后又引燃电弧，这一过程一般都会带来飞溅，其飞溅量的大小取决于焊接条件。正常短路过渡35ms一般地 短路时间一般地 短路时间2ms，正常短路。，正常短路。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
27、由过渡时的飞溅和短路过渡时的飞溅熔滴自由过渡时的飞溅和短路过渡时的飞溅。?短路过渡的主要飞溅形式短路过渡的主要飞溅形式（1）细丝小电流一般飞溅率）细丝小电流一般飞溅率5%。如短路峰值电流较小，飞溅率。如短路峰值电流较小，飞溅率2%。（2）中等电流大电感由于电感的作用，短路电流上升速度（）中等电流大电感由于电感的作用，短路电流上升速度（di/dt）小，使得熔滴与熔池接触处不能瞬时形成缩颈，在表面张力的作用下，熔化金属向熔池过渡，最后使缩颈发生在焊丝与熔滴之间，小桥的爆炸力将推动熔滴向熔池过渡，这种飞溅较小。）小，使得熔滴与熔池接触处不能瞬时形成缩颈，在表面张力的作用下，熔化金属向熔池过渡，最后使
28、缩颈发生在焊丝与熔滴之间，小桥的爆炸力将推动熔滴向熔池过渡，这种飞溅较小。（3）中等电流小电感因为短路电流上升速度（）中等电流小电感因为短路电流上升速度（di/dt）快，缩颈位置出现在熔滴与熔池之间，此时缩颈在熔滴与熔池之间爆炸，则爆破力会阻止熔滴过渡，并形成大量的飞溅。）快，缩颈位置出现在熔滴与熔池之间，此时缩颈在熔滴与熔池之间爆炸，则爆破力会阻止熔滴过渡，并形成大量的飞溅。（4）固态短路主要是焊接规范选择不合适，如送丝速度过快而电弧电压过低，焊丝伸出长度过大，或是因为回路电感过大，使得）固态短路主要是焊接规范选择不合适，如送丝速度过快而电弧电压过低，焊丝伸出长度过大，或是因为回路电感过大，
29、使得(di/dt)过小，这时固体焊丝插入熔池形成固体短路而引起大段的爆断，同时熔池金属被抛出，造成大量的飞溅。过小，这时固体焊丝插入熔池形成固体短路而引起大段的爆断，同时熔池金属被抛出，造成大量的飞溅。（5）潜弧短路大电流）潜弧短路大电流CO2焊，电弧电压很低，电弧潜入熔池中，如果偶尔发生短路再引燃电弧，由于气体冲击作用，几乎可以将全部熔池金属冲出而形成飞溅。焊，电弧电压很低，电弧潜入熔池中，如果偶尔发生短路再引燃电弧，由于气体冲击作用，几乎可以将全部熔池金属冲出而形成飞溅。（6）大电流短路因为电流大，短路时的电流也就大，因此发生短路时会产生强烈的飞溅。）大电流短路因为电流大，短路时的电流也就
30、大，因此发生短路时会产生强烈的飞溅。（1）斑点压力产生的飞溅熔滴在斑点压力的作用下，被顶偏而上绕，形成大滴状飞溅。如）斑点压力产生的飞溅熔滴在斑点压力的作用下，被顶偏而上绕，形成大滴状飞溅。如1.6mm焊丝，电流焊丝，电流300350A，当电弧电压较高时就会产生这种飞溅。，当电弧电压较高时就会产生这种飞溅。? 颗粒过渡的主要飞溅形式颗粒过渡的主要飞溅形式（2）熔滴与焊丝间通过大电流而爆断大电流时，熔滴与焊丝之间的缩颈处通过较大的电流密度，该处金属过热而爆断，形成颗粒细小的飞溅。）熔滴与焊丝间通过大电流而爆断大电流时，熔滴与焊丝之间的缩颈处通过较大的电流密度，该处金属过热而爆断，形成颗粒细小的飞
31、溅。（3）细颗粒过渡，气体析出引起的飞溅由于焊丝或工件清理不良或焊丝含碳量较高，在熔化金属内部（包括熔滴、熔池）生成大量的）细颗粒过渡，气体析出引起的飞溅由于焊丝或工件清理不良或焊丝含碳量较高，在熔化金属内部（包括熔滴、熔池）生成大量的CO气体，这些气体聚集到一定体积，压力增加而从液体金属中析出，造成小滴飞溅。气体，这些气体聚集到一定体积，压力增加而从液体金属中析出，造成小滴飞溅。（4）熔滴内部气体膨胀而引起爆破大滴状过渡时，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，同时猛烈的析出气体，使熔滴爆炸而造成飞溅。）熔滴内部气体膨胀而引起爆破大滴状过渡时，如果熔
32、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，同时猛烈的析出气体，使熔滴爆炸而造成飞溅。（5）串联电弧引起的飞溅大滴状过渡时，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，熔滴可能被抛出熔池而形成飞溅。）串联电弧引起的飞溅大滴状过渡时，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，熔滴可能被抛出熔池而形成飞溅。三、减少飞溅的措施三、减少飞溅的措施引起金属飞溅的因素很多，要减少飞溅，需要根据实际情况进行分析，采取有针对性的解决措施。引起金属飞溅的因素很多，要减少飞溅，需要根据实际情况进行分析，采取有针对性的解决措施。1、选择合适
33、的焊丝材料或保护气成分（、选择合适的焊丝材料或保护气成分（1）尽可能选用含碳量低的钢焊丝，以减少焊接过程中生成的）尽可能选用含碳量低的钢焊丝，以减少焊接过程中生成的CO气体。实践表明，当焊丝中含碳量降低到气体。实践表明，当焊丝中含碳量降低到0.04%时，可大大减小飞溅。时，可大大减小飞溅。（2）采用药芯焊丝）采用药芯焊丝有效导电截面面积与实心焊丝比较降低很多，在同样的焊接电流下电流密度很大，因此焊丝的熔化速度有所提高。电弧沿着导电的金属壳燃烧，熔化的液态金属滴沿着药芯及其熔渣向熔池过渡(也可以称为渣壁过渡)，避免了与熔池的短路。药芯焊丝CO2焊接时药芯中含有脱氧剂、稳弧剂及造渣剂等，造成气有效
34、导电截面面积与实心焊丝比较降低很多，在同样的焊接电流下电流密度很大，因此焊丝的熔化速度有所提高。电弧沿着导电的金属壳燃烧，熔化的液态金属滴沿着药芯及其熔渣向熔池过渡(也可以称为渣壁过渡)，避免了与熔池的短路。药芯焊丝CO2焊接时药芯中含有脱氧剂、稳弧剂及造渣剂等，造成气渣联合保护，使保护效果更好，焊接过程非常稳定，飞溅可显著减少。渣联合保护，使保护效果更好，焊接过程非常稳定，飞溅可显著减少。（3）在长弧焊时，采用）在长弧焊时，采用CO2+Ar的混合气体保护。当的混合气体保护。当Ar60%时，可明显地使熔滴尺寸变细。时，可明显地使熔滴尺寸变细。Ar75%时，可得到射流过渡，改善了熔滴过渡特性，减
35、小金属飞溅。时，可得到射流过渡，改善了熔滴过渡特性，减小金属飞溅。2、在短路过渡焊接时，合理地选择焊接电源特性并匹配合适的可调电感，以便当采用不同直径的焊丝焊接时均可调得合适的短路电流增长速度（即、在短路过渡焊接时，合理地选择焊接电源特性并匹配合适的可调电感，以便当采用不同直径的焊丝焊接时均可调得合适的短路电流增长速度（即di/dt的大小可调）。的大小可调）。0.300.800.300.700.100.500.080.400.040.300.020.23电感量（电感量（mH）2.01.61.21.00.80.6焊丝直径（焊丝直径（mm）推荐的电感值推荐的电感值3、一般应选用直流反极性进行焊接。
36、如果采用直流正接，由于焊丝是阴极，受到的电极斑点压力较大，焊丝易产生粗大的熔滴，并被顶偏而产生非轴向过渡，出现大颗粒飞溅。、一般应选用直流反极性进行焊接。如果采用直流正接，由于焊丝是阴极，受到的电极斑点压力较大，焊丝易产生粗大的熔滴，并被顶偏而产生非轴向过渡，出现大颗粒飞溅。如果采用直流正接，为了减小飞溅，需要采用活化焊丝。活化处理：在焊丝表面涂上一薄层碱金属、碱土金属或稀土金属的化合物（铯、钾、钠等盐类，如如果采用直流正接，为了减小飞溅，需要采用活化焊丝。活化处理：在焊丝表面涂上一薄层碱金属、碱土金属或稀土金属的化合物（铯、钾、钠等盐类，如CsCO3，K2CO3），来提高焊丝发射电子的能力和
37、降低弧柱的有效电离势，这样可以细化金属熔滴，减少飞溅，改善焊缝成形。），来提高焊丝发射电子的能力和降低弧柱的有效电离势，这样可以细化金属熔滴，减少飞溅，改善焊缝成形。4、当采用不同的熔滴过渡形式时，均要合理地选定焊接规范参数及正确的工艺。、当采用不同的熔滴过渡形式时，均要合理地选定焊接规范参数及正确的工艺。（1）焊接电流、电压及保护气体在选择焊接电流时，应尽可能避开飞溅率高的区域。电流确定后再匹配适当的电压，以保证飞溅最少。）焊接电流、电压及保护气体在选择焊接电流时，应尽可能避开飞溅率高的区域。电流确定后再匹配适当的电压，以保证飞溅最少。（2）焊枪角度焊枪垂直时飞溅最少，倾斜角度越大，飞溅越多
38、。焊枪前倾后倾最好不超过）焊枪角度焊枪垂直时飞溅最少，倾斜角度越大，飞溅越多。焊枪前倾后倾最好不超过20（3）焊丝伸出长度焊丝伸出长度应尽可能缩短。对于短路过渡，焊丝伸出长度增加，焊接电流下降，熔深减小，飞溅加大。）焊丝伸出长度焊丝伸出长度应尽可能缩短。对于短路过渡，焊丝伸出长度增加，焊接电流下降，熔深减小，飞溅加大。5、新型控制方法、新型控制方法（1）波控法）波控法动态电弧控制动态电弧控制DAC控制控制电流波形控制电流波形控制（2）表面张力过渡控制）表面张力过渡控制STTSurface Tension Transfer20世纪世纪90年代初期由美国林肯年代初期由美国林肯(Lincoln)电气
39、公司开发的一种电气公司开发的一种MIG/MAG焊熔滴过渡控制技术。焊熔滴过渡控制技术。STT是一种类似于短路过渡或短弧过渡的新的过渡方式，与标准的气体保护焊设备不同，是一种类似于短路过渡或短弧过渡的新的过渡方式，与标准的气体保护焊设备不同，STT的焊接电源在整个焊接周期内精确地控制着流过焊丝的电流，其响应时间以微秒计。的焊接电源在整个焊接周期内精确地控制着流过焊丝的电流，其响应时间以微秒计。STT的一个重要特点是其焊接电流与送丝速度无关，由此可以更好地控制热输入而得到合适的熔深。的一个重要特点是其焊接电流与送丝速度无关，由此可以更好地控制热输入而得到合适的熔深。(1)燃弧阶段燃弧阶段T0-T1
40、：该阶段电流熔化焊丝，在焊丝末端形成一个球状熔滴并控制熔滴直径，以防止熔滴直径太小时电弧不稳定，太大时产生飞溅，同时电流维持电弧继续燃烧。：该阶段电流熔化焊丝，在焊丝末端形成一个球状熔滴并控制熔滴直径，以防止熔滴直径太小时电弧不稳定，太大时产生飞溅，同时电流维持电弧继续燃烧。(2)过渡阶段过渡阶段T1T2随着熔滴的长大和焊丝的推进，熔滴接触到熔池，开始了过渡阶段。这时电源使焊接电流在一个很短的时间内下降到一个较低值，熔滴靠重力和表面张力的吸引从焊丝向熔池过渡，形成液体小桥。随着熔滴的长大和焊丝的推进，熔滴接触到熔池，开始了过渡阶段。这时电源使焊接电流在一个很短的时间内下降到一个较低值，熔滴靠重
41、力和表面张力的吸引从焊丝向熔池过渡，形成液体小桥。(3)压缩阶段压缩阶段T2T3形成小桥后，熔滴开始向熔池铺展。这时，电源使电流按一定斜率上升到较大值，这个大电流产生一个向内的轴向压力加在小桥上，使小桥产生缩颈。形成小桥后，熔滴开始向熔池铺展。这时，电源使电流按一定斜率上升到较大值，这个大电流产生一个向内的轴向压力加在小桥上，使小桥产生缩颈。(4)断裂阶段断裂阶段T3T4缩颈减小了电流流过的截面，增大了小桥电阻，电源随时检测反映电阻变化的电压变化率。小桥断裂时存在一个临界变化率，一旦电源检测到这一变化率，它将在数微秒内将电流拉至一个较小值。表面张力吸引断裂后的熔滴进入熔池，实现无飞溅过渡。这时
42、，焊丝从熔池中脱离出来。缩颈减小了电流流过的截面，增大了小桥电阻，电源随时检测反映电阻变化的电压变化率。小桥断裂时存在一个临界变化率，一旦电源检测到这一变化率，它将在数微秒内将电流拉至一个较小值。表面张力吸引断裂后的熔滴进入熔池，实现无飞溅过渡。这时，焊丝从熔池中脱离出来。(5)再燃弧阶段再燃弧阶段T4T7焊丝脱离熔池后，电流上升到一个较大值以实现快速可靠再燃弧。同时，这个大电流产生的等离子流力一方面推动刚脱离焊丝端部的熔滴快速进入熔池，并压迫熔池下凹，以获得必要的弧长和必要的燃弧时间，从而保证焊丝端部得到要求的熔滴尺寸，另一方面保证必要的熔深和良好的熔合。然后，电流逐渐下降到基值电流，焊丝脱
43、离熔池后，电流上升到一个较大值以实现快速可靠再燃弧。同时，这个大电流产生的等离子流力一方面推动刚脱离焊丝端部的熔滴快速进入熔池，并压迫熔池下凹，以获得必要的弧长和必要的燃弧时间，从而保证焊丝端部得到要求的熔滴尺寸，另一方面保证必要的熔深和良好的熔合。然后，电流逐渐下降到基值电流，进入下进入下一一个燃弧周期个燃弧周期。由于在整个过渡周期的每个环节中，电流严格按照电弧瞬时热量要求的变化而变化，防止了过剩热量的积累，因此也减少了飞溅。由于在整个过渡周期的每个环节中，电流严格按照电弧瞬时热量要求的变化而变化，防止了过剩热量的积累，因此也减少了飞溅。8.4 8.4 8.4 8.4 CO2焊设备焊设备 半
44、自动半自动CO2焊设备焊设备 自动自动CO2焊设备焊设备一般是直流反接细丝一般是直流反接细丝-等速送丝等速送丝-平特性电源平特性电源燃烧稳定、焊接参数易调节、避免回烧燃烧稳定、焊接参数易调节、避免回烧粗丝粗丝-变速送丝变速送丝-下降特性电源下降特性电源一、焊接电源一、焊接电源 电源动特性电源动特性 粗丝细滴过渡时电流变化比较小，对焊接电源动特性要求不高粗丝细滴过渡时电流变化比较小，对焊接电源动特性要求不高 细丝短路过渡时，焊接电流不断变化，要求外特性品质比较高细丝短路过渡时，焊接电流不断变化，要求外特性品质比较高 短路电流增长速度短路电流增长速度 合适的峰值电流合适的峰值电流 电弧电压恢复速度
45、电弧电压恢复速度二、送丝系统二、送丝系统变速送丝：3.0mm等速送丝：2.4mm变速送丝：3.0mm等速送丝：2.4mm直径直径0.8-2.0mm2-5m直径直径0.8mm15m 要求：要求： 送气稳定、送丝均匀、导电可靠送气稳定、送丝均匀、导电可靠 结构简单、经久耐用、维修方便结构简单、经久耐用、维修方便 使用性良好使用性良好三、供气系统三、供气系统 干燥剂：干燥剂： 硅胶硅胶 脱水硫酸铜脱水硫酸铜 无水氯化钙：吸水性好，不能重复利用无水氯化钙：吸水性好，不能重复利用 场合：含水量高的时候使用场合：含水量高的时候使用8.5 8.5 8.5 8.5 CO2焊的工艺焊的工艺一、短路过渡工艺一、短
46、路过渡工艺短路过渡方式是短路过渡方式是CO2焊接方法中应用最广泛的工艺形式。短路过波形式的焊接方法中应用最广泛的工艺形式。短路过波形式的CO2焊接条件，通常是在细焊丝、低电压、小电流条件下实现的。焊丝直径一般为焊接条件，通常是在细焊丝、低电压、小电流条件下实现的。焊丝直径一般为0.6-1.6mm(0.8mm、1.0mm、1.2mm三种规格应用最多三种规格应用最多)。焊丝直径大于。焊丝直径大于1.6mm，若再采用短路过渡方式，飞溅会极其严重，所以很少应用。，若再采用短路过渡方式，飞溅会极其严重，所以很少应用。 特点特点 细丝、低电压、小电流细丝、低电压、小电流 熔滴细小、过渡频率高熔滴细小、过渡
47、频率高 电弧稳定、飞溅小、成型美观电弧稳定、飞溅小、成型美观 适用于薄板、全位置焊接适用于薄板、全位置焊接 焊接工艺参数的选择焊接工艺参数的选择1电弧电压与焊接电流电弧电压与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
48、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：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
49、=0.04I+16（）1.5U=0.04I+16（）1.52焊丝直径焊丝直径 焊丝直径焊丝直径0.6-1.6mm，直径增加飞溅颗粒增大。，直径增加飞溅颗粒增大。 相同电流下，焊丝越细，熔化速度越高。相同电流下，焊丝越细，熔化速度越高。 如果电流过大，这时要用极大的送丝速度，从而引起熔池翻腾和焊缝成形恶化。如果电流过大，这时要用极大的送丝速度，从而引起熔池翻腾和焊缝成形恶化。焊丝直径与电流范围焊丝直径与电流范围30180402005025060300704001506004090501206015070180803503005000.60.80.91.01.21.6可能使用电流范围可能使用电流范
50、围/A推荐电流范围推荐电流范围/A焊丝直径焊丝直径/mm3焊丝送丝速度焊丝送丝速度 速度加快速度加快-焊缝厚度、焊缝宽度、焊缝余高均减小焊缝厚度、焊缝宽度、焊缝余高均减小 过快过快咬边 驼峰焊缝咬边 驼峰焊缝 过慢过慢焊道变宽 漫溢焊道变宽 漫溢4焊接速度焊接速度 与焊接电流有关与焊接电流有关 200A以下以下10-15L/min 200A以上以上15-25L/min 侧向风对保护效果影响显著侧向风对保护效果影响显著2m/s气孔明显增加气孔明显增加5保护气流量保护气流量一般伸出长度为焊丝直径的一般伸出长度为焊丝直径的10倍倍6焊丝伸出长度焊丝伸出长度 控制电流增长速度控制电流增长速度 调节电弧
