二氧化碳气体保护焊是利用CO2作为焊接保护气的一种熔化极、气体保护的电弧焊方法。该方法具有如下优点:

① 生产效率高和节省能量。由于该法焊接电流密度较大,通常为100～300A/mm2,因此,电弧能量集中,焊丝的熔化效率高,母材的熔透深度大,焊接速度快,同时,焊后不需要清渣,是一种高效节能的焊接方法。生产率可比焊条电弧焊高1～3倍。

② 焊接成本低。由于CO2气体和焊丝价格低廉,对于焊前的生产准备要求不高,焊后清理和校正工时少;同时,避免了焊条电弧焊中频繁更换焊条的缺点。CO2电弧焊的成本只有焊条电弧焊的40%～50%。

③ 焊接变形小。由于CO2电弧焊时,电弧热量集中,热输入低和CO2气体具有较强的冷却作用,使焊接工件受热面积小,变形小。特点是焊接薄板时,CO2焊的变形比其他焊接方法时的变形小。

④ 对油和锈的敏感性很低。

⑤ 由于保护气体的氧化性,焊缝中含氢量少,提高了焊接低合金高强度钢抗冷裂纹的能力。

⑥ 当CO2焊采用短路过渡形式时,可用于立焊、仰焊和全位置焊接。

⑦ 电弧可见性好,有利于观察,使焊丝对准焊缝位置。尤其是在半自动焊时可以较容易地实现短焊缝和曲线焊缝的焊接工作。

⑧ 操作简单,容易掌握。

co2最大的缺点就是飞溅大,CO2气体保护焊过程中金属飞溅损失约占焊丝熔金属的10%左右,严重的可达30-40%。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,降低焊接生产率和焊接成本。

飞溅金属粘着到导电嘴端面和喷嘴内壁上,会使送丝不畅而影响电弧稳定性,降低保护气的保护作用,恶化焊缝成形质量。此外,飞溅金属粘着到导电嘴,喷嘴,焊缝及焊件表面上,尚需在焊后进行清理,这就增加了焊接的辅助工时。焊接过程中飞溅出的金属,还容易烧坏焊工的工作服,甚至烫伤皮肤,恶化劳动条件。

1、 产生飞溅的原因

CO2气体保护焊金属飞溅问题之所以突出,是和这种焊接方法的冶金特性及工艺特性有关。

1.1 焊接熔池中产生的飞溅

焊接时,随着温度的升高,CO2受热分解:CO2→CO+O

CO气体体积膨胀,若从熔滴或熔池中的外逸受到阻碍,就可能在局部范围爆破,从而产生大量的细颗粒飞溅金属。

1.2 由电弧斑点压力引起飞溅

如用直流正极性长弧焊时,由于焊丝是阴极,受到的电极斑点压力较大,故焊丝容易产生粗大的熔滴和被顶偏而产生非轴向过渡,从而出现大颗粒的飞溅金属。

1.3 熔滴过渡时产生的飞溅

1)熔滴自由过渡时的飞溅。较大焊接电流和较高电弧电压时,在CO2气氛下,熔滴在斑点压力作用下上翘,易形成大滴状飞溅。

2)熔滴短路过渡时的飞溅。短路过渡时的飞溅主要发生在短路小桥破断的瞬间。有关实验表明,飞溅的多少主要和电爆炸能量有关,主要由小桥爆破前的短路电流和小桥直径有关。

此外,焊接电流、电压和极性等焊接参数选择不当,也会对飞溅有直接影响,比如,随着电弧电压的升高,飞溅增大。在长弧焊时,熔滴易在焊丝未端产生无规则的晃动;而短弧焊时,将造成粗大的液体金属过桥,这些均引起飞溅增大等。

2、 减少飞溅的措施

引起金属飞溅的因素很多,故要减小飞溅,需要根据实际情况进行具体分析,采取有针对性的解决措施。一般说来,有下列一些措施可供考虑:

1)电源极性选择直流反接。

2)选择合适的焊接电流区域。CO2焊时,每种直径的焊丝其飞溅率都和焊接电流之间存在一定的规律:一般电流小于150A或大于300A飞溅率都较小,介于两者之间的飞溅率较大。在选择焊接电流时,应尽可能避开飞溅率高的电流区域。电流确定后在匹配适当的电压,以确保飞溅率最小。

3)焊枪垂直时飞溅量最小,倾斜角度最大,飞溅越多。焊枪前倾或后倾最好不要超过20度。

4)焊丝伸出长度。在能保证正常焊接的情况下焊丝伸出长度尽可能缩短。

5)长弧焊的时在CO2中加入Ar气。在CO2气体中加入Ar气后,改变了纯二氧化碳气体的导热率高,分解吸热,消耗电弧热能高易导致弧柱及电弧斑点强烈收缩,阻碍熔滴过渡的物理化学性质。随着Ar气比例增大,飞溅逐渐减少。CO2+Ar混合气体除可克服飞溅外,也改善了焊缝成型,对焊缝溶深、焊缝高度及余高都有影响。实践证明80%Ar+20%CO2时飞溅率最低。

6)采用低飞溅率焊丝。

① 实芯焊丝。在保证机械性能的前提下,应尽可能降低其中含碳量,并添加适量的钛、铝等合金元素。无论颗粒过度焊接或短路过度焊接都可显著减少由CO等气体引起的飞溅。

② 采用以Cs2CO3,K2CO3等物质活化处理过的焊丝,进行正极性焊接。

③ 采用药芯焊丝。采用药芯焊丝的金属飞溅率越为实心焊丝的1/3。

此外,在焊接回路中串联大的电感,使短路电流上升慢些也可以适当的减少飞溅。