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1、COCO2 2气体保护焊气体保护焊第1节 焊接特点及应用l CO2焊接技术发展史焊接技术发展史lCO2焊接技术发展与金属结构制造状况密不可分。焊接技术发展与金属结构制造状况密不可分。50年代初期，年代初期，CO2气保焊技术一经开发，就应用于金属结构制造，并伴随着气保焊技术一经开发，就应用于金属结构制造，并伴随着焊接结构设计、制造技术水平的不断提高，逐渐成为金属结构焊接结构设计、制造技术水平的不断提高，逐渐成为金属结构焊接的主要方法。其高效、优质、自动化的技术特点，具有良焊接的主要方法。其高效、优质、自动化的技术特点，具有良好应用条件，并且极大地推动了金属结构焊接技术和相关产业好应用条件，并且极
2、大地推动了金属结构焊接技术和相关产业的发展，在焊接技术发展史上书写了辉煌的一页的发展，在焊接技术发展史上书写了辉煌的一页l目前在美国、日本、欧洲等发达国家及地区采用焊接金属结构目前在美国、日本、欧洲等发达国家及地区采用焊接金属结构件比例日趋增大，其中件比例日趋增大，其中CO2气保焊消耗的焊接金属材料重量约气保焊消耗的焊接金属材料重量约占全部焊接材料总重量的占全部焊接材料总重量的50%75%l经过多年努力，我国经过多年努力，我国CO2气保焊技术在金属结构制造业中的推气保焊技术在金属结构制造业中的推广应用，取得了长足进步，并可以总结为三个阶段：探索阶段、广应用，取得了长足进步，并可以总结为三个阶段
3、：探索阶段、起步阶段、发展阶段。起步阶段、发展阶段。第1节 焊接特点及应用l探索阶段是从探索阶段是从60年代到年代到80年代中期，国内高校、研究单位及一年代中期，国内高校、研究单位及一些厂矿企业对些厂矿企业对CO2焊接技术外于研究、开发、收集、整理国外焊接技术外于研究、开发、收集、整理国外焊接技术，在这一时期焊接技术，在这一时期CO2气保焊技术没有形成大批量金属结气保焊技术没有形成大批量金属结构的生产能力及相关产品的生产规模。大多数企业技术人员不构的生产能力及相关产品的生产规模。大多数企业技术人员不熟悉或根本不了解熟悉或根本不了解CO2气保焊技术及其主要特点。气保焊技术及其主要特点。l起步阶段
4、是从起步阶段是从80年代中期到年代中期到90年代初的时间里，引进国外先进年代初的时间里，引进国外先进焊接技术和装备，对大型骨干机械企业进行技术改造。大型金焊接技术和装备，对大型骨干机械企业进行技术改造。大型金属结构制造企业采用引进技术，与西方国家跨国公司合作制造属结构制造企业采用引进技术，与西方国家跨国公司合作制造大型金属结构，并成批购买国外大型金属结构，并成批购买国外CO2气保焊设备、焊接材料等气保焊设备、焊接材料等器材，进行焊工培训，推动了器材，进行焊工培训，推动了CO2气保焊技术的应用，焊接工气保焊技术的应用，焊接工作者由此认识到作者由此认识到CO2气保焊技术的优点。可以说是在借助国外气
5、保焊技术的优点。可以说是在借助国外成熟技术和生产工艺，形成了我国大型金属结构企业的成熟技术和生产工艺，形成了我国大型金属结构企业的CO2气气保焊技术的生产能力，从而大大改变了金属结构制造企业的装保焊技术的生产能力，从而大大改变了金属结构制造企业的装备水平、制造能力，提高了产品质量和生产效率，改变了传统备水平、制造能力，提高了产品质量和生产效率，改变了传统的金属结构焊接工艺，引起了焊接技术的革命，推动了国内的金属结构焊接工艺，引起了焊接技术的革命，推动了国内CO2气保焊设备、焊接材料、辅件等领域技术研究和推广应用工气保焊设备、焊接材料、辅件等领域技术研究和推广应用工作的发展。作的发展。第1节 焊
6、接特点及应用l发展阶段是从发展阶段是从90年代初至今的近十年时间，自年代初至今的近十年时间，自1992年中国焊接年中国焊接协会和中国机械工程学会焊接分会联合举办协会和中国机械工程学会焊接分会联合举办“全国全国CO2气保焊气保焊技术推广应用交流会技术推广应用交流会”以来，以来，CO2气保焊技术在金属结构行业气保焊技术在金属结构行业中应用、推广工作蓬勃发展。表现在中应用、推广工作蓬勃发展。表现在CO2气保焊技术开发能力气保焊技术开发能力增强，应用工作从大型机械企业推广到中、小型企业，而大型增强，应用工作从大型机械企业推广到中、小型企业，而大型机械企业的机械企业的CO2气保焊应用也从一些合作产品的生
7、产，推广到气保焊应用也从一些合作产品的生产，推广到各种金属焊接结构、各种金属焊接结构、CO2气保焊设备、焊接材料及配套辅件，气保焊设备、焊接材料及配套辅件，基本实现国内生产供给。一批服务于基本实现国内生产供给。一批服务于CO2气保焊技术的企业，气保焊技术的企业，把握住了把握住了CO2气保焊技术推广的市场脉搏，迅速发展起来。如：气保焊技术推广的市场脉搏，迅速发展起来。如：焊接设备方面的时代集团公司、天津电焊机厂、江苏双良焊接焊接设备方面的时代集团公司、天津电焊机厂、江苏双良焊接设备制造公司、唐山松下产业机器有限公司等；焊接材料方面设备制造公司、唐山松下产业机器有限公司等；焊接材料方面的天津电焊条
8、公司、猴王焊材有限公司、上海电焊条有限公司、的天津电焊条公司、猴王焊材有限公司、上海电焊条有限公司、江苏江南焊丝厂、北京市焊接材料厂及天津市三英焊业有限责江苏江南焊丝厂、北京市焊接材料厂及天津市三英焊业有限责任公司、北京宝钢焊业有限责任公司、北京钢廉焊接材料责任任公司、北京宝钢焊业有限责任公司、北京钢廉焊接材料责任有限公司和嘉兴东方焊业有限公司等；焊接气体方面的普莱克有限公司和嘉兴东方焊业有限公司等；焊接气体方面的普莱克斯气体有限公司、斯气体有限公司、BOC气体公司等。展现了我国气体公司等。展现了我国CO2气保焊技气保焊技术推广应用取得丰硕成果。术推广应用取得丰硕成果。第1节 焊接特点及应用l
9、焊接特点焊接特点l保护效果好保护效果好l由于由于CO2 气体密度较大，并且受电弧加热后体积膨胀也较大，所气体密度较大，并且受电弧加热后体积膨胀也较大，所以在隔离空气保护焊接熔池和电弧方面效果良好。以在隔离空气保护焊接熔池和电弧方面效果良好。l生产效率高生产效率高l与焊条手弧焊相比，与焊条手弧焊相比，CO2 电弧的穿透力强熔深大，而且焊丝的熔电弧的穿透力强熔深大，而且焊丝的熔化率高，熔敷速度快，生产率高。化率高，熔敷速度快，生产率高。l成本低成本低lCO2 气体来源广、价格低，因而焊接成本只有埋弧焊和焊条手弧气体来源广、价格低，因而焊接成本只有埋弧焊和焊条手弧焊的焊的4050%左右。左右。l节省
10、能源节省能源lCO2 电弧焊与焊条手弧焊相比，对于电弧焊与焊条手弧焊相比，对于3mm 厚的低碳钢板对接焊厚的低碳钢板对接焊缝，每米焊缝消耗的电能，前者为后者的缝，每米焊缝消耗的电能，前者为后者的70 左右；对于左右；对于25mm 厚的低碳钢板对接焊缝，每米焊缝消耗的电能，前者仅为后者的厚的低碳钢板对接焊缝，每米焊缝消耗的电能，前者仅为后者的40。所以是较好的节能焊接方法。所以是较好的节能焊接方法。l适应范围广适应范围广l适用范围广，可全位置进行焊接。薄板可焊到适用范围广，可全位置进行焊接。薄板可焊到1mm 左右，最厚几左右，最厚几乎不受限制（采用多层焊）。而且焊接薄板时，较之气焊速度快、乎不受
11、限制（采用多层焊）。而且焊接薄板时，较之气焊速度快、变形小。变形小。l焊接质量较好焊接质量较好l抗锈能力较强，焊缝含氢量低，抗裂性好。抗锈能力较强，焊缝含氢量低，抗裂性好。l便于机械化与自动化便于机械化与自动化l焊后不需要清渣。又因是明弧，便于监视和控制，有利于实现焊焊后不需要清渣。又因是明弧，便于监视和控制，有利于实现焊接过程的机械化和自动化。接过程的机械化和自动化。l问题问题l金属飞溅是金属飞溅是CO2 焊较为突出的问题，目前不论从焊接电源、材料焊较为突出的问题，目前不论从焊接电源、材料及工艺上采用何种措施，也只能使其飞溅减少，并不能完全消除。及工艺上采用何种措施，也只能使其飞溅减少，并不
12、能完全消除。l焊缝成形有待改善，特别应注意减小应力集中的可能性。焊缝成形有待改善，特别应注意减小应力集中的可能性。lCO2 电弧气氛具有较强的氧化性，必须采用含有脱氧剂的焊丝等。电弧气氛具有较强的氧化性，必须采用含有脱氧剂的焊丝等。第2节 焊接材料l气体气体lCO2 是一种无色无味的气体；在是一种无色无味的气体；在0 和和101.3 kPa 气气压时，它的密度为压时，它的密度为1.9768g/cm3，为空气的，为空气的1.5 倍；倍；在常温下很稳定，但在高温下（在常温下很稳定，但在高温下（5000K 左右）几乎左右）几乎能全部分解。能全部分解。lCO2 有三种状态：固态、液态和气态。气态有三种
13、状态：固态、液态和气态。气态CO2 只只有受到压缩才能变成液态。当不加压力而冷却时，有受到压缩才能变成液态。当不加压力而冷却时，CO2 气体将直接变成固态（干冰）。在温度升高时，气体将直接变成固态（干冰）。在温度升高时，固态固态CO2 能直接变成气体，而不需经过液态的转变。能直接变成气体，而不需经过液态的转变。l工业用工业用CO2 都是液态存贮，常温下自己气化。在都是液态存贮，常温下自己气化。在0 和和101.3kPa 气压力下，气压力下，1kg 液态液态CO2 可以气化成可以气化成509 L 的气态的气态CO2。第2节 焊接材料l气体气体lCO2 贮瓶通常漆成黑色，并标有黄字贮瓶通常漆成黑色
14、，并标有黄字CO2 字样。容量为字样。容量为40 L 的的标准钢瓶可灌入标准钢瓶可灌入25kg 的液态的液态CO2，液态液态CO2 约占钢瓶容积的约占钢瓶容积的80，其余空间则充满气化了的，其余空间则充满气化了的CO2。气瓶压力表上所指示的。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。只有当气瓶内液态压力值，就是这部分气体的饱和压力。只有当气瓶内液态CO2 已全部挥发成气体后，瓶内气体的压力才会随着已全部挥发成气体后，瓶内气体的压力才会随着CO2 气体的消气体的消耗而逐渐下降。耗而逐渐下降。l液态液态CO2 中约可溶解中约可溶解0.05 重量的水，其余的水则成自由状态重量的水，其余的
15、水则成自由状态沉于瓶底。这些水分在使用过程中随沉于瓶底。这些水分在使用过程中随CO2 一起挥发成水气后，一起挥发成水气后，便混入便混入CO2 气体中一起进入焊接区。气体中一起进入焊接区。l.随着随着CO2 气体中水分的增加，即露点温度提高，焊缝中的含氢气体中水分的增加，即露点温度提高，焊缝中的含氢量亦增加，塑性变差，而且易于出现气孔。量亦增加，塑性变差，而且易于出现气孔。.l为了获得优质焊缝，应对瓶装为了获得优质焊缝，应对瓶装CO2 气体作一定的处理。气体作一定的处理。l气体气体lCO2气保焊保护气体生产方面，主要依赖于气保焊保护气体生产方面，主要依赖于各地区石灰窑生产企业、化工企业和酿造企各
16、地区石灰窑生产企业、化工企业和酿造企业的副产品，没有气体专业生产厂家。目前业的副产品，没有气体专业生产厂家。目前专业气体生产厂家仅有两个合资企业，普莱专业气体生产厂家仅有两个合资企业，普莱克斯气体有限公司和克斯气体有限公司和BOC气体公司等，均可气体公司等，均可提供提供CO2及富及富Ar等多种焊接用气体且纯度很等多种焊接用气体且纯度很高。高。第2节 焊接材料l焊丝焊丝l必须采用含有硅锰等脱氧剂的焊丝必须采用含有硅锰等脱氧剂的焊丝l钛可以减少飞溅损失钛可以减少飞溅损失2%6%l铝可以在铝可以在0.4%0.8%范围内明显降低气孔倾向范围内明显降低气孔倾向l加热后的焊丝含氢量显著下降加热后的焊丝含氢
17、量显著下降l活化后的焊丝可以细化熔滴，减少飞溅，改善成形活化后的焊丝可以细化熔滴，减少飞溅，改善成形l80年代初至年代初至80年代中期，我国针对当时年代中期，我国针对当时Q235、16Mn等主要结等主要结构钢生产的构钢生产的490MPa级级CO2气保焊实心焊丝，在引进设备、引气保焊实心焊丝，在引进设备、引进技术、开发试制的努力中，已实现部分自给，但是处于供不进技术、开发试制的努力中，已实现部分自给，但是处于供不应求，而且药芯焊丝基本处于开发研制、试生产状态。大部分应求，而且药芯焊丝基本处于开发研制、试生产状态。大部分CO2气保焊焊接材料主要依靠从美国、日本、欧洲等国家进口。气保焊焊接材料主要依
18、靠从美国、日本、欧洲等国家进口。国产焊接材料与进口焊接材料相比在工艺性能、力学性能方面国产焊接材料与进口焊接材料相比在工艺性能、力学性能方面存在着一定差距。存在着一定差距。第2节 焊接材料l焊丝焊丝l日前我国日前我国CO2气保焊实心焊丝已经形成一定生产规模，产量和气保焊实心焊丝已经形成一定生产规模，产量和质量也有很大提高。针对质量也有很大提高。针对Q235、Q345及及Q390等结构钢的等结构钢的CO2气保焊焊丝，能够满足金属结构制造的要求，使用最多的实心气保焊焊丝，能够满足金属结构制造的要求，使用最多的实心焊丝主要有焊丝主要有ER491（H08Mn2SiA）及）及ER506等牌号，规等牌号，
19、规格主要有格主要有1.2mm、1.6mm两种，国内生产状态处于供大于两种，国内生产状态处于供大于求状况，但国内各焊丝生产厂家的质量也有较大差别，特别是求状况，但国内各焊丝生产厂家的质量也有较大差别，特别是在焊丝化学成分稳定性、焊丝表面镀铜质量、焊丝刚度等主要在焊丝化学成分稳定性、焊丝表面镀铜质量、焊丝刚度等主要参数方面仍有明显差异，焊丝质量优良的厂家有猴王焊丝厂、参数方面仍有明显差异，焊丝质量优良的厂家有猴王焊丝厂、天津电焊条厂、江南电焊条厂、唐山信大焊丝厂、四川自贡电天津电焊条厂、江南电焊条厂、唐山信大焊丝厂、四川自贡电焊条厂等厂家。焊条厂等厂家。600MPa级实心焊丝的几个生产厂家质量比较
20、级实心焊丝的几个生产厂家质量比较稳定，稳定，700MPa级以上实心焊丝的生产厂家极少，对于其它高级以上实心焊丝的生产厂家极少，对于其它高强度钢、特殊钢种焊丝仍主要依赖进口。强度钢、特殊钢种焊丝仍主要依赖进口。第2节 焊接材料l焊丝焊丝l在在CO2气保焊药芯焊丝生产领域，从北京宝钢焊业有限责任公气保焊药芯焊丝生产领域，从北京宝钢焊业有限责任公司引进英国技术以来，国内一些单位在引进技术或自我研究开司引进英国技术以来，国内一些单位在引进技术或自我研究开发，也形成一定的生产能力，其中天津三英焊业有限责任公司、发，也形成一定的生产能力，其中天津三英焊业有限责任公司、北京钢廉焊接材料责任有限公司、北京宝钢
21、焊业有限责任公司北京钢廉焊接材料责任有限公司、北京宝钢焊业有限责任公司和嘉兴东方焊业有限公司主要生产有缝药芯焊丝，也部分满足和嘉兴东方焊业有限公司主要生产有缝药芯焊丝，也部分满足国内市场需求，品种主要有国内市场需求，品种主要有500MPa和和600MPa结构钢药芯焊丝、结构钢药芯焊丝、不锈钢药芯焊丝、堆焊药芯焊丝等品种，具有较好焊接工艺性不锈钢药芯焊丝、堆焊药芯焊丝等品种，具有较好焊接工艺性能和力学性能，但仍有待于解决继续提高开发能力、提高质量、能和力学性能，但仍有待于解决继续提高开发能力、提高质量、形成系列产品、扩大生产规模、降低生产成本等问题。形成系列产品、扩大生产规模、降低生产成本等问题
22、。第3节 冶金特点l合金元素的氧化合金元素的氧化lCO2分解为原子态的氧使金属氧化分解为原子态的氧使金属氧化l主要以吸热反应为主主要以吸热反应为主l反应产物可形成一定数量的熔渣反应产物可形成一定数量的熔渣l熔池中的熔池中的FeO可以与碳发生反应而产生可以与碳发生反应而产生COl生成的生成的CO可能产生气孔与飞溅可能产生气孔与飞溅l合金元素烧损、气孔、飞溅是合金元素烧损、气孔、飞溅是CO2焊接中的焊接中的三大问题三大问题第3节 冶金特点l脱氧措施脱氧措施l主要是利用沉淀脱氧来进行脱氧主要是利用沉淀脱氧来进行脱氧l常用的脱氧剂是常用的脱氧剂是Al、Ti、Mn、Sil碳应限制在碳应限制在0.15%以
23、下，依靠硅锰补充损失以下，依靠硅锰补充损失l气孔问题气孔问题l一氧化碳气孔一氧化碳气孔l氢气孔氢气孔l氮气孔氮气孔第4节 工艺参数与飞溅控制l短路过渡焊接的特点短路过渡焊接的特点l出现在细丝、低电流、低电压下出现在细丝、低电流、低电压下l具有电弧加热范围小，熔池体积小，电弧交具有电弧加热范围小，熔池体积小，电弧交替燃烧，焊接变形小的特点，适合于薄板焊替燃烧，焊接变形小的特点，适合于薄板焊接及全位置焊接接及全位置焊接l影响短路过渡稳定性的因素影响短路过渡稳定性的因素l电压及焊接电流电压及焊接电流l焊接回路电感焊接回路电感第4节 工艺参数与飞溅控制l回路电感的作用回路电感的作用l调整短路电流上升速
24、度调整短路电流上升速度上升速度过大，产生细颗粒飞溅，如上升速度过小，则产生上升速度过大，产生细颗粒飞溅，如上升速度过小，则产生大颗粒飞溅大颗粒飞溅短路电流上升速度应与焊丝直径相配合：细丝时熔化快短路电流上升速度应与焊丝直径相配合：细丝时熔化快过渡周期短过渡周期短要求上升速度快；粗丝相反要求上升速度快；粗丝相反l调节电弧燃烧时间调节电弧燃烧时间控制母材熔深控制母材熔深细丝时细丝时周期短周期短燃弧时间短燃弧时间短熔深浅熔深浅加入电感时加入电感时上升速度小上升速度小燃弧时间长燃弧时间长熔深加大熔深加大l焊接速度焊接速度l焊丝伸出长度焊丝伸出长度l伸出长度增加时，焊接电流下降，熔深减少伸出长度增加时，
25、焊接电流下降，熔深减少l伸出长度增加，电阻热加大，熔化速度加快伸出长度增加，电阻热加大，熔化速度加快l1020mm第4节 工艺参数与飞溅控制l气体流量气体流量l小规范时为小规范时为515L/min；中规范时为；中规范时为20L/min；大规范时为；大规范时为2550L/minl电源极性电源极性l一般为直流反接一般为直流反接l因为反接时飞溅小，电弧稳定，成形较好。而且反极性因为反接时飞溅小，电弧稳定，成形较好。而且反极性时焊缝金属含氢量低，并且焊缝熔深大。时焊缝金属含氢量低，并且焊缝熔深大。l堆焊时为正接堆焊时为正接l因为阴极发热量较大，正接时焊丝熔化约为反接的因为阴极发热量较大，正接时焊丝熔化
26、约为反接的1.6 倍，倍，金属熔敷率高，可以提高生产率。此外，工件为正极，金属熔敷率高，可以提高生产率。此外，工件为正极，热量较小，熔深浅，有利于保证堆焊金属的性能。热量较小，熔深浅，有利于保证堆焊金属的性能。l短路过渡应在不引起烧穿和焊缝成型良好条件下，短路过渡应在不引起烧穿和焊缝成型良好条件下，选择尽可能大直径的焊丝和焊接电流；电流及电压选择尽可能大直径的焊丝和焊接电流；电流及电压确定后，再调节电感确定后，再调节电感第4节 工艺参数与飞溅控制l颗粒过渡的焊接工艺参数颗粒过渡的焊接工艺参数l电流较大时配以适当电压可得到细颗粒过渡电流较大时配以适当电压可得到细颗粒过渡l电弧功率大、熔深大，适合
27、焊接中厚件电弧功率大、熔深大，适合焊接中厚件l采用较粗的焊丝，以采用较粗的焊丝，以1.6mm与与2mm为多为多l电流是主参数电流是主参数l直流反接，可不加电感直流反接，可不加电感l飞溅较大，弧光强，劳动条件差飞溅较大，弧光强，劳动条件差l不能产生射流过渡不能产生射流过渡第4节 工艺参数与飞溅控制l减少飞溅措施减少飞溅措施l正确选择焊接工艺正确选择焊接工艺l电流与电压电流与电压l焊枪角度焊枪角度l垂直焊接时飞溅最小垂直焊接时飞溅最小l前后倾时不超过前后倾时不超过20l伸出长度伸出长度l使用混合气体使用混合气体l限制金属桥爆断能量限制金属桥爆断能量l串接电抗器，电流波形控制，电流切换串接电抗器，电流波形控制，电流切换l采用低飞溅焊丝采用低飞溅焊丝