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熔化极气体保护焊
第1节 焊接特点及应用
焊接技术发展史
熔化极气体保护焊焊接技术发展与金属结构制造状况密不可分。50年代初期，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的发展，在焊接技术发展史上书写了辉煌的一页
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50%～75%
经过多年努力，我国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、起步阶段、发展阶段。
第1节 焊接特点及应用
探索阶段是从60年代到80年代中期，国内高校、研究单位及一些厂矿企业对CO2焊接技术外于研究、开发、收集、整理国外焊接技术，在这一时期CO2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熟悉或根本不了解CO2气保焊技术及其主要特点。
起步阶段是从80年代中期到90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CO2气保焊设备、焊接材料等器材，进行焊工培训，推动了CO2气保焊技术的应用，焊接工作者由此认识到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作的发展。
第1节 焊接特点及应用
发展阶段是从90年代初至今的近十年时间，自1992年中国焊接协会和中国机械工程学会焊接分会联合举办“全国CO2气保焊技术推广应用交流会”以来，CO2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CO2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，而大型机械企业的CO2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、CO2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CO2气保焊技术的企业，把握住了CO2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斯气体有限公司、BOC气体公司等。展现了我国CO2气保焊技术推广应用取得丰硕成果。
第1节 焊接特点及应用
焊接特点
保护效果好
由于CO2 气体密度较大，并且受电弧加热后体积膨胀也较大，所以在隔离空气保护焊接熔池和电弧方面效果良好。
生产效率高
与焊条手弧焊相比，CO2 电弧的穿透力强熔深大，而且焊丝的熔化率高，熔敷速度快，生产率高。
成本低
CO2 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40～50% 左右。
节省能源
CO2 电弧焊与焊条手弧焊相比，对于3mm 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70 ％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40 ％。所以是较好的节能焊接方法。
适应范围广
适用范围广，可全位置进行焊接。薄板可焊到1mm 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、变形小。
焊接质量较好
抗锈能力较强，焊缝含氢量低，抗裂性好。
便于机械化与自动化
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。
问题
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。
焊缝成形有待改善，特别应注意减小应力集中的可能性。
CO2 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
气体
CO2 是一种无色无味的气体；在0 ℃和101.3 kPa 气压时，它的密度为1.9768g/cm3 ，为空气的1.5 倍；在常温下很稳定，但在高温下（5000K 左右）几乎能全部分解。
CO2 有三种状态：固态、液态和气态。气态CO2 只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，固态CO2 能直接变成气体，而不需经过液态的转变。
工业用CO2 都是液态存贮，常温下自己气化。在0 ℃和101.3kPa 气压力下，1kg 液态CO2 可以气化成509 L 的气态CO2 。
第2节 焊接材料
气体
CO2 贮瓶通常漆成黑色，并标有黄字CO2 字样。容量为40 L 的标准钢瓶可灌入25kg 的液态CO2， 液态CO2 约占钢瓶容积的80 ％，其余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。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CO2 气体的消耗而逐渐下降。
液态CO2 中约可溶解0.05 ％重量的水，其余的水则成自由状态沉于瓶底。这些水分在使用过程中随CO2 一起挥发成水气后，便混入CO2 气体中一起进入焊接区。
. 随着CO2 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。.
为了获得优质焊缝，应对瓶装CO2 气体作一定的处理。
气体
CO2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，普莱克斯气体有限公司和BOC气体公司等，均可提供CO2及富Ar等多种焊接用气体且纯度很高。
第2节 焊接材料
焊丝
必须采用含有硅锰等脱氧剂的焊丝
钛可以减少飞溅损失2%～6%
铝可以在0.4%～0.8%范围内明显降低气孔倾向
加热后的焊丝含氢量显著下降
活化后的焊丝可以细化熔滴，减少飞溅，改善成形
80年代初至80年代中期，我国针对当时Q235、16Mn等主要结构钢生产的490MPa级CO2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。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。
第2节 焊接材料
焊丝
日前我国CO2气保焊实心焊丝已经形成一定生产规模，产量和质量也有很大提高。针对Q235、Q345及Q390等结构钢的CO2气保焊焊丝，能够满足金属结构制造的要求，使用最多的实心焊丝主要有ER49—1（H08Mn2SiA）及ER50—6等牌号，规格主要有ф1.2mm、ф1.6mm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、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。600MPa级实心焊丝的几个生产厂家质量比较稳定，700MPa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。
第2节 焊接材料
焊丝
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、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，也部分满足国内市场需求，品种主要有500MPa和600MPa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。
第3节 冶金特点
合金元素的氧化
CO2分解为原子态的氧使金属氧化
主要以吸热反应为主
反应产物可形成一定数量的熔渣
熔池中的FeO可以与碳发生反应而产生CO
生成的CO可能产生气孔与飞溅
合金元素烧损、气孔、飞溅是CO2焊接中的三大问题
第3节 冶金特点
脱氧措施
主要是利用沉淀脱氧来进行脱氧
常用的脱氧剂是Al、Ti、Mn、Si
碳应限制在0.15%以下，依靠硅锰补充损失
气孔问题
一氧化碳气孔
氢气孔
氮气孔
第4节 工艺参数与飞溅控制
短路过渡焊接的特点
出现在细丝、低电流、低电压下
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，适合于薄板焊接及全位置焊接
影响短路过渡稳定性的因素
电压及焊接电流
焊接回路电感
第4节 工艺参数与飞溅控制
回路电感的作用
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——过渡周期短——要求上升速度快；粗丝相反
调节电弧燃烧时间——控制母材熔深
细丝时——周期短——燃弧时间短——熔深浅
加入电感时——上升速度小——燃弧时间长——熔深加大
焊接速度
焊丝伸出长度
伸出长度增加时，焊接电流下降，熔深减少
伸出长度增加，电阻热加大，熔化速度加快
10～20mm
第4节 工艺参数与飞溅控制
气体流量
小规范时为5～15L/min；中规范时为20L/min；大规范时为25～50L/min
电源极性
一般为直流反接
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。
堆焊时为正接
因为阴极发热量较大，正接时焊丝熔化约为反接的1.6 倍，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。
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；电流及电压确定后，再调节电感
第4节 工艺参数与飞溅控制
颗粒过渡的焊接工艺参数
电流较大时配以适当电压可得到细颗粒过渡
电弧功率大、熔深大，适合焊接中厚件
采用较粗的焊丝，以1.6mm与2mm为多
电流是主参数
直流反接，可不加电感
飞溅较大，弧光强，劳动条件差
不能产生射流过渡
第4节 工艺参数与飞溅控制
减少飞溅措施
正确选择焊接工艺
电流与电压
焊枪角度
垂直焊接时飞溅最小
前后倾时不超过20°
伸出长度
使用混合气体
限制金属桥爆断能量
串接电抗器，电流波形控制，电流切换
采用低飞溅焊丝

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