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认知CO2焊
4.1.1 CO2焊过程
二氧化碳气体保护电弧焊（简称CO2焊）（Carbon-Dioxide Arc Welding）是20世纪50年代初期发展起来的一种焊接技术，目前已经发展成为一种重要的焊接方法之一，在许多金属结构的生产中已逐渐取代了焊条电弧焊和埋弧焊。
CO2焊属于MAG的一种，代号为135
4.1.1 CO2焊过程
为什么选择CO2作为保护气体？
CO2 气体具有氧化性，一旦焊缝金属被氧化和氮化，脱氧较容易实现，而脱氮就很困难。
CO2气体高温分解，体积增加，增强了保护效果。
4.1.1 CO2焊过程
① 焊接电源；② 焊丝送给装置；③ 焊枪；④ 行走台车（自动焊）；⑤ 保护气供给系统；⑥ 冷却水循环系统
4.1.1 CO2焊过程
CO2气体保护电弧焊是利用CO2作为保护气体的熔化极电弧焊方法，简称CO2焊。这种方法采用焊丝作为电弧的一极，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。以CO2气体作为保护介质，使电弧及熔池与周围空气隔离，防止空气中氧、氮、氢对熔滴和熔池金属的有害作用，从而获得优良的机械保护性能。
CO2焊特点
4.1.2 CO2焊特点
一、CO2焊的优点
生产效率高：
粗丝大电流焊厚板，电流密度高，细颗粒过渡，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，电流密度可达100~300A/mm2 。
4.1.2 CO2焊特点
一、CO2焊的优点
高效节能：熔化效率高、焊接速度快；
焊接变形小：细丝小电流焊薄板，短路过渡，电弧对工件间断加热，线能量小，变形小，焊后矫形工序简化；
4.1.2 CO2焊特点
一、CO2焊的优点
抗锈能力强：是一种低氢型或超低氢型焊接方法，对油锈水不敏感，焊缝抗裂性能好；
成本低：气体、焊丝价格便宜；
CO2气体密度大，保护效果好；焊后不需清渣，明弧焊接便于监视，利于机械化操作。
4.1.2 CO2焊特点
二、CO2焊的缺点
CO2高温分解，氧化性强，不能用于非铁金属的焊接，对不锈钢可能造成焊缝增碳，降低抗晶间腐蚀能力；
过渡不如MIG焊稳定，飞溅量较大；
4.1.2 CO2焊特点
二、CO2焊的缺点
产生很大的烟尘，弧光较强；抗侧风能力较弱，室外作业须有防风措施。
不能焊接容易氧化的有色金属。
CO2焊氧化与脱氧
4.1.3 CO2焊的氧化与脱氧
一、CO2焊的氧化
电弧氛围中大约40-60％ CO2分解：
氧气解离：5000K，96％O2解离：
CO、CO2、O这三种成分在电弧空间同时存在， CO气体不溶解于金属，也不与金属发生反应，CO2和O能与铁或其他元素发生氧化反应：
4.1.3 CO2焊的氧化与脱氧
一、CO2焊的氧化
1.高温区域的氧化
Fe、Si、Mn、C直接与CO2反应
熔渣
4.1.3 CO2焊的氧化与脱氧
一、CO2焊的氧化
1.高温区域的氧化
Fe、Si、Mn、C直接与O反应
熔渣
4.1.3 CO2焊的氧化与脱氧
一、CO2焊的氧化
2.远离电弧较低温度下的氧化
熔渣
烧损
4.1.3 CO2焊的氧化与脱氧
一、CO2焊的氧化
生成SiO2和MnO变成熔渣浮出，液体金属Si和Mn中被烧损而减少。
反应生成的CO气体有两种情况：
在高温时反应生成的CO气体，发生金属的烧损与飞溅。
在低温时反应生成的CO气体，由于液态金属呈现较大的粘度，留在焊缝中形成气孔。
4.1.3 CO2焊的氧化与脱氧
FeO带来的问题：
氧化产物FeO进入熔滴会引起C和合金元素烧损，甚至导致熔滴爆炸而产生飞溅；
FeO进入熔池会引起C、合金元素烧损和生成CO气孔。
熔池结晶后，残留在焊缝金属中的FeO将使焊缝中的含氧量增加而降低其力学性能。
解决措施：在焊丝或药芯焊丝的药粉中加入脱氧剂合金元素，将FeO还原并补充熔池中的合金元素含量。
4.1.3 CO2焊的氧化与脱氧
二、CO2焊的脱氧
1）脱氧的核心问题：
抑制合金元素和铁的氧化
氧化铁还原
脱氧原则：
脱氧产物不能有气体；
生成物密度要小，熔点要低。
主要有Al、Ti、Si、Mn等。采用Si、Mn联合脱氧生成复合化合物MnO SiO2(硅酸盐)，易浮出熔池，凝固后成为渣壳覆盖在焊缝表面。
4.1.3 CO2焊的氧化与脱氧
二、CO2焊的脱氧
2）用Si、Mn联合脱氧时其效果最好。
MnO·SiO2硅酸盐熔点1543K，密度3.6g/cm3
加入到焊丝中的Si、Mn，在焊接过程中
一部分直接氧化蒸发
一部分用于FeO的脱氧
其余过渡到焊缝中合金化的作用
4.1.3 CO2焊的氧化与脱氧
二、CO2焊的脱氧
2）用Si、Mn联合脱氧时其效果最好。
注： Si和Mn比例适当结合成硅酸盐浮出熔池
根据试验，焊接低碳钢和低合金钢用的焊丝，一般w（Si）为1%左右。经过在电弧中和熔池中烧损和脱氧后，还可在焊缝金属中剩下约0.4%~0.5%。焊丝中w (Mn)一般为1％~2％左右。
注：为了防止生成CO，降低熔池中C含量，即降低焊丝中的含碳量。
4.1.3 CO2焊的氧化与脱氧
合金元素的烧损
温度越高，合金元素的烧损越多
金属与气体比接触表面积越大，合金元素的烧损越多
金属与气体的接触时间越长，合金元素的烧损越多
电压增大，合金元素的烧损；
电流越大，弧柱温度升高，加剧烧损，但熔滴过渡加速，又减小烧损
4.1.4 CO2焊飞溅
一、 CO2焊的飞溅的原因
气体爆炸引起的飞溅。
冶金反应，CO气体在电弧高温下急剧膨胀
由电弧的斑点压力而引起的飞溅。
CO2气体吸收大量电弧热量，冷却作用强，弧根面积小，斑点压力大，阻碍熔滴过渡力大
斑点压力常常跟焊丝轴线有偏离
F斑与F重共同作用下形成力偶
4.1.4 CO2焊飞溅
一、 CO2焊的飞溅的原因
由短路过渡过渡不正常引起。
当短路电流增长速度过快，强烈加热及电磁收缩力的作用，缩颈处的液体金属发生爆破，产生较多的细颗粒飞溅。
如果短路电流增长速度过慢，缩颈处就不能迅速断裂，使伸出的焊丝变软和断落，并伴随着较多的大颗粒飞溅
4.1.4 CO2焊飞溅
一、 CO2焊的飞溅的原因
非轴向熔滴过渡引起
粗滴过渡时由于电弧的斥力所引起的。熔滴在斑点压力和弧柱中气流的压力共同作用下，被推向焊丝末端的一边，并抛到熔池外面，使熔滴形成大颗粒的飞溅。
当焊接参数选择不当引起
如电压升高，电弧变长，易引起焊丝末端熔滴长大，产生无规则的晃动而出现飞溅。
4.1.4 CO2焊飞溅
二、减小飞溅的措施
（1）正确选择焊接参数
焊接电流与电弧电压。在短路过渡区飞溅率较小，细滴过渡区飞溅率也较小，而混合过渡区飞溅率最大。
A区，电流很小，电弧电压较高，焊丝熔化慢，熔滴呈大块状（大滴），不易脱离。
B区，小电流、低电压的短路过渡规范区，短路频率高，电弧电压低（17－21V），熔滴过渡稳定，飞溅较小，适合焊接薄板。
E区，大电流焊接，弧压较高，熔滴呈细滴的非轴向过渡，焊接熔深大，飞溅小，称作细颗粒过渡，适合焊接较厚的工件。
φ1.6mm焊丝熔滴过渡变化区间
4.1.4 CO2焊飞溅
C区，较高弧压的短路过渡、颗粒过渡混合过渡区，两者比例因参数匹配而异，飞溅较大，但电弧加热效率高。从提高焊接生产率考虑，往往被实际操作所采用，焊接中等厚度工件，熔深较大。
D区，中等电流和高弧压规范区，熔滴呈变化形态的大块状过渡，或称排斥过渡，焊接飞溅大。
φ1.6mm焊丝熔滴过渡变化区间
4.1.4 CO2焊飞溅
4.1.4 CO2焊飞溅
二、减小飞溅的措施
（1）正确选择焊接参数
焊丝伸出长度。一般焊丝伸出长度越长，飞溅率越高。
焊枪角度。焊枪垂直时飞溅量最少，倾斜角度越大，飞溅越多。焊枪前倾或后倾最好不超过20°。
4.1.4 CO2焊飞溅
二、减小飞溅的措施
（2）细滴过渡时在CO2中加入Ar气。
（3）短路过渡时限制金属液桥爆断能量
（4）采用低飞溅率焊丝
超低碳焊丝。
药芯焊丝。
活化处理焊丝。

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