二氧化碳氣體保護電弧焊

二氧化碳氣體保護電弧焊,是利用CO2作為保護氣體的熔化極電弧焊方法。這種方法以CO2氣體作為保護介質,使電弧及熔池與周圍空氣隔離,防止空氣中氧、氮、氫對熔滴和熔池金屬的有害作用,從而獲得優良的機械保護性能。

特點

1.優點

1)焊接生產率高。由於焊接電流密度較大,電弧熱量利用率較高,以及焊後不需清渣,因此提高了生產率。CO2焊的生產率比普通的焊條電弧焊高2~4倍。

2)焊接成本低。CO2氣體來源廣,價格便宜,而且電能消耗少,故使焊接成本降低。通常CO2焊的成本只有埋弧焊或焊條電弧焊的40%~50%。

3)焊接變形小。由於電弧加熱集中,焊件受熱面積小,同時CO2氣流有較強的冷卻作用,所以焊接變形小,特別適宜於薄板焊接。

4)焊接品質較高。對鐵鏽敏感性小,焊縫含氫量少,抗裂性能好。

5)適用範圍廣。可實現全位置焊接,並且對於薄板、中厚板甚至厚板都能焊接。

6)操作簡便。焊後不需清渣,且是明弧,便於監控,有利於實現機械化和自動化焊接。

2.缺點

1)飛濺率較大,並且焊縫表面成形較差。金屬飛濺是CO2焊中較為突出的問題,這是主要缺點。

2)很難用交流電源進行焊接,焊接設備比較複雜。

3)抗風能力差,給室外作業帶來一定困難。

4)不能焊接容易氧化的有色金屬。

CO2焊的缺點可以通過提高技術水準和改進焊接材料、焊接設備加以解決,而其優點卻是其他焊接方法所不能比的。因此,可以認為CO2焊是一種高效率、低成本的節能焊接方法。

套用

CO2焊主要用於焊接低碳鋼及低合金鋼等黑色金屬。對於不鏽鋼,由於焊縫金屬有增碳現象,影響抗晶間腐蝕性能。所以只能用於對焊縫性能要求不高的不鏽鋼焊件。此外,CO2焊還可用於耐磨零件的堆焊、鑄鋼件的焊補以及電鉚焊等方面。目前CO2焊已在汽車製造、機車和車輛製造、化工機械、農業機械、礦山機械等部門得到了廣泛的套用。

1.合金元素的氧化

CO2及其在高溫分解出的氧,都具有很強的氧化性。隨著溫度的提高,氧化性增強。氧化反應的程度取決於合金元素在焊接區的濃度和它們對氧的親和力。熔滴和熔池金屬中Fe的濃度最大,Fe的氧化比較激烈。Si、Mn、C的濃度雖然較低,但它們與氧的親和力比Fe大,所以也很激烈。

2.氧化反應的結果

反應生成的CO氣體有兩種情況:其一是在高溫時反應生成的CO氣體,由於CO氣體體積急劇膨脹,在逸出液態金屬過程中,往往會引起熔池或熔滴的爆破,發生金屬的濺損與飛濺。其二是在低溫時反應生成的CO氣體,由於液態金屬呈現較大的粘度和較強的表面張力,產生的CO無法逸出,最終留在焊縫中形成氣孔。
合金元素燒損、氣孔和飛濺是CO2焊中三個主要的問題。它們都與CO2電弧的氧化性有關,因此必須在冶金上採取脫氧措施予以解決。但應指出,氣孔、飛濺除和CO2氣體的氧化性有關外,還和其它因素有關,這些問題以後還要討論。

3.CO2焊的脫氧

加入到焊絲中的Si和Mn,在焊接過程中一部分直接被氧化和蒸發,一部分耗於FeO的脫氧,剩餘的部分則殘剩留在焊縫中,起焊縫金屬合金化作用,所以焊絲中加入的Si和Mn,需要有足夠的數量。但是焊絲中Si、Mn的含量過多也不行。Si含量過高會降低焊縫的抗熱裂紋能力;Mn含量過高會使焊縫金屬的衝擊值下降。
此外,Si和Mn之間的比例還必須適當,否則不能很好地結合成矽酸鹽浮出熔池,而會有一部分SiO2或者MnO夾雜物殘留在焊縫中,使焊縫的塑性和衝擊值下降。

根據試驗,焊接低碳鋼和低合金鋼用的焊絲,一般w(Si)為1%左右。經過在電弧中和熔池中燒損和脫氧後,還可在焊縫金屬中剩下約0.4%~0.5%。焊絲中w(Mn)一般為1%~2%左右。

氣孔及防止

CO2焊時,由於熔池表面沒有熔渣覆蓋,CO2氣流又有冷卻作用,因而熔池凝固比較快。如果焊接材料或焊接工藝處理不當,可能會出現CO氣孔、氮氣孔和氬氣孔。

1.CO氣孔

在焊接熔池開始結晶或結晶過程中,熔池中的C與FeO反應生成的CO氣體來不及逸出,而形成CO氣孔。這類氣孔通常出現在焊縫的根部或近表面的部位,且多呈針尖狀。

2.氮氣孔

在電弧高溫下,熔池金屬對N2有很大的溶解度。但當熔池溫度下降時,N2在液態金屬中的溶解度便迅速減小,就會析出大量N2,若未能逸出熔池,便生成N2氣孔。N2氣孔常出現在焊縫近表面的部位,呈蜂窩狀分布,嚴重時還會以細小氣孔的形式廣泛分布在焊縫金屬之中。這種細小氣孔往往在金相檢驗中才能被發現,或者在水壓試驗時被擴大成滲透性缺陷而表露出來。

3.氫氣孔

氫氣孔產生的主要原因是,熔池在高溫時溶入了大量氫氣,在結晶過程中又不能充分排出,留在焊縫金屬中成為氣孔。

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