【正文】 CO2氣體保護(hù)焊發(fā)展史CO2氣體保護(hù)焊是利用CO2氣體為保護(hù)氣體的保護(hù)電弧焊，簡稱CO2焊。 CO2 = CO﹢1／2 O2  放熱反應(yīng) （12）上式反應(yīng)有利于對熔池的冷卻作用。焊接技術(shù)發(fā)展與金屬結(jié)構(gòu)制造狀況密不可分。50年代初期，CO2氣保焊技術(shù)一經(jīng)開發(fā)，就應(yīng)用于金屬結(jié)構(gòu)制造，并伴隨著焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造技術(shù)水平的不斷提高，逐漸成為金屬結(jié)構(gòu)焊接的主要方法。其高效、優(yōu)質(zhì)、自動化的技術(shù)特點，具有良好應(yīng)用條件，并且極大地推動了金屬結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在焊接技術(shù)發(fā)展史上書寫了輝煌的一頁。經(jīng)過多年努力，我國CO2氣保焊技術(shù)在金屬結(jié)構(gòu)制造業(yè)中的推廣應(yīng)用，取得了長足進(jìn)步，并可以總結(jié)為三個階段：探索階段、起步階段、發(fā)展階段。探索階段是從60年代到80年代中期，國內(nèi)高校、研究單位及一些廠礦企業(yè)對CO2焊接技術(shù)外于研究、開發(fā)、收集、整理國外焊接技術(shù)，在這一時期CO2氣保焊技術(shù)沒有形成大批量金屬結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)能力及相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模。起步階段是從80年代中期到90年代初的時間里，借助于我國在“六五”、“七五”重大技術(shù)裝備，引進(jìn)技術(shù)合作生產(chǎn)及大型基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)的契機，引進(jìn)國外先進(jìn)焊接技術(shù)和裝備，對大型骨干機械企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造?？梢哉f是在借助國外成熟技術(shù)和生產(chǎn)工藝，形成了我國大型金屬結(jié)構(gòu)企業(yè)的CO2氣保焊技術(shù)的生產(chǎn)能力，從而大大改變了金屬結(jié)構(gòu)制造企業(yè)的裝備水平、制造能力，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，改變了傳統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)焊接工藝，引起了焊接技術(shù)的革命，推動了國內(nèi)CO2氣保焊設(shè)備、焊接材料、輔件等領(lǐng)域技術(shù)研究和推廣應(yīng)用工作的發(fā)展。發(fā)展階段是從90年代初至今的近十年時間，自1992年中國焊接協(xié)會和中國機械工程學(xué)會焊接分會聯(lián)合舉辦“全國CO2氣保焊技術(shù)推廣應(yīng)用交流會”以來，CO2氣保焊技術(shù)在金屬結(jié)構(gòu)行業(yè)中應(yīng)用、推廣工作蓬勃發(fā)展。一批服務(wù)于CO2氣保焊技術(shù)的企業(yè)，把握住了CO2氣保焊技術(shù)推廣的市場脈搏，迅速發(fā)展起來。如：焊接設(shè)備方面的時代集團(tuán)公司、天津電焊機廠、唐山松下產(chǎn)業(yè)機器有限公司等；焊接材料方面的天津電焊條公司、江蘇江南焊絲廠和嘉興東方焊業(yè)有限公司等；焊接氣體方面的普萊克斯氣體有限公司、BOC氣體公司等。展現(xiàn)了我國CO2氣保焊技術(shù)推廣應(yīng)用取得豐碩成果。 CO2氣體保護(hù)焊特點1．優(yōu)點：（1）生產(chǎn)效率高和節(jié)省能量。（2）焊接成本低。（3）焊接變形小。（4）對油、銹的敏感度較低。（5）焊縫中含氫量少，提高了低合金高強度鋼抗冷裂紋力。（6）電弧可見性好，短路過渡可用于全位置焊接。 2．缺點：（1）焊接過程飛濺較多，焊縫外形較為粗糙，特別是當(dāng)焊接參數(shù)不匹配時，飛濺就更為嚴(yán)重。（2）不能焊接易氧化的金屬材料，且不適合在有風(fēng)的地方施焊。（3）焊接過程弧光較強，尤其是采用大電流焊接時，電弧的輻射較強，故要特別重視對操作者的勞動保護(hù)。（4）設(shè)備比較復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，且需要專業(yè)人員負(fù)責(zé)維修。 CO2氣體保護(hù)焊冶金原理 在進(jìn)行焊接時，電弧空間同時存在COCO、O2和O原子等幾種氣體，其中CO不與液態(tài)金屬發(fā)生任何反應(yīng)，而COOO原子卻能與液態(tài)金屬發(fā)生如下反應(yīng)： Fe+CO2　→FeO+CO（進(jìn)入大氣中） （13） Fe+O →FeO (進(jìn)入熔渣中) （14） C+O →CO （進(jìn)入大氣中） （15）（1）CO氣孔問題：由上述反應(yīng)式可知，CO2和O2 對Fe和C都具有氧化作用，生成的FeO一部分進(jìn)入渣中，另一部分進(jìn)入液態(tài)金屬中，這時FeO能夠被液態(tài)金屬中的C所還原，反應(yīng)式為： FeO+C → Fe+CO （16）這時所生成的CO一部分通過沸騰散發(fā)到大氣中去，另一部分則來不及逸出，滯留在焊縫中形成氣孔。針對上述冶金反應(yīng)，為了解決CO氣孔問題，需使用焊絲中加入含Si和Mn的低碳鋼焊絲，這時熔池中的FeO將被Si、Mn還原： 2FeO+Si →2Fe+SiO2 （進(jìn)入渣中） （17）FeO+Mn →Fe+MnO （進(jìn)入渣中） （18）反應(yīng)物SiOMnO它們將生成FeO和Mn的硅酸鹽浮出熔渣表面，另一方面，液態(tài)金屬含C量較高，易產(chǎn)生CO氣孔，所以應(yīng)降低焊絲中的含C量，％。（2）氫氣孔問題：焊接時，工件表面及焊絲含有油及鐵銹，或CO氣體中含有較多的水分，但是在CO2保護(hù)焊時，由于CO2具有較強的氧化性，在焊縫中不易產(chǎn)生氫氣孔。 CO2焊的熔滴過渡形式1．短路過渡：細(xì)絲（），以小電流、低電弧電壓進(jìn)行焊接。2．射滴過渡：中絲（~），以大電流、高電弧電壓進(jìn)行焊接。3．射流過渡：粗絲（~5mm），以大電流、低電弧電壓進(jìn)行焊接。12第2章 CO2氣體保護(hù)焊工藝 焊前準(zhǔn)備焊前準(zhǔn)備工作包括坡口設(shè)計、坡口加工、清理、焊件裝配等。 坡口設(shè)計CO2氣體保護(hù)焊采用細(xì)顆粒過渡時，電弧穿透力較大，熔深較大，容易燒穿焊件，所以對裝配質(zhì)量要求較嚴(yán)格。坡口開得要小一些，鈍邊適當(dāng)大些，對間隙不能超過2mm。~6mm，坡口角度可減小到45176。左右。板厚在12mm以下開I形坡口；大于12mm的板材可以開較小的坡口。但是，坡口角度過小易形成“梨”形熔深，在焊縫中心可能產(chǎn)生裂紋。尤其在焊接厚板時，由于拘束應(yīng)力大，這種傾向更大，必須十分注意。CO2氣體保護(hù)焊采用短路過渡時熔深淺，不能按細(xì)顆粒過渡方法設(shè)計坡口。通常允許較小的鈍邊，甚至可以不留鈍邊。又因為這時的熔池較小，熔化金屬溫度低、粘度大，搭橋性良好，所以間隙大些會燒穿。如果對接接頭，允許間隙為3mm。要求較高時，裝配間隙應(yīng)小于3mm。采用細(xì)顆粒過渡焊接角焊縫時，考慮到熔深大的特點，其焊角尺寸K可以比焊條電弧焊時減少10%~20%，見表21。因此，可以進(jìn)一步提高氣體保護(hù)焊的效率，減少材料的消耗。 坡口加工方法與清理坡口加工方法主要有機械加工、氣割和碳弧氣刨等。CO2氣體保護(hù)焊時對坡口精度的要求比焊條電弧焊高。定位焊之前應(yīng)將待焊部位及兩側(cè)10~20mm范圍內(nèi)的油污、銹跡等污物,并在焊件表面涂上一層飛濺防粘劑,在噴嘴上涂一層噴嘴防堵劑。6mm以下薄板上的氧化膜對質(zhì)量幾乎無影響；焊厚板時，氧化皮能影響電弧穩(wěn)定性、惡化焊縫成形和生成氣孔。表21 不同板厚的焊角尺寸板厚∕mm焊接方法焊角尺寸∕mm板厚∕mm焊接方法焊角尺寸∕mm6CO2氣體保護(hù)焊512CO2氣體保護(hù)焊焊條電弧焊6焊條電弧焊9CO2氣體保護(hù)焊616CO2氣體保護(hù)焊10焊條電弧焊7焊條電弧焊11 定位焊縫定位焊是為了防止變形和維持預(yù)先的破口而先進(jìn)行的點固焊。定位焊易生成氣孔和夾渣。也是隨后進(jìn)行CO2氣體保護(hù)焊時產(chǎn)生氣孔和夾渣的主要原因，所以必須認(rèn)真地焊接定位焊縫。定位焊可采用CO2氣體保護(hù)焊和焊條電弧焊。用焊條電弧焊焊接的定位焊縫，如果渣清除不凈，會引起電弧不穩(wěn)和產(chǎn)生缺陷。定位焊縫的定位也很重要，應(yīng)盡可能的使定位焊縫分布在焊縫的背面。當(dāng)背面難以焊接時，可在正面焊一條短焊縫。焊接時此處就不要再焊了。定位焊縫的長度和間距，應(yīng)根據(jù)焊件厚度決定。薄板的定位焊縫應(yīng)細(xì)而短，長度為15~50mm，間距為30~150mm；中厚板的定位焊縫間距可達(dá)100~150mm。為增加定位焊縫的焊接深度，應(yīng)適當(dāng)增大定位焊縫及其長度，一般為15~50mm長。使用夾具定位焊時，應(yīng)考慮磁偏吹問題。因此，夾具的材質(zhì)、形狀、位置和焊接方向應(yīng)注意。 焊接參數(shù)的選擇CO2氣體保護(hù)焊的焊接參數(shù)較多，主要包括焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲干伸長度、電流極性和氣體流量等。 焊絲直徑的選擇對于鋼板厚度為1~4mm時，~；當(dāng)鋼板厚度大于4mm時。在電流相同時，熔深將隨焊絲直徑的減少而增加；焊絲越細(xì)，則焊絲熔化速度越高。焊絲直徑可根據(jù)表22選擇。表22 焊絲直徑的選擇母材厚度（mm）≤4≥4焊絲直徑（mm）~~注：，。 焊接電流的選擇1．在保證母材焊透又不致燒穿的原則下，應(yīng)根據(jù)母材厚度，接頭形式焊接位置及焊絲直徑正確選用焊接電流。2．焊接電流是確定熔深的主要因素。隨著電流的增加，熔深和熔敷度都要增加，熔寬也略有增加。3．送絲速度越快，焊接電流越大，基本上是正比關(guān)系。4．焊接電流過大時，會造成熔池過大，焊縫成形惡化。5．各種直徑的焊絲常用的焊接電流范圍見表24。 表24 焊接電流選擇焊絲直徑(mm)1焊接電流（A）49~9050~12070~18090~350150~5006．立焊，仰焊及對接接頭橫焊表面焊道時，應(yīng)選用較小的焊接電流。見表25。表25 立、仰焊接時電流選擇焊絲直徑(mm)1焊接電流(A)70~12090~150 電弧電壓的選擇為獲得良好的工藝性能，應(yīng)選擇最佳的電弧電壓，該值是一個很窄的電壓區(qū)間，一般僅為1~2V左右。最佳的電弧電壓與電流的大小，位置等因素有關(guān)。可參見表26。表26 不同焊接時電弧電壓的選擇焊接電流電弧電壓（V）（A）平焊立焊 仰焊75~12018~2218~22130~17020~2618~24180~21022~2818~26220~26025~36/1．隨電弧電壓的增加，熔寬明顯增加，而余高和熔深略有減少，焊縫機械性能有所降低。2．電弧電壓過高，會產(chǎn)生焊縫氣孔和增加飛濺。電弧電壓過低，焊絲將插入熔池，電弧不穩(wěn)，影響焊縫形成。 焊接速度的選擇1．焊接速度過高，會破壞氣體保護(hù)效果，焊縫成形不良，焊縫冷卻過快，導(dǎo)致降低焊縫塑性，韌性。焊接速度過低易使焊縫燒穿，形成粗大焊縫組織。2．半自動焊接時，焊接速度一般不超過30米/時。 焊絲伸出長度的選擇1．焊絲伸出長度與焊絲直徑，焊接電流及焊接電壓有關(guān)。2．焊絲伸出長度增加，將降低焊接電流，減少熔深，增加焊縫寬度。3．焊絲伸出長度過長時，容易形成未焊透，未熔合，增加飛濺，削弱保護(hù)，形成氣孔；焊絲伸出長度過短時，會妨礙對熔池的觀察，噴嘴易被飛濺堵塞，影響保護(hù)形成氣孔。4．一般認(rèn)為焊絲伸出長度為焊絲的10~15倍。細(xì)絲時（焊絲直徑 ），焊絲伸出長度以8~15mm為宜，粗絲時，在15~25mm之間。 為減少飛濺，盡量使焊絲伸出長度少些，但隨焊接電流的增大，其伸出長度應(yīng)適當(dāng)增加。 電流極性的選擇CO2氣體保護(hù)焊主要采用直流反接法。不同極性接法的應(yīng)用范圍及特點見表27。表27 電流極性的應(yīng)用范圍及特點電流極性應(yīng)用范圍特點直流反接短路過渡及顆粒過渡的普通焊接，一般材料的焊接飛濺小，電弧穩(wěn)定，焊縫成形好，熔深大，焊縫金屬含氫量低直流正接高速焊接、堆焊、鑄鐵補焊焊絲熔化速率高，熔深淺，熔寬及余高較大。 氣體流量的選擇1．氣體流量直接影響氣體保護(hù)效果。氣體流量過小時，焊縫易產(chǎn)生氣孔等缺陷 氣體流量過大時，不僅浪費氣體，而且焊縫由于氧化性增強而形成氧化皮，降低焊縫質(zhì)量。2．氣體流量應(yīng)根據(jù)焊接電流，焊接速度，焊絲伸出長度，噴嘴直徑，焊接位置等因素考慮。當(dāng)焊接電流越大，焊接速度越快，焊絲伸出長度較長，噴嘴直徑增大，室外焊接及仰焊位置時，應(yīng)采用較大的氣體流量。3．，氣體流量一般為6~15升/分；，氣體流量應(yīng)取15~25升/分。第3章 Q345鋼在CO2氣保焊時常見缺陷及對策在實際操作中，由于焊件本身、焊接方式和焊接環(huán)境等因素的影響，在焊接時經(jīng)常會出現(xiàn)一些問題或缺陷。如夾渣、裂紋、氣孔等。 焊接裂紋焊接缺陷是焊接件中最常見的一種嚴(yán)重缺陷。金屬的焊接性中包括了兩大類的問題：一類是焊接引起的材料性能變壞，使焊件失掉了材料原來特有的性能，如不銹鋼焊后失掉其耐蝕性等；另一類是在焊接接頭或其附近的母材內(nèi)產(chǎn)生裂紋和氣孔等缺陷。裂紋影響焊接件的安全使用，是一種非常危險的工藝缺陷。焊接裂紋不僅發(fā)生于焊接過程中，有的還有一定潛伏期，有的則產(chǎn)生于焊后的再次加熱過程中。焊接裂紋根據(jù)其部位、尺寸、形成原因和機理的不同，可以有不同的分類方法。按裂紋形成的條件，可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂等四類。Q345鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。 冷裂紋Q345鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。根據(jù)引起的主要原因可分為淬火裂紋、氫致延遲裂紋和變形裂紋。1．定義 冷裂紋焊接接頭冷卻到較低溫度時(對于鋼來說在MS溫度，即奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度以下)產(chǎn)生的焊接裂紋。最主要、最常見的冷裂紋為延遲裂紋（即在焊后延遲一段時間才發(fā)生的裂紋因為氫是最活躍的誘發(fā)因素，而氫在金屬中擴(kuò)散、聚集和誘發(fā)裂紋需要一定的時間）。2．產(chǎn)生原因 （1） 焊接接頭存在淬硬組織，性能脆化。 （2） 擴(kuò)散氫含量較高，使接頭性能脆化，并聚集在焊接缺陷處形成大量氫分子，造成非常大的局部壓力。（氫是誘發(fā)延遲裂紋的最活躍因素，故有人將延遲裂紋又稱氫致裂紋）。 （3）存在較