爱华网一、二氧化碳气体保护焊与手工电弧焊对比试验
为了对co2气体保护焊和手工电弧焊的一些参数进行对比，我们对co2气体保护焊与手工电弧焊进行了对比焊接，试验结果表明：
以短路结束后的电流变化过程是燃弧能力的重要组成部分。也就是说，焊机的动态特性对焊缝成形和熔深有重要的影响。动特性越慢，短路结束后电流过渡时间越长，所提供的燃弧能力越大，焊缝成形越好，熔深越大。但过慢的动特性又会使电流增长率过缓，而导致飞溅严重，甚至破坏电弧的稳定性。所以，必须选用适当的动特性电源来保证焊接工艺的要求。
浅析CO2气体保护焊焊接电源特性的构成
CO2气体保护焊是以CO2气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法。由于CO2源丰富、价格低廉等原因，在现代生产和工程中应用已经很普遍。CO2气体保护焊机的工艺性能（电弧的稳定性、焊接飞溅和焊缝成形等）都直接受焊接电源特性的影响。所以CO2气体保护焊要求使用平硬特性的直流电源，并具有良好的动特性，是有科学依据的。
一、CO2气体保护焊的工艺特点分析
CO2气体保护焊具有焊接效率高、抗锈能力强、焊接变形小、冷裂倾向小、熔池可见性好、以及适用于全位置焊接等优点。究其不足主要是：很难使用交流电源，焊接飞溅多。特别是采用短路过渡形式时，在焊接过程会产生大量的金属飞溅。造成大量金属的损失，使熔敷率降低，焊后清理工作量增加。同时，飞溅的产生降低了电弧的稳定性，严重影响焊接质量。此外采用短路过渡的CO2体保护焊还存在焊缝成形差的工艺缺点。主要表现为焊缝表面不光滑、熔深浅、焊缝成形窄而高，容易出现未熔合的焊接缺陷。所以要使CO2气体保护焊在工业生产中得以广泛推广和应用，则必须解决和控制这些工艺问题。
二、CO2气体保护焊中短路过渡的工艺分析
CO2体保护焊中短路过渡的初期和后期都会产生飞溅。每次燃弧时，电弧会冲击熔池而产生飞溅；当焊丝熔化形成熔滴与熔池接触，液桥还没有铺展开时，由于接触面积小，电流密度大，而发生汽化和爆炸产生“瞬时短路”飞溅；当熔滴与熔池短路金属液桥铺展开时，在液态金属的表面张力、重力、以及流过液桥的电流所产生的电磁收缩力的作用下，形成液桥缩径并急剧减小，短路电流密度剧增，使液态金属在瞬间发生汽化和爆炸而产生飞溅。同时，液桥金属的汽化和爆炸，不仅产生飞溅，还会引起熔池的剧烈震荡，从而导致焊缝成形不良和电弧的稳定性降低。
焊接时对母材的加热的热源主要是燃弧能量。CO2气体保护焊过程中，短路时间占了很大的比例，且短路过程几乎不会给母材提供热能。其燃弧时间比其它焊接工艺都短，所以导致对母材的加热不足，从而造成焊缝余高大、焊缝窄、熔深浅、未熔合等焊缝成形缺陷。
三、CO2气体保护焊焊接电源特性的构成
从上述对CO2气体保护焊短路过渡特点的分析可知，焊接电弧的工艺效果将取决于电源特性的不同。电源特性包括电源静特性和动特性。
1、焊接电源的静特性构成
焊接电源的静特性即电源输出电压与输出电流之间的变化关系，表达这一关系的曲线称为电源静特性曲线。不同的焊机有不同的静特性，分别有平硬特性和下降特性。电源静特性的确定离不开焊接电弧的特性（在弧长不变状态下，电弧电压与电弧电流之间的关系）。电弧具有很高的动态响应，故一般可以认为电弧动态特性与其静态特性相同，其静特性曲线呈U形。U形曲线分为下降段、水平段和上升段，CO2气体保护焊的电弧静特性处于上升段。电源静特性与电弧特性的交点，为焊接电弧的工作点，图1为两种电源特性和电弧负载特性曲线图，图中P1是平硬特性，P2是下降特性。CO2气体保护焊过程有两种负载状态：熔滴短路时为电阻状态，其特性为L1；燃弧时为压缩电弧状态，其特性为L2。现在我们来分析哪一种电源静特性适合于CO2气体保护焊。
图一
对于静特性分别为P1，P2的焊接电源（图1），如果焊接电流均为IH，在短路负载L1的状态下，由于静特性曲线斜率不同，平硬特性的焊机输出短路电流IS1比下降特性的焊机输出短路电流IS2高得多，所以平硬特性P1的焊机的短路液桥爆断电流和焊接飞溅比下降特性焊机要大。在燃弧状态下，即电弧特性为L2，平硬特性的焊机输出电流和电弧电压最低，即IA1＜IA2，U A1＜U A2,所以下降特性焊机具有较大的熔深和较好的焊缝成形。一般工艺条件下，都希望增加燃弧能量和改善焊缝成形，但要使CO2气体保护焊能适应全位置焊接，就要求燃弧能量不能太大。如果燃弧能量太大，则液体金属容易流淌，那么，在进行立焊、横焊、仰焊时就难以控制熔滴的下淌，所以不能采用下降的电源静特性。
CO2气体保护焊中，依靠弧长变化引起的电流和焊丝熔化速度的变化，使弧长得到恢复。电弧这种自调作用的强弱，会影响电弧长度在干扰下的恢复能力和弧长的稳定性。恢复电弧长度的决定因素，是焊接电流和焊丝熔化速度的变化量。而不同的电源静特性曲线决定了焊接电流的变化量不同。也就是说，电源静特性将影响弧长调节的灵敏度。图2所示，P1是平硬特性，P2下降特性。当电弧受到外界干扰，使弧长从正常电弧长度L0变短为L1，则平硬特性P1焊机输出电流增加了△I2，则焊丝熔化速度增快，使弧长恢复正常。故平硬特性P1焊机的电流和焊丝熔化速度变化量较大，弧长恢复到正常值所需时间短；同样，当电弧长度变化至L2时，平硬特性焊机的电流和焊丝熔化速度的变化量也比下降特性P2焊机大，其恢复时间较短。故无论是弧长变短还是变长，平硬特性焊机总比下降特性焊机的弧长恢复时间短，电弧自调性能更好。所以CO2气体保护焊焊接电源的静特性应选平硬特性。
图二
2、焊接电源动特性的构成
所谓弧焊电源的动特性，是指焊接电源对焊接电弧这样的动负载所输出的电流和电压与时间的关系，是衡量焊接电源对负载瞬变的反应能力。对CO2气体保护焊来说，由于存在金属熔滴的短路过渡，使负载状态常在燃弧和短路之间切换。并且，从燃弧到短路以及从短路到燃弧的过渡过程，造成输出电流和电压的瞬时变化，对焊接飞溅和焊缝成形都存在着重大的影响。
焊接飞溅受到电源动特性直接影响的原因是：短路电流峰值的高低和增长率的快慢直接受焊机动态反应快慢的影响。若动态响应太快，则短路电流峰值过高，增长率过快，在短路液桥形成之前，就引起爆断和飞溅，而形不成短路过渡形式，这种飞溅的特点是频率较高、颗粒小；若动态响应太慢，则短路电流增长率慢，峰值小，电流生产的磁收缩力不足以保证短路液桥的顺利过渡，短路过渡时间长，产生的飞溅特点是：频率较低，颗粒粗大。因此，要求焊接电源要具有恰当的短路电流增长速度，以避免较大的飞溅。
短路电流对焊接接头的加热、焊缝的熔深和成形的作用不大，影响焊缝的熔深和成形主要是燃弧能量，即燃弧的电流和电压。由于焊接时存在短路过程，故电源电压不能太高，则稳态时的燃弧电流较小，所
总之，从熔滴过渡形式、焊接工艺特点、电弧自身调节作用、电弧静特性与焊接电源静特性的匹配情况几方面的分析探讨可知，动特性良好、静特性为平硬特性的直流焊接电源，最适合的CO2气体保护焊焊接电源。
1、co2气体保护焊由于熔池小、热影响区窄，因此焊后工件变形小，焊缝质量好。
2、生产率高。另外焊后不需清渣，故生
浅析CO2气体保护焊焊接电源特性的构成
CO2气体保护焊是以CO2气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法。由于CO2源丰富、价格低廉等原因，在现代生产和工程中应用已经很普遍。CO2气体保护焊机的工艺性能（电弧的稳定性、焊接飞溅和焊缝成形等）都直接受焊接电源特性的影响。所以CO2气体保护焊要求使用平硬特性的直流电源，并具有良好的动特性，是有科学依据的。
一、CO2气体保护焊的工艺特点分析
CO2气体保护焊具有焊接效率高、抗锈能力强、焊接变形小、冷裂倾向小、熔池可见性好、以及适用于全位置焊接等优点。究其不足主要是：很难使用交流电源，焊接飞溅多。特别是采用短路过渡形式时，在焊接过程会产生大量的金属飞溅。造成大量金属的损失，使熔敷率降低，焊后清理工作量增加。同时，飞溅的产生降低了电弧的稳定性，严重影响焊接质量。此外采用短路过渡的CO2体保护焊还存在焊缝成形差的工艺缺点。主要表现为焊缝表面不光滑、熔深浅、焊缝成形窄而高，容易出现未熔合的焊接缺陷。所以要使CO2气体保护焊在工业生产中得以广泛推广和应用，则必须解决和控制这些工艺问题。
二、CO2气体保护焊中短路过渡的工艺分析
CO2体保护焊中短路过渡的初期和后期都会产生飞溅。每次燃弧时，电弧会冲击熔池而产生飞溅；当焊丝熔化形成熔滴与熔池接触，液桥还没有铺展开时，由于接触面积小，电流密度大，而发生汽化和爆炸产生“瞬时短路”飞溅；当熔滴与熔池短路金属液桥铺展开时，在液态金属的表面张力、重力、以及流过液桥的电流所产生的电磁收缩力的作用下，形成液桥缩径并急剧减小，短路电流密度剧增，使液态金属在瞬间发生汽化和爆炸而产生飞溅。同时，液桥金属的汽化和爆炸，不仅产生飞溅，还会引起熔池的剧烈震荡，从而导致焊缝成形不良和电弧的稳定性降低。
焊接时对母材的加热的热源主要是燃弧能量。CO2气体保护焊过程中，短路时间占了很大的比例，且短路过程几乎不会给母材提供热能。其燃弧时间比其它焊接工艺都短，所以导致对母材的加热不足，从而造成焊缝余高大、焊缝窄、熔深浅、未熔合等焊缝成形缺陷。
三、CO2气体保护焊焊接电源特性的构成
从上述对CO2气体保护焊短路过渡特点的分析可知，焊接电弧的工艺效果将取决于电源特性的不同。电源特性包括电源静特性和动特性。
1、焊接电源的静特性构成
焊接电源的静特性即电源输出电压与输出电流之间的变化关系，表达这一关系的曲线称为电源静特性曲线。不同的焊机有不同的静特性，分别有平硬特性和下降特性。电源静特性的确定离不开焊接电弧的特性（在弧长不变状态下，电弧电压与电弧电流之间的关系）。电弧具有很高的动态响应，故一般可以认为电弧动态特性与其静态特性相同，其静特性曲线呈U形。U形曲线分为下降段、水平段和上升段，CO2气体保护焊的电弧静特性处于上升段。电源静特性与电弧特性的交点，为焊接电弧的工作点，图1为两种电源特性和电弧负载特性曲线图，图中P1是平硬特性，P2是下降特性。CO2气体保护焊过程有两种负载状态：熔滴短路时为电阻状态，其特性为L1；燃弧时为压缩电弧状态，其特性为L2。现在我们来分析哪一种电源静特性适合于CO2气体保护焊。
图一
对于静特性分别为P1，P2的焊接电源（图1），如果焊接电流均为IH，在短路负载L1的状态下，由于静特性曲线斜率不同，平硬特性的焊机输出短路电流IS1比下降特性的焊机输出短路电流IS2高得多，所以平硬特性P1的焊机的短路液桥爆断电流和焊接飞溅比下降特性焊机要大。在燃弧状态下，即电弧特性为L2，平硬特性的焊机输出电流和电弧电压最低，即IA1＜IA2，U A1＜U A2,所以下降特性焊机具有较大的熔深和较好的焊缝成形。一般工艺条件下，都希望增加燃弧能量和改善焊缝成形，但要使CO2气体保护焊能适应全位置焊接，就要求燃弧能量不能太大。如果燃弧能量太大，则液体金属容易流淌，那么，在进行立焊、横焊、仰焊时就难以控制熔滴的下淌，所以不能采用下降的电源静特性。
CO2气体保护焊中，依靠弧长变化引起的电流和焊丝熔化速度的变化，使弧长得到恢复。电弧这种自调作用的强弱，会影响电弧长度在干扰下的恢复能力和弧长的稳定性。恢复电弧长度的决定因素，是焊接电流和焊丝熔化速度的变化量。而不同的电源静特性曲线决定了焊接电流的变化量不同。也就是说，电源静特性将影响弧长调节的灵敏度。图2所示，P1是平硬特性，P2下降特性。当电弧受到外界干扰，使弧长从正常电弧长度L0变短为L1，则平硬特性P1焊机输出电流增加了△I2，则焊丝熔化速度增快，使弧长恢复正常。故平硬特性P1焊机的电流和焊丝熔化速度变化量较大，弧长恢复到正常值所需时间短；同样，当电弧长度变化至L2时，平硬特性焊机的电流和焊丝熔化速度的变化量也比下降特性P2焊机大，其恢复时间较短。故无论是弧长变短还是变长，平硬特性焊机总比下降特性焊机的弧长恢复时间短，电弧自调性能更好。所以CO2气体保护焊焊接电源的静特性应选平硬特性。
图二
2、焊接电源动特性的构成
所谓弧焊电源的动特性，是指焊接电源对焊接电弧这样的动负载所输出的电流和电压与时间的关系，是衡量焊接电源对负载瞬变的反应能力。对CO2气体保护焊来说，由于存在金属熔滴的短路过渡，使负载状态常在燃弧和短路之间切换。并且，从燃弧到短路以及从短路到燃弧的过渡过程，造成输出电流和电压的瞬时变化，对焊接飞溅和焊缝成形都存在着重大的影响。
焊接飞溅受到电源动特性直接影响的原因是：短路电流峰值的高低和增长率的快慢直接受焊机动态反应快慢的影响。若动态响应太快，则短路电流峰值过高，增长率过快，在短路液桥形成之前，就引起爆断和飞溅，而形不成短路过渡形式，这种飞溅的特点是频率较高、颗粒小；若动态响应太慢，则短路电流增长率慢，峰值小，电流生产的磁收缩力不足以保证短路液桥的顺利过渡，短路过渡时间长，产生的飞溅特点是：频率较低，颗粒粗大。因此，要求焊接电源要具有恰当的短路电流增长速度，以避免较大的飞溅。
短路电流对焊接接头的加热、焊缝的熔深和成形的作用不大，影响焊缝的熔深和成形主要是燃弧能量，即燃弧的电流和电压。由于焊接时存在短路过程，故电源电压不能太高，则稳态时的燃弧电流较小，所
产率可比手工电弧焊高1-4倍。
3、焊接成本低。二氧化碳气体来源广，价格低，co2保护焊的成本只有手工电弧焊的40%-50%左右。
4、适用范围广。可进行各种位置的焊接。
5、操作性能好。因其为明弧焊，可以看清电弧和熔池情况。便于掌握和调整。
二、焊接规范参数的选择
在用co2气体保护焊焊接薄板时，焊接规范一般采用比较小的，即较低的电弧电压和较小的焊接电流，因此，熔滴呈短路过渡。主要的规范参数有：电弧电压，焊接电流，焊接回路电感，焊接速度，气体流量以及焊丝干伸长等。
1、电弧电压及焊接电流。
电弧电压是焊接规范中关键的一个参数。它的大小决定了电弧的长短，决定了熔滴的过渡形式。实现短路过渡的条件之一是保持较短的电弧长度。所以就焊接规范而言，短路过渡的一个重要特征是低电压。
确定电弧电压数值时，要考虑和焊接电流之间的匹配关系。在一定的焊丝直径及焊接电流下，电弧电压若过低，电弧引燃困难，焊接过程不稳定。电弧电压过高，则由短路过渡转变成大颗粒的长弧过渡，焊接过程也不稳定。只有电弧电压与焊接电流匹配得较合适时，才能获得稳定的焊接过程，并且飞溅小，焊缝成形好。当电流小于300A时，焊接电压与电流遵循以下：U=0.04I+16（+-）1.5
2、焊接回路电感。
焊接回路电感直接影响着短路电流的增长速度。因此，调节焊接回路电感，就可以调节短路电流的增长速度，从而控制电弧的燃烧时间，控制母材的熔深。
3、焊接速度。
焊接速度过快会引起焊缝两侧咬肉，焊接速度过慢则容易产生烧穿和焊缝组织粗大等缺陷，因此为了保证焊缝的质量，需要选择合适的焊接速度。
4、焊丝干伸长。
由于短路过渡焊接所采用的焊丝都比较细，因此焊丝干伸长度上产生的电阻便成为焊接规范中不可忽视的因素。随着焊丝干伸长度增加，焊丝上的电阻热增大，焊丝熔化加快，从提高生产率上看这是有利的， 但是当焊丝干伸长度过大时，焊丝容易发生过热而成段熔断，飞溅严重，焊接过程不稳定。焊丝干伸长度过小势必缩短喷嘴与工件间的距离，飞溅金属容易堵塞喷嘴。
5、气体流量。
在焊接电流较大，焊接速度较快，焊丝干伸长度较长以及在室外作业等情况下，气体流量要适当加大，以使保护气体有足够的挺度，提高其抗干扰的能力。但是，气体流量过大，保护气流的紊流度增大，反而会将外界空气卷入焊接区，使保护效果变差，甚至在焊缝中引起气孔。
6、电源极性。
co2电弧焊在焊接薄板时一般都是采用直流反接（反极性），即焊件接阴极，焊丝接阳极。因为采用反极性，飞溅小，电弧稳定，成形较好。
综合以上分析，我们采用了如下的焊接规范：
通过多年的实践co2气体保护焊技术已成功地应用于公司薄板的焊接，提高了公司产品的装配精度和外观质量，大大增强了公司产品的市场竞争力。co2气体保护焊的优越性得到了充分的证实，也为公司其它零件的焊接提供了宝贵的经验。
CO2焊产生飞溅的原因有哪些？
在CO2焊中，大部分焊丝熔化金属可过渡到熔池，有一部分焊丝熔化金属飞向熔池之外，飞到熔池之外的金属称为飞溅。特别是粗焊丝CO2气体保护焊大参数焊接时，飞溅更为严重，飞溅率可达20%以上，这时就不可能进行正常焊接工作了。飞溅是有害的，它不但降低焊接生产率，影响焊接质量，而且使劳动条件变差。
由于焊接参数的不同，CO2焊具有不同的熔滴过渡形式，从而导致不同性质的飞溅。其中，可分为熔滴自由过渡时的飞溅和短路过渡时的飞溅。
（1）熔滴自由过渡时的飞溅熔滴自由过渡时的飞溅主要形式，在CO2气氛下，熔滴在斑点压力的作用下上挠，易形成大滴状飞溅。这种情况经常发生在较大电流焊接时，如用直径1.6mm焊丝、电流为300～350A，当电弧电压较高时就会产生。如果再增加电流，将产生细颗粒过渡，这时飞溅减小，主要产生在熔滴与焊丝之间的缩颈处，该处的电流密度较大使金属过热而爆断，形成颗粒细小的飞溅。在细颗粒过渡焊接过程中，可能由熔滴或熔池内抛出的小滴飞溅。这是由于焊丝或工件清理不当或焊丝含碳量较高，在熔化金属内部大量生成CO等气体，这些气体聚积到一定体积，压力增加而从液体金属中析出，造成小滴飞溅。大滴过渡时，如果熔滴在焊丝端头停留时间较长，加热温度很高，熔滴内部发生强烈的冶金反应或蒸发，同时猛烈地析出气体，使熔滴爆炸而生成飞溅。另外，在大滴状过渡时，偶尔还能出现飞溅，因为熔滴从焊丝脱落进入电弧中，在熔滴上出现串联电弧，在电弧力的作用下，熔滴有时落入熔池，也可能被抛出熔池而形成飞溅。
（2）熔滴短路过渡时的飞溅短路过渡时的飞溅形式很多。飞溅总是发生在短路小桥破断的瞬时。飞溅的大小决定于焊接条件，它常常在很大范围内改变。产生飞溅的原因目前有两种看法，一种看法认为飞溅是由于短路小桥电爆炸的结果。当熔滴与熔池接触时，熔滴成为焊丝与熔池的连接桥梁，所以称为液体小桥，并通过该小桥使电路短路。短路之后电流逐渐增加，小桥处的液体金属在电磁收缩力的作用下急剧收缩，形成很细的缩颈。随着电流的增加和缩颈的减小，小桥处的电流密度很快增加，对小桥急剧加热，造成过剩能量的积聚，最后导致小桥发生气化爆炸，同时引起金属飞溅。另一种看法认为短路飞溅是因为小桥爆断后，重新引燃电弧时，由于CO2气体被加热引起气体分解和体积膨胀，而产生强烈的气动冲击作用，该力作用在熔池和焊丝端头的熔滴上，它们在气动冲击作用下被抛出而产生飞溅。试验表明，前一种看法比较正确。飞溅多少与电爆炸能量有关，此能量主要是在小桥完全破坏之前的100～150μs时间内积聚起来的，主要是由这时的短路电流（即短路峰值电流）和小桥直径所决定。
小电流时，飞溅率通常在5%以下。限制短路峰值电流为最佳值时，飞溅率可降低到1%左右。在电流较大时，缩颈的位置对飞溅影响极大。所谓缩颈的位置是指缩颈出现在焊丝与熔滴之间，还是出现在熔池与熔滴之间。如果是前者，小桥的爆炸力推动熔滴向熔池过渡，而后者正相反，小桥爆炸力排斥熔滴过渡，并形成大量飞溅，最高可达25%以上。冷态引弧时或在焊接参数不合适的情况下（如送丝速度过快而电弧电压过低，焊丝伸出长度过大或焊接回路电感过大等）常常发生固体短路。这时固体焊丝可以直接被抛出，同时熔池金属也被抛出。在大电流射滴过渡时，偶尔发生短路，由于短路电流很大。所以将引起十分强烈的飞溅。
根据不同熔滴过渡形式下飞溅的不同成因，应采用不同的降低飞溅的不同成因，应采用不同的降低飞溅的方法：
1）在熔滴自由过渡时，应选择合理的焊接电流与焊接电压参数，避免使用大滴排斥过渡形式；同时，应选用优质焊接材料，如选用含C量低、具有脱氧元素Mn和Si的焊丝H08Mn2SiA等，避免由于焊接材料的冶金反应导致气体析出或膨胀引起的飞溅。
2）在短路过渡时，可以采用（Ar+CO2）混合气体代替CO2以减少飞溅。如加入φ（Ar）=20%～30%的Ar。这是由于随着含氩量的增加，电弧形态和熔滴过渡特点发生了改变。燃弧时电弧的弧根扩展，熔滴的轴向性增强。这一方面使得熔滴容易与熔池会合，短路小桥出现在焊丝和熔池之间。另一方面熔滴在轴向力的作用下，得到较均匀的短路过渡过程，短路峰值电流也不太高，有利于减少飞溅率。
在纯CO2气氛下，通常通过焊接电流波形控制法，降低短路初期电流以及短路小桥破断瞬间的电流，减少小桥电爆炸能量，达到降低飞溅的目的。
通过改进送丝系统，采用脉冲送丝代替常规的等速送丝，使熔滴在脉动送进的情况下与熔池发生短路，使短路过渡频率与脉动送丝的频率基本一致，每个短路周期的电参数的重复性好，短路峰值电流也均匀一致，其数值也不高，从而降低了飞溅。
如果在脉动送丝的基础上，再配合电流波形控制，其效果更佳。采用不同控制方法时，焊接飞溅率与焊接电流之间的关系。
二氧化碳气体保护焊有哪些主要特点?
用二氧化碳气体作为保护气体的电弧焊接方法，称为二氧化碳气体保护焊，简称二氧化碳焊。二氧化碳气体保护焊具有如下特点：
（1）二氧化碳气体价廉易得，而且消耗电能少，是一种既经济，又便于自动化生产的焊接方法。一般情况下，二氧化碳气体保护焊的成本仅为手工电弧焊的37%-42%，为埋弧焊的40%。
（2）生产效率高。焊接电流密度大，焊丝熔化率高，母材熔透深度大，对于10毫米左右的钢板，可以不开坡口直接焊接，焊后渣很少，一般可不清渣，焊接质量稳定。
（3）电流密度大，电弧热量集中，焊接后工件变形较小。
（4）对油、锈的敏感程度较小，可减少工件和焊丝的清理工作量。
（5）二氧化碳焊的焊缝金属含氢量小，焊接低合金高强度钢时，产生冷裂纹的倾向小。
（6）飞
二氧化碳气体保护焊气孔问题
1、CO2气体保护焊的气孔主要是由母材焊接表面的清洁度（油、氧化物）等造成的。
2、还有就是气体的纯度
3、也有可能是气体中的水分太多，看看你的气体的纯度
也有可能是CO气孔，主要是密集型，柱状的
4、这是因为，用于保护焊接区域不受空气侵害的CO2气体大都是酿酒厂或酒精厂的副产品，不可避免地含有或多或少的水分或其它含氢物质，同时混合气体中的氩气也常含有水分。如果保护气体中的水分和其它含氢物质的总含量超过一定限度，那么焊缝金属中氢气孔的产生将是必然的。
但是，如果保护气体中的水分和其它含氢物质的含量按相关标准要求被控制在一定的范围内，那么CO2气体保护焊和富氩混合气体（80%Ar+20%CO2）保护焊焊缝金属中一般不会产生很多的氢气孔。这是因为CO2气体在电弧高温下将发生分解反应（CO2 = CO + O），分解出来的原子态氧具有较强的氧化性，与气相中的[H]反应生成不溶于液体金属的OH，从而有效地阻止焊缝中氢气孔的产生。
而使用纯CO2气体保护则会产生CO气孔。二氧化碳气体保护焊焊接时会发生如下反应：
Fe＋CO2 FeO＋CO
FeO＋C ＝ Fe＋CO
这个反应是在熔池内部进行的。由于金属对一氧化碳的溶解度很低所以生成的一氧化碳要从熔池中跑出来。若熔池金属结晶完了时，还有一部分一氧化碳没有排出，则在焊缝中就形成气孔。
再有就是CO2气在3500℃的高温电弧下发生分解反应：
2CO2＝2CO＋O2
O2＝2O
这个反应是吸热的，因此二氧化碳气流的冷却作用比较显著，使熔池金属冷却的特别快，加上焊缝成型窄而深，使气体排出条件恶化，所以产生气孔。
当二氧化碳气体纯度不够、由于长时间工作导电嘴和导流罩上会积累一些飞溅颗粒，如果清理不及时也会阻碍气体的正常喷出，破坏气流罩的正常保护，加上人为的拉长电弧，致使保护气流产生飘移、流散，使得外界空气进入电弧区。这样产生其他气孔的机遇也比较大。如：氮气孔、氢气孔。
总之焊道产生气孔的原因如下：
(1)焊丝和被焊金属坡口表面上的铁锈、油污或其它杂质。
(2)人为的拉长电弧，焊接区域没有得到充分的保护。
(3)焊接参数或焊接材料选择不当。
(4)保护气体纯度不够。
(5)气体加热器不能正常工作。
解决方法
(1)合理的使用焊接参数。在不违反焊接工艺的情况下，焊接电流的大小我认为因人而定，根据个人的使用习惯而调整，不要别人用多大的规范你也用同样的规范。
(2)使用合格的焊接材料及保护气体。
(3)彻底清除焊丝和被焊金属表面上的水、锈、油污和其它杂质。
(4)使用二氧化碳气体保护焊、富氩气体保护焊时，要调整好焊枪与焊件的距离和角度使得焊接熔池得到充分的保护。一定确保气体加热器的完好率。
(5)气保焊焊枪的导流罩必须够长，太短以后保护气体在流动过程中不能形成很好的保护罩。
不知以上的回答对你的工作有没有帮助。
5、还要注意周围空气的流动,最好周围的风速不要超过1.5m/s
溅较多，焊缝成形不够美观，清理飞溅费时间。
（7）二氧化碳属于弱氧化性，故不能用于焊接铝、镁等化学活性强的金属。
二氧化碳气体保护焊（简称co2焊）
二氧化碳气体保护焊（简称co2焊），是利用从喷嘴中喷出的二氧化碳气体隔绝空气，保护熔池的一种先进的熔焊方法。这种方法焊接薄板，比手工电弧焊有着明显的优越性。在我公司的产品中，薄板焊接件占了很大的比重，焊接接头以角接和搭接为主，材质为普通碳素结构钢，其厚度在1-3mm之间。以前，对薄板零件的焊接，一直采用手工电弧焊和气焊，此方法虽然有其优点，但它能耗高，焊后工件变形大，严重影响了机器的装配精度和外观质量。经过广泛的调研和论证后，决定推广使用co2气体保护焊技术，以提高产品的质量。下面，谈谈笔者对此技术的认识和看法。
一、二氧化碳气体保护焊与手工电弧焊对比试验
为了对co2气体保护焊和手工电弧焊的一些参数进行对比，我们对co2气体保护焊与手工电弧焊进行了对比焊接，试验结果表明：
1、co2气体保护焊由于熔池小、热影响区窄，因此焊后工件变形小，焊缝质量好。
2、生产率高。另外焊后不需清渣，故生产率可比手工电弧焊高1-4倍。
3、焊接成本低。二氧化碳气体来源广，价格低，co2保护焊的成本只有手工电弧焊的40%-50%左右。
4、适用范围广。可进行各种位置的焊接。
5、操作性能好。因其为明弧焊，可以看清电弧和熔池情况。便于掌握和调整。
二、焊接规范参数的选择
在用co2气体保护焊焊接薄板时，焊接规范一般采用比较小的，即较低的电弧电压和较小的焊接电流，因此，熔滴呈短路过渡。主要的规范参数有：电弧电压，焊接电流，焊接回路电感，焊接速度，气体流量以及焊丝干伸长等。
1、电弧电压及焊接电流。
电弧电压是焊接规范中关键的一个参数。它的大小决定了电弧的长短，决定了熔滴的过渡形式。实现短路过渡的条件之一是保持较短的电弧长度。所以就焊接规范而言，短路过渡的一个重要特征是低电压。
确定电弧电压数值时，要考虑和焊接电流之间的匹配关系。在一定的焊丝直径及焊接电流下，电弧电压若过低，电弧引燃困难，焊接过程不稳定。电弧电压过高，则由短路过渡转变成大颗粒的长弧过渡，焊接过程也不稳定。只有电弧电压与焊接电流匹配得较合适时，才能获得稳定的焊接过程，并且飞溅小，焊缝成形好。当电流小于300A时，焊接电压与电流遵循以下：U=0.04I+16（+-）1.5
2、焊接回路电感。
焊接回路电感直接影响着短路电流的增长速度。因此，调节焊接回路电感，就可以调节短路电流的增长速度，从而控制电弧的燃烧时间，控制母材的熔深。
3、焊接速度。
焊接速度过快会引起焊缝两侧咬肉，焊接速度过慢则容易产生烧穿和焊缝组织粗大等缺陷，因此为了保证焊缝的质量，需要选择合适的焊接速度。
4、焊丝干伸长。
由于短路过渡焊接所采用的焊丝都比较细，因此焊丝干伸长度上产生的电阻便成为焊接规范中不可忽视的因素。随着焊丝干伸长度增加，焊丝上的电阻热增大，焊丝熔化加快，从提高生产率上看这是有利的， 但是当焊丝干伸长度过大时，焊丝容易发生过热而成段熔断，飞溅严重，焊接过程不稳定。焊丝干伸长度过小势必缩短喷嘴与工件间的距离，飞溅金属容易堵塞喷嘴。
5、气体流量。
在焊接电流较大，焊接速度较快，焊丝干伸长度较长以及在室外作业等情况下，气体流量要适当加大，以使保护气体有足够的挺度，提高其抗干扰的能力。但是，气体流量过大，保护气流的紊流度增大，反而会将外界空气卷入焊接区，使保护效果变差，甚至在焊缝中引起气孔。
6、电源极性。
co2电弧焊在焊接薄板时一般都是采用直流反接（反极性），即焊件接阴极，焊丝接阳极。因为采用反极性，飞溅小，电弧稳定，成形较好。
综合以上分析，我们采用了如下的焊接规范：
通过多年的实践co2气体保护焊技术已成功地应用于公司薄板的焊接，提高了公司产品的装配精度和外观质量，大大增强了公司产品的市场竞争力。co2气体保护焊的优越性得到了充分的证实，也为公司其它零件的焊接提供了宝贵的经验。
二氧化碳气体保护焊电量信号的采集与分析
摘要 : 在PC机上利用VisualC+ + 6.0 开发了CO 2 气体保护焊焊接过程电量信
号采集系统. 利用多线程技术与双缓冲区技术解决了高速数据采集时丢失数据的
问题. 分析结果表明: 所开发系统能精确完整地采集到焊接过程中的电量信号, 而
且通过电流电压概率密度分布与熔滴过渡短路时间频数分布能直观地分析焊接过
程的稳定性, 为进一步研究焊接过程质量监测奠定基础.
关键词 : CO 2 焊; 信号采集; 多线程; 焊接稳定性
0 引 言
焊接电弧包含着丰富的电、光、声音等信息, 能够反映电弧焊各种电弧物理过程. 如何利用现代传感技术将这些信息提取出来, 是研究焊接过程的关键所在. 国内外焊接界的专家开发了各种各样的传感器, 有机械、电弧、声音和视觉等类型. 机械式传感器使用不够灵活, 适应面窄, 目前较少采用. 而电弧和视觉传感器各具特色, 国内外研究较多. 电弧传感器以电弧自身电流和电压作为信号源, 成本低廉, 可达性好, 因而在焊接过程质量监测与焊缝自动跟踪中得以普遍采用〔1, 2, 5〕.
本文以ADL IN K 公司的PC I29112 多通道数据采集卡为核心, 通过VisualC+ + 6.0 编制程序在PC 机上开发了一套电量信号采集系统, 并且对CO 2 气体保护短路焊过程的稳定性进行了分析, 并为研究焊接过程质量监测奠定了基础.
1 硬件构成
信号采集系统如图1 所示. 该系统由焊接电源、焊接小车、PC机、传感器、滤波器和数据采集卡组成. 焊接电源采用硅整流弧焊机.
焊接电流电压信号分别通过绵阳维博公司的WB1221F 型霍尔电流传感器与WBV121S型线性隔离分压器变换为0～5V之间的电压信号, 滤波后送到信号采集卡的输入端. 电流传感器的精度等级为0.5级(相对满量程输出的误差在±0.5% 以内) , 响应时间短(15Ls);电压传感器精度等级为0.2 级, 响应时间为5Ls, 且输入阻抗高, 功耗(400mW). 它们共同特点是线性范围宽(为:0～120% 标称输入) ,过载能力强, 高隔离, 低功耗, 测量时不影响焊接回路参数. 因为电流传感器是利用电磁感应和霍尔效应原理, 它的输入端与输出端分别属于不同的回路, 而电压传感是利用先进的线性光藕隔离,所以它们均有效地隔绝了焊机强电系统与微机弱电系统之间的直接连接,从而保护了微机,同时对信号采集具有一定的抗干扰作用. 滤波器为有源低通滤波器, 通带截止频率fc设计为500Hz.信号采集卡是ADLINK 公司的PCI29112多通道数据采集卡,该卡的特点是:16 路单端输入或8路差分输入,A ?D 转换时间为8Ls,1位输入模拟信号分辨率,精度为0.01% ,若只采集两路信号, 该卡可以保证以最高每路55kHz的频率精确地采集信号,根据香农采样定理,采样频率应大于连续信号频率的2 倍,同时根据经验, 本文两通道的采样频率均定为4 kHz(fc×8);32 位PCI总线, 自带总线控制器AMCC2S5933 与8 个字的FIFO(First In First Out ) 缓存, 当它工作在DMA (Direct Memory Access) 方式时,可以不占用CPU 时间而把数据以极快的速度送到内存缓冲区. 且该卡的驱动程序是以DLL(Dynamic Link Library) 方式提供的, 从而方便了可视化编程.
图1 信号采集系统原理图
2 软件设计
因为高速数据采集时一般采用连续采集方式, 驱动程序将采集到的数据依次转移到用户缓冲区中.当用户缓冲区占满之后,驱动程序将覆盖原来的缓冲区数据, 所以, 如果原来的缓冲区数据没有来得及保存, 将会丢失. 本文通过Windows XP系统的多线程技术, 并结合缓冲区半满开始传送数据的数据传送方式, 通过VisualC+ + 6.0 编程解决了这个问题 (3.4) . 具体的编程思想如下所述.PCI9112 卡要求在内存中开辟一个内核缓冲区与一个用户缓冲区, 前者用来保存从FIFO中传送的数据, 这是由采集卡的驱动程序完成的, 后者用来转移保存内核缓冲区的数据. 本文在界面主线程中启用了两个辅线程: 数据采集辅线程, 数据存盘辅线程. 数据采集辅线程负责把被采集卡转换信号输送到内核缓冲区, 数据存盘辅线程负责当用户内存缓冲区充满时, 将数据以文件的形式保存到硬盘. 数据采集过程是这样的: 数据从采集卡的A?D转换器保存到采集卡的FIFO中, 只有当FIFO半满时, 采集卡才启动DMA方式将数据送到内存缓冲区, 同时,A?D转换器中的数据会继续往FIFO 的后半部分传送; 当内核缓冲区的前一半满数据时, 就将数据转移到用户缓冲区, 当用户缓冲区充满时, 就启动数据存盘辅线程. 这两个线程可以并行运行, 即计算机能同时处理数据采集和数据保存. 显然, 在程序中, 用户缓冲区的大小是内核缓冲区的一半, 之所以这样做是因为一方面要保证数据连续采集和保存的需要, 另一方面, 如果用户缓冲区开得太大, 数据存盘线程与数据采集线程在Host 总线上出现拥挤的现象, 造成数据丢失. 在程序中通过设置由VisualC+ + 6 0 提供的CTime::GetCu rrentTime () 函数记录了采样
开始时间T_start 与结束时间T_stop.
T_samp le= T_stop - T_start (1)
Size= T_samp le×8000×2÷1024 (2)
经式(1)计算出采样时间, 再经式(2)计算出数据量(单位为kB, 每个数据以两个字节存放) , 将此数与硬盘上所保存的数据文件大小比较, 多次采样结果表明, 理论计算值与实际数据文件大小是吻合的.软件设计过程如图2 所示:
将本文所研制的信号采集系统与示波器同时采集的焊接电信号作对比, 验证了它的可靠性. 该信号采集系统不仅能在线显示电流电压信号, 而且能在焊后进行波形回放. 如图3 是正常焊接条件下实验后的电流电压数据曲线回放, 横坐标是时间轴, 纵坐标是电流电压幅度轴, 点击“Former”和“Latter”钮可以分别向前和向后连续查看各时间段的信号波形, 一屏有140m s 的数据.
图2 信号采集系统软件设计流程图
3 焊接过程稳定性分析
本文将信号采集系统用于对CO 2 气体保护焊焊接过程稳定性与干扰因素的关系的研究. CO 2 气体保护焊工艺实验条件如下: 短路过渡, 保护气体为100% CO 2 ,流量为10L?min.试件为6mm 厚的低碳钢板,焊丝直径1.2 mm,送丝速度为5.3cm?s, 焊接电压20V,焊接电流150A,焊接速度30cm ?min,焊嘴至工件距离为10mm,平板堆焊.除了正常工艺参数下的焊接信息外, 还人为引入两种干扰因素,分别是: ①试板上有油污; ②试板上等间距开孔.
图4 是试板上有油污的情况下, 焊接过程中140ms的一段电流电压曲线. 比较图3 与图4 可以看出: 在正常情况下, 电流电压信号规则, 短路峰值电流基本稳定在250A , 且燃弧电流下降柔顺, 基值电流基本稳定在80A , 熔滴过渡稳定; 试板上有油污的情况下, 短路峰值电流最大能到400A,电压最低值为0V, 短路后, 电流直线下降到0A , 燃弧不成功, 电压表现为硅整流焊机空载输出的纹波电压, 说明并非发生真实熔滴短路过渡, 而是焊丝直接与熔池接触发生爆断.
图3 正常情况下的电流电压信号
图4 有油污焊接情况下的电流电压信号
虽然通过以上波形可以分析出焊接过程中瞬间的稳定性, 但是为了更加准确地了解焊接过程的参数变化与焊接过程稳定性的联系, 需对电流电压信号进行统计分析处理得出电流电压概率密度分布(PDD) 与熔滴过渡短路时间的频数分布(CFD) (5.6) 图5 是从所采集的数据中任意挑选的1 秒的数据(电流电压各4000个) 进行统计分析得出的概率密度分布曲线.
其中曲线1 代表正常工艺条件下的焊接; 曲线2 代表试板上有油污情况下的焊接; 曲线3 代表试板上有孔的情况下的焊接. 从图5 可以看出在有油污的非正常情况下, 电流电压概率密度分布与熔滴过渡短路时间频数分布明显呈现出不同的特征: 正常情况下三种分布的参数都比较集中,而在油污情况下,参数都相对分散, 多次出现电流过小与峰值电流过高的情况(电流为0 的概率密度达到0.15, 且在400～500A 区也频繁出现),在文献〔6〕中指出, 当电流过小, 在0≤I≤10A 区段的概率越大时, 焊接过程越不稳定, 短路峰值电流I≥400A 时, 焊接过程飞溅越大, 焊缝成形越差. 从短路时间的频数分布曲线可以看出, 在有油污的情况下, 熔滴过渡时间很不规则, 出现较多熔滴过渡时间过短与过长的现象.而实际
焊接要求在燃弧阶段, 熔滴与母材吸收充足的能量, 以保证熔滴过渡与焊缝成形,因此燃弧电流下降要缓慢, 而短路开始电流要小, 以使熔滴从与熔池接触到铺展过程顺利, 然后电流迅速上升形成液体颈缩,在颈缩断开前的短路峰值电流要小,以减少飞溅 (7) .在本次实验中, 经大量数据统计对比分析显示: 短路时间在1.5～ 5ms 区间概率越大, 焊接过程越稳定. 有油污的情况下电流过小占相当比例, 说明多次出现断弧现象. 从电压概率密度分布上看: 有油污时, 燃弧电压(左边峰区域) 与短路电压(右边峰区域) 都比正常的高, 弧长拉长, 容易造成飞溅严重, 不利于熔滴的平稳过渡.
图5 电流电压PDD 曲线与熔滴过渡短路时间的频数分布比较曲线
由图5 还可以看出, 在试板上有孔情况下, 平均电压统计结果比正常情况的大(经计算, 普遍大0.2～0.4V) , 这是焊缝上有孔时, 弧长拉长造成的; 而平均电流统计结果比正常焊接条件下的小(经计算,普遍小5～10A) , 这是焊机缓下降外特性曲线与电弧静特性曲线的交点左移形成的 (7) .短路时间频数曲线表明: 在试板上有孔的情况下, 熔滴过渡时间明显比正常焊接条件下的长
4 结 论
4. 1 本文在PC 机上用VisualC+ + 6.0所开发的信号采集系统能真实, 完整地采集到CO 2 气体保护短路焊过程的电量信号.
4. 2 对所采集的信号通过波形分析, 可以判断焊接过程瞬间的稳定性.
4. 3 对所采集电量信号统计分析可作为研究焊接过程稳定性的一种手段
实芯焊丝-CO2气保护焊丝
CO2气体保护焊是50年代发展起来的一种焊接技术，四十多年来，它已发展成为一种重要的熔化焊接方法，被广泛应用于汽车工业、工程机械制造、船舶制造、冶金设备制造、桥梁、土建工程、石油化工、锅炉压力容器制造、机车车辆等领域。
目前，CO2气体保护焊丝生产与应用发展迅速，已在许多单位得到了普及，并逐渐部分地取代手工电弧焊。其具有以下特点：
1、焊接成本低。
2、生产效率高，耗电少。
3、操作容易，可进行全位置焊接。
4、焊缝含氮量很低，抗裂性好。
5、焊后变形小。
6、适用范围广，对薄、中、厚板焊接皆适宜。
实芯焊丝-CO2气保护焊丝简明表
牌号国家标准美国标准作用与用途
JQ.MG49-1ER49-1.焊接低碳钢及某些低合金钢结构
JQ.MG50-3ER50-3ER70S-3适用于碳素钢及低合金钢的焊接
JQ.MG50-4ER50-4ER70S-4适用于碳素钢的焊接
JQ.MG50-6ER50-6ER70S-6焊接低碳钢及500MPa级的高强钢
二氧化碳气体保护焊气孔问题
1、CO2气体保护焊的气孔主要是由母材焊接表面的清洁度（油、氧化物）等造成的。
2、还有就是气体的纯度
3、也有可能是气体中的水分太多，看看你的气体的纯度
也有可能是CO气孔，主要是密集型，柱状的
4、这是因为，用于保护焊接区域不受空气侵害的CO2气体大都是酿酒厂或酒精厂的副产品，不可避免地含有或多或少的水分或其它含氢物质，同时混合气体中的氩气也常含有水分。如果保护气体中的水分和其它含氢物质的总含量超过一定限度，那么焊缝金属中氢气孔的产生将是必然的。
但是，如果保护气体中的水分和其它含氢物质的含量按相关标准要求被控制在一定的范围内，那么CO2气体保护焊和富氩混合气体（80%Ar+20%CO2）保护焊焊缝金属中一般不会产生很多的氢气孔。这是因为CO2气体在电弧高温下将发生分解反应（CO2 = CO + O），分解出来的原子态氧具有较强的氧化性，与气相中的[H]反应生成不溶于液体金属的OH，从而有效地阻止焊缝中氢气孔的产生。
而使用纯CO2气体保护则会产生CO气孔。二氧化碳气体保护焊焊接时会发生如下反应：
Fe＋CO2 FeO＋CO
FeO＋C ＝ Fe＋CO
这个反应是在熔池内部进行的。由于金属对一氧化碳的溶解度很低所以生成的一氧化碳要从熔池中跑出来。若熔池金属结晶完了时，还有一部分一氧化碳没有排出，则在焊缝中就形成气孔。
再有就是CO2气在3500℃的高温电弧下发生分解反应：
2CO2＝2CO＋O2
O2＝2O
这个反应是吸热的，因此二氧化碳气流的冷却作用比较显著，使熔池金属冷却的特别快，加上焊缝成型窄而深，使气体排出条件恶化，所以产生气孔。
当二氧化碳气体纯度不够、由于长时间工作导电嘴和导流罩上会积累一些飞溅颗粒，如果清理不及时也会阻碍气体的正常喷出，破坏气流罩的正常保护，加上人为的拉长电弧，致使保护气流产生飘移、流散，使得外界空气进入电弧区。这样产生其他气孔的机遇也比较大。如：氮气孔、氢气孔。
总之焊道产生气孔的原因如下：
(1)焊丝和被焊金属坡口表面上的铁锈、油污或其它杂质。
(2)人为的拉长电弧，焊接区域没有得到充分的保护。
(3)焊接参数或焊接材料选择不当。
(4)保护气体纯度不够。
(5)气体加热器不能正常工作。
解决方法
(1)合理的使用焊接参数。在不违反焊接工艺的情况下，焊接电流的大小我认为因人而定，根据个人的使用习惯而调整，不要别人用多大的规范你也用同样的规范。
(2)使用合格的焊接材料及保护气体。
(3)彻底清除焊丝和被焊金属表面上的水、锈、油污和其它杂质。
(4)使用二氧化碳气体保护焊、富氩气体保护焊时，要调整好焊枪与焊件的距离和角度使得焊接熔池得到充分的保护。一定确保气体加热器的完好率。
(5)气保焊焊枪的导流罩必须够长，太短以后保护气体在流动过程中不能形成很好的保护罩。
不知以上的回答对你的工作有没有帮助。
5、还要注意周围空气的流动,最好周围的风速不要超过1.5m/s
二氧化碳气体保护焊的特点及应用
二氧化碳气体保护焊是利用二氧化碳气体,以燃烧于工件与焊丝产的电弧作热源的一种焊接方法,简称CO2焊。由于二氧化碳具有一定的氧化性,因此,二氧化碳焊一般采用含一定脱氧元素的专用二氧化碳焊丝.
1、优点
1）焊接成本低 CO2气体及CO2焊焊丝价格便宜，焊接能耗低，因此，二氧化碳气体保护焊的使用成本很低，只有埋弧焊及手工电弧焊的30%~50%。
2）焊缝质量好 二氧化碳气体保护焊抗锈能力强，焊缝含氢量低。抗裂性能好。
3）生产效率高 二氧化碳气体保护焊的电弧集中，熔透能力强，熔敷速度快，因此生产效率高；半自动二氧化碳焊的效率比手工电弧焊高1~2倍，自动二氧化碳焊比手工电弧焊高2~5倍。
4）适用范围广 适用于各种位置的焊接，而且既可用于薄板的焊接又可用于厚板的焊接。
5）便于实现自动化 二氧化碳焊是明弧焊，便于监视及控制，而且焊后无需清渣，有利于实现焊接过程机械化及自动化。
（2）缺点
1）焊缝成形一般，飞溅较大。
2）劳动条件较差。
（3）二氧化碳焊的应用
目前，二氧化碳焊已广泛用于机车车辆、汽车、摩托车、船舶、煤矿机械及锅炉制造行业，主要用于焊接低碳钢及低合金钢。此外，二氧化碳焊还用于耐磨零件的堆焊、铸钢件的补焊以及电铆焊等方面。
主要技术参数
NBC-200
NBC-250
NBC-315
NBC-400
NBC-500
输入电压/频率（V/Hz）
3～380/50
3～380/50
3～380/50
3～380/50
3～380/50
额定输入容量(kVA)
7
9
14
20
25
焊接电压(V)
16～24
16～27
17.5～30
18～34
20～39
电压调节级数(级)
14
14
30
30
40
电调节范围(A)
30～200
30～250
70～315
80～400
115～500
额定焊接电流(A)
200
250
315
400
500
额定负载持续率(%)
60
35
60
60
60
适用焊丝(mm)
φ0.8、φ1.0
φ0.8、φ1.0、φ1.2
φ0.8、φ1.0、φ1.2
φ1.0、φ1.2、φ1.6
φ1.0、φ1.2、φ1.6
外形尺寸(mm)
670×410×780
670×410×780
710×440×840
710×440×840
785×500×880
重量(kg)
100
100
134
140
178
焊管CO2 气体保护焊单面焊双面成形焊接工艺
(太原重型机械集团有限公司 a. 技术中心; b. 挖掘焦炉设备分公司, 太原030024)
摘 要: 着重介绍了焊管CO2 气体保护焊单面焊双面成形的焊接工艺、焊接规范、施焊要点以及必要的试验数据等,所编制的焊接工艺切实可行,且经济可靠,为今后类似的焊管焊接提供了参考依据。
引 言
焊管的单面焊双面成形焊接工艺是在接缝间隙处依靠控制熔池金属的操作技术来实现单面焊接,正、反双面成形。焊接时随着电弧热源的稳定,液态金属熔池沿前线熔化,沿后端线结晶,高温液态熔池处于悬空状态。
选用100% CO2 气体保护焊,熔深好,焊缝成形美观,便于单面焊双面成形。
焊管的单面焊双面成形焊接工艺焊缝质量好、焊接速度快、节省了焊接材料而且焊缝内部的质量容易达到探伤质量的要求。
1 工艺特点
影响熔池存在时间和熔池几何形状的主要因素是被焊金属的热物理性能、坡口角度、尺寸、焊接方法以及焊接规范等。假设基本金属的热物理性能、坡口角度及尺寸为定值时,熔池存在的时间和熔池的几何形状可以用下式表示:
t =M / v =U IJS / v
式中 t—熔池存在的时间, s;
S —散热系数;
v—焊接速度,mm / s;
U—电弧电压,V;
I—焊接电流,A;
J —熔池几何形状系数,mm;
M —熔池几何形状当量外径,mm。
由上式可以看出, CO2 气体保护焊具有单面焊双面成形的有利条件。
CO2 气体保护焊的电弧热量集中,加热面积小,液体熔池小,熔池几何形状比手工电弧焊、埋弧焊较小,有利于熔池的控制。
CO2 气体保护焊电流密度较大,可以达到足够的熔深,由于熔池体积较小,焊接速度快,在
CO2 气流的冷却作用下,熔池停留的时间短,因此既有利于控制熔池不下坠,又可以焊透。
CO2 气体保护焊熔渣较少,熔池的可见度较好,便于直接观察熔池的形状,焊工可以依据熔孔的大小来控制焊接速度和摆动以保证焊缝成形,易操作且效率高。
2 工艺准备
2. 1 坡口形式及组装
CO2 气体保护焊对坡口形式和组装的要求较为严格。对接焊缝的坡口形式以及尺寸包括角度、钝边和装配间隙。
坡口角度主要影响电弧是否能深入到焊缝的根部,使根部焊透,进而获得较好的焊缝成形和焊接质量。保证电弧能够深入到焊缝根部的前提下,应尽量减小坡口角度。
钝边的大小可以直接影响根部的熔透深度,钝边越大,越不容易焊透。钝边小或无钝边时容易焊透,但装配间隙大时,容易烧穿。
装配间隙是背面焊缝成形的关键参数,间隙过大,容易烧穿;间隙过小,很难焊透。
采用直径为1. 2 mm的H08Mn2 Si焊丝。单面焊双面成形封底焊缝的熔滴过渡形式为短路过渡,通常可以选用较小的钝边,甚至可以不留钝边,装配间隙为2～4 mm,坡口角度依据GB985—1988《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》的标准要求采用V形坡口,坡口角度在60°±5°,对提高坡口精度以及焊接质量,起到了很好的作用。
焊接中注意天气的影响,特别是防风措施一定要做到位。
2. 2 焊接电流的选择
焊接电流是确定熔深的主要因素,当焊接电流太大时,则焊缝背面容易烧穿、出现咬边、焊瘤,甚至产生严重的飞溅和气孔等缺陷;电流过小时,容易出现未熔合、未焊透、夹渣和成形不好等缺陷。试验表明:当选用直径为1. 2 mm焊丝时,单面焊双面成形的封底焊接电流为85～100 A较为合适。因此,焊接电流的大小直接影响焊缝的成形以及焊接缺陷的产生。
2. 3 焊接电压的选择
在短路过渡的情况下,电弧电压增加则弧长增加。电弧电压过低时,焊丝将插入熔池,电弧变得不稳定。所以电弧电压一定要选择合适,通常焊接电流小,则电弧电压低;电流大,则电弧电压高。焊接电流与电弧电压如表1所示。
2. 4 焊接速度的选择
当焊丝直径、焊接电流和电压为定值时,熔深、熔宽及余高随着焊接速度的增大而减小。如果焊接速度过快,容易使气体的保护作用受到破坏,焊缝冷却的速度太快,焊缝成形不好;焊接速度太慢,焊缝的宽度显著增大,熔池的热量过分集中,容易烧穿或产生焊瘤。
3 操作方法
焊管CO2 气体保护焊是明弧操作,熔池的可见度好,容易掌握熔池的变化,可以直接观察到电弧击穿的熔孔,能够控制熔孔的大小并且保持一致,在这方面要比手工电弧焊优越的多。另外,焊接时接头少,不易产生缺陷,但操作不当也容易产生缺陷。所以,操作时应特别引起注意。
3. 1 干伸长度的控制
干伸长度对焊接过程的稳定性影响比较大,当干伸长度越长时,焊丝的电阻值增大,焊丝过热而成段熔化,结果使焊接过程不稳定,金属飞溅严重,焊缝成形不好以及气体对熔池的保护也不好;如果干伸长度过短,则焊接电流增大,喷嘴与工件的距离缩短,焊接的视线不清楚,易造成焊道成形不良,并使得喷嘴过热,造成飞溅物粘住或堵塞喷嘴,从而影响气体流通。因此,干伸长度一般选择焊丝直径的十倍为最佳干伸长度。
3. 2 焊丝与焊管角度的选择[ 1 ]
焊丝与焊管纵向以及横向的角度是保证单面焊双面成形封底焊焊接质量的关键,应特别注意,各种焊接位置封底焊时焊丝与焊管的角度。焊管对接横焊时,焊丝与焊管的轴线成下倾斜10°～20°与圆周切线成70°～80°;焊管对接全位置焊时,焊丝与焊管的轴线成90°与圆周切线成60°～80°。
3. 3 打底焊焊缝接头
打底焊时,应尽量减少接头,若需要接头时,用砂轮把弧坑部位打磨成缓坡形。打磨时要注意不要破坏坡口的边缘,造成焊管的间隙局部变宽,给打底焊带来困难。接头时,干伸长的顶端对准缓缓焊接,当电弧燃烧到缓坡的最薄的位置时,正常摆动。CO2 气体保护焊的焊接接头方式与手工电弧焊的接头完全不一样。手工焊焊接接头时,当电弧烧到熔孔处时,压低电弧,稍作停顿才能接上;而CO2 气体保护焊只需正常的焊接,用它的熔深就可以把接头接上。
3. 4 打底焊
打底焊是焊管焊接接头质量的关键,注意熔接时接头的方法,才能避免焊接缺陷的产生。焊接电流应依据坡口角度的大小作适当的调整,坡口角度大时散热面积小,电流应调小一些,否则容易造成塌陷和反面咬边等缺陷。
打底焊时选用短齿形摆动,由于短齿形的间距没有掌握好,焊丝在装配间隙中间穿出,如果在整条焊缝中有少量的焊丝穿出,是允许的;如果穿出的焊丝很多,则是不允许的。为了防止焊丝向外穿出,打底焊时,焊枪要握平稳,可以用两手同时把握焊枪,右手握住焊枪后部,食指按住启动开关,左手握住焊把鹅颈部分就可以了。这样就能减少穿丝或不穿丝,保证打底焊的顺利进行和打底焊的内部质量。
要注意的是,在打底焊前应对焊接规范进行检查,避免在施焊的过程中出现问题,检查导电阻的内径是否合适,注意喷嘴内部的飞溅物是否堵塞喷嘴。
停弧或打底焊结束时,焊枪不要马上离开弧坑,以防止产生缩孔及气孔。
4 焊缝质量
4. 1 焊缝外观
焊管的单面焊缝外观成形良好,平滑整齐,熔宽和加强高符合双面焊尺寸公差要求,焊接缺陷明显少于手工电弧焊单面焊双面成形。
4. 2 焊缝内部
焊缝内部质量经X射线探伤检验表明,一级片合格率明显高于手工电弧焊单面焊双面成形。
4. 3 力学性能
壁厚为6 mm,直径为325 mm的焊管对接焊时,手工电弧焊与CO2 气体保护焊焊接接头性能对比,见表2。
试验结果表明: E5015 手工电弧焊与H08Mn2 Si、CO2 气体保护焊单面焊双面成形焊接接头的性能相近,手工电弧焊焊接接头性能略高于CO2 气体保护焊焊接接头的性能,其原因是E5015焊条的强度比国家标准规定的强度要高。
4. 4 接头组织对比
E5015手工电弧焊与H08Mn2 Si、CO2 气体保护焊焊接接头组织对比见表3。
两种焊接方法的金相组织基本相同,主要都是铁素体+珠光体。
5 结 语
CO2 气体保护焊单面焊双面成形焊接质量可靠,它与手工电弧焊相比具有操作简单、熔池容易控制、背面成形优良;焊接质量好、焊接速度快、焊缝内部质量容易达到探伤的质量要求、操作方法比较容易掌握、成本低、效率高等特点,在生产中取得了良好的效果。
提高CO2焊导电嘴寿命的措施
CO2焊接应用自90年代以来，在我国得到了飞速的发展。但其中大家也还时常感到一些使用中的问题，比如导电嘴的寿命问题。当然一般我们总是用到不能再用为止，人们还采取了一些措施，如从电源上减小飞溅，采用防飞溅的焊膏或雾剂等等，但仍然免不了常常去更换导电嘴，特别是粗丝CO2（比如1.6mm/300A时），这时焊工们总是不太愉快（总不能总是1.0mm/100A呀，那当然舒服，可是对中板就要上粗丝啦，再说焊接效率也和焊工们的银子结合的呀）。最近，小编读了一篇文章，觉得老外也在为此烦恼，也在想一些办法，所以推荐给关心这方面的朋友们。
作者认为CO2的导电嘴是一个关键的因素。用户手中的焊丝往往是筒装或盘装的,还带有毛刺或罗纹，所以有可能影响到焊丝与导电嘴之间的接触，而在CO2焊时，导电嘴应在稳定导电的前提下提供最小的摩擦。
作者分析导电嘴大致有二种失效方式,一种是导致电弧返烧,这包括引弧不佳、电弧不稳、送丝不畅等，但并不一定影响导电嘴本身的性能，这时的焊接故障大致与焊接电源特性、焊丝质量、送丝效果、送丝软管及导电嘴结构设计等有关。
另一种失效是则导电嘴本身磨损，源自于因导电嘴不断升高的温度下因连续送丝的摩擦而在导电嘴出口产生磨损，在机器人焊接时，常导致校准误差而影响生产效率。
对第一种失效，作者分析脏焊丝时的导电嘴寿命可能仅为使用干净焊丝的三分之一；当焊丝与导电嘴内的导电点常变动时，其寿命也仅为导电点稳定时的一半；不过作者并没有明确脏焊丝脏在什么地方，是焊丝上的油，还是其它什么，我也不知道作者是如何探测导电点的变动的，不过作者给出的实验数据还是令人瞩目的。
对第二种失效，应想法降低导电嘴的温度，包括在导电嘴结构设计、导电嘴成分方面着手，设计甚至在导电嘴中加入陶瓷成分。一个实例是普通的导电嘴与带有锥度螺纹锁紧的导电嘴，在以260A/26V焊接4小时后，后者几乎没有磨损。这大概是导电嘴本身的温度被电极握体散热效果好吧。还有一幅图片是有陶瓷涂层的导电嘴在施焊30分钟后几乎没有沾上飞溅，而同样对比的普通导电嘴则已一踏糊涂。
作者还认为,采用水冷焊枪是降低导电嘴温度较有效且成熟的方法,但是使设备接线复杂,不便于应用.小编认为，在导电嘴上想办法大概是最简单有效的方法,那么喷嘴呢?为何不能在喷嘴上也加上陶瓷层呢(如三氧化二铝)?我们搞CO2配件的朋友不妨往这方面想一想.
鉴于版权关系，我们没有全文翻译，原文 Understanding contact tip longevity for gas metal arc welding 载于 Welding Journal 99.1 2 p.29，作者为 Julio Villafuerte ，是加拿大 Tregaskiss 公司研发部的主任。
CO2的焊接是一种高效率，低成本的焊接方法，这种焊接方法在工业界有着极为广泛的应用。工业化国家CO2焊接占据了整个焊接生产的主导地位，1988年日本焊接总量的71%即是由CO2焊接完成的。我国的CO2焊接的应用仅占10%左右，使用量上呈上升趋势，一方面是CO2焊接应用范围逐步扩大，另一方面却是人们总体上还缺乏对CO2焊接全面、细致的了解，这体现在工艺、设备等个方面。这样的结果就是极大地限制了CO2焊接工艺的应用普及。本文正是在这一背景下，对CO2焊接的现状与发展趋势从技术的角度加以概述，而关于CO2焊接设备配套、材料供应等问题则不予涉及。
1、CO2焊接工艺的由来
CO2焊接工艺的最初构想源于20世纪20年代，然而由于焊缝气孔问题没有解决，而使得CO2焊无法使用。直到50年代初，焊接冶金技术的发展解决了CO2焊接的冶金问题，研制出Si-Mn系列焊丝，才使得CO2焊接工艺获得了实用价值。在这之后，根据结构材料的性能，相继出现了不同组元成分的焊丝，满足了CO2焊接多样化的需求。
CO2焊接工艺的实用化为社会带来了巨大的财富，一方面是因为CO2气体价格低廉，易于获得，另一方面是由于CO2焊接的金属熔敷效率高，以半自动CO2焊接为例，其效率为手工电弧焊的3～5倍。但是由于CO2焊接熔滴过渡多为短路过渡，对CO2焊接工艺稳定性提出了更高的要求，另外CO2焊接的飞溅大，成为从20世纪50年代开始至今制约CO2焊接工艺推广的主要技术问题之一。
2、从工艺、设备入手解决CO2焊接飞溅问题
CO2焊接短路过渡的电流、电压波形及熔滴过渡过程,电弧燃烧后，由电弧析出热量，强烈地熔化焊丝，并在焊丝端头形成熔滴。由于焊丝熔化而形成电弧空间，其长度决定于电弧电压。随后，熔滴体积逐渐增加，而弧长略微缩短。随着熔滴不断长大，电弧向未熔化的焊丝方面传入的热量减少，则焊丝熔化速度也降低。由于焊丝仍以一定的速度送进，所以势必导致熔滴逐渐接近熔池，弧长缩短。同时，熔滴与熔池都在不断地起伏运动，增加了熔滴与熔池相接触的机会。每当接触时，就使电弧空间短路，于是电弧熄灭，电弧电压急剧下降，接近于零，而短路电流开始增大，在焊丝与熔池间形成液体金属柱，这种状态的液柱不能自行破断，随着短路电流按指数曲线规律不断增大，它所引起的电磁收缩力强烈地压缩液柱，同时在表面张力的作用下，使得液柱金属向熔池流动，而形成缩颈，该缩颈称为“小桥”。这个小桥连接着焊丝与熔池，该小桥由于通过较大电流而过热汽化和迅速爆断。这时电弧电压很快恢复到空载电压以上，电弧又重新引燃，再重复上述过程。
传统的CO2焊接工艺通过调节回路串联铁磁电感的办法来调整电源的动特性。当电感I较大时电流上升速度di/dt较小，短路峰值电流Imax
