CO2气体保护焊技术及焊接质量控制

CO2气体保护焊技术及焊接质量控制

杨立斌

中车兰州机车有限公司

摘要：近些年来，在我国社会经济持续发展的大势下，科学技术水平得到了大幅度提升，经济建设也取得了巨大的进步。与此同时，我国在管道、冶金、机械、航天等领域取得了突破性发展，与之相应的焊接技术也在不断进步，各种先进技术不断涌现。CO2气体保护焊作为目前焊接工程中较常见的一种，其在自动焊接方面的应用非常广泛，具有诸多优势，如焊接成形效果好、抗风能力强等。本文先分析了CO2气体保护焊的技术原理及实用范围，深入阐述了具体焊接质量控制措施。

关键词：CO2气体保护焊；焊接电流；焊接电压；飞溅

CO2气体保护焊是于上个世纪五十年代初期出现的一种新的焊接技术，本身具备效率高、操作简单、成本低、焊接变形小等优势，其在冶金、化工、压力容器、航天、航空以及机械制造等领域应用广泛。在CO2气体保护焊应用之中，其质量问题仍然比较的突出，如金属飞溅、焊缝成型效果不佳等，在一定程度上影响了CO2气体保护焊的效能，为此这里通过分析CO2气体保护焊的原理和适用范围，指出了焊接质量控制措施，有效降低了焊接缺陷的产生，让产品结构强度达到设计规定的同时，减少了应力集中、疲劳裂痕的发生。

一、CO2气体保护焊的工艺原理与适用范围

CO2气体保护焊是目前机械工程制造领域采用较多的一种现代化焊接技术，有着成本低、抗锈蚀能力强以及焊接变形小的有点。该焊接技术是熔化极气体保护焊接的一种，也是目前最常见的熔化极电弧焊，电弧产生以及焊接过程原理与传统的埋弧焊、手工电弧焊相似，最大的区别在于没有传统焊接产生的残渣，使用的融化电极主要以实心焊丝或者药芯焊丝为主，因焊接过程中采取了CO2气体保护罩，该类气体围绕导丝嘴将焊丝端头的空气隔开，对焊接起到保护作用。在当今工业生产中，CO2气体保护焊应用非常广泛，是低碳钢、低合金高强度钢焊接的主要手段。

二、CO2气体保护焊质量控制措施

1、CO2气体保护焊打底焊接质量控制要点

在高精度机械设备和产品焊接过程中，打底焊是应用较多的一种，其焊接速度和质量与整个设备整体性、生产速度和进度有着密切的关系。为了确保焊接质量，在焊接的时候采取低氢焊条进行焊接，利用短弧焊和小间隙焊接的方法进行操作。由于打底焊接的时候容易出现未完全融合的现象，在焊接时必须要根据焊接元件的参数和形状选择相应的配件，这样能有效减少组对试件出错，在板平焊对接CO2气体保护焊时，应根据坡口间隙的大小采用不同的摆动方式，当坡口间隙较小为0.2-1.4mm时，一般采用直线焊接或者小幅度摆动，让打底焊单面焊双线成型较好，进而减少焊接不完全融合的问题。在焊接完成之后，要及时的清理焊道，对焊道两边的夹角进行全面、重点清理，对焊道中间光滑的区域可不进行打磨。为了确保清理质量和进度，在焊接工作展开之前对工作人员有针对的进行培训，让工作人员熟练掌握焊接、清理方法，确保焊面整洁度，进而保证CO2气体保护焊的焊接质量。

2、CO2气体保护焊飞溅控制措施

为了控制好CO2气体保护焊飞溅问题，国内外业界专业人士和学者都对其进行了大量的研究，也取得了良好的成果。具体的控制方法主要包含了以下几种。

首先，常规方法。这种方法是目前采取最多的一种方式，主要有采取混合保护气体方法、优化焊机直流电感设计以及采取先进监控及计算机设备调节电流等。这些方法在应用中虽然能够降低CO2气体保护焊焊接飞溅问题，但是并没有直接对后期电流进行直接控制，效果并不是特别的明显。为了更好的控制CO2气体保护焊飞溅问题，在焊接的时候先选择正确的参数，要知道焊接参数是保证焊接质量的关键，而在这些参数中电弧电压是最关键的一个，其大小关系到电弧的长短，也决定着飞溅。在一定的焊丝直径和焊接电流下，若电弧电压偏高，焊丝的熔化速度增大，电弧长度增加，会使熔滴无法正常过渡，而呈大颗粒飞出，飞溅增多；若焊接电流和电弧电压为最佳匹配时，熔滴过渡频度高，飞溅最小，焊缝成形美观。

其次，限制金属桥液的焊接能量。CO2气体保护焊短路过度的时候必然会产生液桥缩颈电爆炸飞溅，这也是飞溅产生的主要形式，这主要是因为在短路过程中形成的液桥被快速加热，过量的热能积累必然会导致液桥发生汽化，进而产生爆炸引起飞溅。面对这种情况在焊接的时候串联相应的电感，限制短路电流增长速度及峰值电流，以控制引起飞溅产生的能量。

通过控制输出电流波形，使金属液桥在较低的电流事断开，在将临短路时，再由高值电流改变成低值电流，使短路时的电流较低，而处于高温状态的熔滴形成的短路液桥温度较高，施加很小的能量就能实现金属的过渡与爆断，限制了金属液桥爆断能量，从而降低飞溅。

最后，在CO2气体中加入Ar气。CO2气体保护焊短路过渡时，CO2气体在高温下分解出的CO气体在金属内部急剧膨胀而发生剧烈爆炸，在短路过渡后电弧再引燃时产生的对熔池的过大冲击力使液体金属溅出。在CO2气体中加入Ar气后，可改变纯CO2气体的物理和化学性质，随着Ar气比例的增大，在焊接时，可细化熔滴，促进弧根的扩展，使飞溅减少，同时可改善焊缝的性能。

3、加强人员培训，改善焊接材料

焊接人员专业技能不达标是造成CO2气体保护焊焊接质量问题的主要因素。为此在焊接的时候根据国家相关部门颁发的规程进行焊接工艺评定，并且根据评定报告确定相应的焊接工艺。在培训过程中还要培训焊接人员对产品的熟悉和了解度，让工作人员对产品的图纸、工艺坡口、焊接形式有充分的了解，且在焊接工作开展之前进行考试，通过考核之后方可进行焊接操作。

焊丝、坡口及坡口周围 10~20mm 范围内必须保持清洁，不得有影响焊接质量的铁锈油污，水和涂料等异物。CO2气体的纯度不得低于99.5%，保持含水量和含氮量均不超过 0.1%。同时，当气瓶内的压力低于 1Mpa,就应停止使用，以免产生气孔。这是因为气瓶内压力降低时，溶于液态CO2中的水分汽化量也随之增大，从而混入 CO2气体中的水蒸气就越多。

三、结束语

总之，CO2气体保护焊的质量控制对于整个工业生产和社会发展有着重要的作用，在进行焊接的时候应该对每一个焊接工艺进行控制和分析，避免出现不必要稳定缺陷和质量问题，进而对机械制造和工业生产起到一定的促进作用。

参考文献

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