第三节焊接材料

第三节　焊接材料

一、CO₂气体

纯CO₂气体是一种无色、无味的气体，在0℃和一个大气压下的CO₂气体密度是1.9768kg/m³，为空气的1.5倍（空气的密度为1.29kg/m³），所以焊接过程中能有效地将空气排开，保护焊接区。

CO₂气体有三种状态：固态、液态和气态。

不加压力冷却时，CO₂直接由气体变成固体叫做干冰。当温度升高时，干冰升华直接变成气体。因空气中的水分不可避免地会凝结在干冰上，使干冰升华时产生的CO₂气体中含有大量的水分，故固态CO₂不能直接用于焊接。

室温下CO₂为气态，且很稳定。但在高温下（5 000K左右）几乎全部分解。CO₂加压至5～7MPa时变成液体，常温下液态CO₂比水轻，其沸点为－78℃。在0℃和0.1MPa时，1kg的液态CO₂可产生509L的CO₂气体。

焊接采用的CO₂气体常为装入钢瓶中的液态CO₂。规定钢瓶主体喷成黑色，标有“CO₂”黄色字样。容量为40L的标准钢瓶，可灌入25kg液态的CO₂，钢瓶中的液态和气态CO₂分别约占钢瓶容积的80%和20%，气瓶压力表指示的压力值，是这部分气体的饱和压力，它的值与环境温度有关。温度高时，饱和气压增加；温度降低时，饱和气压降低。0℃时，饱和气压为3.63MPa；20℃时，饱和气压为5.72MPa；30℃时，饱和气压为7.48MPa。因此，严禁CO₂气瓶靠近热源或烈日暴晒，以免发生爆炸事故。当气瓶内的液态CO₂全部挥发成气体后，气瓶内的压力才逐渐下降。

CO₂气体来源广（可以是专业生产的CO₂气体，也可以是某些产品的副产品），价格低。但CO₂气体纯度应满足焊接的要求，即CO₂＞99%，O₂＜0.1%，H2O＜1～2g/m³。焊缝质量要求越高，对CO₂气体的纯度要求也越高。通常，为减少CO₂气体中的水分，可将气瓶倒置一段时间，然后正放，拧开气阀将上部水分较多的气体放掉。此外，在焊接气路系统中可串联一个干燥器或预热器。

当气瓶中液态CO₂用完后，气体的压力将随着气体的消耗而下降。当气瓶压力降到1MPa时，应停止用气。因为当压力降到1MPa以下时，CO₂中所含水分将增加1倍以上，如果继续使用，焊缝中将产生气孔。

有时也在CO₂气体中加入20%～25%O₂来焊接钢材，以获得较大的熔深和提高焊接速度。

二、焊丝

1.实芯焊丝

CO₂是一种氧化性气体，在电弧高温区分解为CO和O₂，具有强烈的氧化作用，使合金元素烧损，容易产生气孔及飞溅。为了防止气孔，减小飞溅和保证焊缝具有良好的力学性能，要求焊丝中含有足够的合金元素。若用碳脱氧，将产生气孔及飞溅，故限制焊丝中的碳含量小于1%。若仅用硅脱氧，将产生高熔点的SiO₂，不易浮出熔池，容易引起夹渣；若仅用锰脱氧，生成的氧化锰密度大，不易浮出熔池，也容易引起夹渣；若用硅和锰联合脱氧，并保持适当的比例，则硅和锰的氧化物形成硅酸锰盐，它的密度小、黏度小，容易从熔池中浮出，不易产生夹渣。因此CO₂气体保护焊用的焊丝都含有较高的硅和锰。

常用的两种CO₂气体保护焊用焊丝的牌号及化学成分见表3－3。

表3－3　CO₂气体保护焊用焊丝的牌号及化学成分

焊丝的直径及允许的偏差见表3－4。

表3－4　焊丝的直径及允许的极限偏差

焊丝熔敷金属的力学性能符合表3－5规定。

表3－5　熔敷金属的力学性能

2.药芯焊丝

药芯焊丝是用薄钢带卷成圆形或异形管，在其管中填上一定成分的药粉，经拉制而成的有缝药芯焊丝，或用钢管填满药粉拉制成的无缝药芯焊丝，见图3－6。通过调整药粉的成分和比例，可获得不同性能、不同用途的焊丝。

图3－6　各种形状的药芯焊丝断面

药芯焊丝焊接熔敷效率高，对钢材适应性好，试制周期短，因而它的使用量和使用范围不断扩大。这种焊丝主要用于CO₂气体保护焊、埋弧焊和电渣焊。药芯焊丝中的药粉成分一般与焊条药皮相似。含有造渣、造气和稳弧成分的药芯焊丝焊接时不需要保护气体，称自保护药芯焊丝，适用于大型焊接结构工程的施工。

3.CO₂气体保护焊的焊丝的要求

CO₂气体保护焊的焊丝设计、制造和使用原则除与一般的熔化极气体保护电弧焊焊丝有相同之处外，还对焊丝的化学成分有特殊要求，如：

①焊丝必须有足够数量的脱氧元素，以减少焊缝金属中的含氧量和防止产生气孔；

②焊丝的含C量要低，一般要求C＜0.11%，这样可以减少气孔与飞溅；

③应保证焊缝金属具有满意的机械性能和抗裂性能。

例如在焊接材料中常加入脱氧元素，但脱氧后的生成物不应造成不良后果，如气孔、夹渣等。另外，通常还在焊丝表面镀铜以防焊丝锈蚀。