气保护焊焊接工艺及装备

9.8.6　CO₂气保护焊焊接工艺及装备

CO₂气体保护焊是利用CO₂作为保护气体的一种熔化极气体保护电弧焊方法，简称CO₂焊。在船体建造中主要用于船板碳素钢及低合金钢的焊接，其工作原理如图9.8－16所示。电流的两输出端分别接在焊枪和焊件上。盘状焊丝由送丝机构带动，经软管和导电嘴不断地向电弧区域送给，同时，CO₂气体以一定的压力和流量送入焊枪，通过喷嘴后，形成一股保护气流，使熔池和电弧不受空气的侵入。随着焊枪的移动，熔池金属冷却凝固成焊缝，从而将被焊的焊件连成一体。目前我国造船焊接应用CO₂气保护焊的应用率已超过60%以上。

图9.8－16　CO₂气体保护焊焊接过程示意图

1－熔池；2－焊件；3－CO₂气体；4－喷嘴；5－焊丝；6－焊接设备；7－焊丝盘；8－送丝机构；9－软管；10－焊枪；11－导电嘴；12－电弧；13－焊缝

9.8.6.1　CO₂气保护焊的特点

（1）焊接成本低，仅为埋弧自动焊的40%，焊条电弧焊的37%～42%。焊接消耗的电能少。

（2）生产效率高，由于CO₂焊的焊接电流密度大，焊丝熔敷率高，焊丝是连续送进，其生产效率比焊条电弧焊接高1～4倍。

（3）焊接变形和焊接应力小，特别适宜于薄板焊接。

（4）焊接质量高，CO₂焊对铁锈的敏感性不大，因此，焊缝中不易产生气孔，焊缝含氢量低，抗裂性能好。

（5）操作性能好，因为是明弧焊，可以看清电弧和熔池情况，便于掌握和调整，也有利于实现焊接过程的机械化和自动化。

（6）适用范围广，可以进行全位置的焊接，不仅适用焊接薄板，还常用于中厚板的焊接，而且也可用于磨损零件的修补和堆焊。CO₂焊的不足之处：使用大电流焊接时，焊缝表面形成较差，飞溅较多；不能焊接容易氧化的有色金属材料；很难用交流电源焊接及在有风的地方施焊；弧光较强，特别是大电流焊接时，电弧的光、热辐射强。

9.8.6.2　CO₂气保护焊的焊接设备

目前，在船厂中广泛应用的半自动CO₂气保护焊接设备，其主要是由焊接电源、送丝机、焊枪、气瓶、减压调节器等器件所构成，如图9.8－17所示。

图9.8－17　CO₂半自动焊设备示意图

1－电源；2－送丝机；3－焊枪；4－气瓶；5－减压调节器

9.8.6.3　CO₂气保护焊的焊接工艺参数

（1）焊丝直径：应根据焊件厚度、焊缝空间位置及生产率的要求来选择。当焊接薄板或中厚板的立、横、仰焊时，多采用直径1.6mm以下的焊丝；在平焊位置焊接中厚板时，可以采用直径1.2mm以上的焊丝。

（2）焊接电流：应根据焊件厚度、焊丝直径、焊接位置及熔滴过渡形式来确定。焊接电流增大、焊缝厚度、焊缝宽度及余高都相应增加。通常在造船厂中应用的药芯焊丝直径1.2～1.6mm；在短路过渡时焊接电流在140～250A内选择。

（3）电弧电压：电弧电压随焊接电流的增加而增大。短路过渡时，电弧电压在25～36V范围内选择。

（4）焊接速度：一般CO₂半自动焊时的焊接速度为15～40m/h。焊速过快，不仅气体保护焊效果变差，可能出现气孔，而且还易产生咬边及未熔合等缺陷，但焊速过慢，则焊接生产效率低，焊接变形增大。

（5）焊丝伸出长度：焊丝伸出长度取决于焊丝直径，一般约等于焊丝直径的10倍，且不超过15mm。伸出长度过大，焊丝会成段熔断，飞溅严重，气保护效果差；伸出长度过小，不但易造成飞溅物堵塞喷嘴，影响保护效果，也影响焊工视线。

（6）CO₂气体流量：通常在细丝CO₂焊时，CO₂气体流量约为8～15L/min，粗丝CO₂焊时，CO₂气体流量约为15～25L/min。过大或过小的气体流量都会影响气体保护效果。

（7）电流极性与回路电感：为了减少飞溅，保证焊接电弧的稳定性，CO₂焊应选用直流反接。焊接回路的电感值应根据焊丝直径和电弧电压来选择。不同直径焊丝的合适电感值为：

焊丝直径1.2mm　　　电感值为0.10～0.16mH

焊丝直径1.6mm　　　电感值为0.30～0.70mH

除了上述一些主要参数，焊枪倾角、焊缝坡口和焊接位置等对焊接过程都有影响。所以在应用中应根据具体情况来选择。

目前，在我国造船厂中应用CO₂焊用的是药芯焊丝，由于其应用范围和焊接位置大大扩展，已经能够在船体建造的所有阶段和所有焊接位置进行焊接。现又在进行CO₂气保护半自动单面焊新工艺的开发，将为窄小空间、大型复杂结构、弯曲部件，或较短焊缝，提供一种理想的高效焊接方法。此外，船体建造中的CO₂自动垂直焊、横焊，管子法兰的CO₂自动焊以及厚钢板的窄间隙CO₂焊等都是进一步提高造船效率、提高焊接质量的高效CO₂焊接方法。