造船焊接与切割技术-05.pdf

哈尔滨工程大学
HarbinEngineerUniversity

造船焊接与切割技术
WeldingandCuttingTechnologyforShipbuilding

CO2气体保护焊

CO2GasShieldingWelding

苗玉刚
2010-3-1哈尔滨
第5讲CO2气体保护焊

授课内容：

CO2电弧焊原理与特点
焊接设备及其焊接材料
熔滴过渡与焊接条件的选择

CO2气体保护焊的发展和应用
焊接原理

利用CO2气体在熔化极电弧焊中对电弧及熔池进
行保护的焊接方法称作“CO2气体保护电弧焊”，简
称“CO2焊”。

CO2焊原理
焊接特征

CO2焊有如下两点特征：

采用与母材相近材质的焊
丝作为电极。焊丝为电弧的
一极，焊丝熔化后形成熔滴
过渡到熔池中，与母材熔化
金属共同形成焊缝。
为防止外界空气混入到电
弧、熔池所组成的焊接区，

采用了CO2气体进行保护。
焊接特点

☺焊接效率高，焊接生产效率是MMA的1-5倍;
☺焊接成本低，仅为MMA或SAW的40%-50%;
☺适用范围广，对任何位置、角度、长度及复杂曲
面的焊缝都可进行焊接，不受结构条件制约;
☺不易产生冷裂纹，是一种低氢型或超低氢型焊接
方法;
☺焊后不需清渣，明弧焊接便于监视，有利于机械
化操作;
不能用于非铁金属的焊接
过渡不如MIG焊稳定，飞溅量大、烟尘大
设备复杂，包括弧焊电源、控制箱、供气系统
等，较手工电弧焊的设备复杂。
焊接电弧特点

与Ar保护不同，由于CO2气体对电弧的强冷作用致使电
弧和斑点收缩，在斑点处产生大量的金属蒸汽，对熔滴
产生排斥作用，加之电磁力作用和带电质点的撞击力就
决定了焊丝端熔滴的受力特点。

a）不同保护气体下的电磁作用力b）不同保护气体下电弧过渡形式
冶金特点

CO2气体的氧化性:
直接氧化

Fe+CO2=FeO+CO↑
间接氧化

CO2=CO+O
Fe+O=FeO
Mn+O=MnO
Si+2O=SiO
2CO2的分解与气氛组成
C+O=CO↑
随温度的升高，CO2气体的分解增
加，在电弧的温度下几乎全部分解。

当温度为3100K时，CO2保护气氛中
将含有20%的氧，这时保护气氛的氧
化性超过了空气
焊接问题?

CO2是一种氧化性很强的气体，高温时不仅能与钢
材中的合金元素其反应使其烧损，而且能生成大量的
CO，CO激烈析出使熔池发生“沸腾”现象形成气孔破坏
焊缝金属的致密性。
冶金特点

如果焊丝中含有足够量的Mn及Si元素，就能够去除
CO2气体所具有的强氧化性弊端。

熔池脱氧：
FeO+Mn=Fe+MnO

2FeO+Si=2Fe+SiO2

SiO2熔点为1700℃，在液态钢中以针状的固体形式析出，不
易浮出熔池，以夹渣形式存留于焊缝金属中。
MnO的比重5.11g/cm3，不易浮出熔池，在焊缝中成为夹渣。

如果SiO2及MnO残留在焊缝中会影响焊缝的机械性能。
冶金特点

[Mn]/[Si]=1.5-3.0

钢水成分与脱氧生成物的关系

3
FeO-MnO-SiO2渣系熔点为1270℃，密度为3.6g/cm，流动性好易
凝聚，故易浮出溶池表面。
焊接问题?

CO气孔：

实芯CO2焊，熔池表面没有熔渣保护，CO2气流冷却作用强，熔池
凝固快，易形成焊接气孔。
FeO+C=Fe+CO↑
CO气孔产生在焊缝内部，多数是沿晶界分布，表面光滑呈条虫状
合金元素烧损
焊接飞溅
药芯焊丝CO2气体保护焊

药芯焊丝气体保护焊的工作原理与普通CO2气体保护焊基本一
致，不同是采用可熔化的药芯焊丝作为电极。
焊接原理

焊接时，在电弧热作用下，药芯焊丝，母材金属和保护
气体相互之间发生冶金作用，同时形成一层较薄的液态熔
渣层覆盖熔滴并覆盖熔池，对熔化金属形成了又一层的保
护，所以实质上是一种气－渣联合保护的焊接方法。

药芯CO2焊原理
焊接特点

优点：
☺采用气－渣联合保护，焊缝成形美观，电弧稳定性
好，飞溅少且颗粒细小。
☺焊丝熔敷速度快，熔敷效率高达85%～90%，生产率比
手弧焊高3～5倍。
☺通过调整药芯成分可提供所要求的焊缝金属化学成
分，以适应各种钢材的焊接。
缺点：
焊丝制造过程复杂。
送丝较实心焊丝困难，需要采用降低送丝压力的送丝
机构等。
焊丝外表容易锈蚀，粉剂易吸潮，加强对焊丝管理。
焊接材料

药芯焊丝的横截面形状可分为简单O形和复杂截面两大类
用薄钢带卷成圆形或异形钢管，内填一定成分的药粉，经拉
制成的有缝药芯焊丝，或用钢管填满药粉拉制成的无缝药芯
焊丝。
药芯焊丝中的药粉成分一般与焊条药皮相似,在焊接中起到
脱氧、稳弧、形成熔渣、添加合金元