CO2气体保护焊设计说明书 - 图文 联系客服

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都能分解出氢气。减少熔池中氢的溶解量,不仅可防止氢气孔,而且可提高焊缝金属的塑性。所以,一方面焊前要适当清除工件和焊丝表面的油污及铁锈,另一方面应尽可能使用含水分低的CO2气体。CO2气体中的水分常常是引起氢气孔的主要原因。

另外,氢是以离子形态溶解于熔池的。直流反极性时,熔池为负极,它发射大量电子,使熔池表面的氢离子又复合为原子,因而减少了进入熔池的氢离子的数量。所以直流反极性时,焊缝中含氢量为正极性时的1/3~1/5,产生氢气孔的倾向也比正极性时小。 3)、氮气孔

氮气的来源:一是空气侵入焊接区;二是CO2气体不纯。试验表明:在短路过渡时CO2气体中加入φ(N2)=3%的氮气,射流过渡时CO2气体中加入φ(N2)=4%的氮气,仍不会产生氮气孔。而正常气体中含氮气很少,φ(N2)≤1%。由上述可推断,由于CO2气体不纯引起氮气孔的可能性不大,焊缝中产生氮气孔的主要原因是保护气层遭到破坏,大量空气侵入焊接区所致。造成保护气层失效的因素有:过小的CO2气体流量;喷嘴被飞溅物部分堵塞;喷嘴与工件的距离过大,以及焊接场地有侧向风等。因此,适当增加CO2保护气体流量,保证气路畅通和气层的稳定、可靠,是防止焊缝中氮气孔的关键。

另外,工艺因素对气孔的产生也有影响。电弧电压越高,空气侵入的可能性越大,就越可能产生气孔。焊接速度主要影响熔池的结晶速度。焊接速度慢,熔池结晶也慢,气体容易逸出;焊接速度快,熔池结晶快,则气体不易排出,易产生气孔。 1.6 CO2焊的冶金特点是什么

由于CO2气体的氧化性,在电弧高温下将发生强烈的氧化反应,为避免由此带来的CO气孔等问题,必须在焊丝中加入合金成分,达到脱氧的目的。因此,CO2焊的冶金特点,主要表现为以下两点: 1)、CO2气体的分解及氧化反应

CO2气体在电弧高温下可按下式分解: CO2==CO+1/2 O2

分解度与温度有关,如图2所示。实际上在电弧区中只有40%~60%左右的CO2气体分解,因此在电弧气氛中同时有CO2、O2和CO存在。在高温下O2进一步分解为氧原子:

O2==2O

所以CO2气体在高温时有强烈的氧化性。

CO2电弧可以从两个方面使Fe氧化: 1)与CO2直接作用:

CO2+Fe==FeO+CO

2)与高温分解出的原子氧作用: O+Fe==FeO

上述氧化反应既发生在熔滴中,也发生在熔池中。反应生成物CO气体因具有表面性质(这时C的气体反应是在液体金属的表面进行的)而逸出到气相中去,不会引起焊缝气孔,只是使C受到烧损。至于FeO则按分配律:一部分成杂质浮于熔池表面;另一部分溶入液态金属中,与液态金属中的C发生还原反应: FeO+C==FeCO

这时生成的CO若不及时逸出,则留在焊缝金属中成为气孔。溶入熔滴的FeO与碳元素作用生成的CO气体,则在电弧高温下急剧膨胀,使熔滴爆破而引起金属飞溅。

2)、脱氧反应及焊缝金属的合金化

从上述可以看出,在CO2电弧中,溶入液态金属中的FeO是引起气孔、飞溅的主要因素。同时,FeO残留在焊缝金属中将使焊缝金属的含氧量增加而降低力学性能。因此,应在焊丝中加入一定量的脱氧剂,即和氧的亲和力比Fe大的合金元素,使FeO中的Fe还原。常用的脱氧元素有Si和Mn。Si和Mn脱氧的反应方程式如下:

2FeO+Si==2Fe+SiO2 FeO+Mn==Fe+MnO

SiO2和MnO还能结合成复合化合物MnO·SiO2(硅酸盐),其熔点只有1543K,密度也较小(3.6g/cm3),且能凝聚成大块,易浮出熔池,凝固后成为渣壳覆盖在焊缝表面。

加入到焊丝中的Si和Mn,在焊接过程中一部分被直接氧化掉和蒸发掉,另一部分消耗于FeO的脱氧,其余部分则剩余留在焊缝金属中充做合金元素。

1.7 为什么CO2电弧焊有时要和O2或Ar混合使用

CO2气体保护气氛具有很强的氧化性,但焊接过程还不够稳定。在CO2中加入一定量O2,将进一步增强保护气氛的氧化性,通过放热反应产生较大热量,降低液态金属的表面张力,改善其流动性。同时,O2的加入使得冶金反应更加强烈,使焊缝中含氢量更低,从而提高了焊接接头的抗裂纹能力。

通常在CO2气体中加入φ(O2)=15%~20%的O2为宜,加入O2过多时,将使飞溅大、气孔多和恶化焊缝成形。

CO2+O2混合气体的氧化性比纯CO2更强,必然使合金元素大量烧损,为此焊丝中必须加入足够的脱氧元素。通常在CO2焊用的焊丝基础上,还需加入较多的Mn和少量的Ti等合金元素。

CO2气体在电弧温度区间热导率较高,加上分解吸热,消耗电弧大量热能,从而引起弧柱及电弧斑点强烈收缩。即使增大电流,弧柱和斑点直径也很难扩展,从而容易产生飞溅,这是由CO2气体本身物理性质决定的。在CO2气体中加入Ar后,改变了纯CO2气体的上述物理性质和化学性质,使弧柱和斑点直径得到扩展,从而降低了飞溅量。在短路过渡焊中,一般采用50%CO2+50%Ar,非短路过渡焊中,一般采用30%CO2+70%Ar。CO2+Ar混合气体除降低飞溅外,还改善了焊缝成形,使焊缝熔宽增加、余高降低,但熔深也稍为减少。

二 电源的选择

2.1对电源特性的要求

CO2焊是熔化极气体保护电弧焊方法之一,熔化极气体保护焊一般采用直流电源。直流弧焊发电机和各种类型的弧焊整流器均可采用。通常焊接电流在15-500A之间,特种应用达1500A。空载电压在55-80V范围,负载持续率在60%-100%范围。