二氧化碳气体保护焊培训.ppt
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1、2024/5/21周二1Feng Dacheng熔化极气体保护焊焊接材料焊接技术培训2024/5/21周二2熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊,是以焊丝和工件为电极,用特定的气体作保护,通过电弧产生的热量熔化金属形成焊接接头的。气体保护焊具有生产效率高,综合成本低,焊接变形小,适用范围大以及对焊工的操作要求较低等一系列的优点,已成为制造业,最常用的高效率焊接方法。由于采用了机械连续送丝,焊接能量比较集中,具有多种熔滴过渡方式,气体保护焊不仅操作简单,焊接质量好,而且能很容易地实现机械化自动化焊接,能全位置施焊,这就是气体保护焊方法优于传统手工焊条焊接,比埋弧自动焊应用范围更广的根本原因。2024
2、/5/21周二3GMAW 熔化极气体保护焊。2024/5/21周二4GMAW 熔化极气体保护焊的术语。2024/5/21周二5熔化极气体保护焊焊接设备主要由焊枪、送丝机构和平特性直流电源组成。焊接材料主要由焊丝和CO2气体组成。当焊丝与工件短路引燃电弧后,电弧及其周围区域得到CO2气体的保护,避免了熔滴和熔池金属被空气氧化和氮化。同时,在电弧高温下,CO2气体发生分解,有利于增强保护效果;另一方面,分解反应是吸热反应,对电弧产生强烈的冷却作用,引起弧柱收缩,使电弧热量集中,焊丝的熔化率高,母材的熔透深度大,焊接速度快,能够显著地提高焊接效率。2024/5/21周二6熔化极气体保护焊。2024/
3、5/21周二7熔化极气体保护焊。2024/5/21周二8熔化极气体保护焊优点1)焊接电流密度高,电弧集中,熔化效率高,熔透深度大,焊接速度快,焊后不需清渣,生产率比焊条电弧焊高13倍。2)气体和焊丝价廉,焊前准备要求低,焊后清理和校正工时少;不必更换焊条。综合成本只有焊条电弧焊的40%50%。3)电弧热量集中,热输入低和CO2的冷却作用,使工件受热面积小,变形小。焊接薄板时比其他焊接方法时的变形小。4)对油和锈的敏感性很低。5)由于保护气体的氧化性,焊缝中含氢量少,提高了焊接低合金高强度钢抗冷裂纹的能力。6)当采用短路过渡形式时,可用于立焊、仰焊和全位置焊接。7)明弧有利于观察,尤其是在半自动
4、焊时可以较容易施焊。8)操作简单,容易掌握,技术依赖性低。9)能实现自动化焊接、机器人焊接。2024/5/21周二9CO2气体特征CO2有固态、液态和气态3种状态。液态CO2是无色液体,沸点低,在标准大气压下,约为-78,所以工业用CO2都是使用液态的,常温下它自己就气化。使用液态CO2经济、方便。容量为40L的标准钢瓶可以灌入25的液态CO2。25液态CO2约占钢瓶容积的80%,其余20%左右的空间则充满了气化的CO2。气瓶压力表上所指示的压力值,是这部分气体的饱和压力。此压力大小和环境温度有关。当气瓶内液态CO2已全部挥发成气体后,瓶内气体的压力才会随着CO2气体的消耗而逐渐下降。焊接用C
5、O2的纯度应大于99.5%。CO2气体中的主要有害杂质是水分。液态CO2中可溶解约0.05%的水,这些水分在焊接过程中挥发,混入CO2气体中一起进入焊接区。随着CO2气体中水分的增加,焊缝中的含氢量亦增加,严重时还可能出现气孔。2024/5/21周二10CO2气体的水分市售CO2气体如果含水量较高,可在焊接现场做如下减少水分的措施:1)将新灌气瓶倒立静置12h,然后开启阀门,把沉积在下部的自由状态水排出。根据瓶中含水量的不同,可放水23次,每隔30min左右放一次。放水结束后,将气瓶正置。2)经倒置放水后的气瓶,在使用前仍须先放气23min,放掉气瓶上面部分的气体。因为这部分气体通常含有较多的
6、空气和水分,这些空气和水分主要是灌瓶时混入瓶内的。3)在气路中设置高压干燥器和低压干燥器,进一步减少CO2气体中的水分。一般用硅胶或脱水硫酸铜做干燥器,用过的干燥器经烘干后可重复使用。4)瓶中气压降到980kPa时,不再使用。2024/5/21周二11CO2气体的使用在标准大气压下,CO2都是使用液态的,气化过程中会吸收大量的热量,如果没有热量的补充,温度会急剧下降,局部生成固态CO2,即干冰。所以CO2减压气化时,必须使用加热装置,防止冻结。在环境温度不变的情况下,只要瓶中存在着液态CO2,则液态CO2上方的气体压力就不会变化(指平衡状态下),CO2气体中的水分含量也无变化。但当液态CO2挥
7、发完后,气体的压力将随着气体的消耗而下降。气体压力越低,水气分解越是相对增大,水分挥发量越多。当瓶内气体压力下降到980kPa以下时,CO2气体中所含水分将比饱和压力下增加3倍左右。如再继续使用,焊缝中将产生气孔。2024/5/21周二12CO2焊中的气孔CO2电弧焊时,由于熔池表面没有熔渣盖覆,CO2气流又有较强的冷却作用,因而熔池金属凝固比较快,但其中气体来不及逸出时,就容易在焊缝中产生气孔。可能产生的气孔主要有3种:一氧化碳气孔、氢气孔和氮气孔。1)一氧化碳气孔产生CO气孔的原因,主要是熔池中的FeO和C发生的还原反应:FeO+C=Fe+CO熔池开始凝固,CO气体不易逸出,于是在焊缝中形
8、成CO气孔。如果焊丝中含有足够的脱氧元素Si和Mn,以及限制焊丝中的含碳量,就可以抑制上述的还原反应,有效地防止CO气孔的产生。所以CO2电弧焊中,只要焊丝选择适当,产生CO气孔的可能性是很小的。2024/5/21周二13CO2焊中的气孔2)氢气孔如果熔池在高温时溶入了大量氢气,在结晶过程中又不能充分排出,则留在焊缝金属中形成气孔。电弧区的氢主要来自焊丝、工件表面的油污及铁锈,以及CO2气体中所含的水分。油污为碳氢化合物,铁锈中含有结晶水,它们在电弧高温下都能分解出氢气。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
9、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。2024/5/21周二14CO2焊中的气孔3)氮气孔氮气主要来自空气。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
10、度快,熔池结晶快,则气体不易排出,易产生气孔。2024/5/21周二15CO2焊的冶金特点由于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=CO+1/2O2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。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。2024
11、/5/21周二16熔化极气体保护焊2、脱氧反应及焊缝金属的合金化在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+MnOSiO2和MnO还能结合成复合化合物MnOSiO2(硅酸盐),能凝聚成块,浮出熔池,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F
12、eO的脱氧,其余部分则剩余留在焊缝金属中充做合金元素。2024/5/21周二17熔化极气体保护焊CO2和O2或Ar混合使用1)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O2较少,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
13、基础上,还需加入较多的Mn和少量的Ti等合金元素。2024/5/21周二18熔化极气体保护焊2)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25%CO2+75%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。
14、2024/5/21周二19熔化极气体保护焊由CO2电弧焊的冶金特性得知,由于CO2气体具有强烈的氧化性。如果焊丝中没有合金成分,则焊丝熔滴和熔化金属中的Fe将被强烈氧化,生成的FeO在临近金属凝固温度时被C还原,生成的CO气体来不及逸出熔池金属,形成CO气孔。因此,必须在焊丝中加入还原性比C强的脱氧元素Si和Mn。2024/5/21周二20熔化极气体保护焊CO2电弧焊对焊丝化学成分的要求可归纳如下:1)焊丝必须含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)焊丝的含碳量要低,通常要求w(C)0.11%,这样可以减少气孔和飞溅。3)保证焊缝金属具有满意的力学性能和抗裂性能。H
15、08Mn2SiA主要化学成分为:w(C)0.1%、w(Mn)=1.8%2.1%、w(S)=0.7%0.95%。含碳量低,而且有足够的Mn和Si,除起脱氧作用外,剩余部分留在焊缝中,提高了焊缝金属的力学性能和抗裂性能。所以早期普遍采用H08Mn2SiA焊丝来焊接低碳钢和低合金钢。2024/5/21周二21熔化极气体保护焊焊丝的直径不同的焊丝直径采用不同的焊接电流、电压等参数,也表现出不同的熔滴过渡形式和电弧行为。通常使用的焊丝直径有以下2种:(1)细丝(焊丝直径1.2mm)这时一般以短路过渡进行焊接。其特点是电压低、电流小,适合于焊接薄板以及进行全位置焊接。焊接薄板时,生产率高、变形小。而且操作
16、上容易掌握,对焊工技术水平要求不高。直径大于1.6mm的焊丝,如再采用短路过渡焊接,飞溅相当严重,很少应用。(2)粗丝(焊丝直径为1.62.4mm)熔滴一般以颗粒过渡进行焊接。其特点是电流较大、电弧电压较高,熔滴以较小的尺寸自由飞落形式进入熔池。细颗粒过渡时,电弧穿透力强,母材熔深大,适合于焊接中等厚度以及大厚度工件。2024/5/21周二22气体保护焊有关执行标准GB/T8110-1995气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝GB/T14957-1994熔化焊用钢丝GB/T10045-2002碳钢药芯焊丝GB/T17493-1998低合金钢药芯焊丝GB/T985-1988气焊、手工电弧焊及气体保
17、护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸GB/T6052-1993工业液体二氧化碳HG/T2537-1993焊接用二氧化碳GB/T4842-1995纯氩JB3223-1996焊接材料质量管理规程2024/5/21周二23熔化极气体保护焊分类按焊丝直径,熔化极气体保护焊可分为两个大类:细丝气体保护焊丝直径小于等于1.6mm的焊丝,属于细丝。实心焊丝细丝焊丝直径有0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm等,药芯焊丝最小直径为1.2mm。一般钢结构焊接中应用最广的焊丝是1.0mm、1.2mm,造船等行业也有使用1.4mm,1.6mm主要用于自动焊。粗丝气体保护焊丝直径大于1.6mm的焊丝,属于
18、粗丝。粗丝焊丝主要用于较厚板的自动焊接、堆焊等。2024/5/21周二24熔化极气体保护焊焊丝直径的选择。焊丝直径的选择,要多方面加以考虑。从焊接熔敷效率的角度考虑,应根据焊接电流,电流密度,选择焊丝直径。在许可的范围内,尽可能地选用大直径的焊丝,大的焊接电流,以获得尽可能高的的生产效率。从产品结构,焊缝尺寸的角度考虑,应根据结构特点,焊接位置,焊缝尺寸,选择适当的焊丝直径。如全位置的焊接,就应该使用较细的焊丝直径,特别要注意,由于轻型结构钢板较薄,焊接尺寸较小,作为轻型结构制作的主要问题,为了控制焊接变形,要避免使用过大的焊丝直径。由于对轻轻型结构的认识不够,根据重钢制作的经验,采用过大的焊
19、丝直径,去焊较小的焊脚,结果肯定是不理想的。2024/5/21周二25熔化极气体保护焊分类按焊丝类型分类,可分为两大类:实芯焊丝通常的熔化极气体保护焊丝,均为外表镀铜的实芯焊丝。实芯焊丝制造、使用和保存都较为简单,但存在焊接时飞溅大、成型较粗糙的缺点。一般采用混合气体保护或改用药性焊丝加以改进。药芯焊丝药芯焊丝由于内芯的焊剂,能起到稳定焊接作用,并形成了气-渣联合保护,焊缝成型美观、抗气孔能力强,但焊接成本稍高。药芯焊丝分为C型和O型两种,C型由钢带制成,制作工艺较简单;O型由管材拉拔而成,外表可以像实芯焊丝一样镀铜。2024/5/21周二26O型无缝焊丝2024/5/21周二27熔化极气体保
20、护焊分类按保护气体分类,可分为三大类:纯二氧化碳气体保护焊丝 GMAW、CO2、FCAW(GS)碳钢熔化极气体保护焊通常采用纯二氧化碳气体保护。实芯焊丝采用纯二氧化碳气体保护时存在焊接飞溅大、成型较粗糙的缺点。药芯焊丝采用纯二氧化碳气体保护即能获得满意的效果。混合气体保护焊丝 GMAW、MAG、MIG实芯焊丝采用氩气和二氧化碳混合气体保护,可减少飞溅,改善焊缝成型。氩气比例达到75%以上时,能实现熔滴射流过渡,提高焊接生产率,获得满意的焊缝成型。自保护焊丝 FCAW(SS)当焊芯中含有造气剂、脱氧脱氮合金元素时,焊接时不需要外加保护气体。自保护焊丝抗风能力强,适用于野外、高空等作业环境,非重要
21、结构的焊接。2024/5/21周二28气体保护焊的发展和改进采用实心焊丝和纯CO2气体的气体保护焊,作为早期采用的,最基本的组合方式,在小电流短路过渡形式下,仍可取得满意的效果。但在较大电流,其他熔滴过渡形式下,存在着焊接飞溅严重、焊缝表面成型粗糙等不足。解决的途径有两种。一种是从焊丝着手,可采用药芯焊丝。由于焊芯中焊剂的作用,使电弧更加稳定,飞溅减小,焊缝表面少量的焊渣使焊缝表面更加光洁,缺陷更少。适当调节焊剂成分,还可以适应不同的使用场合,起到特殊的作用。药芯焊丝也有两种类型,带缝的和无缝的,各有利弊,同时并存。2024/5/21周二29气渣联合保护的FCAW 药芯焊丝2024/5/21周
22、二30混合气体的使用另一种途径,是从保护气体着手,采用Ar-CO2混合保护气体。在小电流短路过渡形式时,随着Ar气体成分的增加,焊接飞溅显著减少。理想的射流过渡有一个较高的临界电流值。随着Ar气比率的提高,达到射流过渡的临界电流值会减小。当Ar气体成分达到一定比例时,焊接电流达到某一临界值后,过渡方式产生突变,熔滴过渡实现射流状的喷射方式,达到熔滴颗粒细小,电弧非常稳定,焊接飞溅几乎为零的理想状态。这也是采用混合气体的一个主要原因。2024/5/21周二31混合气体的使用100%CO250%Ar+CO280%Ar+CO2飞溅率%Ar比例%焊丝电弧熔滴在小电流短路过渡形式时,随着Ar气体成分的增
23、加,焊接飞溅显著减少。当Ar气成分达到一定比例,焊接电流达到某一临界值后,熔滴过渡方式产生突变,实现射流状的喷射方式,达到熔滴颗粒细小,电弧非常稳定,焊接飞溅几乎为零的理想状态。2024/5/21周二32两种改进方式的对比由于两种保护气体方式都有各自的优点,究竟采用哪一种方式,就成了经常讨论的话题。一般说来,国内的药芯焊丝价格还是偏高,加上单位重量焊丝的金属获得率较低,焊接时烟尘也较大,往往在大型构件、室外或现场焊接时采用,更能发挥其焊接效率高、抗风能力强、全位置焊接性能优良的优点。而在室内施工,构件易翻身、焊接位置较简单的条件下,实心焊丝和Ar-CO2混合保护气体的组合,更为适合,特别是板厚
24、较薄焊接尺寸较小的结构。当然,这里还有一个行业或国家地区的习惯的因素。造船厂更青睐药芯焊丝,而结构制造厂,更喜欢混合气体保护的实心焊丝。2024/5/21周二33熔滴的过渡形式熔滴过渡分为自由过渡和短路过渡。n熔滴从焊丝端头脱落后,通过电弧空间自由运动一段距离后,落入熔池的过渡形式称为自由过渡。n熔滴与熔池短路接触,由于强烈过热和磁收缩的作用使熔滴爆断,直接向熔池过渡的形式称为短路过渡。熔滴的自由过渡又可分为滴状过渡和喷射过渡两种形式。焊接电流较小时,熔滴的直径大于焊丝直径,当熔滴的尺寸足够大时,主要依靠重力将熔滴缩颈拉断,熔滴落入熔池,熔滴的这种过渡形式称为滴状过渡。熔滴呈细小颗粒并以喷射状
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