CO2半自动气体保护焊的工艺探讨

韩文兴

[摘要]CO₂半自动气体保护焊技术优质、高效、节能、用电量低、低排放、环境友好，是我国重点推广的应用技术，CO₂半自动气体保护焊对于操作熟练的焊工来讲不成问题，但对于初学者要想快速地掌握焊接操作要领，焊出高质量的焊缝，也需要下一番功夫。在CO₂半自动气体保护焊的培训教学工作中，通过实践的验证，总结出一些学习CO₂半自动气体保护焊的一些关键事项：一、焊接设备的构成及特性；二、焊接工艺特点；三、焊接工艺参数的使用；四、CO₂半自动气体保护焊的操作要领等。希望本文能对所有初学的焊工，能在操作技能的快速掌握和操作技巧方面起到一定的指导意义。

[关键词]CO₂半自动气体保护焊；焊接工艺；焊接技术要领

前言

CO₂气体保护焊是一种主要以CO₂气体作为保护气体的焊接技术，简称CO₂焊。CO₂焊是熔化极气体保护焊，早在20世纪50年代初期，首先由前苏联和日本等国家的学者研究成功，半个世纪以来，已经发展成为一种重要的电弧熔焊技术，据不完全统计，美国、日本、韩国、俄罗斯等国家CO₂气体保护焊在焊接工作量中占的比重很大，国内近些年CO₂气体保护焊的应用也得到了快速的推广应用。

按CO₂气体保护焊的完成过程可分为CO₂气体保护焊自动焊和CO₂半自动气体保护焊。CO₂半自动气体保护焊可实现自动送丝，一个熟练的焊工对掌握CO₂半自动气体保护焊操作基本不成问题，但要想快速地掌握操作要领，焊出高质量的焊缝来，也不是很容易的事。在从事CO₂半自动气体保护焊的培训教学工作中，通过实践的验证，总结出一些学习CO₂半自动气体保护焊的关键事项，对初学者快速掌握CO₂半自动气体保护焊可能有所帮助，谨供大家参考。

1焊接设备的构成及特性

（1）CO₂半自动气体保护焊设备由四部分组成：

1）供气系统由气瓶、减压流量调节器及管道组成，有时为了除水，气路中还需串联高压和低压干燥器。会对供气系统正确使用就可以。

2）焊接电源要熟悉控制面板上各调节钮的作用和用法。

3）送丝机构由机架、送丝电动机、焊丝矫直轮、压紧轮和送丝轮等，对送丝机构的了解主要是让送丝机构能匀速输送焊丝。这里特别强调更换焊丝时要注意压紧轮的调节。

4）焊枪主要由导电嘴、喷嘴、分流环、绝缘套、枪体和软管电缆等组成。构造如图1所示。

初学者要注意导电嘴和焊丝之间的间隙，如果导电嘴和焊丝之间的间隙过大，导电效果就会变差，电弧不稳定。另外需要注意喷嘴的内径和外径，因为目前国内尚无统一的标准，都是厂家按现行的焊枪喷嘴实物样品组织生产供应的，很多喷嘴外径相同但内径不同，长度也不一样，如果匹配不好就会影响保护效果，也影响焊缝的成形和质量。

（2）常用的CO₂半自动气体保护焊电源有一元化调节电源和多元化调节电源。

1）一元化调节电源只需用一个旋钮调节电流，控制系统自动使电弧电压保持在最佳状态，如果焊工对所焊的焊道成形不满意，可适当调整焊接电流，以保持最佳匹配。

2）多元化调节电源的焊接电流和电孤电压分别用两个旋钮调节，这种控制方式调节工艺参数很麻烦，但因为这类焊接电源生产的早，价格也便宜，一般生产企业用得比较多。对于初学CO₂半自動气体保护焊者，在焊接电流和电弧电压两工艺参数调节匹配上遇到挫折，换个角度说，如果焊接电流和电弧电压不匹配，焊缝成形很差或根本焊缝不成形。

2CO₂气体保护焊接工艺特点

（1）CO₂气体保护焊是主要以CO₂气体来保护焊接过程的，CO₂气是一种活性气体，在高温电弧下会发生一系列的冶金变化，它对焊缝的质量影响很大，了解掌握这方面的知识，对防止焊接缺陷，提高焊接质量是有很大帮助的。

（2）当CO₂气直接喷射到焊道上，CO₂气体在高温电弧下发生一系列的分解，这一过程是个吸热过程，对熔池起到冷却的作用，即保护熔池又起到冷却作用，CO₂气体的这个特点直接决定了焊接的特点：电流密度大，焊丝熔化速度快，熔池大但存在时间短，焊接时可以横向小幅度快速摆动，焊道成形优美等。

3CO₂半自动气体保护焊接工艺参数的使用

（1）焊接电流（I）

1）焊接电流决定着焊丝和母材的熔化量。焊接电流越大，焊丝和母材的熔化量也越大，熔深越大，余高增高。通常情况下，增大焊接电流的同时，必须提高电弧电压，否则，焊缝的熔深剧增，熔宽略增，形成窄而深的焊缝，即焊缝的成形系数变小，易产生气孔和热裂纹。

2）焊接电流的选择依据是：母材的厚度、焊丝直径、焊缝的空间位置、焊接接头及坡口形式，其中焊丝直径和焊缝空间位置是选择焊接电流的主要因素，焊接电流与焊丝直径的关系如表l所示。

（2）电弧电压U

1）电弧电压是CO₂气体保护焊十分重视的一个工艺参数，它直接影响了电弧的稳定性、熔滴的大小、过渡形式、焊接飞溅和焊缝成形等。电弧电压过高，熔滴颗粒度增大，飞溅变大。电弧电压过低，弧长缩短，甚至导致焊丝与熔池固体短路，焊丝成段爆断，电弧极不稳定。

2）电弧电压对焊缝成形的影响很大，电弧电压升高，熔宽增大，余高减小，焊趾平滑。反之，熔深增大焊缝变窄变高。

3）电弧电压值的选择应该根据焊接电流而定，以短路过渡形式的CO₂半自动气体保护焊，为获得良好的焊接过程，电弧电压必须与焊接电流相匹配，其关系式为：

I<250A时，U=（0.04I+16）±1.5

I>250A时，U=（0.04I+20）±1.5

通过以上计算公式可以看出，电弧电压的计算值与实际最佳焊接电压值之间上下相差3V，很多焊机没有微调电压装置，可以通过试焊上下微调焊接电流，直到获得匹配的焊接电流与电弧电压。

4）电弧电压和焊接电流不匹配的直观表现为：当电弧电压过低时，焊丝短路现象严重（表现为焊丝插进熔池后立即融化），或当焊丝伸长偏短时能正常焊接，稍长就出现顶丝现象；当电弧电压过高时，焊丝刚伸出导电嘴就融化，焊丝端头始终有滴状金属小球存在，过渡频率偏低。

（3）焊接速度（v）

焊接速度对焊缝成形的影响较大，在焊丝直径、焊接电流和电弧电压不变的条件下，随着焊接速度的增加，焊缝的熔深、焊宽和余高均减小（根据线能量公式：q=IU/v可知随焊接速度的增加熔深而减小，同时焊接电流不变焊丝的熔化量也不变，焊接速度的增加就会焊宽和余高均减小）。焊接速度过慢，焊道变宽，余高增大，液态金属堆积太多还会出现假焊现象，合适的焊接速度为30～60mm/min，但焊接速度应视板厚、坡口形式、空间位置和焊缝尺寸等因素由焊工自己掌握。

（4）焊丝伸出长度（1伸）

焊丝伸出长度是指从导电嘴到焊丝末端的这段焊丝的长度，它是影响焊接过程稳定性的因素之一。焊丝伸长过大，电弧不稳，飞溅大，焊缝成形恶化，喷嘴离工件远，气体保护效果差，导致气孔的产生。焊丝伸长过小，操作视野差，喷嘴易被飞溅堵住，还可能烧坏喷嘴和导电嘴。合适的焊丝伸出长度（L）≈（10～12）d（d为焊丝直径）。如果焊丝的电阻率高，预热作用强，适当减小焊丝伸出长度；如果焊接电流大（或送丝速度增快），焊丝的预热时间短，适当增加焊丝伸出长度。

（5）焊枪的倾角（θ）

1）焊枪的倾角就是焊枪向焊接方向的倾角或向焊接相反方向的倾角。如果是右手握焊枪，焊枪向焊接方向有一个倾角，称右焊法（或后倾法），熔深增大熔宽减小。焊枪向焊接相反方向形成一个倾角，称左焊法（或前倾法），熔深减小熔宽增大。

2）平焊和横焊时，要根据具体焊接材料的材质、厚度和具体的工艺要求来选择用右焊法（或后倾法）还是左焊法（或前倾法），但是不管是哪种焊法都要注意倾角不要太大，一般在10°～20°之间。

3）立焊时，焊枪的倾角最好与焊接方向成90°，当倾角与焊接方向过大时，熔池在焊接前方形成，熔滴有下淌的可能，焊缝金属易下垂，形成凸形焊缝，易产生咬边。立焊时焊枪角度如图2所示。

（6）气体的流量（Q）

当焊接电流I≤200A时，CO₂气的流量在10～15L/min之间选择；当焊接电流I≥200A时，CO₂气的流量在15～20L/min之间选择。在室外焊接作业时气体流量应加大一些，但要注意加大气体的量，过量的气体有可能卷入电弧区，产生气孔，对熔池起到冷却加速，影响焊接的稳定性。

4CO₂半自动气体保护焊接的操作要領

（1）CO₂半自动气体保护焊引孤的基本方法是焊丝伸出喷嘴外约20mm，使焊丝末端距离焊件3～5mm，保持不动，按开关通电、送丝、送气，使焊丝顶焊件爆断引燃电弧，注意电弧引燃时焊丝顶焊件的发作用力会使焊枪反弹。

（2）CO₂半自动气体保护焊起弧的基本方法有原点起弧法、焊丝划动起弧法和折回起弧法等，根据个人习惯使用。

（3）CO₂半自动气体保护焊接时注意焊枪的摆动不要太大，不要超过喷嘴内径的1.5倍，否则气体保护效果不好，会产生气孔。其次要在焊接过程中保持喷嘴到焊件的距离一致，克制送丝动作，否则会影响焊接质量。

5结论

通过在CO₂半自动气体保护焊的教学中验证，在焊接时掌握并注意以上事项，对老焊工能有一个提高的过程，对于初学者，在焊接技能的快速掌握、减少焊接缺陷、保证焊接质量、减少焊材的消耗等达到事半功倍的效果，这就是本文对生产实际的指导意义。