CO2气体保护焊实训中的问题浅析

祝春兰

（南通职业大学技师学院，江苏 南通 226007）

CO2气体保护焊作为一种重要的焊接方法，具有高效、节能、节材、操作方便、适用范围广等优势，逐渐取代了传统的手工焊条电弧焊。焊接质量的好坏，与焊接设备的性能、焊接材料的选用、焊接工艺的确定、环境因素的改变有直接关系。影响焊接的因素多种多样，作者针对焊接电流在100～400 A范围内，对于其外在因素（主要指使用过程），结合实际情况，作了很多试验，总结一些焊接工艺及方法，对提高焊缝质量，纠正焊接中出现的问题进行归类、整理。对学生焊接实训阶段有一定帮助，现归纳如下：

1 焊接过程稳定性与规范匹配的关系

在保证外围系统良好的前提下，焊接电流与电弧电压之间关系如下：

焊接电流小于200 A时，U＝（14＋0.05I）±2 V。

焊接电流大于200 A时，U＝（15＋0.05I）±2 V，特别是在电缆加长的情况下，电压略配高些。

对不同焊接电流与稳定焊接电压值见图1，从图中可以看出，随着焊接电流的增加电弧电压值有所增加。

焊接电流应根据母材厚度、接头形式以及焊丝直径等，正确选择焊接电流。短路过渡时，在保证焊透的前提下，尽量选择小电流，因为当电流太大时，易造成溶池翻滚，不仅飞溅大，成型也非常差。焊接电压必须与电流形成良好的配合。焊接电压过高或过低都会造成飞溅，焊接电压应伴随焊接电流增大而提高，伴随焊接电流减小而降低，最佳焊接电压一般范围在1～2 V之间，所以焊接电压应细心调试。

电流过大：弧长短、飞溅大，有顶手感觉，两边熔合不好。

电压过高：弧长长、飞溅稍大，电流不稳，焊缝宽，引弧易烧导电嘴。

最佳焊接规范的主要特征如下：焊缝成形好、外形美观，没有烧穿、咬边、气孔、裂纹等缺陷，熔深控制在合适的范围内。焊接过程稳定，飞溅小。焊接时能够听到清脆的声音，电焊机的电压表、电流表的指针稳定、摆动小。

图1 焊接电流与电弧电压关系图

2 最佳焊接规范的调整步骤

（1）根据工件厚度，焊缝位置，选择适当的焊丝直径、焊接电流、电弧电压。不同直径焊丝应选用相应的焊接电流、电弧电压、干伸长度的匹配。

（2）在试板上试焊，根据选择的焊接电流，细心调整焊接电压和电弧推力，最佳的焊接电压范围一般在1～2 V之间。

（3）根据试板上焊缝成形情况，适当调整焊接电流，焊接电压，气体流量，达到最佳焊接规范。

（4）气体流量的调节。不同的接头形式、其他焊接参数及作业条件对气体流量的选择都有影响。

（5）焊接速度。应针对焊件材料的性质与厚度来确定。一般半自动焊时，焊接速度在15～40 m/h的范围内，自动焊时在15～30 m/h。

（6）电源极性。CO2气体保护焊时，主要是采用直流反极性连接，焊接过程稳定，飞溅小。而正极性连接时，因为焊丝是阴极，焊件为阳极，焊丝熔化速度快；在电流相同的情况下，熔深较浅，余高较大、飞溅也较多。

（7）回路电感量。应根据焊丝直径、焊接电流、电弧电压来选择。不同的焊丝直径应选用对应的电感量，通过试焊选择电感量，若焊接过程稳定，飞溅小，说明电感量是合适的。

（8）在工件上正式焊接过程中，应注意焊接回路，接触电阻引起的电压下降，及时调整焊接电压，确保焊接过程稳定。

3 焊接过程中匹配不良等原因引起的焊缝缺陷现象及排除

3.1 焊接飞溅

焊接过程中，大部分焊丝熔化金属过渡到熔池，而一部分焊丝熔化金属飞向熔池之外，飞到熔池之外的金属称为飞溅。因各种条件的不同，飞溅量也明显不同。

3.1.1 焊接飞溅产生的原因

（1）由于焊丝和工件中都含有碳，CO2气保焊电弧气氧化性强，熔滴中发生FeO＋C＝Fe＋CO↑，熔滴爆炸，产生飞溅。

（2）CO2气保焊细丝焊时，一般采用短路过渡焊接，当电弧短路期间，电弧空间逐渐冷却，当电弧再次引燃时，电流较大，电弧热量突然增大，较冷的气体瞬间产生体积膨胀而引起较大的冲动功，由此引起较大的飞溅。

（3）当焊机的特性不太好时，短路电流的增长速度太慢，使熔滴过渡频率降低，短路时间增长，焊丝伸出部分在电阻热的作用下，会发红软化，形成大颗粒成段断落，爆断，使电弧熄灭，造成焊接过程不稳。短路电流增长太快时，一旦发生短路，熔滴立即爆炸，产生大量的飞溅。

3.1.2 减小焊接飞溅的措施

（1）应选择合理的焊接电流与焊接电压参数，避免使用大滴排斥过渡形式；同时，应选用优质焊接材料，如选用含C量低、具有脱氧元素Mn和Si的焊丝H08Mn2SiA等，避免由于焊接材料的冶金反应导致气体析出或膨胀引起的飞溅。

（2）在CO2气体中加入少量的Ar气，改善电弧的热特性和氧化性，减少飞溅。

（3）采用直流反接，使焊丝端部的极点压力较小。

（4）把焊丝及工件上的油污仔细清理干净。

（5）检查送丝轮和送丝软管，看送出焊丝是否均匀、顺畅。

（6）调节回路中的电感量，使焊接稳定。

（7）在喷嘴上涂一层硅油或防堵剂，可有效地防止喷咀堵塞。使用焊接飞溅清除剂，喷涂在工件上，可以阻止飞溅物与母材直接接触，飞溅物用钢丝刷轻轻一刷就能清除。

（8）一般采用左向焊法焊接，焊缝成形好，飞溅小，便于观察熔池，焊接过程稳定。当采用右向焊法焊接时，飞溅大，焊缝成形差，焊接过程不稳定。

3.2 气孔

在CO2气体保护焊接过程中，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。

3.2.1 焊接过程中气孔产生的原因

（1）焊接参数或焊接材料选择不当。

（2）焊丝和被焊金属坡口表面上的铁锈、油污或其他杂质。

（3）喷嘴与工件距离过大，焊接区域未得到充分的保护。

（4）CO2气体流量过小，或气体纯度不够。

（5）气体加热器不能正常工作。

（6）喷嘴被飞溅物堵塞，引起气体保护不畅。

3.2.2 减少气孔的解决办法

（1）根据焊接的情况，选择适当的焊接规范，保证气路的正常通畅。

（2）彻底清除焊丝和被焊金属表面上的水、锈、油污和其他杂质。

（3）调整好焊枪与焊件的距离和角度，使焊接熔池得到充分的保护。

（4）使用合格的焊接材料及保护气体。

（5）确保气体加热器的完好，保证能正常工作。

（6）经常清理喷嘴内堵塞的飞溅物。

（7）在外界风速≥2 m/s，可加大CO2气流量或采取挡风措施。

3.3 裂纹

在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的裂纹叫热裂纹。焊接接头冷却到较低温度下产生的裂纹称为冷裂纹。焊缝裂纹将使结构强度降低，甚至引起整个结构的突然破坏，因此是完全不允许的。

3.3.1 裂纹产生的原因

（1）焊丝和工件表面不清洁，有过量的油、锈和水等。

（2）电流和电压配合不当，熔深过大。

（3）母材焊缝含碳、硫量过高而含锰量过低。

（4）多层焊第一道焊缝过薄；焊接顺序不当，使焊件产生很大的拘束力时容易引起裂纹。

3.3.2 裂纹解决方案

（1）检查工件和焊丝的化学成分，更换合格材料。

（2）焊前仔细清理焊丝和工件表面铁锈、油污或其他杂质。

（3）多层焊焊接第一道焊缝时增加焊道厚度。

（4）调整焊接规范，控制熔深。

4 结束语

学生在焊接实训过程中，容易出现的焊接质量问题多种多样，相信通过一定时间的学习实践，经过以上的措施与途径，通过师生的共同努力，同学们的焊接水平一定能够得到较快的提高。