二氧化碳保护焊常发生的问题以及解决措施

二氧化碳气体保护焊示意图

CO2属于熔化极气体保护焊的一种，工作原理如上图所示，CO2以一定的压力和流量送入，保护熔池和电弧不受气体的侵入。凭借系列优势成为较为普遍的一种焊接工艺，具有焊接成本低、焊接质量好、焊接变形和焊接应力小、造作性能好、使用范围广，特别适合薄板焊接。同时也有不足之处：大电流焊接时飞溅多焊缝质量差、不能焊接易氧化材料、很难使用交流电以及在有风的地方焊接、弧光强要重视保护等。

二氧化碳气体保护焊的冶金特性

在电弧高温下，CO2气体被分解而呈很强的氧化性，能使合金元素氧化并降低焊接强度，还成为产生气孔和飞溅的根源。

1、关于氧化的防范措施

CO2氧化成为CO和O2，造成铁、锰、硅等大量焊缝有益金属被氧化烧损，降低力学性能，同时作用产生的CO使得熔滴和熔池发生爆破产生飞溅；另一方面结晶时不易逸出造成气孔。

所以CO2焊接时要补充更多氧化性强于母材的元素，常使用的焊丝中包含大量的锰、硅、铝、钛，能够先于母材抢占O2行程氧化物，并且最后生成的氧化物行程熔渣薄膜覆盖在焊缝表面。

2、气孔

产生气孔的根本的原因是熔池中的气体在冷却结晶过程中来不及逸出造成的。在焊接时，熔池表面没有熔渣覆盖，CO2气流又具有冷却作用，因此结晶较快容易产生气孔。产生气孔的气体有CO、H2、N2。

CO的产生是由于焊接过程中的脱氧元素不足，造成氧化铁不能被还原溶于金属中，在结晶时C和氧化铁发生还原反应，生CO，因此保证焊丝中足够的脱氧元素、并严格限制焊丝中的C含量，该现象就会得到抑制，换言之，选对焊丝很重要。

H2的产生主要是焊件及焊丝表面的铁锈水分和油污，所以焊前要对焊件及焊丝表面进行清理，有必要的话需要对CO2进行干燥和提纯。

N2是由于CO2保护不到位产生的，或者纯度不够高，都会增加N2含量。

二氧化碳保护焊中，N2气孔最为常见，所以要控制好CO2的气流量、焊接速度。

3、熔滴过度

对于CO2气体保护焊而言，主要存在三种熔滴过渡形式，即短路过渡、滴状过渡、射滴过渡。以下简过这三种过渡形式的特点、与工艺参数（主要是电流、电压）的关系以及其应用范围。

短路过渡。短路过度是在细焊丝、低电压和小电流情况下发生的。焊丝熔化后由于斑点压力对熔滴有排斥作用，使熔滴悬挂于焊丝端头并积聚长大，甚至与母材的深池相连并过渡到熔池中，这就是短路过渡形式。

1）过渡主要特征是短路时间和短路频率。影响短路过渡稳定性的因素主要是电压，电压约为18~21V时，短路时间较长，过程较稳定。

焊接电流和焊丝直径也即焊丝的电流密度对短路过渡过程的影响也很大。在最佳电流范围内短路频率较高，短路过渡过程稳定，飞溅大，必须采取增加电路电感的方法以降低短路电流的增长速度，避免产生熔滴的瞬时爆炸和飞溅。另外一个措施是采用Ar-CO2混合气体（各约50%），因富Ar气体下斑点压力较小，电弧对熔滴的排斥力较小，过程比较稳定和平静。细焊丝工作范围较宽，焊接过程易于控制，粗焊丝则工作范围很窄，过程难以控制。因此只有焊丝直径在ф1.2mm以下时，才可能采用短路过渡形式。短路过渡形式一般适用于薄钢板的焊接。

2）滴状过渡。滴状过渡是在电弧稍长，电压较高时产生的，此时熔滴受到较大的斑点压力、熔滴在CO2气氛中一般不能沿焊丝轴向过渡到熔池中，而是偏离焊丝轴向，甚至于上翘，如下图所示。由于产生较大的飞溅，因此滴状过渡形式在生产中很难采用。只有在富氩混合气焊接时，熔滴才能形成向过渡和得到稳定的电弧过程。但因富氩气体的成本是纯CO2气体的几倍，在建筑钢结构的生产和施工安装中应用较少。

3）射滴过渡。CO2气体保护焊的射滴过渡是一种自由过渡的形式，但其中也伴有瞬时短路。它是在φ1.6~3.0的焊丝，大电流条件下产生的，是一种稳定的电弧过程。

4、焊接飞溅

焊接飞溅是CO2气体保护焊最主要的缺点，目前为减少CO2气体保护焊的飞溅主要采取以下措施：

1）. 正确选择焊接参数:

(1) 焊接电流和电弧电压在CO2气体保护焊中，对于每种直径的焊丝，其飞溅率与焊接电流之间都存在一定规律。在小电流的短路过渡区 ，焊接飞溅率较小，进入大电流的细颗粒过渡区后，焊接飞溅率也较小，而在中间区焊接飞溅率最大。以直径1. 2mm 的焊丝为例，当焊接电流小于150A 或大于300A 时，焊接飞溅都较小，介于两者之间，则焊接飞溅较大。在选择焊接电流时，应尽可能避开焊接飞溅率高的焊接电流区域，焊接电流确定后再匹配适当的电弧电压。

(2) 焊丝伸出长度: 焊丝伸出长度(即干伸长) 对焊接飞溅也有影响，焊丝伸出长度越长，焊接飞溅越大。例如，直径为1. 2mm的焊丝，焊接电流280A时，当焊丝伸出长度从20mm 增加至30mm 时，焊接飞溅量增加约5％ 。因而因而要求焊丝伸出长度应尽可能地缩短。

2）. 改进焊接电源：

引起CO2气体保护焊产生飞溅的原因，主要是在短路过渡的最后阶段，由于短路电流急剧增大，使得液桥金属迅速加热，造成热量聚集，最后使液桥爆裂而产生飞溅。从改进焊接电源方面考虑，主要采用了在焊接回路中串接电抗器和电阻、电流切换，电流波形控制等方法，以减小液桥爆裂电流，从而减小焊接飞溅。目前，晶闸管式波控CO2 气体保护焊机及逆变式晶体管式波控CO2气体保护焊机已经得到使用，在减小CO2气体保护焊的飞溅已取得了成功

3）. 在CO2气体中加入氩气(Ar）：

在CO2气体中加入一定量的氩气后，改变了CO2气体的物理性质和化学性质，随着氩气比例的增加，焊接飞溅逐渐减小，对飞溅损失变化最显著的是颗粒直径大于0. 8mm 的飞溅，但对于颗粒直径小于0. 8mm 的飞溅影响不大。

另外采用了在CO2气体中加入氩气的混合气体保护焊，也可改善焊缝成形，氩气加入到CO2气体中对焊缝熔深、熔宽、余高的影响，随着CO2气体中氩气含量的增加，而使熔深减小，熔宽增大，焊缝余高减小。

4）. 采用低飞溅焊丝：

对于实芯焊丝，在保证接头力学性能的前提下，尽量降低其含碳量，并适当增加钛、铝等合金元素，都可有效地降低焊接飞溅。

另外，采用药芯悍丝CO2气体保护焊可以大大降低焊接飞溅，药芯焊丝产生的焊接飞溅约为实芯焊丝的1/3。

5）. 焊枪角度的控制：

当焊枪垂直于焊件焊接时，所产生的焊接飞溅量最少，倾斜角度越大，飞溅越多。焊接时，焊枪的倾斜角度最好不要超过20

焊丝直径φ1.2~3.0时，如电流较大，电弧电压较高，能产生如前所述的滴状过渡，但如电弧电压降低，电弧的强烈吹力将会排除部分熔池金属，而使电弧部分潜入熔池的凹坑中，随着电流增在则焊丝端头几乎全部潜入熔池，同时熔滴尺寸减小，过渡频率增加，飞溅明显降低，形成典型的射滴过渡，如下所示。但电流增大有一定限度，电流过大时，电弧力过大，会强烈扰动熔池，破坏焊接过程。

由于射滴过渡对电源动特性要求不高，而且电流大，熔敷速度高，适合于中厚板的焊接，不易出现未熔合缺陷，但由于熔深大，熔宽也大，射滴过渡用于空间位置焊接时，焊缝成形不易控制。

二氧化碳气体保护焊示意图