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二氧化碳氣體保護焊（簡稱co2焊），是利用從噴嘴中噴出的二氧化碳氣體隔絕空氣，保護熔池的一種先進的熔焊方法。這種方法焊接薄板，比手工電弧焊有著明顯的優(yōu)越性。在我公司的產(chǎn)品中，薄板焊接件占了很大的比重，焊接接頭以角接和搭接為主，材質(zhì)為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，其厚度在1-3mm之間。以前，對薄板零件的焊接，一直采用手工電弧焊和氣焊，此方法雖然有其優(yōu)點，但它能耗高，焊后工件變形大，嚴重影響了機器的裝配精度和外觀質(zhì)量。經(jīng)過廣泛的調(diào)研和論證后，決定推廣使用co2氣體保護焊技術(shù)，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。下面，談談筆者對此技術(shù)的認識和看法。
一、二氧化碳氣體保護焊與手工電弧焊對比試驗 為了對co2氣體保護焊和手工電弧焊的一些參數(shù)進行對比，我們對co2氣體保護焊與手工電弧焊進行了對比焊接，試驗結(jié)果表明： 以短路結(jié)束后的電流變化過程是燃弧能力的重要組成部分。也就是說，焊機的動態(tài)特性對焊縫成形和熔深有重要的影響。動特性越慢，短路結(jié)束后電流過渡時間越長，所提供的燃弧能力越大，焊縫成形越好，熔深越大。但過慢的動特性又會使電流增長率過緩，而導致飛濺嚴重，甚至破壞電弧的穩(wěn)定性。所以，必須選用適當?shù)膭犹匦噪娫磥肀ＷC焊接工藝的要求。
淺析CO2氣體保護焊焊接電源特性的構(gòu)成
CO2氣體保護焊是以CO2氣體作為電弧介質(zhì)并保護電弧和焊接區(qū)的電弧焊方法。由于CO2源豐富、價格低廉等原因，在現(xiàn)代生產(chǎn)和工程中應用已經(jīng)很普遍。CO2氣體保護焊機的工藝性能（電弧的穩(wěn)定性、焊接飛濺和焊縫成形等）都直接受焊接電源特性的影響。所以CO2氣體保護焊要求使用平硬特性的直流電源，并具有良好的動特性，是有科學依據(jù)的。
一、CO2氣體保護焊的工藝特點分析
CO2氣體保護焊具有焊接效率高、抗銹能力強、焊接變形小、冷裂傾向小、熔池可見性好、以及適用于全位置焊接等優(yōu)點。究其不足主要是：很難使用交流電源，焊接飛濺多。特別是采用短路過渡形式時，在焊接過程會產(chǎn)生大量的金屬飛濺。造成大量金屬的損失，使熔敷率降低，焊后清理工作量增加。同時，飛濺的產(chǎn)生降低了電弧的穩(wěn)定性，嚴重影響焊接質(zhì)量。此外采用短路過渡的CO2體保護焊還存在焊縫成形差的工藝缺點。主要表現(xiàn)為焊縫表面不光滑、熔深淺、焊縫成形窄而高，容易出現(xiàn)未熔合的焊接缺陷。所以要使CO2氣體保護焊在工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛推廣和應用，則必須解決和控制這些工藝問題。
二、CO2氣體保護焊中短路過渡的工藝分析
CO2體保護焊中短路過渡的初期和后期都會產(chǎn)生飛濺。每次燃弧時，電弧會沖擊熔池而產(chǎn)生飛濺；當焊絲熔化形成熔滴與熔池接觸，液橋還沒有鋪展開時，由于接觸面積小，電流密度大，而發(fā)生汽化和爆炸產(chǎn)生“瞬時短路”飛濺；當熔滴與熔池短路金屬液橋鋪展開時，在液態(tài)金屬的表面張力、重力、以及流過液橋的電流所產(chǎn)生的電磁收縮力的作用下，形成液橋縮徑并急劇減小，短路電流密度劇增，使液態(tài)金屬在瞬間發(fā)生汽化和爆炸而產(chǎn)生飛濺。同時，液橋金屬的汽化和爆炸，不僅產(chǎn)生飛濺，還會引起熔池的劇烈震蕩，從而導致焊縫成形不良和電弧的穩(wěn)定性降低。
焊接時對母材的加熱的熱源主要是燃弧能量。CO2氣體保護焊過程中，短路時間占了很大的比例，且短路過程幾乎不會給母材提供熱能。其燃弧時間比其它焊接工藝都短，所以導致對母材的加熱不足，從而造成焊縫余高大、焊縫窄、熔深淺、未熔合等焊縫成形缺陷。
三、CO2氣體保護焊焊接電源特性的構(gòu)成
從上述對CO2氣體保護焊短路過渡特點的分析可知，焊接電弧的工藝效果將取決于電源特性的不同。電源特性包括電源靜特性和動特性。
1、焊接電源的靜特性構(gòu)成
焊接電源的靜特性即電源輸出電壓與輸出電流之間的變化關系，表達這一關系的曲線稱為電源靜特性曲線。不同的焊機有不同的靜特性，分別有平硬特性和下降特性。電源靜特性的確定離不開焊接電弧的特性（在弧長不變狀態(tài)下，電弧電壓與電弧電流之間的關系）。電弧具有很高的動態(tài)響應，故一般可以認為電弧動態(tài)特性與其靜態(tài)特性相同，其靜特性曲線呈U形。U形曲線分為下降段、水平段和上升段，CO2氣體保護焊的電弧靜特性處于上升段。電源靜特性與電弧特性的交點，為焊接電弧的工作點，圖1為兩種電源特性和電弧負載特性曲線圖，圖中P1是平硬特性，P2是下降特性。CO2氣體保護焊過程有兩種負載狀態(tài)：熔滴短路時為電阻狀態(tài)，其特性為L1；燃弧時為壓縮電弧狀態(tài)，其特性為L2。現(xiàn)在我們來分析哪一種電源靜特性適合于CO2氣體保護焊。
圖一
對于靜特性分別為P1，P2的焊接電源（圖1），如果焊接電流均為IH，在短路負載L1的狀態(tài)下，由于靜特性曲線斜率不同，平硬特性的焊機輸出短路電流IS1比下降特性的焊機輸出短路電流IS2高得多，所以平硬特性P1的焊機的短路液橋爆斷電流和焊接飛濺比下降特性焊機要大。在燃弧狀態(tài)下，即電弧特性為L2，平硬特性的焊機輸出電流和電弧電壓最低，即IA1＜IA2，U A1＜U A2,所以下降特性焊機具有較大的熔深和較好的焊縫成形。一般工藝條件下，都希望增加燃弧能量和改善焊縫成形，但要使CO2氣體保護焊能適應全位置焊接，就要求燃弧能量不能太大。如果燃弧能量太大，則液體金屬容易流淌，那么，在進行立焊、橫焊、仰焊時就難以控制熔滴的下淌，所以不能采用下降的電源靜特性。
CO2氣體保護焊中，依靠弧長變化引起的電流和焊絲熔化速度的變化，使弧長得到恢復。電弧這種自調(diào)作用的強弱，會影響電弧長度在干擾下的恢復能力和弧長的穩(wěn)定性?；謴碗娀￠L度的決定因素，是焊接電流和焊絲熔化速度的變化量。而不同的電源靜特性曲線決定了焊接電流的變化量不同。也就是說，電源靜特性將影響弧長調(diào)節(jié)的靈敏度。圖2所示，P1是平硬特性，P2下降特性。當電弧受到外界干擾，使弧長從正常電弧長度L0變短為L1，則平硬特性P1焊機輸出電流增加了△I2，則焊絲熔化速度增快，使弧長恢復正常。故平硬特性P1焊機的電流和焊絲熔化速度變化量較大，弧長恢復到正常值所需時間短；同樣，當電弧長度變化至L2時，平硬特性焊機的電流和焊絲熔化速度的變化量也比下降特性P2焊機大，其恢復時間較短。故無論是弧長變短還是變長，平硬特性焊機總比下降特性焊機的弧長恢復時間短，電弧自調(diào)性能更好。所以CO2氣體保護焊焊接電源的靜特性應選平硬特性。
圖二
2、焊接電源動特性的構(gòu)成
所謂弧焊電源的動特性，是指焊接電源對焊接電弧這樣的動負載所輸出的電流和電壓與時間的關系，是衡量焊接電源對負載瞬變的反應能力。對CO2氣體保護焊來說，由于存在金屬熔滴的短路過渡，使負載狀態(tài)常在燃弧和短路之間切換。并且，從燃弧到短路以及從短路到燃弧的過渡過程，造成輸出電流和電壓的瞬時變化，對焊接飛濺和焊縫成形都存在著重大的影響。
焊接飛濺受到電源動特性直接影響的原因是：短路電流峰值的高低和增長率的快慢直接受焊機動態(tài)反應快慢的影響。若動態(tài)響應太快，則短路電流峰值過高，增長率過快，在短路液橋形成之前，就引起爆斷和飛濺，而形不成短路過渡形式，這種飛濺的特點是頻率較高、顆粒??；若動態(tài)響應太慢，則短路電流增長率慢，峰值小，電流生產(chǎn)的磁收縮力不足以保證短路液橋的順利過渡，短路過渡時間長，產(chǎn)生的飛濺特點是：頻率較低，顆粒粗大。因此，要求焊接電源要具有恰當?shù)亩搪冯娏髟鲩L速度，以避免較大的飛濺。
短路電流對焊接接頭的加熱、焊縫的熔深和成形的作用不大，影響焊縫的熔深和成形主要是燃弧能量，即燃弧的電流和電壓。由于焊接時存在短路過程，故電源電壓不能太高，則穩(wěn)態(tài)時的燃弧電流較小，所 總之，從熔滴過渡形式、焊接工藝特點、電弧自身調(diào)節(jié)作用、電弧靜特性與焊接電源靜特性的匹配情況幾方面的分析探討可知，動特性良好、靜特性為平硬特性的直流焊接電源，最適合的CO2氣體保護焊焊接電源。
2、生產(chǎn)率高。另外焊后不需清渣，故生
淺析CO2氣體保護焊焊接電源特性的構(gòu)成
CO2氣體保護焊是以CO2氣體作為電弧介質(zhì)并保護電弧和焊接區(qū)的電弧焊方法。由于CO2源豐富、價格低廉等原因，在現(xiàn)代生產(chǎn)和工程中應用已經(jīng)很普遍。CO2氣體保護焊機的工藝性能（電弧的穩(wěn)定性、焊接飛濺和焊縫成形等）都直接受焊接電源特性的影響。所以CO2氣體保護焊要求使用平硬特性的直流電源，并具有良好的動特性，是有科學依據(jù)的。
一、CO2氣體保護焊的工藝特點分析
CO2氣體保護焊具有焊接效率高、抗銹能力強、焊接變形小、冷裂傾向小、熔池可見性好、以及適用于全位置焊接等優(yōu)點。究其不足主要是：很難使用交流電源，焊接飛濺多。特別是采用短路過渡形式時，在焊接過程會產(chǎn)生大量的金屬飛濺。造成大量金屬的損失，使熔敷率降低，焊后清理工作量增加。同時，飛濺的產(chǎn)生降低了電弧的穩(wěn)定性，嚴重影響焊接質(zhì)量。此外采用短路過渡的CO2體保護焊還存在焊縫成形差的工藝缺點。主要表現(xiàn)為焊縫表面不光滑、熔深淺、焊縫成形窄而高，容易出現(xiàn)未熔合的焊接缺陷。所以要使CO2氣體保護焊在工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛推廣和應用，則必須解決和控制這些工藝問題。
二、CO2氣體保護焊中短路過渡的工藝分析
CO2體保護焊中短路過渡的初期和后期都會產(chǎn)生飛濺。每次燃弧時，電弧會沖擊熔池而產(chǎn)生飛濺；當焊絲熔化形成熔滴與熔池接觸，液橋還沒有鋪展開時，由于接觸面積小，電流密度大，而發(fā)生汽化和爆炸產(chǎn)生“瞬時短路”飛濺；當熔滴與熔池短路金屬液橋鋪展開時，在液態(tài)金屬的表面張力、重力、以及流過液橋的電流所產(chǎn)生的電磁收縮力的作用下，形成液橋縮徑并急劇減小，短路電流密度劇增，使液態(tài)金屬在瞬間發(fā)生汽化和爆炸而產(chǎn)生飛濺。同時，液橋金屬的汽化和爆炸，不僅產(chǎn)生飛濺，還會引起熔池的劇烈震蕩，從而導致焊縫成形不良和電弧的穩(wěn)定性降低。
焊接時對母材的加熱的熱源主要是燃弧能量。CO2氣體保護焊過程中，短路時間占了很大的比例，且短路過程幾乎不會給母材提供熱能。其燃弧時間比其它焊接工藝都短，所以導致對母材的加熱不足，從而造成焊縫余高大、焊縫窄、熔深淺、未熔合等焊縫成形缺陷。
三、CO2氣體保護焊焊接電源特性的構(gòu)成
從上述對CO2氣體保護焊短路過渡特點的分析可知，焊接電弧的工藝效果將取決于電源特性的不同。電源特性包括電源靜特性和動特性。
1、焊接電源的靜特性構(gòu)成
焊接電源的靜特性即電源輸出電壓與輸出電流之間的變化關系，表達這一關系的曲線稱為電源靜特性曲線。不同的焊機有不同的靜特性，分別有平硬特性和下降特性。電源靜特性的確定離不開焊接電弧的特性（在弧長不變狀態(tài)下，電弧電壓與電弧電流之間的關系）。電弧具有很高的動態(tài)響應，故一般可以認為電弧動態(tài)特性與其靜態(tài)特性相同，其靜特性曲線呈U形。U形曲線分為下降段、水平段和上升段，CO2氣體保護焊的電弧靜特性處于上升段。電源靜特性與電弧特性的交點，為焊接電弧的工作點，圖1為兩種電源特性和電弧負載特性曲線圖，圖中P1是平硬特性，P2是下降特性。CO2氣體保護焊過程有兩種負載狀態(tài)：熔滴短路時為電阻狀態(tài)，其特性為L1；燃弧時為壓縮電弧狀態(tài)，其特性為L2?，F(xiàn)在我們來分析哪一種電源靜特性適合于CO2氣體保護焊。
圖一
對于靜特性分別為P1，P2的焊接電源（圖1），如果焊接電流均為IH，在短路負載L1的狀態(tài)下，由于靜特性曲線斜率不同，平硬特性的焊機輸出短路電流IS1比下降特性的焊機輸出短路電流IS2高得多，所以平硬特性P1的焊機的短路液橋爆斷電流和焊接飛濺比下降特性焊機要大。在燃弧狀態(tài)下，即電弧特性為L2，平硬特性的焊機輸出電流和電弧電壓最低，即IA1＜IA2，U A1＜U A2,所以下降特性焊機具有較大的熔深和較好的焊縫成形。一般工藝條件下，都希望增加燃弧能量和改善焊縫成形，但要使CO2氣體保護焊能適應全位置焊接，就要求燃弧能量不能太大。如果燃弧能量太大，則液體金屬容易流淌，那么，在進行立焊、橫焊、仰焊時就難以控制熔滴的下淌，所以不能采用下降的電源靜特性。
CO2氣體保護焊中，依靠弧長變化引起的電流和焊絲熔化速度的變化，使弧長得到恢復。電弧這種自調(diào)作用的強弱，會影響電弧長度在干擾下的恢復能力和弧長的穩(wěn)定性?；謴碗娀￠L度的決定因素，是焊接電流和焊絲熔化速度的變化量。而不同的電源靜特性曲線決定了焊接電流的變化量不同。也就是說，電源靜特性將影響弧長調(diào)節(jié)的靈敏度。圖2所示，P1是平硬特性，P2下降特性。當電弧受到外界干擾，使弧長從正常電弧長度L0變短為L1，則平硬特性P1焊機輸出電流增加了△I2，則焊絲熔化速度增快，使弧長恢復正常。故平硬特性P1焊機的電流和焊絲熔化速度變化量較大，弧長恢復到正常值所需時間短；同樣，當電弧長度變化至L2時，平硬特性焊機的電流和焊絲熔化速度的變化量也比下降特性P2焊機大，其恢復時間較短。故無論是弧長變短還是變長，平硬特性焊機總比下降特性焊機的弧長恢復時間短，電弧自調(diào)性能更好。所以CO2氣體保護焊焊接電源的靜特性應選平硬特性。
圖二
2、焊接電源動特性的構(gòu)成
所謂弧焊電源的動特性，是指焊接電源對焊接電弧這樣的動負載所輸出的電流和電壓與時間的關系，是衡量焊接電源對負載瞬變的反應能力。對CO2氣體保護焊來說，由于存在金屬熔滴的短路過渡，使負載狀態(tài)常在燃弧和短路之間切換。并且，從燃弧到短路以及從短路到燃弧的過渡過程，造成輸出電流和電壓的瞬時變化，對焊接飛濺和焊縫成形都存在著重大的影響。
焊接飛濺受到電源動特性直接影響的原因是：短路電流峰值的高低和增長率的快慢直接受焊機動態(tài)反應快慢的影響。若動態(tài)響應太快，則短路電流峰值過高，增長率過快，在短路液橋形成之前，就引起爆斷和飛濺，而形不成短路過渡形式，這種飛濺的特點是頻率較高、顆粒?。蝗魟討B(tài)響應太慢，則短路電流增長率慢，峰值小，電流生產(chǎn)的磁收縮力不足以保證短路液橋的順利過渡，短路過渡時間長，產(chǎn)生的飛濺特點是：頻率較低，顆粒粗大。因此，要求焊接電源要具有恰當?shù)亩搪冯娏髟鲩L速度，以避免較大的飛濺。
短路電流對焊接接頭的加熱、焊縫的熔深和成形的作用不大，影響焊縫的熔深和成形主要是燃弧能量，即燃弧的電流和電壓。由于焊接時存在短路過程，故電源電壓不能太高，則穩(wěn)態(tài)時的燃弧電流較小，所 產(chǎn)率可比手工電弧焊高1-4倍。 3、焊接成本低。二氧化碳氣體來源廣，價格低，co2保護焊的成本只有手工電弧焊的40%-50%左右。 4、適用范圍廣?？蛇M行各種位置的焊接。 5、操作性能好。因其為明弧焊，可以看清電弧和熔池情況。便于掌握和調(diào)整。 二、焊接規(guī)范參數(shù)的選擇 在用co2氣體保護焊焊接薄板時，焊接規(guī)范一般采用比較小的，即較低的電弧電壓和較小的焊接電流，因此，熔滴呈短路過渡。主要的規(guī)范參數(shù)有：電弧電壓，焊接電流，焊接回路電感，焊接速度，氣體流量以及焊絲干伸長等。 1、電弧電壓及焊接電流。 電弧電壓是焊接規(guī)范中關鍵的一個參數(shù)。它的大小決定了電弧的長短，決定了熔滴的過渡形式。實現(xiàn)短路過渡的條件之一是保持較短的電弧長度。所以就焊接規(guī)范而言，短路過渡的一個重要特征是低電壓。 確定電弧電壓數(shù)值時，要考慮和焊接電流之間的匹配關系。在一定的焊絲直徑及焊接電流下，電弧電壓若過低，電弧引燃困難，焊接過程不穩(wěn)定。電弧電壓過高，則由短路過渡轉(zhuǎn)變成大顆粒的長弧過渡，焊接過程也不穩(wěn)定。只有電弧電壓與焊接電流匹配得較合適時，才能獲得穩(wěn)定的焊接過程，并且飛濺小，焊縫成形好。當電流小于300A時，焊接電壓與電流遵循以下：U=0.04I+16（+-）1.5 2、焊接回路電感。 焊接回路電感直接影響著短路電流的增長速度。因此，調(diào)節(jié)焊接回路電感，就可以調(diào)節(jié)短路電流的增長速度，從而控制電弧的燃燒時間，控制母材的熔深。 3、焊接速度。 焊接速度過快會引起焊縫兩側(cè)咬肉，焊接速度過慢則容易產(chǎn)生燒穿和焊縫組織粗大等缺陷，因此為了保證焊縫的質(zhì)量，需要選擇合適的焊接速度。 4、焊絲干伸長。 由于短路過渡焊接所采用的焊絲都比較細，因此焊絲干伸長度上產(chǎn)生的電阻便成為焊接規(guī)范中不可忽視的因素。隨著焊絲干伸長度增加，焊絲上的電阻熱增大，焊絲熔化加快，從提高生產(chǎn)率上看這是有利的， 但是當焊絲干伸長度過大時，焊絲容易發(fā)生過熱而成段熔斷，飛濺嚴重，焊接過程不穩(wěn)定。焊絲干伸長度過小勢必縮短噴嘴與工件間的距離，飛濺金屬容易堵塞噴嘴。 5、氣體流量。 在焊接電流較大，焊接速度較快，焊絲干伸長度較長以及在室外作業(yè)等情況下，氣體流量要適當加大，以使保護氣體有足夠的挺度，提高其抗干擾的能力。但是，氣體流量過大，保護氣流的紊流度增大，反而會將外界空氣卷入焊接區(qū)，使保護效果變差，甚至在焊縫中引起氣孔。 6、電源極性。 co2電弧焊在焊接薄板時一般都是采用直流反接（反極性），即焊件接陰極，焊絲接陽極。因為采用反極性，飛濺小，電弧穩(wěn)定，成形較好。 綜合以上分析，我們采用了如下的焊接規(guī)范： 通過多年的實踐co2氣體保護焊技術(shù)已成功地應用于公司薄板的焊接，提高了公司產(chǎn)品的裝配精度和外觀質(zhì)量，大大增強了公司產(chǎn)品的市場競爭力。co2氣體保護焊的優(yōu)越性得到了充分的證實，也為公司其它零件的焊接提供了寶貴的經(jīng)驗。
CO2焊產(chǎn)生飛濺的原因有哪些？ 在CO2焊中，大部分焊絲熔化金屬可過渡到熔池，有一部分焊絲熔化金屬飛向熔池之外，飛到熔池之外的金屬稱為飛濺。特別是粗焊絲CO2氣體保護焊大參數(shù)焊接時，飛濺更為嚴重，飛濺率可達20%以上，這時就不可能進行正常焊接工作了。飛濺是有害的，它不但降低焊接生產(chǎn)率，影響焊接質(zhì)量，而且使勞動條件變差。
由于焊接參數(shù)的不同，CO2焊具有不同的熔滴過渡形式，從而導致不同性質(zhì)的飛濺。其中，可分為熔滴自由過渡時的飛濺和短路過渡時的飛濺。 （1）熔滴自由過渡時的飛濺 熔滴自由過渡時的飛濺主要形式，在CO2氣氛下，熔滴在斑點壓力的作用下上撓，易形成大滴狀飛濺。這種情況經(jīng)常發(fā)生在較大電流焊接時，如用直徑1.6mm焊絲、電流為300～350A，當電弧電壓較高時就會產(chǎn)生。如果再增加電流，將產(chǎn)生細顆粒過渡，這時飛濺減小，主要產(chǎn)生在熔滴與焊絲之間的縮頸處，該處的電流密度較大使金屬過熱而爆斷，形成顆粒細小的飛濺。在細顆粒過渡焊接過程中，可能由熔滴或熔池內(nèi)拋出的小滴飛濺。這是由于焊絲或工件清理不當或焊絲含碳量較高，在熔化金屬內(nèi)部大量生成CO等氣體，這些氣體聚積到一定體積，壓力增加而從液體金屬中析出，造成小滴飛濺。大滴過渡時，如果熔滴在焊絲端頭停留時間較長，加熱溫度很高，熔滴內(nèi)部發(fā)生強烈的冶金反應或蒸發(fā)，同時猛烈地析出氣體，使熔滴爆炸而生成飛濺。另外，在大滴狀過渡時，偶爾還能出現(xiàn)飛濺，因為熔滴從焊絲脫落進入電弧中，在熔滴上出現(xiàn)串聯(lián)電弧，在電弧力的作用下，熔滴有時落入熔池，也可能被拋出熔池而形成飛濺。
（2）熔滴短路過渡時的飛濺 短路過渡時的飛濺形式很多。飛濺總是發(fā)生在短路小橋破斷的瞬時。飛濺的大小決定于焊接條件，它常常在很大范圍內(nèi)改變。產(chǎn)生飛濺的原因目前有兩種看法，一種看法認為飛濺是由于短路小橋電爆炸的結(jié)果。當熔滴與熔池接觸時，熔滴成為焊絲與熔池的連接橋梁，所以稱為液體小橋，并通過該小橋使電路短路。短路之后電流逐漸增加，小橋處的液體金屬在電磁收縮力的作用下急劇收縮，形成很細的縮頸。隨著電流的增加和縮頸的減小，小橋處的電流密度很快增加，對小橋急劇加熱，造成過剩能量的積聚，最后導致小橋發(fā)生氣化爆炸，同時引起金屬飛濺。另一種看法認為短路飛濺是因為小橋爆斷后，重新引燃電弧時，由于CO2氣體被加熱引起氣體分解和體積膨脹，而產(chǎn)生強烈的氣動沖擊作用，該力作用在熔池和焊絲端頭的熔滴上，它們在氣動沖擊作用下被拋出而產(chǎn)生飛濺。試驗表明，前一種看法比較正確。飛濺多少與電爆炸能量有關，此能量主要是在小橋完全破壞之前的100～150μs時間內(nèi)積聚起來的，主要是由這時的短路電流（即短路峰值電流）和小橋直徑所決定。
小電流時，飛濺率通常在5%以下。限制短路峰值電流為最佳值時，飛濺率可降低到1%左右。在電流較大時，縮頸的位置對飛濺影響極大。所謂縮頸的位置是指縮頸出現(xiàn)在焊絲與熔滴之間，還是出現(xiàn)在熔池與熔滴之間。如果是前者，小橋的爆炸力推動熔滴向熔池過渡，而后者正相反，小橋爆炸力排斥熔滴過渡，并形成大量飛濺，最高可達25%以上。冷態(tài)引弧時或在焊接參數(shù)不合適的情況下（如送絲速度過快而電弧電壓過低，焊絲伸出長度過大或焊接回路電感過大等）常常發(fā)生固體短路。這時固體焊絲可以直接被拋出，同時熔池金屬也被拋出。在大電流射滴過渡時，偶爾發(fā)生短路，由于短路電流很大。所以將引起十分強烈的飛濺。 根據(jù)不同熔滴過渡形式下飛濺的不同成因，應采用不同的降低飛濺的不同成因，應采用不同的降低飛濺的方法： 1）在熔滴自由過渡時，應選擇合理的焊接電流與焊接電壓參數(shù)，避免使用大滴排斥過渡形式；同時，應選用優(yōu)質(zhì)焊接材料，如選用含C量低、具有脫氧元素Mn和Si的焊絲H08Mn2SiA等，避免由于焊接材料的冶金反應導致氣體析出或膨脹引起的飛濺。 2）在短路過渡時，可以采用（Ar+CO2）混合氣體代替CO2以減少飛濺。如加入φ（Ar）=20%～30%的Ar。這是由于隨著含氬量的增加，電弧形態(tài)和熔滴過渡特點發(fā)生了改變。燃弧時電弧的弧根擴展，熔滴的軸向性增強。這一方面使得熔滴容易與熔池會合，短路小橋出現(xiàn)在焊絲和熔池之間。另一方面熔滴在軸向力的作用下，得到較均勻的短路過渡過程，短路峰值電流也不太高，有利于減少飛濺率。 在純CO2氣氛下，通常通過焊接電流波形控制法，降低短路初期電流以及短路小橋破斷瞬間的電流，減少小橋電爆炸能量，達到降低飛濺的目的。 通過改進送絲系統(tǒng)，采用脈沖送絲代替常規(guī)的等速送絲，使熔滴在脈動送進的情況下與熔池發(fā)生短路，使短路過渡頻率與脈動送絲的頻率基本一致，每個短路周期的電參數(shù)的重復性好，短路峰值電流也均勻一致，其數(shù)值也不高，從而降低了飛濺。 如果在脈動送絲的基礎上，再配合電流波形控制，其效果更佳。采用不同控制方法時，焊接飛濺率與焊接電流之間的關系。
二氧化碳氣體保護焊有哪些主要特點? 用二氧化碳氣體作為保護氣體的電弧焊接方法，稱為二氧化碳氣體保護焊，簡稱二氧化碳焊。二氧化碳氣體保護焊具有如下特點： ?。?）二氧化碳氣體價廉易得，而且消耗電能少，是一種既經(jīng)濟，又便于自動化生產(chǎn)的焊接方法。一般情況下，二氧化碳氣體保護焊的成本僅為手工電弧焊的37%-42%，為埋弧焊的40%。 ?。?）生產(chǎn)效率高。焊接電流密度大，焊絲熔化率高，母材熔透深度大，對于10毫米左右的鋼板，可以不開坡口直接焊接，焊后渣很少，一般可不清渣，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。 ?。?）電流密度大，電弧熱量集中，焊接后工件變形較小。 ?。?）對油、銹的敏感程度較小，可減少工件和焊絲的清理工作量。 ?。?）二氧化碳焊的焊縫金屬含氫量小，焊接低合金高強度鋼時，產(chǎn)生冷裂紋的傾向小。 （6）飛
二氧化碳氣體保護焊氣孔問題 1、CO2氣體保護焊的氣孔主要是由母材焊接表面的清潔度（油、氧化物）等造成的。 2、還有就是氣體的純度 3、也有可能是氣體中的水分太多，看看你的氣體的純度 也有可能是CO氣孔，主要是密集型，柱狀的 4、這是因為，用于保護焊接區(qū)域不受空氣侵害的CO2氣體大都是釀酒廠或酒精廠的副產(chǎn)品，不可避免地含有或多或少的水分或其它含氫物質(zhì)，同時混合氣體中的氬氣也常含有水分。如果保護氣體中的水分和其它含氫物質(zhì)的總含量超過一定限度，那么焊縫金屬中氫氣孔的產(chǎn)生將是必然的。 但是，如果保護氣體中的水分和其它含氫物質(zhì)的含量按相關標準要求被控制在一定的范圍內(nèi)，那么CO2氣體保護焊和富氬混合氣體（80%Ar+20%CO2）保護焊焊縫金屬中一般不會產(chǎn)生很多的氫氣孔。這是因為CO2氣體在電弧高溫下將發(fā)生分解反應（CO2 = CO + O），分解出來的原子態(tài)氧具有較強的氧化性，與氣相中的[H]反應生成不溶于液體金屬的OH，從而有效地阻止焊縫中氫氣孔的產(chǎn)生。 而使用純CO2氣體保護則會產(chǎn)生CO氣孔。二氧化碳氣體保護焊焊接時會發(fā)生如下反應： Fe＋CO2 FeO＋CO FeO＋C ＝ Fe＋CO 這個反應是在熔池內(nèi)部進行的。由于金屬對一氧化碳的溶解度很低所以生成的一氧化碳要從熔池中跑出來。若熔池金屬結(jié)晶完了時，還有一部分一氧化碳沒有排出，則在焊縫中就形成氣孔。 再有就是CO2氣在3500℃的高溫電弧下發(fā)生分解反應： 2CO2＝2CO＋O2 O2＝2O 這個反應是吸熱的，因此二氧化碳氣流的冷卻作用比較顯著，使熔池金屬冷卻的特別快，加上焊縫成型窄而深，使氣體排出條件惡化，所以產(chǎn)生氣孔。 當二氧化碳氣體純度不夠、由于長時間工作導電嘴和導流罩上會積累一些飛濺顆粒，如果清理不及時也會阻礙氣體的正常噴出，破壞氣流罩的正常保護，加上人為的拉長電弧，致使保護氣流產(chǎn)生飄移、流散，使得外界空氣進入電弧區(qū)。這樣產(chǎn)生其他氣孔的機遇也比較大。如：氮氣孔、氫氣孔。 總之焊道產(chǎn)生氣孔的原因如下： (1)焊絲和被焊金屬坡口表面上的鐵銹、油污或其它雜質(zhì)。 (2)人為的拉長電弧，焊接區(qū)域沒有得到充分的保護。 (3)焊接參數(shù)或焊接材料選擇不當。 (4)保護氣體純度不夠。 (5)氣體加熱器不能正常工作。 解決方法 (1)合理的使用焊接參數(shù)。在不違反焊接工藝的情況下，焊接電流的大小我認為因人而定，根據(jù)個人的使用習慣而調(diào)整，不要別人用多大的規(guī)范你也用同樣的規(guī)范。 (2)使用合格的焊接材料及保護氣體。 (3)徹底清除焊絲和被焊金屬表面上的水、銹、油污和其它雜質(zhì)。 (4)使用二氧化碳氣體保護焊、富氬氣體保護焊時，要調(diào)整好焊槍與焊件的距離和角度使得焊接熔池得到充分的保護。一定確保氣體加熱器的完好率。 (5)氣保焊焊槍的導流罩必須夠長，太短以后保護氣體在流動過程中不能形成很好的保護罩。 不知以上的回答對你的工作有沒有幫助。 5、還要注意周圍空氣的流動,最好周圍的風速不要超過1.5m/s
濺較多，焊縫成形不夠美觀，清理飛濺費時間。 ?。?）二氧化碳屬于弱氧化性，故不能用于焊接鋁、鎂等化學活性強的金屬。 二氧化碳氣體保護焊（簡稱co2焊） 二氧化碳氣體保護焊（簡稱co2焊），是利用從噴嘴中噴出的二氧化碳氣體隔絕空氣，保護熔池的一種先進的熔焊方法。這種方法焊接薄板，比手工電弧焊有著明顯的優(yōu)越性。在我公司的產(chǎn)品中，薄板焊接件占了很大的比重，焊接接頭以角接和搭接為主，材質(zhì)為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，其厚度在1-3mm之間。以前，對薄板零件的焊接，一直采用手工電弧焊和氣焊，此方法雖然有其優(yōu)點，但它能耗高，焊后工件變形大，嚴重影響了機器的裝配精度和外觀質(zhì)量。經(jīng)過廣泛的調(diào)研和論證后，決定推廣使用co2氣體保護焊技術(shù)，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。下面，談談筆者對此技術(shù)的認識和看法。 一、二氧化碳氣體保護焊與手工電弧焊對比試驗 為了對co2氣體保護焊和手工電弧焊的一些參數(shù)進行對比，我們對co2氣體保護焊與手工電弧焊進行了對比焊接，試驗結(jié)果表明： 1、co2氣體保護焊由于熔池小、熱影響區(qū)窄，因此焊后工件變形小，焊縫質(zhì)量好。 2、生產(chǎn)率高。另外焊后不需清渣，故生產(chǎn)率可比手工電弧焊高1-4倍。 3、焊接成本低。二氧化碳氣體來源廣，價格低，co2保護焊的成本只有手工電弧焊的40%-50%左右。 4、適用范圍廣?？蛇M行各種位置的焊接。 5、操作性能好。因其為明弧焊，可以看清電弧和熔池情況。便于掌握和調(diào)整。 二、焊接規(guī)范參數(shù)的選擇 在用co2氣體保護焊焊接薄板時，焊接規(guī)范一般采用比較小的，即較低的電弧電壓和較小的焊接電流，因此，熔滴呈短路過渡。主要的規(guī)范參數(shù)有：電弧電壓，焊接電流，焊接回路電感，焊接速度，氣體流量以及焊絲干伸長等。 1、電弧電壓及焊接電流。 電弧電壓是焊接規(guī)范中關鍵的一個參數(shù)。它的大小決定了電弧的長短，決定了熔滴的過渡形式。實現(xiàn)短路過渡的條件之一是保持較短的電弧長度。所以就焊接規(guī)范而言，短路過渡的一個重要特征是低電壓。 確定電弧電壓數(shù)值時，要考慮和焊接電流之間的匹配關系。在一定的焊絲直徑及焊接電流下，電弧電壓若過低，電弧引燃困難，焊接過程不穩(wěn)定。電弧電壓過高，則由短路過渡轉(zhuǎn)變成大顆粒的長弧過渡，焊接過程也不穩(wěn)定。只有電弧電壓與焊接電流匹配得較合適時，才能獲得穩(wěn)定的焊接過程，并且飛濺小，焊縫成形好。當電流小于300A時，焊接電壓與電流遵循以下：U=0.04I+16（+-）1.5 2、焊接回路電感。 焊接回路電感直接影響著短路電流的增長速度。因此，調(diào)節(jié)焊接回路電感，就可以調(diào)節(jié)短路電流的增長速度，從而控制電弧的燃燒時間，控制母材的熔深。 3、焊接速度。 焊接速度過快會引起焊縫兩側(cè)咬肉，焊接速度過慢則容易產(chǎn)生燒穿和焊縫組織粗大等缺陷，因此為了保證焊縫的質(zhì)量，需要選擇合適的焊接速度。 4、焊絲干伸長。 由于短路過渡焊接所采用的焊絲都比較細，因此焊絲干伸長度上產(chǎn)生的電阻便成為焊接規(guī)范中不可忽視的因素。隨著焊絲干伸長度增加，焊絲上的電阻熱增大，焊絲熔化加快，從提高生產(chǎn)率上看這是有利的， 但是當焊絲干伸長度過大時，焊絲容易發(fā)生過熱而成段熔斷，飛濺嚴重，焊接過程不穩(wěn)定。焊絲干伸長度過小勢必縮短噴嘴與工件間的距離，飛濺金屬容易堵塞噴嘴。 5、氣體流量。 在焊接電流較大，焊接速度較快，焊絲干伸長度較長以及在室外作業(yè)等情況下，氣體流量要適當加大，以使保護氣體有足夠的挺度，提高其抗干擾的能力。但是，氣體流量過大，保護氣流的紊流度增大，反而會將外界空氣卷入焊接區(qū)，使保護效果變差，甚至在焊縫中引起氣孔。 6、電源極性。 co2電弧焊在焊接薄板時一般都是采用直流反接（反極性），即焊件接陰極，焊絲接陽極。因為采用反極性，飛濺小，電弧穩(wěn)定，成形較好。 綜合以上分析，我們采用了如下的焊接規(guī)范： 通過多年的實踐co2氣體保護焊技術(shù)已成功地應用于公司薄板的焊接，提高了公司產(chǎn)品的裝配精度和外觀質(zhì)量，大大增強了公司產(chǎn)品的市場競爭力。co2氣體保護焊的優(yōu)越性得到了充分的證實，也為公司其它零件的焊接提供了寶貴的經(jīng)驗。
二氧化碳氣體保護焊電量信號的采集與分析
摘要 : 在PC機上利用VisualC+ + 6.0 開發(fā)了CO 2 氣體保護焊焊接過程電量信 號采集系統(tǒng). 利用多線程技術(shù)與雙緩沖區(qū)技術(shù)解決了高速數(shù)據(jù)采集時丟失數(shù)據(jù)的 問題. 分析結(jié)果表明: 所開發(fā)系統(tǒng)能精確完整地采集到焊接過程中的電量信號, 而 且通過電流電壓概率密度分布與熔滴過渡短路時間頻數(shù)分布能直觀地分析焊接過 程的穩(wěn)定性, 為進一步研究焊接過程質(zhì)量監(jiān)測奠定基礎. 關鍵詞 : CO 2 焊; 信號采集; 多線程; 焊接穩(wěn)定性 0 引 言 焊接電弧包含著豐富的電、光、聲音等信息, 能夠反映電弧焊各種電弧物理過程. 如何利用現(xiàn)代傳感技術(shù)將這些信息提取出來, 是研究焊接過程的關鍵所在. 國內(nèi)外焊接界的專家開發(fā)了各種各樣的傳感器, 有機械、電弧、聲音和視覺等類型. 機械式傳感器使用不夠靈活, 適應面窄, 目前較少采用. 而電弧和視覺傳感器各具特色, 國內(nèi)外研究較多. 電弧傳感器以電弧自身電流和電壓作為信號源, 成本低廉, 可達性好, 因而在焊接過程質(zhì)量監(jiān)測與焊縫自動跟蹤中得以普遍采用〔1, 2, 5〕. 本文以ADL IN K 公司的PC I29112 多通道數(shù)據(jù)采集卡為核心, 通過VisualC+ + 6.0 編制程序在PC 機上開發(fā)了一套電量信號采集系統(tǒng), 并且對CO 2 氣體保護短路焊過程的穩(wěn)定性進行了分析, 并為研究焊接過程質(zhì)量監(jiān)測奠定了基礎. 1 硬件構(gòu)成 信號采集系統(tǒng)如圖1 所示. 該系統(tǒng)由焊接電源、焊接小車、PC機、傳感器、濾波器和數(shù)據(jù)采集卡組成. 焊接電源采用硅整流弧焊機. 焊接電流電壓信號分別通過綿陽維博公司的WB1221F 型霍爾電流傳感器與WBV121S型線性隔離分壓器變換為0～5V之間的電壓信號, 濾波后送到信號采集卡的輸入端. 電流傳感器的精度等級為0.5級(相對滿量程輸出的誤差在±0.5% 以內(nèi)) , 響應時間短(15Ls);電壓傳感器精度等級為0.2 級, 響應時間為5Ls, 且輸入阻抗高, 功耗(400mW). 它們共同特點是線性范圍寬(為:0～120% 標稱輸入) ,過載能力強, 高隔離, 低功耗, 測量時不影響焊接回路參數(shù). 因為電流傳感器是利用電磁感應和霍爾效應原理, 它的輸入端與輸出端分別屬于不同的回路, 而電壓傳感是利用先進的線性光藕隔離,所以它們均有效地隔絕了焊機強電系統(tǒng)與微機弱電系統(tǒng)之間的直接連接,從而保護了微機,同時對信號采集具有一定的抗干擾作用. 濾波器為有源低通濾波器, 通帶截止頻率fc設計為500Hz.信號采集卡是ADLINK 公司的PCI29112多通道數(shù)據(jù)采集卡,該卡的特點是:16 路單端輸入或8路差分輸入,A ?D 轉(zhuǎn)換時間為8Ls,1位輸入模擬信號分辨率,精度為0.01% ,若只采集兩路信號, 該卡可以保證以最高每路55kHz的頻率精確地采集信號,根據(jù)香農(nóng)采樣定理,采樣頻率應大于連續(xù)信號頻率的2 倍,同時根據(jù)經(jīng)驗, 本文兩通道的采樣頻率均定為4 kHz(fc×8);32 位PCI總線, 自帶總線控制器AMCC2S5933 與8 個字的FIFO(First In First Out ) 緩存, 當它工作在DMA (Direct Memory Access) 方式時,可以不占用CPU 時間而把數(shù)據(jù)以極快的速度送到內(nèi)存緩沖區(qū). 且該卡的驅(qū)動程序是以DLL(Dynamic Link Library) 方式提供的, 從而方便了可視化編程.
圖1 信號采集系統(tǒng)原理圖 2 軟件設計 因為高速數(shù)據(jù)采集時一般采用連續(xù)采集方式, 驅(qū)動程序?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)依次轉(zhuǎn)移到用戶緩沖區(qū)中.當用戶緩沖區(qū)占滿之后,驅(qū)動程序?qū)⒏采w原來的緩沖區(qū)數(shù)據(jù), 所以, 如果原來的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)沒有來得及保存, 將會丟失. 本文通過Windows XP系統(tǒng)的多線程技術(shù), 并結(jié)合緩沖區(qū)半滿開始傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳送方式, 通過VisualC+ + 6.0 編程解決了這個問題 (3.4) . 具體的編程思想如下所述.PCI9112 卡要求在內(nèi)存中開辟一個內(nèi)核緩沖區(qū)與一個用戶緩沖區(qū), 前者用來保存從FIFO中傳送的數(shù)據(jù), 這是由采集卡的驅(qū)動程序完成的, 后者用來轉(zhuǎn)移保存內(nèi)核緩沖區(qū)的數(shù)據(jù). 本文在界面主線程中啟用了兩個輔線程: 數(shù)據(jù)采集輔線程, 數(shù)據(jù)存盤輔線程. 數(shù)據(jù)采集輔線程負責把被采集卡轉(zhuǎn)換信號輸送到內(nèi)核緩沖區(qū), 數(shù)據(jù)存盤輔線程負責當用戶內(nèi)存緩沖區(qū)充滿時, 將數(shù)據(jù)以文件的形式保存到硬盤. 數(shù)據(jù)采集過程是這樣的: 數(shù)據(jù)從采集卡的A?D轉(zhuǎn)換器保存到采集卡的FIFO中, 只有當FIFO半滿時, 采集卡才啟動DMA方式將數(shù)據(jù)送到內(nèi)存緩沖區(qū), 同時,A?D轉(zhuǎn)換器中的數(shù)據(jù)會繼續(xù)往FIFO 的后半部分傳送; 當內(nèi)核緩沖區(qū)的前一半滿數(shù)據(jù)時, 就將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到用戶緩沖區(qū), 當用戶緩沖區(qū)充滿時, 就啟動數(shù)據(jù)存盤輔線程. 這兩個線程可以并行運行, 即計算機能同時處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)保存. 顯然, 在程序中, 用戶緩沖區(qū)的大小是內(nèi)核緩沖區(qū)的一半, 之所以這樣做是因為一方面要保證數(shù)據(jù)連續(xù)采集和保存的需要, 另一方面, 如果用戶緩沖區(qū)開得太大, 數(shù)據(jù)存盤線程與數(shù)據(jù)采集線程在Host 總線上出現(xiàn)擁擠的現(xiàn)象, 造成數(shù)據(jù)丟失. 在程序中通過設置由VisualC+ + 6 0 提供的CTime::GetCu rrentTime () 函數(shù)記錄了采樣 開始時間T_start 與結(jié)束時間T_stop. T_samp le= T_stop - T_start (1) Size= T_samp le×8000×2÷1024 (2) 經(jīng)式(1)計算出采樣時間, 再經(jīng)式(2)計算出數(shù)據(jù)量(單位為kB, 每個數(shù)據(jù)以兩個字節(jié)存放) , 將此數(shù)與硬盤上所保存的數(shù)據(jù)文件大小比較, 多次采樣結(jié)果表明, 理論計算值與實際數(shù)據(jù)文件大小是吻合的.軟件設計過程如圖2 所示: 將本文所研制的信號采集系統(tǒng)與示波器同時采集的焊接電信號作對比, 驗證了它的可靠性. 該信號采集系統(tǒng)不僅能在線顯示電流電壓信號, 而且能在焊后進行波形回放. 如圖3 是正常焊接條件下實驗后的電流電壓數(shù)據(jù)曲線回放, 橫坐標是時間軸, 縱坐標是電流電壓幅度軸, 點擊“Former”和“Latter”鈕可以分別向前和向后連續(xù)查看各時間段的信號波形, 一屏有140m s 的數(shù)據(jù).
圖2 信號采集系統(tǒng)軟件設計流程圖 3 焊接過程穩(wěn)定性分析 本文將信號采集系統(tǒng)用于對CO 2 氣體保護焊焊接過程穩(wěn)定性與干擾因素的關系的研究. CO 2 氣體保護焊工藝實驗條件如下: 短路過渡, 保護氣體為100% CO 2 ,流量為10L?min.試件為6mm 厚的低碳鋼板,焊絲直徑1.2 mm,送絲速度為5.3cm?s, 焊接電壓20V,焊接電流150A,焊接速度30cm ?min,焊嘴至工件距離為10mm,平板堆焊.除了正常工藝參數(shù)下的焊接信息外, 還人為引入兩種干擾因素,分別是: ①試板上有油污; ②試板上等間距開孔. 圖4 是試板上有油污的情況下, 焊接過程中140ms的一段電流電壓曲線. 比較圖3 與圖4 可以看出: 在正常情況下, 電流電壓信號規(guī)則, 短路峰值電流基本穩(wěn)定在250A , 且燃弧電流下降柔順, 基值電流基本穩(wěn)定在80A , 熔滴過渡穩(wěn)定; 試板上有油污的情況下, 短路峰值電流最大能到400A,電壓最低值為0V, 短路后, 電流直線下降到0A , 燃弧不成功, 電壓表現(xiàn)為硅整流焊機空載輸出的紋波電壓, 說明并非發(fā)生真實熔滴短路過渡, 而是焊絲直接與熔池接觸發(fā)生爆斷.
圖3 正常情況下的電流電壓信號
圖4 有油污焊接情況下的電流電壓信號 雖然通過以上波形可以分析出焊接過程中瞬間的穩(wěn)定性, 但是為了更加準確地了解焊接過程的參數(shù)變化與焊接過程穩(wěn)定性的聯(lián)系, 需對電流電壓信號進行統(tǒng)計分析處理得出電流電壓概率密度分布(PDD) 與熔滴過渡短路時間的頻數(shù)分布(CFD) (5.6) 圖5 是從所采集的數(shù)據(jù)中任意挑選的1 秒的數(shù)據(jù)(電流電壓各4000個) 進行統(tǒng)計分析得出的概率密度分布曲線. 其中曲線1 代表正常工藝條件下的焊接; 曲線2 代表試板上有油污情況下的焊接; 曲線3 代表試板上有孔的情況下的焊接. 從圖5 可以看出在有油污的非正常情況下, 電流電壓概率密度分布與熔滴過渡短路時間頻數(shù)分布明顯呈現(xiàn)出不同的特征: 正常情況下三種分布的參數(shù)都比較集中,而在油污情況下,參數(shù)都相對分散, 多次出現(xiàn)電流過小與峰值電流過高的情況(電流為0 的概率密度達到0.15, 且在400～500A 區(qū)也頻繁出現(xiàn)),在文獻〔6〕中指出, 當電流過小, 在0≤I≤10A 區(qū)段的概率越大時, 焊接過程越不穩(wěn)定, 短路峰值電流I≥400A 時, 焊接過程飛濺越大, 焊縫成形越差. 從短路時間的頻數(shù)分布曲線可以看出, 在有油污的情況下, 熔滴過渡時間很不規(guī)則, 出現(xiàn)較多熔滴過渡時間過短與過長的現(xiàn)象.而實際 焊接要求在燃弧階段, 熔滴與母材吸收充足的能量, 以保證熔滴過渡與焊縫成形,因此燃弧電流下降要緩慢, 而短路開始電流要小, 以使熔滴從與熔池接觸到鋪展過程順利, 然后電流迅速上升形成液體頸縮,在頸縮斷開前的短路峰值電流要小,以減少飛濺 (7) .在本次實驗中, 經(jīng)大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比分析顯示: 短路時間在1.5～ 5ms 區(qū)間概率越大, 焊接過程越穩(wěn)定. 有油污的情況下電流過小占相當比例, 說明多次出現(xiàn)斷弧現(xiàn)象. 從電壓概率密度分布上看: 有油污時, 燃弧電壓(左邊峰區(qū)域) 與短路電壓(右邊峰區(qū)域) 都比正常的高, 弧長拉長, 容易造成飛濺嚴重, 不利于熔滴的平穩(wěn)過渡.
圖5 電流電壓PDD 曲線與熔滴過渡短路時間的頻數(shù)分布比較曲線 由圖5 還可以看出, 在試板上有孔情況下, 平均電壓統(tǒng)計結(jié)果比正常情況的大(經(jīng)計算, 普遍大0.2～0.4V) , 這是焊縫上有孔時, 弧長拉長造成的; 而平均電流統(tǒng)計結(jié)果比正常焊接條件下的小(經(jīng)計算,普遍小5～10A) , 這是焊機緩下降外特性曲線與電弧靜特性曲線的交點左移形成的 (7) .短路時間頻數(shù)曲線表明: 在試板上有孔的情況下, 熔滴過渡時間明顯比正常焊接條件下的長 4 結(jié) 論 4. 1 本文在PC 機上用VisualC+ + 6.0所開發(fā)的信號采集系統(tǒng)能真實, 完整地采集到CO 2 氣體保護短路焊過程的電量信號. 4. 2 對所采集的信號通過波形分析, 可以判斷焊接過程瞬間的穩(wěn)定性. 4. 3 對所采集電量信號統(tǒng)計分析可作為研究焊接過程穩(wěn)定性的一種手段
實芯焊絲-CO2氣保護焊絲 CO2氣體保護焊是50年代發(fā)展起來的一種焊接技術(shù)，四十多年來，它已發(fā)展成為一種重要的熔化焊接方法，被廣泛應用于汽車工業(yè)、工程機械制造、船舶制造、冶金設備制造、橋梁、土建工程、石油化工、鍋爐壓力容器制造、機車車輛等領域。 目前，CO2氣體保護焊絲生產(chǎn)與應用發(fā)展迅速，已在許多單位得到了普及，并逐漸部分地取代手工電弧焊。其具有以下特點： 1、焊接成本低。 2、生產(chǎn)效率高，耗電少。 3、操作容易，可進行全位置焊接。 4、焊縫含氮量很低，抗裂性好。 5、焊后變形小。 6、適用范圍廣，對薄、中、厚板焊接皆適宜。 實芯焊絲-CO2氣保護焊絲簡明表
二氧化碳氣體保護焊氣孔問題 1、CO2氣體保護焊的氣孔主要是由母材焊接表面的清潔度（油、氧化物）等造成的。 2、還有就是氣體的純度 3、也有可能是氣體中的水分太多，看看你的氣體的純度 也有可能是CO氣孔，主要是密集型，柱狀的 4、這是因為，用于保護焊接區(qū)域不受空氣侵害的CO2氣體大都是釀酒廠或酒精廠的副產(chǎn)品，不可避免地含有或多或少的水分或其它含氫物質(zhì)，同時混合氣體中的氬氣也常含有水分。如果保護氣體中的水分和其它含氫物質(zhì)的總含量超過一定限度，那么焊縫金屬中氫氣孔的產(chǎn)生將是必然的。 但是，如果保護氣體中的水分和其它含氫物質(zhì)的含量按相關標準要求被控制在一定的范圍內(nèi)，那么CO2氣體保護焊和富氬混合氣體（80%Ar+20%CO2）保護焊焊縫金屬中一般不會產(chǎn)生很多的氫氣孔。這是因為CO2氣體在電弧高溫下將發(fā)生分解反應（CO2 = CO + O），分解出來的原子態(tài)氧具有較強的氧化性，與氣相中的[H]反應生成不溶于液體金屬的OH，從而有效地阻止焊縫中氫氣孔的產(chǎn)生。 而使用純CO2氣體保護則會產(chǎn)生CO氣孔。二氧化碳氣體保護焊焊接時會發(fā)生如下反應： Fe＋CO2 FeO＋CO FeO＋C ＝ Fe＋CO 這個反應是在熔池內(nèi)部進行的。由于金屬對一氧化碳的溶解度很低所以生成的一氧化碳要從熔池中跑出來。若熔池金屬結(jié)晶完了時，還有一部分一氧化碳沒有排出，則在焊縫中就形成氣孔。 再有就是CO2氣在3500℃的高溫電弧下發(fā)生分解反應： 2CO2＝2CO＋O2 O2＝2O 這個反應是吸熱的，因此二氧化碳氣流的冷卻作用比較顯著，使熔池金屬冷卻的特別快，加上焊縫成型窄而深，使氣體排出條件惡化，所以產(chǎn)生氣孔。 當二氧化碳氣體純度不夠、由于長時間工作導電嘴和導流罩上會積累一些飛濺顆粒，如果清理不及時也會阻礙氣體的正常噴出，破壞氣流罩的正常保護，加上人為的拉長電弧，致使保護氣流產(chǎn)生飄移、流散，使得外界空氣進入電弧區(qū)。這樣產(chǎn)生其他氣孔的機遇也比較大。如：氮氣孔、氫氣孔。 總之焊道產(chǎn)生氣孔的原因如下： (1)焊絲和被焊金屬坡口表面上的鐵銹、油污或其它雜質(zhì)。 (2)人為的拉長電弧，焊接區(qū)域沒有得到充分的保護。 (3)焊接參數(shù)或焊接材料選擇不當。 (4)保護氣體純度不夠。 (5)氣體加熱器不能正常工作。 解決方法 (1)合理的使用焊接參數(shù)。在不違反焊接工藝的情況下，焊接電流的大小我認為因人而定，根據(jù)個人的使用習慣而調(diào)整，不要別人用多大的規(guī)范你也用同樣的規(guī)范。 (2)使用合格的焊接材料及保護氣體。 (3)徹底清除焊絲和被焊金屬表面上的水、銹、油污和其它雜質(zhì)。 (4)使用二氧化碳氣體保護焊、富氬氣體保護焊時，要調(diào)整好焊槍與焊件的距離和角度使得焊接熔池得到充分的保護。一定確保氣體加熱器的完好率。 (5)氣保焊焊槍的導流罩必須夠長，太短以后保護氣體在流動過程中不能形成很好的保護罩。 不知以上的回答對你的工作有沒有幫助。 5、還要注意周圍空氣的流動,最好周圍的風速不要超過1.5m/s
二氧化碳氣體保護焊的特點及應用 二氧化碳氣體保護焊是利用二氧化碳氣體,以燃燒于工件與焊絲產(chǎn)的電弧作熱源的一種焊接方法,簡稱CO2焊。由于二氧化碳具有一定的氧化性,因此,二氧化碳焊一般采用含一定脫氧元素的專用二氧化碳焊絲. 1、優(yōu)點 1）焊接成本低 CO2氣體及CO2焊焊絲價格便宜，焊接能耗低，因此，二氧化碳氣體保護焊的使用成本很低，只有埋弧焊及手工電弧焊的30%~50%。 2）焊縫質(zhì)量好 二氧化碳氣體保護焊抗銹能力強，焊縫含氫量低?？沽研阅芎?。 3）生產(chǎn)效率高 二氧化碳氣體保護焊的電弧集中，熔透能力強，熔敷速度快，因此生產(chǎn)效率高；半自動二氧化碳焊的效率比手工電弧焊高1~2倍，自動二氧化碳焊比手工電弧焊高2~5倍。 4）適用范圍廣 適用于各種位置的焊接，而且既可用于薄板的焊接又可用于厚板的焊接。 5）便于實現(xiàn)自動化 二氧化碳焊是明弧焊，便于監(jiān)視及控制，而且焊后無需清渣，有利于實現(xiàn)焊接過程機械化及自動化。 （2）缺點 1）焊縫成形一般，飛濺較大。 2）勞動條件較差。 （3）二氧化碳焊的應用 目前，二氧化碳焊已廣泛用于機車車輛、汽車、摩托車、船舶、煤礦機械及鍋爐制造行業(yè)，主要用于焊接低碳鋼及低合金鋼。此外，二氧化碳焊還用于耐磨零件的堆焊、鑄鋼件的補焊以及電鉚焊等方面。 主要技術(shù)參數(shù)
焊管CO2 氣體保護焊單面焊雙面成形焊接工藝 (太原重型機械集團有限公司 a. 技術(shù)中心; b. 挖掘焦爐設備分公司, 太原030024) 摘 要: 著重介紹了焊管CO2 氣體保護焊單面焊雙面成形的焊接工藝、焊接規(guī)范、施焊要點以及必要的試驗數(shù)據(jù)等,所編制的焊接工藝切實可行,且經(jīng)濟可靠,為今后類似的焊管焊接提供了參考依據(jù)。 引 言 焊管的單面焊雙面成形焊接工藝是在接縫間隙處依靠控制熔池金屬的操作技術(shù)來實現(xiàn)單面焊接,正、反雙面成形。焊接時隨著電弧熱源的穩(wěn)定,液態(tài)金屬熔池沿前線熔化,沿后端線結(jié)晶,高溫液態(tài)熔池處于懸空狀態(tài)。 選用100% CO2 氣體保護焊,熔深好,焊縫成形美觀,便于單面焊雙面成形。 焊管的單面焊雙面成形焊接工藝焊縫質(zhì)量好、焊接速度快、節(jié)省了焊接材料而且焊縫內(nèi)部的質(zhì)量容易達到探傷質(zhì)量的要求。 1 工藝特點 影響熔池存在時間和熔池幾何形狀的主要因素是被焊金屬的熱物理性能、坡口角度、尺寸、焊接方法以及焊接規(guī)范等。假設基本金屬的熱物理性能、坡口角度及尺寸為定值時,熔池存在的時間和熔池的幾何形狀可以用下式表示: t =M / v =U IJS / v 式中 t—熔池存在的時間, s; S —散熱系數(shù); v—焊接速度,mm / s; U—電弧電壓,V; I—焊接電流,A; J —熔池幾何形狀系數(shù),mm; M —熔池幾何形狀當量外徑,mm。 由上式可以看出, CO2 氣體保護焊具有單面焊雙面成形的有利條件。 CO2 氣體保護焊的電弧熱量集中,加熱面積小,液體熔池小,熔池幾何形狀比手工電弧焊、埋弧焊較小,有利于熔池的控制。 CO2 氣體保護焊電流密度較大,可以達到足夠的熔深,由于熔池體積較小,焊接速度快,在 CO2 氣流的冷卻作用下,熔池停留的時間短,因此既有利于控制熔池不下墜,又可以焊透。 CO2 氣體保護焊熔渣較少,熔池的可見度較好,便于直接觀察熔池的形狀,焊工可以依據(jù)熔孔的大小來控制焊接速度和擺動以保證焊縫成形,易操作且效率高。 2 工藝準備 2. 1 坡口形式及組裝 CO2 氣體保護焊對坡口形式和組裝的要求較為嚴格。對接焊縫的坡口形式以及尺寸包括角度、鈍邊和裝配間隙。 坡口角度主要影響電弧是否能深入到焊縫的根部,使根部焊透,進而獲得較好的焊縫成形和焊接質(zhì)量。保證電弧能夠深入到焊縫根部的前提下,應盡量減小坡口角度。 鈍邊的大小可以直接影響根部的熔透深度,鈍邊越大,越不容易焊透。鈍邊小或無鈍邊時容易焊透,但裝配間隙大時,容易燒穿。 裝配間隙是背面焊縫成形的關鍵參數(shù),間隙過大,容易燒穿;間隙過小,很難焊透。 采用直徑為1. 2 mm的H08Mn2 Si焊絲。單面焊雙面成形封底焊縫的熔滴過渡形式為短路過渡,通?？梢赃x用較小的鈍邊,甚至可以不留鈍邊,裝配間隙為2～4 mm,坡口角度依據(jù)GB985—1988《氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式與尺寸》的標準要求采用V形坡口,坡口角度在60°±5°,對提高坡口精度以及焊接質(zhì)量,起到了很好的作用。 焊接中注意天氣的影響,特別是防風措施一定要做到位。 2. 2 焊接電流的選擇 焊接電流是確定熔深的主要因素,當焊接電流太大時,則焊縫背面容易燒穿、出現(xiàn)咬邊、焊瘤,甚至產(chǎn)生嚴重的飛濺和氣孔等缺陷;電流過小時,容易出現(xiàn)未熔合、未焊透、夾渣和成形不好等缺陷。試驗表明:當選用直徑為1. 2 mm焊絲時,單面焊雙面成形的封底焊接電流為85～100 A較為合適。因此,焊接電流的大小直接影響焊縫的成形以及焊接缺陷的產(chǎn)生。 2. 3 焊接電壓的選擇 在短路過渡的情況下,電弧電壓增加則弧長增加。電弧電壓過低時,焊絲將插入熔池,電弧變得不穩(wěn)定。所以電弧電壓一定要選擇合適,通常焊接電流小,則電弧電壓低;電流大,則電弧電壓高。焊接電流與電弧電壓如表1所示。 2. 4 焊接速度的選擇 當焊絲直徑、焊接電流和電壓為定值時,熔深、熔寬及余高隨著焊接速度的增大而減小。如果焊接速度過快,容易使氣體的保護作用受到破壞,焊縫冷卻的速度太快,焊縫成形不好;焊接速度太慢,焊縫的寬度顯著增大,熔池的熱量過分集中,容易燒穿或產(chǎn)生焊瘤。 3 操作方法 焊管CO2 氣體保護焊是明弧操作,熔池的可見度好,容易掌握熔池的變化,可以直接觀察到電弧擊穿的熔孔,能夠控制熔孔的大小并且保持一致,在這方面要比手工電弧焊優(yōu)越的多。另外,焊接時接頭少,不易產(chǎn)生缺陷,但操作不當也容易產(chǎn)生缺陷。所以,操作時應特別引起注意。 3. 1 干伸長度的控制 干伸長度對焊接過程的穩(wěn)定性影響比較大,當干伸長度越長時,焊絲的電阻值增大,焊絲過熱而成段熔化,結(jié)果使焊接過程不穩(wěn)定,金屬飛濺嚴重,焊縫成形不好以及氣體對熔池的保護也不好;如果干伸長度過短,則焊接電流增大,噴嘴與工件的距離縮短,焊接的視線不清楚,易造成焊道成形不良,并使得噴嘴過熱,造成飛濺物粘住或堵塞噴嘴,從而影響氣體流通。因此,干伸長度一般選擇焊絲直徑的十倍為最佳干伸長度。 3. 2 焊絲與焊管角度的選擇[ 1 ] 焊絲與焊管縱向以及橫向的角度是保證單面焊雙面成形封底焊焊接質(zhì)量的關鍵,應特別注意,各種焊接位置封底焊時焊絲與焊管的角度。焊管對接橫焊時,焊絲與焊管的軸線成下傾斜10°～20°與圓周切線成70°～80°;焊管對接全位置焊時,焊絲與焊管的軸線成90°與圓周切線成60°～80°。 3. 3 打底焊焊縫接頭 打底焊時,應盡量減少接頭,若需要接頭時,用砂輪把弧坑部位打磨成緩坡形。打磨時要注意不要破壞坡口的邊緣,造成焊管的間隙局部變寬,給打底焊帶來困難。接頭時,干伸長的頂端對準緩緩焊接,當電弧燃燒到緩坡的最薄的位置時,正常擺動。CO2 氣體保護焊的焊接接頭方式與手工電弧焊的接頭完全不一樣。手工焊焊接接頭時,當電弧燒到熔孔處時,壓低電弧,稍作停頓才能接上;而CO2 氣體保護焊只需正常的焊接,用它的熔深就可以把接頭接上。 3. 4 打底焊 打底焊是焊管焊接接頭質(zhì)量的關鍵,注意熔接時接頭的方法,才能避免焊接缺陷的產(chǎn)生。焊接電流應依據(jù)坡口角度的大小作適當?shù)恼{(diào)整,坡口角度大時散熱面積小,電流應調(diào)小一些,否則容易造成塌陷和反面咬邊等缺陷。 打底焊時選用短齒形擺動,由于短齒形的間距沒有掌握好,焊絲在裝配間隙中間穿出,如果在整條焊縫中有少量的焊絲穿出,是允許的;如果穿出的焊絲很多,則是不允許的。為了防止焊絲向外穿出,打底焊時,焊槍要握平穩(wěn),可以用兩手同時把握焊槍,右手握住焊槍后部,食指按住啟動開關,左手握住焊把鵝頸部分就可以了。這樣就能減少穿絲或不穿絲,保證打底焊的順利進行和打底焊的內(nèi)部質(zhì)量。 要注意的是,在打底焊前應對焊接規(guī)范進行檢查,避免在施焊的過程中出現(xiàn)問題,檢查導電阻的內(nèi)徑是否合適,注意噴嘴內(nèi)部的飛濺物是否堵塞噴嘴。 ?；』虼虻缀附Y(jié)束時,焊槍不要馬上離開弧坑,以防止產(chǎn)生縮孔及氣孔。 4 焊縫質(zhì)量 4. 1 焊縫外觀 焊管的單面焊縫外觀成形良好,平滑整齊,熔寬和加強高符合雙面焊尺寸公差要求,焊接缺陷明顯少于手工電弧焊單面焊雙面成形。 4. 2 焊縫內(nèi)部 焊縫內(nèi)部質(zhì)量經(jīng)X射線探傷檢驗表明,一級片合格率明顯高于手工電弧焊單面焊雙面成形。 4. 3 力學性能 壁厚為6 mm,直徑為325 mm的焊管對接焊時,手工電弧焊與CO2 氣體保護焊焊接接頭性能對比,見表2。 試驗結(jié)果表明: E5015 手工電弧焊與H08Mn2 Si、CO2 氣體保護焊單面焊雙面成形焊接接頭的性能相近,手工電弧焊焊接接頭性能略高于CO2 氣體保護焊焊接接頭的性能,其原因是E5015焊條的強度比國家標準規(guī)定的強度要高。 4. 4 接頭組織對比 E5015手工電弧焊與H08Mn2 Si、CO2 氣體保護焊焊接接頭組織對比見表3。 兩種焊接方法的金相組織基本相同,主要都是鐵素體+珠光體。 5 結(jié) 語 CO2 氣體保護焊單面焊雙面成形焊接質(zhì)量可靠,它與手工電弧焊相比具有操作簡單、熔池容易控制、背面成形優(yōu)良;焊接質(zhì)量好、焊接速度快、焊縫內(nèi)部質(zhì)量容易達到探傷的質(zhì)量要求、操作方法比較容易掌握、成本低、效率高等特點,在生產(chǎn)中取得了良好的效果。
CO2的焊接是一種高效率，低成本的焊接方法，這種焊接方法在工業(yè)界有著極為廣泛的應用。工業(yè)化國家CO2焊接占據(jù)了整個焊接生產(chǎn)的主導地位，1988年日本焊接總量的71%即是由CO2焊接完成的。我國的CO2焊接的應用僅占10%左右，使用量上呈上升趨勢，一方面是CO2焊接應用范圍逐步擴大，另一方面卻是人們總體上還缺乏對CO2焊接全面、細致的了解，這體現(xiàn)在工藝、設備等個方面。這樣的結(jié)果就是極大地限制了CO2焊接工藝的應用普及。本文正是在這一背景下，對CO2焊接的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢從技術(shù)的角度加以概述，而關于CO2焊接設備配套、材料供應等問題則不予涉及。
3、從材料角度解決CO2焊接飛濺問題
CO2氣焊槍咀防堵膏 產(chǎn)品用途： 廣泛用于氣體保護焊和氣割場所，是防止焊接過程中產(chǎn)生的飛濺物堵塞焊槍噴管和導電咀的焊接專用制劑。 本品可有效防止CO2及多氣體保護焊、自動焊、一般氣割咀因聚渣而形成的堵塞。一次涂抹可連續(xù)工作數(shù)小時，可極大提高工效，延長焊嘴（割咀）及保護套的使用壽命，減低生產(chǎn)成本。
外 觀： 黃綠色或蘭色膏狀制劑，淡香味，無腐蝕性，對人體和環(huán)境無毒、無污染。 使用范圍： 二氧化碳氣體保護焊、其他氣體保護焊以及氣割等場所。 使用方法及性能： 待焊咀預熱后將其浸蘸于本品中，使之形成均勻的高溫保護膜即可。每蘸一次，可連續(xù)作業(yè)四小時以上，提高了噴管和導電咀的使用壽命。并對焊縫中的氣孔和夾雜有明顯改善。 特 點： 膏狀/無毒/不然/安全/方便阻止焊渣積聚在焊槍口或接觸點上。提高工作效率。
改善細絲CO2氣體保護焊接引弧性能的一種方法 謝亞斌1，景德善2 (1.山西省工業(yè)設備安裝公司，山西太原030012；2.臨汾地區(qū)建筑工程總公司，山西臨汾041000)
CO2焊短路信號的檢測 摘要：根據(jù)CO2氣體保護焊短路過渡的特點，利用電壓比較器、微分電路、數(shù)字電子線路，設計了短路檢測電路和短路液橋縮頸檢測電路。對所設計的電路成功地進行了仿真和實際焊接試驗驗證。 河南科技大學材料科學與工程學院，河南洛陽471003
河南科技大學電子信息工程學院，河南洛陽471003
關鍵詞：短路檢測；縮頸檢測；電子電路 一、前言 Co2氣體保護焊是一種易于實現(xiàn)自動化的焊接方法，具有高效、節(jié)能、抗銹、低氫、低成本以及可全位置焊接等優(yōu)點,因此在中、薄板和全位置焊接中得到了廣泛的應用。短路過渡是Co2氣體保護焊中采用的最重要的熔滴過渡形式，易于實現(xiàn)全位置焊接，但普遍存在飛濺大和成形不好2個問題。飛濺大惡化工作環(huán)境，焊絲消耗量增大，而且增加了清理的工作量，降低了工作效率。隨著焊機自動化程度的不斷提高，對焊接電源的改進提出了更高的要求。 近年來，對Co2焊短路過渡過程的控制也越來越趨于電子化控制，在此基礎上發(fā)展了多種控制方法，如能量控制和波形控制等，這些控制方法都要求準確檢測出短路初期和短路末期。文獻[1]指出：檢測到短路信號后，減小焊接電流至10A并維持0.75ms，用微分信號檢測到液橋縮頸信號后，在5us內(nèi)將電流降至50A。目前，通過在短路初期和液橋縮頸即將爆斷時減小焊接電源的輸出電流來控制飛濺已成為一種共識。 二、Co2焊短路過渡過程電弧電壓波形 在Co2焊中，焊絲端部熔化形成熔滴，熔滴長大與熔池發(fā)生短路接觸后，成為連接焊絲與熔池的金屬液橋。液橋主要受到表面張力和電流產(chǎn)生的電磁收縮力的作用，在此作用下，液橋金屬出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，發(fā)生收縮、破斷并向熔池過渡，這一過程稱為短路過渡過程。典型的表面張力過渡的電壓波形如1圖所示，整個過渡過程分為短路前期(t0-t1)、短路中期(t1-t2)、短路后期(t2附近)、表面張力過渡區(qū)(t2-t3)、燃弧前期(t4-t5)、燃弧中期(t4-t5)、燃弧后期(t5-t6)、基值電流區(qū)(t6-t7)。
實驗中采用ZP7逆變焊機，焊接電壓23V，焊接電流200A，焊絲H08Mn2SiA。圖2是試驗中測得的焊接波形。在第一個短路過渡周期中,t0時刻（約2ms處）為正常熔滴短路時刻，這時電壓由23V陡降至5V左右;t2時刻(約%3.2ms 處）為小橋縮頸即將爆斷時刻，從短路開始到這一時刻，電壓首先基本保持在3V左右，大約在2.5ms處電壓迅速上升至6V后，電壓有一個很短的下降過程。短路結(jié)束t3時刻(約4ms處），此時電壓由短路時的6V左右猛然上升到25V以上。小橋的縮頸和爆斷是兩個完全不同的物理現(xiàn)象，盡管兩者之間有聯(lián)系，時間上也非常接近，但必須把它們區(qū)分開，因為當液體小橋爆斷、電弧再引燃時，電弧電壓才出現(xiàn)陡升，此時刻對于判斷液體小橋是否產(chǎn)生縮頸已無意義，但對于熔滴過渡是否結(jié)束的判斷還是十分有效的。該研究檢測的是短路前期的熔滴短路t0時刻和小橋縮頸即將爆斷t2時刻以及短路結(jié)束的t3時刻。
三、Co2的檢測和引弧短路區(qū)分 焊接電壓輸入到短路檢測電路后，檢測電路要及時檢測熔滴與熔池的接觸時刻。通常有2種情況存在：一是熔滴短路，它是焊接完全正常時電壓由25V左右陡降到5V左右；二是在焊接剛開始或者在焊接過程中斷弧以后再引弧時才有的，此時電壓由65V 左右陡降至5左右，此時如果降低焊接輸出電流，會導致熄弧。 在實際焊接實驗時，難以抓到空載、燃弧、短路同時存在的情況，因此在此采用ORCAD9.1 進行了仿真，如圖3所示。
圖中第一個周期2-3MS期間是空載階段，電壓在65v左右；3-8ms為短路階段，此為引弧短路；8-15是燃弧階段。第二個周期中15-18ms為正常熔滴短路階段。針對短路過渡的特點，設計的電路必須滿足以下要求：a.正確區(qū)分引弧短路和熔滴短路；b. 發(fā)出的信號應是單片機能夠接受的數(shù)字信號；c. 具有一定的抗干擾能力。 短路前期熔滴短路的檢測電路如圖4所示。輸入信號經(jīng)過穩(wěn)壓管限幅，為使集成比較器能正常工作同時不影響波形檢測，將空載電壓值限制在28V內(nèi)。限幅后的電壓信號輸入窗口比較器(由2個LM324比較器A1和A2組成），比較器的輸出為檢測電路的輸入。因短路電壓一般不超過10V，燃弧電壓在17-25V之間，而空載電壓超過30V，設計比較器的兩個給定電壓值U1和U2分別為12V和25V。當被比較的信號Uin位于門限電壓之間時(U1<Uin<U2，焊機正常焊接)，輸出為高電位；當Uin不在門限電位范圍之間時(Uin>U2或Uin<U1焊機開路、短路），輸出為低電位。
從圖5中可知，15.2ms處的下降沿為熔滴短路to時刻的檢測信號。圖4 n>中在3ms處的電壓波形為引弧短路過程的模擬。由于短路前后弧焊電壓分別為65V、5V，所以弧焊電壓從50V過渡到5v的過程中處于25-12V之間的時間很短，造成檢測電路的輸出脈沖很窄，因此很容易去掉此尖峰脈沖，實現(xiàn)對引弧短路的區(qū)分。該研究選擇用軟件濾掉這一干擾脈沖：檢測到上升沿后，若高電平持續(xù)1ms以上檢測到的下降沿為t0時刻檢測信號，否則為短路引弧過程。
該電路能夠準確檢測到t0時刻(輸出波形的下降沿15.2ms處），同時將熔滴短路與引弧短路明顯區(qū)分開來，具有很強的抗干擾能力，完全可以在實際焊機中使用。 四、小橋縮頸即將爆斷t2時刻和短路結(jié)束t3時刻的檢測 經(jīng)過大量的試驗研究表明：在液體小橋縮頸即將爆斷時，除電弧電壓的一階微分、二階微分信號品質(zhì)較好外，其余信號均因品質(zhì)一般或太差而無法利用。采用一階微分和二階微分聯(lián)合的檢測電路原理圖如圖6所示。
由于短路電壓一般都小于10V而燃弧電壓一般在17-25V 之間，為去除干擾保證電路正常工作，首先用穩(wěn)壓管VS1把輸入信號Uin限制在12V以內(nèi)，然后經(jīng)微分放大器A1捕捉輸入信號的下降跳變，經(jīng)比較器處理后送給光電耦合CLC6隔離得到輸出Uout2。輸入信號的一階微分信號（A1輸出）經(jīng)A2二階微分，把縮頸處的下降跳變信號放大，經(jīng)過比較器A3進行比較及光耦輸出形成輸出信號Uout2。 圖7為實際焊接實測波形。通過綜合觀察檢測電路的輸出Uout1、Uout2可以看出熔滴過渡過程中的不同關鍵時刻。Uout1的第一個下降沿是短路的開始時刻t0；Uout2上升沿為短路結(jié)束時刻t3；當波形3處于低電平時，延時200us后查詢波形2的狀態(tài)，查到的下降沿為小橋縮頸即將爆斷時刻t2。
另外，由于短路時間小于1.5ms時，焊接電弧并沒有明顯的縮頸過程，在這種情況下，若發(fā)出縮頸控制信號使電源輸出電流減小，則可能造成斷弧。該電路對輸入電壓的下降跳變很敏感，但對短時短路不會檢測到縮頸信號即!Uout1不會輸出第二個下降沿。如圖8波形2所示，在第三個短路過渡周期中無縮頸信號產(chǎn)生（波形2只有一個下降沿）。因此該電路具有較強的抗干擾能力。 五、結(jié)論 短路檢測電路利用焊接輸出電壓的變化確定熔滴短路的狀態(tài)和時刻，該研究所采用的電路可準確檢測短路前期熔滴短路t0時刻、小橋縮頸即將爆斷t2時刻和短路結(jié)束t3時刻，并具有較強的抗干擾能力，為研制波形控制逆變式Co2焊機奠定基礎。 CO2焊絲中所含合金元素對焊接性能的影響 (1) CO2氣體保護焊鍍銅焊絲是一種高效、節(jié)能、節(jié)材的焊接材料，焊鋒成型美觀，適用于低碳鋼和低合金鋼的焊接。執(zhí)行標準為＜GB/T8110-1995＞，其型號為H08Mn2SiA、H04Mn2SiTiA、H04Mn2SiAlTiA等。CO2焊絲，其含碳量都較低，大多都在0.1%以下，同時含有Si、Mn、S、P、Cr、AI、Ti、Mo、V等合金元素。這些合金元素對焊接性能有何影響，下面分別說明；
硅（Si）元素對焊接性有何影響？
硅是焊絲中最常用的脫氧元素，它可以防止鐵與氧化合，并可在熔池中還原FeO。但是單獨用硅脫氧，生成的SiO2熔點高（約1710℃），且生成物的顆粒小，難以從熔池中浮出，易造成焊縫金屬夾渣。
錳（Mn）元素對焊接性有何影響？
錳的作用與硅相似，但脫氧能力比硅稍差一些。單獨用錳脫氧，生成的MnO密度較大（15．11g／cm3），也不易從溶池中浮出。在焊絲中含錳，除了脫氧作用外，還能和硫化合生成了硫化錳（MnS），并被除去（脫硫），故可降低由硫引起的熱裂紋的傾向。
CO2氣體保護焊焊接工藝設計及在工程機械中的應用 湖南衡陽財經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院(421008) 邱葭菲 邱葭菲湖南重型汽車配件廠(421000) 王立 【摘要】通過對CO2 氣保焊、富氬氣保焊、焊條電弧焊3 種焊接方法進行焊接接頭試驗和對比分析, 以及在工程機械中的應用, 證明了CO2 氣保焊具有成本低, 效率高, 焊接質(zhì)量好等優(yōu)點。 介紹了CO2 氣保焊焊接操作技術(shù)及需注意的一些問題, 對CO2 氣保焊焊接工藝設計及其應用具有一定的指導作用?！ ? 關鍵詞: CO2 氣保焊；焊接工藝；工程機械 某制造廠為一大型工程機械公司生產(chǎn)100多米高的塔式起重機等工程機械部件,這些部件均為焊接件, 焊接工作量大, 焊接質(zhì)量要求較高,技術(shù)難度較大。原采用焊條電弧焊, 焊接變形大且難以控制,生產(chǎn)率低?！ ? 通過對CO2 氣保焊、富氬氣保焊及焊條電弧焊進行對比工藝試驗及評定, 決定除對個別有外觀要求的焊縫采用富氬氣體保護焊外, 其余均采用CO2氣保焊。生產(chǎn)實踐證明, 這樣既保證了焊接質(zhì)量, 又提高了勞動生產(chǎn)率, 降低了成本, 取得了較好的經(jīng)濟效益。 1 焊接接頭情況及焊縫技術(shù)要求 1) 焊接接頭形式有對接接頭、角接接頭、T形接頭及搭接接頭, 其中絕大部分是T形接頭?！ ? 2) 焊縫形式有對接焊縫及角焊縫, 大部分為角焊縫, 由于板厚不同, 焊腳分別為6mm , 8 mm , 10mm , 12 mm , 15 mm 不等?！ ? 3) 母材主要為碳素結(jié)構(gòu)鋼板Q 2352A , 規(guī)格有6 mm , 8 mm , 10 mm , 12 mm , 20 mm , 25 mm 等幾種?！ ? 4) 焊縫外觀要求 焊縫及熱影響區(qū)表面不得有裂紋、氣孔、夾渣、未熔合等缺陷。焊縫形狀尺寸符合圖樣要求, 焊縫與母材平滑過渡。部分焊縫要求超聲波探傷合格。 2 焊接試驗 參照JB4708- 2000《壓力容器焊接工藝評定》,進行CO2氣保焊、富氬氣保焊、焊條電弧焊對接接頭力學性能試驗, T 形接頭角焊縫試驗及CO2氣保焊、富氬氣保焊飛濺成形工藝性能, 進行對比分析?！ ? 2.1 對接接頭力學性能試驗 1) 試驗材料 Q235-A , 300 mm ×125 mm ×10mm , 2 塊； 焊條電弧焊開60V 形坡口, CO2氣保焊、富氬氣保焊開45V 形坡口, 單面焊雙面成形?！ ? 2) 焊接方法及焊接材料 焊條電弧焊, E4303,φ3.2 mm , φ4 mm； CO2 氣保焊、富氬氣保焊焊絲ER50-6, 5 φL2； 富氬氣: 80%A r+ 20%CO2?！ ? 3) 檢驗內(nèi)容 外觀檢查, RT 檢驗, 力學性能試驗(拉力試驗、彎曲試驗)。 2.2 T形接頭角焊縫試驗 1) 材料 Q235-A , 300 mm × 125 mm × 10mm , 2 塊, 不開坡口, 單道焊。 2) 焊接方法及焊接材料 焊條電弧焊, 焊條E4303, φ3.2 mm； CO2 氣保焊、富氬氣保焊, 焊絲ER 50-6, φL2 mm； 富氬氣: 80%A r+ 20%CO2?！ ? 3) 檢驗內(nèi)容 外觀檢查, 切取5 個截面進行金相宏觀檢查。要求斷面無裂紋, 無未焊透, 無未熔合缺陷?！ ? 2. 3 T 形接頭角焊縫成形、飛濺試驗試驗條件同2. 2, 通過對比試驗對CO2 氣保焊、富氬氣保焊進行外觀成形及飛濺大小進行評定。 3 焊接試驗結(jié)果分析 1) 從對接接頭焊縫力學性能試驗可知, 3 種焊接方法的焊接接頭外觀檢查符合要求, RT 檢驗均高于Ê 級合格, 焊接接頭的抗拉強度以富氬氣保焊最高, CO2 氣保焊次之, 焊條電弧焊最低, 這是因為富氬氣保焊氧化性較少, 合金元素燒損較少所致, 但它們均高于母材規(guī)定的最小值。按規(guī)定的彎曲角, 每個試件面彎、背彎各2 個, 彎曲試驗合格。這說明3種焊接方法及焊接工藝的焊接接頭力學性能試驗合格。但富氬氣保焊、CO2 氣保焊坡口角度較少, 鈍邊較大, 比焊條電弧焊生產(chǎn)率高, 節(jié)省材料, 成本低, 焊接變形少。這是因為氣體保護焊焊絲較細, 電流密度大, 熔深大, 電弧穿透力強, 易焊透所致?！ ? 2) 從T 形接頭角焊縫試驗可知, 3 種焊接方法的熔深大小分別為: 富氬氣保焊熔深略大于CO2 氣保焊, 大于焊條電弧焊, 每個試件的5 個斷面根部均未出現(xiàn)裂紋、未熔合、未焊透缺陷, 宏觀金相檢驗合格?！ ? 3) 從T 形接頭角焊縫飛濺、成形試驗可知, 富氬氣保焊的飛濺較小, 最大飛濺顆粒直徑大小為φ1. 5 mm～ φ2 mm, CO2 氣保焊飛濺稍大, 最大飛濺顆粒直徑為φ3 mm～ φ4 mm；富氬氣保焊焊縫表面較CO2焊波紋細密, 成形美觀?！? 綜上所述: 3 種焊接方法及焊接工藝均能滿足力學性能要求及宏觀金相要求。但CO2氣保焊、富氬氣保焊, 焊絲較細, 電流密度大, 熱量集中, 電弧穿透力強, 熔深大, 可以減少坡口角度, 增加鈍邊厚度,節(jié)省材料, 提高勞動生率, 降低焊接應力與變形。富氬氣保焊較CO2 氣保焊成形美觀, 飛濺小, 但成本較高。所以除了對極小數(shù)外觀要求較高的焊縫采用富氬氣保焊外, 其余均采用CO2 氣保焊。 4 焊接工藝 4. 1 焊前準備 1) 清除待焊部位及兩側(cè)10～ 20 mm 范圍內(nèi)的油污、銹跡等污物, 并在焊件表面涂上一層飛濺防粘劑, 在噴嘴上涂一層噴嘴防堵劑?！ ? 2) 將CO2 氣瓶倒置1～ 2h, 使水分下沉, 每隔0.5h 放水1 次, 放2～ 3 次?！ ? 3) 根據(jù)焊接工藝試驗編制焊接工藝。焊絲ER 5026, φ1. 0 mm , φL 2 mm , 焊機KRII350?！ ? 4) 采用左焊法。 4. 2 焊接操作工藝 4. 2. 1 對接焊縫操作工藝 1) 由于CO 2 氣保焊熔深大, 在板厚小于12mm時均可用工形坡口(不開坡口) 雙面單道焊接。對于開坡口的對接接頭, 若坡口較窄, 可多層單道焊; 若坡口較寬, 可采用多層多道焊?！ ? 2) 焊接過程中, 焊槍橫向擺動時, 要保證兩側(cè)坡口有一定熔深, 使焊道平整, 有一定下凹, 避免中間凸起, 這樣會使焊縫兩側(cè)與坡口面之間形成夾角,產(chǎn)生未焊透、夾渣等缺陷?！ ? 3) 要控制每層焊道厚度, 使蓋面焊道的前一層焊道低于母材1. 5～ 2. 5 mm , 并一定不能熔化坡口兩側(cè)棱邊, 這樣蓋面時可看清坡口, 為蓋面創(chuàng)造良好條件?！ ? 4) 蓋面焊焊接時, 焊前應將前一層凸起不平的地方磨平, 焊槍擺動的幅度比填充層要大一些, 擺動時幅度應一致, 速度要均勻, 要特別注意坡口兩側(cè)熔化情況, 保證熔池邊緣超過坡口兩側(cè)棱邊, 并不大于2 mm , 以避免咬邊?！ ? 5) 若每層用多道焊時, 焊絲應指向焊道與坡口、焊道與焊道的角平分線位置, 并且焊道彼此重疊不小于焊道寬度的1ö 3?！ ? 4. 2. 2 角焊縫操作工藝 1) 角焊縫焊接時, 易產(chǎn)生咬邊、未焊透、焊縫下垂等缺陷, 所以應控制焊絲的角度。等厚板焊接時,焊絲與水平板的夾角為40°～ 50°。不等厚板時, 焊絲的傾角應使電弧偏向厚板, 板厚越厚, 焊絲與其夾角越大。 2) 對于焊腳為6～ 8 mm 的角焊縫, 采用單層單道焊, 焊槍指向(焊絲) 距根部1～ 2 mm 處。對于焊腳為6 mm 的焊縫, 采用直線移動法焊接, 對于焊腳為8 mm 的焊縫, 焊槍應作橫向擺動, 可采用斜圓圈形運絲法焊接?！ ? 3) 對于焊腳為10～ 12 mm 的角焊縫, 由于焊腳較大, 應采用多層焊, 焊2 層。焊接時第1 層操作與單層焊相同, 焊槍與垂直板夾角減少并指向距根部2～ 3 mm 處, 這時, 電流比平常時稍大, 目的是為了獲得不等焊腳的焊道; 焊接第2 層時, 電流比第1層稍少, 焊槍應指向第1 層焊道的凹陷處, 直至達到所需的焊腳?！ ? 4) 對于焊腳為15 mm 的角焊縫應采用多層多道焊, 即焊接3 層。需要注意的是: 操作時, 每道的焊腳大小應控制在6～ 7 mm 左右, 否則, 焊腳過大, 易使熔敷金屬下垂, 在水平板上產(chǎn)生焊瘤, 在立板上產(chǎn)生咬邊。焊槍角度及指向應保證最后得到等腳和光滑均勻的焊縫。 5 焊接工藝中需注意的問題 在生產(chǎn)中我們發(fā)現(xiàn)有不少人, 不僅是焊工、檢驗員, 甚至還有焊接技術(shù)員混淆了焊腳與焊腳尺寸及焊縫厚度3者之間的關系。焊工把焊腳誤認為焊腳尺寸, 檢驗員把焊縫厚度當焊腳來測量檢驗, 使得實際焊腳超過設計要求的尺寸, 在質(zhì)量記錄中又把其當成焊腳尺寸加以記錄。還有的技術(shù)人員在焊接工藝文件中要求焊腳尺寸為多少等, 這些都是錯誤的?！ ? 實際上, 焊腳是指角焊縫的橫截面中, 從一個直角面上的焊趾到另一個直角面表面的最小距離, 焊腳尺寸為在角焊縫橫截面中畫出的最大等腰直角三角形中直角邊的長度, 而焊縫厚度則是在焊縫橫截面中,從焊縫正面到焊縫背面的距離。因此, 工藝文件上、焊縫符號中要求的角焊縫外形尺寸是焊腳而不是焊腳尺寸, 更不是焊縫厚度。 6 結(jié)語 1) 經(jīng)過試驗及生產(chǎn)實踐證明, CO2 氣保焊焊接頭的力學性能、宏觀金相檢驗均符合要求, 而且CO2氣保焊較焊條電弧焊坡口角度較小, 鈍邊較大, 焊接熱影響區(qū)較窄, 節(jié)省了材料和能源, 提高了勞動生產(chǎn)率, 提高了焊接質(zhì)量, 應大力推廣使用?！ ? 2) 富氬混合氣體保護焊較CO2 氣保焊焊波細密, 焊道平滑, 成形美觀, 飛濺小, 熔深較大, 但成本相對較高, 故適宜用于焊縫外觀要求較高的焊縫。富氬氣保焊操作工藝與CO2 氣保焊操作工藝相似?！ ? 3) 分清焊腳、焊腳尺寸及焊縫厚度之間的關系, 且應注意工藝文件上要求的和焊縫符號中標注的是焊腳而非焊腳尺寸、焊縫厚度。 < div>
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1、co2氣體保護焊由于熔池小、熱影響區(qū)窄，因此焊后工件變形小，焊縫質(zhì)量好。 
