张敬华 尤铁城
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摘要：正确选择焊接工艺参数是获得高生产率和高质量焊缝的先决条件，各种工艺参数的选择是以生产率要求、被焊材料、焊缝位置和形状，以及设备情况为基础的。CO2气体保护焊通常采用短路过渡及细颗粒过渡工艺，工艺参数主要包括：焊丝直径、焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度、直流回路电感值、气体流量、电源极性、焊接角度及焊接方向等。
关键词：工艺参数；焊接质量；焊接电流；电弧电压
前言
二氧化碳气体保护焊属于利用CO2作保护气体的熔化极气体保护焊，是以燃烧于工件与焊丝间的电弧作热源的一种焊接方法，简称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脱氧元素的专用CO2焊丝进行焊接。二氧化碳气体保护焊是目前焊接钢铁材料的重要熔焊方法，在许多金属结构的生产中已逐渐取代了手工电弧焊和埋弧自动焊。特别是药芯焊丝CO2气体保护焊近年来发展速度很快，越来越多的在生产中应用。CO2气体保护焊主要用于焊接低碳钢及低合金钢。此外，还用于耐磨零件的堆焊、铸钢件的补焊以及电铆焊等方面。
1 CO2气体保护焊的工艺特点
1.1 CO2气体保护焊的优点
1.1.1焊接成本低CO2气体及CO2焊焊丝价格便宜，焊接能耗低；因此，二氧化碳气体保护焊的使用成本很低，只有埋弧焊及手工电弧焊的30％～50％。
1.1.2焊缝质量好CO2气体保护焊抗锈能力强，对油污不敏感，焊缝含氢量低，抗裂性能好。
1.1.3生产效率高CO2气体保护焊采用细丝焊接时，焊接电流密度较大，电弧热量集中，熔透能力强，熔敷速度快，且焊后无需进行清渣处理，因此生产效率高；半自动CO2气体保护焊的效率比手工电弧焊高1～2倍，自动CO2气体保护焊比手工电弧焊高2～5倍。
1.1.4适用范围广适用于各种位置的焊接，而且既可用于薄板的焊接又可用于厚板的焊接；CO2气流还能对焊件起一定的冷却作用，在一定程度上防止了焊接薄壁构件的烧穿问题，还能减小焊接变形。
1.1.5便于实现自动化CO2气体保护焊是明弧操作，便于监视及控制，焊前对焊件的清理工作可从简，有利于实现焊接过程机械化及自动化。
1.2 CO2气体保护焊的缺点
1.2.1焊缝成型比较粗糙，飞溅较大，特别是工艺参数匹配不当时，飞溅就更严重；
1.2.2不能焊接易氧化的金属材料，且不适于在有风的地方施焊；
1.2.3劳动条件较差，CO2气体保护焊弧光强度及紫外线强度分别为手工电弧焊的2～3倍和20～40倍，电弧的辐射较强，而且操作环境中CO2的含量较大，对工人的健康不利。故应特别重视对操作人员的劳动保护。
2 CO2气体保护焊工艺参数对质量的影响
2.1焊丝直径焊丝直径的选择以焊件厚度、焊接位置及生产率要求为依据。短路过渡CO2焊一般采用细丝，以提高过渡频率，稳定焊接电弧，通常采用的焊丝直径有0.8mm、1.2mm及1.6mm三种。细颗粒过渡CO2气体保护焊采用的焊丝直径一般大于1.2mm，通常采用的焊丝直径有1.6mm、2.0mm、3.0mm和4.0mm四种。
对于厚度1～4mm的钢板，进行全位置焊接时需采用的焊丝直径为0.5～1.2mm;当板厚大于4mm时，需要采用直径不小于1.6mm的焊丝，此时如果需要进行短路过渡时，一般采用直径1.6mm的焊丝，可以进行全位置焊接，直径大于2mm的焊丝只能采用长弧进行焊接。直径不小于1.6mm的焊丝适用于焊接中、厚板，焊接电流的调节范围很宽，提高焊接电流可以获得较高的焊接生产率。
2.2 焊接电流在保证母材焊透又不致烧穿的原则下，焊接电流应根据工件的厚度、坡口形式、焊丝直径以及所需要的电流范围很宽，焊丝直径不同时，这个范围也不同。立焊、仰焊时，以及对接接头横焊焊缝表面焊道的施焊，当所用焊丝直径≧1.0mm时，应选用较小的焊接电流。
当焊接电流大于250A时，不论采用哪种直径的焊丝，当焊接过程稳定时，都难以实现短路过渡焊接。一般都把工艺参数调节为颗粒状过渡范围，用来焊接中厚板。在焊接参数合理和稳定的情况下，飞溅不大，焊缝成形好，但表面质量不如埋弧焊。
焊接电流对焊缝的形状尺寸有较大的影响，当焊接电流增加时，熔深相应增加，熔宽略有增加。焊接电流增加将加大焊道的尺寸和提高熔敷率。
2.3 电弧电压电弧电压是指由导电嘴到工件之间两点的电压，是个很重要的工艺参数，直接影响到焊接过程的稳定，对焊缝的成形、飞溅、焊接缺陷、短路频率及焊缝的力学性能有很大的影响。
对于短路过渡CO2焊来说，电弧电压是最重要的焊接参数，因为它直接决定了熔滴过渡的稳定性及飞溅大小，进而影响焊缝成形及焊接接头的质量。
电弧电压必须与焊接电流合理匹配，当焊丝直径一定时，随着焊接电流的增大，电弧电压也随之提高。因为当熔化速度提高时，从焊丝向工件过渡熔滴所需要的发射力也需要增高。电弧电压对焊缝的形状尺寸有较大影响，提高电弧电压，可以显著增大焊缝宽度，熔深和余高有所减小。
2.4 焊接速度提高CO2保护焊的生产率主要是通过提高焊接电流达到的。焊丝的熔化速度是焊接生产率的重要标志，焊接速度要与焊接电流适当匹配才能得到良好的焊缝成形。焊接速度对焊缝的形状尺寸有一定影响，随着焊接速度的增大，熔宽降低，熔深和余高有一定减小。当焊接速度过快时，使气体保护作用受到破坏，焊缝的冷却速度加快，使成形不好，降低焊缝的塑性，甚至产生咬边、未熔合、未焊透等缺陷。如果焊接速度过慢，不但直接影响了生产率，而且还可能导致烧穿、焊接变形或焊缝组织粗大等缺陷。
2.5 焊接直流回路电感回路电感主要是控制短路电流上升速度及短路电流峰值。短路过渡CO2焊要求具有合适的短路电流上升速度，从而将缩径小桥控制在焊丝与熔滴之间，以保证爆破力将大部分熔滴金属过渡到熔池中，同时还要求具有合适的短路电流峰值，以使爆破能量适中，不至于产生很大的细颗粒飞溅。不同的焊丝直径要求不同的短路电流上升速度，焊丝越细，熔化速度越大，短路过渡频率越大，要求的短路电流上升速度就较大。
2.6 焊丝伸出长度焊丝伸出长度是指焊丝从导电嘴伸出到工件的距离。通常CO2焊机是等速送进式的，焊接电流取决于焊丝的送进速度。在一定的送丝速度下，随着电弧电压的变化，焊接电流基本保持不变或仅有少许变化。
焊丝伸出长度与焊丝直径、焊接电流及焊接电压有关，焊接过程中，导电嘴到母材间的距离一般为焊丝直径的10～15倍。
2.7 气体流量CO2气体的流量主要是对保护性能有影响，CO2保护气流要有一定的挺度，免受空气的污染和破坏。保护气体的流量一般根据电流的大小、焊接速度、焊丝伸出长度等来选择。焊接电流越大，焊接速度越高。在室外焊接以及仰焊时，气体流量也应适当加大。但也不能太大，以免产生紊流，使空气卷入焊接区，降低保护效果。
CO2气体的流量太大时，气体冲击熔池，冷却作用加强，并且保护气流紊乱而破坏了保护作用，使焊缝容易产生气孔。同时氧化性增加，飞溅增加，焊缝表面也不光泽。CO2气体的流量太小时，气体挺度不够，降低了对熔池的保护作用，而且容易产生气孔等缺陷。不同的接头形式要求有不同的气体流量。当焊接电流大时，焊接速度快时，焊丝伸出长度较长以及在室外作业等情况下，气体流量要加大。
2.8 极性和焊丝位置CO2气体保护焊由于熔滴具有非轴向过渡的特点，为了减少飞溅，一般都采用直流反极性焊接，
即工件接负极，焊枪接正极。
CO2气体保护焊采用正极性时，因为焊丝是负极，负极的热量大，所以在相同的电流值时，正极性的焊丝熔化快，其熔化速度约为反极性的1.6倍。而这时工件为正极，热量较小，因此熔深浅、堆高较大。根据这一特点，在堆焊和焊补铸铁时，正极性比较适用。此外，在进行大电流和高速CO2气体保护焊时多采用正极性焊接。
CO2气体保护焊一般采用左焊法，而右焊法也有其优点，在某些情况下具有良好的工艺性能。左焊法时焊枪的后倾角度保持为10°～20°，倾角过大时，焊缝宽度增大而熔深变浅，而且还易产生大量的飞溅。右焊法时焊枪前倾10°～20°，过大时余高增大，易产生咬边。
3 结论
焊接工艺参数的正确选择，首先根据板厚、接头形式和焊缝的空间位置等，选定焊丝的直径和焊接电流，同时考虑熔滴过渡形式。这些参数确定之后，再选择和确定其他工艺参数，如电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量和电感值等。为保证焊缝质量外观成型和内部质量优良可靠，外美内实，最佳的焊接工艺参数应满足以下几个条件：
1.焊接过程稳定，飞溅最小；
2.焊缝外形美观，没有烧穿、咬边、气孔和裂纹等缺陷；
3.对两面焊接的焊缝，应保证一定的熔深，使之焊透。
4.在保证上述要求的条件下，应具有最高的生产率。
参考文献：
[1]现代焊接技术手册》。上海：上海科学技术出版社。曾乐主编.1993
[2]《CO2焊接技术的发展趋势》.电焊机，2001,31（8）:7～11;包晔锋，吴毅雄，蔡育新
[3]陈祝年编著.《焊接工程师手册》.北京：机械工业出版社，2002