赵明波1 柳燕2 朱序3
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摘要：CO_2气体保护焊是一种以CO_2气体为保护气体，填充金属丝为电极的熔化极气体保护电弧焊。CO_2气体保护焊具有高效、节能、节材等特点。
关键词：CO_2气体保护焊；中厚板；焊接
在中厚板焊接中，需考虑的主要问题是焊缝的层状撕裂及焊接应力，钢板越厚，焊层中非金属夹杂缺陷越多，焊缝越厚，焊接应力与变形越大。在CO_2气体保护焊使用时，在焊接前应考虑这些问题。本文论述了CO_2气体保护焊在中厚板焊接中的应用。
一、中厚板采用CO_2气体保护焊的焊接工艺
1、定位焊。焊接前应将焊接坡口周围10～20mm范围内的油污、铁锈、氧化皮等污物清理干净。
定位焊是将焊缝位置装配固定在被焊工件上的一种焊点(缝)，为了防止结构变形，保证预定构件尺寸进行的焊接措施，定位焊缝应尽量选择在焊件背面。定位焊缝长度一般为30～50mm，间距为200～400mm。定位焊是厚板施工中最易出现问题的工序。定位焊缝的焊接材料工艺要求应与正式焊缝要求相同。定位焊缝的焊点应避开焊缝的始端与拐角处，弧坑应填满，严禁在焊接区外的母材上引弧、熄弧。定位焊焊缝厚度不应大于焊缝设计厚度的2/3，且不应大于8mm，小于4mm。对于厚板的定位焊，定位前必须按焊接规范进行预热，定位焊的预热温度一般为20～50℃，高于正式焊接，防止定位焊缝裂纹的发生。定位焊应采用较大的电流，以保证定位焊有一定的熔深。
2、引弧板、熄弧板安装。引、熄弧板材质应与母材相同，坡口形式应与待焊接的焊缝坡口，引熄弧板尺寸为：长×宽=80×80mm，焊接时焊缝引出长度必须大于25mm。
3、焊前预热
1)应根据焊接构件板厚度、材料强度和构件拘束条件，选择合适的预热温度。
2)预热温度应根据焊缝金属中扩散氢的含量确定。当扩散氢含量较高时，应适当提高预热温度。当CO_2气体保护焊中气体含水量小于0.005％时，焊缝金属的扩散氢可视为低氢焊条。
3)预热温度应根据接头热传导条件选择。三维热传导条件T型接头，应比二维热传导条件下的对接、角接接头高25～50℃。但T型接头两侧角焊缝同时焊接时，预热温度应根据二维热传导条件确定。
4)预热加热区应在焊接坡口两侧，宽度应大于焊件施焊处厚度的1.5倍，且不小于100mm；预热温度宜在焊件的反面测量，电弧通过前，测温点距焊点不小于75mm；火焰加热预热时，应在停止加热后进行正面测温。
4、焊接参数的选择。最佳焊接参数的选择应达到以下效果：焊接过程稳定，飞溅最小；焊缝外观美观，无焊穿、咬边、气孔、裂纹等缺陷；两侧焊缝应保证一定的熔深，使其焊透；在保证上述要求的前提下，也应有最高的生产率。
焊接参数的确定程序为：首先，根据板厚、接头形式、焊缝空间位置等，选择焊丝直径及焊接电流，并考虑熔滴过渡形式。确定这些参数后，对电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量、电感值等工艺参数进行选择确定。
1)焊丝直径。中厚板焊接一般采用直径不小于1.6mm的焊丝。
2)焊接电流。在保证母材焊透和避免焊穿的原则下，应根据工件厚度、坡口形式、焊丝直径和要求的熔滴过渡形式选择焊接电流。焊接电流应与电弧电压相匹配。通常采用直流反接，具有电弧稳定、飞溅小、熔深大等特点。
焊接电流对焊缝的形状尺寸有很大影响，当其它参数不变时，焊接电流与送丝速度或熔化速度呈非线性变化。
3)电弧电压。电弧电压是指从导电嘴到工件间两点的电压，是一个重要的工艺参数，直接影响焊接过程的稳定性。它对焊缝成形、飞溅、焊接缺陷、短路频率和焊缝力学性能有很大影响。提高电弧电压可显著增加焊缝宽度，减少熔深及余高，应根据焊接电流和焊丝直径选择电弧电压。
4)焊接速度。焊接速度是指电弧沿焊接方向运动的线速度。为了获得良好的焊缝成形，焊接速度应与焊接电流相匹配。焊接速度对焊缝的形状尺寸有一定的影响，随着焊接速度的增加，熔宽降低，熔深和余高有一定减小。当焊接速度过快时，保护气体作用被破坏，焊缝冷却速度加快，焊缝塑性降低，甚至出现咬边、未熔合、未焊透等缺陷。若焊接速度过慢，不仅直接影响生产效率，还可能导致焊穿、焊接变形或焊缝组织粗大等缺陷。焊接速度的选择应根据不同的钢种和冷却条件而定。在其它条件不变的情况下，中等焊接速度的熔深最大。
5)焊接直流回路电感。回路电感主要控制短路电流的上升速度和峰值。在中厚板的焊接中，由于电流较大，射流过渡通常是主要的焊接方法。对直径大于1.6mm的焊丝，应采用较小的短路电流增长速度及较小的短路峰值电流。射流过渡的特点是能产生指状熔深，中厚板焊接时，射流过渡熔深较深，熔敷率高。
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。焊丝伸出长度与焊丝直径、焊接电流和焊接电压有关。焊接时，导电嘴与母材的距离一般应控制在10～20mm。
7)气体流量。CO_2气体流量的变化会影响气体保护效果，为保护气流，要求有一定的挺度，以避免焊接现场的空气污染及扰动，但不宜过大，以免紊流和空气卷入焊接区，从而降低保护效果。当焊丝直径大于1.6mm时，保护气体流量应为15～25L/min。
8)极性和焊丝位置。为了减少飞溅，增加熔深，CO_2气体保护焊一般采用直流反极性焊接，即工件接负极，焊枪接正极。
CO_2气体保护焊一般采用左焊法。在中厚板熔透焊接中，采用左焊法可获得稳定的熔透焊道，当间隙较大时，摆动能在一定程度上覆盖间隙，防止焊穿，可见性好，焊道整齐。
5、焊接作业注意事项。根据焊接件的结构特点，选择合理的焊接顺序；定位焊缝应有足够的强度。如有缺陷，应在补焊前清除缺陷；操作时，焊丝应保持一定的伸出长度，不得忽高忽低；若焊枪需摆动，摆速与摆宽应适当；焊接区风速应控制在1.5m/s以下；填满弧坑，否则易产生火口裂纹；操作中如发现送丝不均匀、导电嘴孔径磨损等影响焊接过程稳定性的情况，应停止焊接，排除故障后方可施焊。
二、气孔问题
气孔类型一般有CO气孔、氢气孔、氮气孔等。CO气孔形成的主要原因是以下反应，即：
Fe0+C=Fe+CO
由于反应强烈，若CO不能及时析出，C0易留在熔池中形成气孔。产生C0气孔的主要原因是焊丝中脱氧元素不足，使更多的FeO溶解在熔池中，与C发生碳还原铁强烈反应，产生C0气孔。因此，焊丝中应含有足够的Si、Mn等脱氧元素，以防止CO气孔。
1、引起气孔的因素。CO_2气体纯度不高，含水量超标；供气系统不严密，使空气混入；当喷嘴堵塞或部分堵塞时，喷嘴内的陶瓷分流环破裂，造成保护气孔从喷嘴喷出时的紊乱；焊件表面有污垢；操作不当造成气孔的因素很多，如喷嘴与工件距离过大；焊枪角度不合适；焊接速度太快等。
2、焊接参数选择不当造成气孔。焊丝伸出长度过长，喷嘴喷出保护气体效果会降低，受外界空气影响易形成气孔。焊丝伸出太短，喷嘴易被大量飞溅物堵塞，保护气体紊乱，形成气孔。焊丝伸出长度一般为焊丝直径的10～15倍。
保护气体流量应有一定挺度，以避免空气的介入及扰动。通常，细丝焊接流量为10～20L/min；粗丝焊接流量为15～25L/min；粗丝大规范自动焊丝，保护气体量可达30～50L/min。此外，当焊接场地风速大于1.5m/s时，应增加保护气体流量或采取必要的防风措施。
焊接时，电弧电压必须与焊接电流合理匹配。中厚板焊接射流过渡工艺中，若电弧电压过低，弧长过短，会引起瞬时短路，影响保护气体效果，使空气卷入，形成氮气孔；若电弧电压过高，会使电弧排斥焊丝端头熔滴，使电弧漂移，影响熔深和焊道均匀性及气体保护效果。
3、防止气孔形成的措施。对CO_2保护气体进行预热干燥，以降低其含水量，提高保护气体纯度；选择合适焊丝，保证焊接时的脱氧效果；清理焊件污垢，保证气路系统的完好畅通；根据板厚和坡口形式，选择合适的焊接工艺参数，保持焊接稳定性；规范焊接操作规程，采用正确的焊接方法，减少气孔造成的人为因素；填满弧坑以防止弧坑缩孔。
参考文献：
[1]刘鹏.气体保护焊工艺及应用[M].北京：化学工业出版社，2015．
[2]张利萍.CO_2气体保护焊在中厚板焊接中的应用[J].电站辅机，2015(04).