板对接二氧化碳气体保护焊

时间：2022-10-18 百科知识版权反馈

【摘要】：以NBC—300型二氧化碳气体保护半自动焊机为例介绍焊机的各组成部分。控制系统在半自动二氧化碳气体保护焊过程中对焊接电源、供气系统、送丝系统实现程序控制。二氧化碳气体保护焊所用的焊丝必须含有一定量的Mn和Si等脱氧元素，并限制含碳量在0.10％以下。二氧化碳气体保护焊的焊接工艺参数包括焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊丝伸出长度、电源极性、气体流量和焊接速度等。

子任务一　板对接二氧化碳气体保护焊

目标要求

1.熟悉二氧化碳气体保护半自动焊机的使用方法。

2.掌握中厚板对接二氧化碳气体保护焊的操作技术。

一、任务

任务单如图3.1所示。

图3.1

二、任务准备

1.试焊前准备

(1)焊机：NBC—300型二氧化碳气体保护半自动焊机。

(2)焊件：Q235钢板，规格为300mm×100mm×10mm，在钢板长度方向每隔30mm用粉笔画一条线，作为焊接时的运丝轨迹线。

(3)焊丝：ER50—6型，直径为1.0mm。

(4)二氧化碳气纯度：大于等于99.5％。

(5)以NBC—300型二氧化碳气体保护半自动焊机(见图3.2)为例，介绍二氧化碳气体保护半自动焊机外部线路连接方法。

图3.2

1—焊枪；2—软管电缆；3—电源线；4—插头；5—插座；6—闸刀开关；7—控制电缆； 8—连接焊接电缆；9—焊枪控制线；10—压丝手柄；11—焊丝盘；12—减压流量调节器； 13—加热器电源线；14—送气管；15—焊接电缆；16—二氧化碳气瓶；17—焊接电源；18—焊接电缆线

①首先将焊机的输入端与三相闸刀开关相连。

②将一体式预热减压流量调节器与二氧化碳气瓶连接，再用胶管把减压流量调节器与焊机面板上的进气嘴可靠连接，并将预热电源线与焊机相应的插头连接好。

③将送丝机构放置在利于操作的位置，把绕有焊丝的焊丝盘装在送丝机构上，用两端带有七芯插头的控制电缆将焊机与送丝机构连接起来。把焊枪上的送丝软管电缆和两芯控制线连接在送丝机构上，并将气管与焊机下部的气阀出口接上。

④将焊接电缆接到焊机的负极并与焊件相连，再把连接焊枪的电缆接到焊机的正极及送丝机构与焊枪的导电块上，完成整机接线。

2.板对接焊焊前准备

(1)焊机、焊丝、二氧化碳气瓶的选择同试焊。

(2)焊件：Q235钢板，规格为300mm×100mm×10mm，一侧加工出30°坡口，两块组对成一组焊件。

(3)装配与定位焊：半自动二氧化碳焊对铁锈、油污等十分敏感，焊前必须对坡口周围20mm范围内进行清理。焊件装配的各项尺寸见表3.1。

表3.1　板对接二氧化碳气体保护焊焊件装配尺寸

在焊件两端进行定位焊，定位焊缝长度为10～15mm，将定位焊缝用角磨砂轮打磨成斜坡状，并将坡口内的飞溅物清理干净。

三、任务相关知识

二氧化碳气体保护焊是利用专门送至熔池周围的二氧化碳气体作为保护介质的一种电弧焊。

1.二氧化碳气体保护焊机

二氧化碳气体保护半自动焊机由焊接电源、送丝机构、焊枪、供气系统和控制系统等部分组成。以NBC—300型二氧化碳气体保护半自动焊机为例介绍焊机的各组成部分。

(1)焊接电源。焊机的焊接电源为直流电源，具有平硬和缓降的外特性。

(2)送丝机构。常用的是半自动焊推丝式送丝机构。该机构需定期进行保养，尤其是送丝弹簧软管，当使用一段时间后，软管内会留有一些油垢、灰尘、锈迹等，增加送丝阻力。要定期将弹簧软管置于汽油槽中进行清洗，以延长其使用寿命。

(3)焊枪。常用的鹅颈式焊枪见图3.3。该焊枪形似鹅颈，枪体轻便，用于平焊位置较为方便，生产中应用较为广泛。

图3.3

1—保护嘴；2—导电嘴；3—分流器；4—绝缘套；5—连杆弯头；6—送丝管

焊枪上的喷嘴以圆柱形为好，也可使用圆锥形，见图3.4。喷嘴内孔的直径一般为12～22mm，采用紫铜制造。喷嘴表面镀一层铬，以提高其表面硬度、提高表面质量。

使用前，最好在喷嘴的内表面喷一层防飞溅喷剂，或涂一层硅油，便于清除黏附在喷嘴孔内的飞溅物，以延长其使用寿命。焊枪上的导电嘴常用紫铜、铬青铜或磷青铜制造。通常，导电嘴孔径与焊丝直径相配套，孔径比焊丝直径大0.2mm左右。

(4)供气系统。供气系统由二氧化碳气瓶、预热器、减压流量调节器及气阀等组成。预热器的作用是在减压器减压前经预热器预热，防止二氧化碳气体从高压气瓶内释出，在瓶口结“冰”(俗称干冰)堵塞气路。预热器的功率为75～100 W。减压流量调节器用以将气瓶内的高压二氧化碳气体降压、稳压，并调节和测量保护气体的流量，预热器、减压器和流量计合装成为减压流量调节器，使用起来十分方便。气阀是控制保护气体流量通、断的一种元件，常采用的是电磁气阀。

图3.4

(a)圆柱形；(b)圆锥形

(5)控制系统。控制系统在半自动二氧化碳气体保护焊过程中对焊接电源、供气系统、送丝系统实现程序控制。一些新型的二氧化碳焊机(如NBC—5005)具有一体化调节功能，只需用一个旋钮调节焊接电流，控制系统便会自动使电弧电压与焊接电流保持最佳匹配状态，使用时特别方便。

2.二氧化碳气体保护焊机的维护

(1)初次使用焊机前，必须熟读说明书，了解并掌握焊机使用性能，才可进行操作。

(2)焊机应在室温不超过40℃、湿度不大于85％，无有害气体和易燃、易爆气体的环境中工作。二氧化碳气瓶不得靠近热源或被太阳光直接照射。

(3)焊机必须可靠接地，地线截面大于12mm²。

(4)凡需水冷却的焊接电源和焊枪，必须有可靠的冷却水循环，若使用循环水箱，冬季应注意防冻。

(5)焊枪不准放在焊机、焊件或地面上，应安全可靠地放在专用支架上。

(6)定期检查送丝机构齿轮箱的润滑情况，并及时添加或更换润滑油。

(7)送丝滚轮的V形或U形槽若磨损严重，应及时更换新件。使用时，不宜将压丝轮调得过紧或过松，以焊丝输出稳定、可靠为度。

(8)经常检查导电嘴的磨损情况，严重时应及时更换。

(9)定期检查并清洗送丝软管及弹簧管，防止出现漏气或送丝阻力过大而不稳定等故障。

(10)工作结束后或临时离开工作现场时，必须切断电源，关闭水源、气源。

3.二氧化碳气体保护焊机常见故障及排除方法

半自动二氧化碳气体保护焊机的故障及排除方法见表3.2。

表3.2　半自动二氧化碳气体保护焊机常见故障及排除方法

续表

4.焊接材料

(1)二氧化碳气体。二氧化碳气体常以液态装入气瓶中，气瓶外涂黑色，并标有黄色“CO₂”的字样，容量为40L，可装入25kg的液态二氧化碳，气瓶中液态和气态二氧化碳分别约占气瓶容积的80％和20％。气瓶压力表所指示的压力值是这部分气体的饱和压力，该压力值与环境温度有关，一般随温度升高而升高。焊接用二氧化碳气体的纯度应不小于99.5％，如果纯度不够，应进行提纯处理。即将气瓶倒置1～2h，使水分下沉，每隔30min左右放水一次，放两三次后，将气瓶放正。

(2)焊丝。二氧化碳气体保护焊所用的焊丝必须含有一定量的Mn和Si等脱氧元素，并限制含碳量在0.10％以下。常用的焊丝牌号及用途见表3.3。

表3.3　常用焊丝牌号及用途

二氧化碳半自动焊主要采用直径为0.5mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm的细焊丝。二氧化碳自动焊除采用细焊丝外，还采用直径为1.6～5.0mm的粗焊丝。焊丝表面镀铜可防止焊丝生锈，并有利于焊丝的存放和改善其导电性。目前，二氧化碳半自动焊采用药芯焊丝也较为广泛。

5.焊接工艺参数

二氧化碳气体保护焊的焊接工艺参数包括焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊丝伸出长度、电源极性、气体流量和焊接速度等。

(1)焊丝直径。焊丝直径要根据焊件厚度、施焊位置来选择，见表3.4。

表3.4　焊丝直径的选择

(2)焊接电流。焊接电流应根据焊件厚度、焊丝直径、施焊位置及熔滴过渡形式来确定。一般，短路过渡的焊接电流在20～230A范围内，细颗粒过渡的焊接电流在250～500A范围内。焊丝直径与焊接电流的关系见表3.5。焊接电流对焊缝成形的影响见图3.5。图3.5还表明焊接电流(I)与运丝速度(v_D)关系，v_D增加，I增大。而I增加能使熔深增大。

表3.5　焊丝直径与相应的焊接电流

(3)电弧电压。为了保证焊接过程的稳定性和良好的焊缝成形，电弧电压必须与焊接电流配合适当。电弧电压与焊接电流的关系见图3.6。图示中对应焊丝直径的合适U—I区间。电弧电压对焊缝成形的影响见图3.7，电弧电压U增加，熔深变浅，熔宽明显增加，余高减小。

图3.5

图3.6

图3.7

(4)焊丝伸出长度。焊丝伸出长度是指从导电嘴到焊丝端部的距离，一般约等于焊丝直径的10倍，且不超过15mm。焊丝伸出长度对焊缝成形的影响见图3.8。

(5)电源极性。为减少飞溅，保持电弧的稳定，一般采用直流反接。正极性主要用于堆焊、铸铁补焊等。

(6)气体流量。不同的接头形式和不同的焊接工艺参数及作业条件对气体流量都有影响。通常，细丝焊接时，气体流量为5～15L/min；粗丝焊接时，气体流量为20L/min。

(7)焊接速度。二氧化碳半自动焊的焊接速度为15～40m/h。

图3.8

(8)焊枪倾角。焊枪倾角也是焊接质量不容忽视的因素，焊枪倾角过大(如前倾角大于25°)时，不仅熔宽加大，减少熔深，还会增加飞溅。当焊枪与焊件成后倾角时(电弧指向已焊焊缝)，焊缝窄，熔深较大，余高较高。焊枪倾角对焊缝成形的影响见图3.9。通常焊工习惯用右手持枪，采用左向焊法，采用前倾角10°～15°(焊件的垂线与焊枪轴线的夹角)，不仅能够清楚地观察和控制熔池，而且可以得到较好的焊缝成形。

图3.9

(9)喷嘴至焊件的距离。喷嘴与焊件间的距离应根据焊接电流来选择，见图3.10。

图3.10

总之，应该根据焊件的板厚、接头形式及施焊的位置等因素来确定焊丝直径和焊接电流，然后确定其他参数，再通过试焊来获取合适的焊接工艺参数。工艺参数对焊缝形状及焊接质量的影响见图3.11。

图3.11

6.二氧化碳气体保护焊基本操作要点

二氧化碳气体保护焊的基本操作包括引弧、收弧、接头、摆动等技能。由于焊接过程没有焊条送进运动，只需维持弧长不变，根据熔池情况摆动和移动焊枪，因此，操作起来相对容易。

(1)持枪姿势。根据焊件高度，身体成下蹲、坐姿或站立姿势。脚要站稳，右手握焊枪，手臂处于自然状态。焊枪软管应舒展，手腕能灵活带动焊枪平移和转动，焊接过程中能维持焊枪倾角不变，并可方便地观察熔池。图3.12为焊接不同位置焊缝时的正确持枪姿势。

图3.12

(a)下蹲平焊；(b)坐姿平焊；(c)站立平焊；(d)站立立焊；(e)站立仰焊

(2)焊枪的摆动方法。为了控制焊缝的宽度和形成良好的焊缝，二氧化碳气体保护焊焊枪也要作横向摆动。常用的有直线形、锯齿形、斜圆圈形、反月牙形摆动法等，见表3.6。

表3.6　常用的焊枪摆动方法

(3)引弧与焊接。电弧焊引弧方法稍有不同，不采用划擦引弧，而是碰撞引弧，但引弧时不必抬起焊枪。以下是电弧焊的具体操作方法。

①引弧前先按遥控盒上的点动开关或焊枪上的控制开关，点动送出一段焊丝接近伸出长度，超长部分应剪去，见图3.13(a)。

②将焊枪按合适的倾角和喷嘴高度放在引弧处，此时焊丝端部与焊件保持2～3mm距离，见图3.13(b)。

图3.13

(a)引弧前剪去超长部分；(b)准备引弧；(c)引弧过程

③按动焊枪开关，焊丝与焊件接触短路，焊枪会自动顶起，见图3.13(c)，此时要稍用力压住焊枪，瞬间引燃电弧后移向焊接处，待金属熔化后进行正常的焊接。

(4)收弧。一条焊道焊完后或中断焊接时，必须收弧。焊机没有电流衰减装置时，焊枪在弧坑处停留一下，并在熔池未凝固前，间断短路2～3次，待熔滴填满弧坑时断电；若焊机有电流衰减装置时，焊枪在弧坑处停止前进，启动开关用衰减电流将弧坑填满，然后熄弧。

(5)接头。焊缝连接时接头的好坏直接影响焊缝质量，其接头的方法见图3.14。窄焊缝接头的方法是：在原熔池前方10～20mm处引弧，然后迅速将电弧引向原熔池中心，待熔化金属与原熔池边缘相吻合后，再将电弧引向前方，使焊丝保持一定的高度和角度，并以稳定的焊接速度向前移动，见图3.14(a)。宽焊缝摆动接头的方法是：在原熔池前方10～20mm处引弧，然后以直线方式将电弧引向接头处，在接头处开始摆动，并在向前移动的同时，逐渐加大摆动幅度(保持形成的焊缝与原焊缝宽度相同)，最后转入正常焊接，见图3.14(b)。

图3.14

(a)窄焊缝接头方法；(b)宽焊缝摆动接头方法

图3.15

(a)二氧化碳焊左向焊法；(b)二氧化碳焊右向焊法

(6)焊枪的运动方向。焊枪的运动方向有左向焊法和右向焊法两种，见图3.15。多数情况下，二氧化碳焊采用左向焊法，前倾角为10°～15°。

左向焊法操作时，焊枪自右向左移动，电弧的吹力作用在熔池及其前沿处，将熔池金属向前推移，由于电弧不直接作用在母材上，因此熔深较浅，焊道平坦较窄，飞溅较大，保护效果好。采用左向焊法虽然观察熔池困难些，但易于掌握焊接方向，不易焊偏。右向焊法操作时，焊枪自左向右移动，电弧直接作用到母材上，熔深较大，焊道窄而高，飞溅略小，但不易准确掌握焊接方向，容易焊偏，尤其在对接焊时更为明显。

四、任务实施

1.试焊

(1)确定焊接工艺参数，见表3.7。

表3.7　试焊的焊接工艺参数

(2)开启焊机。开启焊机分以下步骤。

①闭合三相电源开关，焊机与网路电源接通。扳动焊机上的控制电源开关及预热器开关，预热器升温。

②打开二氧化碳气瓶，合上焊机上的检测气流开关；旋动流量调节器阀门，调节至合适的二氧化碳气体流量值，然后断开检测气流开关。

③把送丝机构上的压丝手柄扳开，将焊丝通过导丝孔放入送丝轮的V形槽内，再把焊丝端部推入软管，合上压丝手柄，将压紧力调节合适。按动焊枪上的微动开关，使得送丝电动机转动，焊丝经导电嘴送出。焊丝伸出长度应距喷嘴约10mm，多余长度用钳子剪断。

④合上焊机控制面板上的空载电压检测开关，选择空载电压值。调节完毕，断开检视开关，焊机为准备焊接状态。

(3)直线试焊。采取左向焊法，引弧前在距焊件端部5～10mm处，保持焊丝端头与焊件2～3mm的距离，喷嘴与焊件间10～15mm的距离。按动焊枪开关用直接短路法引燃电弧，然后将电弧稍微拉长些，对焊缝端部适当预热，再压低电弧进行起始端焊接，可以采用直线和摆动两种焊接，见图3.16(a)、(b)，获得具有一定熔深和成形比较整齐的焊缝，见图3.16(c)。为防止过短电弧起焊而造成焊缝成形不整齐，当起始端焊缝形成所需宽度后(8～10mm)，焊枪以直线形运丝法匀速向前焊接，并控制整条焊缝宽度和直线度，直至焊至终端，填满弧坑后收弧。

图3.16

(a)长弧预热起焊的直线焊接；(b)长弧预热起焊的摆动焊接；(c)短弧起焊的直线焊接

(4)结束焊接关闭焊机。关闭焊机有两个步骤。

①松开焊枪扳机，焊机停止送丝，电弧熄灭，断续送气几秒后断气，操作结束。

②关闭气源、预热器开关和控制电源开关，关闭总电源(拉下闸刀开关)，松开压丝手柄，去除弹簧的压力，将焊机整理好。

2.板对接焊

(1)确定焊接工艺参数，见表3.8。

表3.8　板对接焊焊接工艺参数

(2)焊机的开启与试焊相同。

(3)打底层焊。采用左向焊法，焊前将焊件间隙小的一端放在右侧。将焊丝端头放在焊件右端约20mm处坡口内的一侧，与其保持2～3mm的距离，按下焊枪扳机。气阀打开，提前送气1～2s，焊接电源接通，焊丝送出，焊丝与焊件接触，同时电弧引燃。迅速右移至焊件右端头，然后向左开始焊接打底焊道，焊枪沿坡口两侧作小幅度月牙形横向摆动，见图3.17(a)。当坡口根部熔孔直径达到3～4mm时转入正常焊接，同时严格控制喷嘴高度，既不能遮挡操作视线，又要保证气体保护效果。焊丝端部要始终在熔池前半部燃烧，不得脱离熔池(防止焊丝前移过大而穿过间隙出现穿丝现象)，并控制电弧在坡口根部约2～3mm处燃烧。电弧在焊道中心移动要快，摆动到坡口两侧要作0.5～1s的停留，若坡口间隙较大，应在横向摆动的同时适当地前后移动作倒退式月牙形摆动，见图3.17(b)，避免电弧直接对准间隙将焊件烧穿。

焊接过程中要仔细观察熔孔，并根据间隙和熔孔直径的变化调整横向摆动幅度和焊接速度，尽量维持熔孔直径不变，以保证获得宽窄一致、高低均匀的背面焊缝。打底层表面焊道应表面平整而两侧稍下凹，焊道厚度不超过4mm，见图3.18。

图3.17

(a)月牙形摆动；(b)倒退式月牙形摆动

图3.18

图3.19

(4)填充层焊。将打底层焊道表面清理干净，调试好填充层的焊接参数后，在焊件的右端开始施焊。采用锯齿形摆动，焊枪的横向摆动幅度稍大于打底层，时刻注意熔池两侧熔化情况，控制焊道厚度，使焊道表面平整并稍下凹(其高度应低于母材表面1.5～2mm)，不允许熔化坡口棱边，见图3.19。

(5)盖面层焊。将填充层焊道表面清理干净，焊接电流和电弧电压调整至合适的范围，在焊件的右端开始施焊，保持喷嘴高度，焊丝伸出长度可稍大于打底层焊时1～2mm。焊枪角度及焊枪摆动方法与填充层焊时相同，但焊枪摆动幅度比填充层焊时稍大。施焊时焊枪摆动要到位，在坡口两侧要均匀缓慢，保证熔池两侧边缘超过坡口上表面0.5～1.5mm，使焊道表面平整且宽窄一致，避免产生咬边等缺陷。收弧时，要填满弧坑并使弧坑尽量小些，防止弧坑处产生缺陷。

五、任务分配

焊件：Q235钢板，规格为300mm×100mm×10mm，每两块为一对。在钢板长度方向每隔30mm用粉笔画一条线，作为焊接时的运丝轨迹线。按图3.1要求练习。

焊丝：ER50—6型，直径为1.0mm。

单件工时：30min。

六、任务检测与评价