不同气体药芯焊丝保护焊接工艺研究 论文.doc

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1、毕业设计说明书（论文）中文摘要 Ar/CO 2 不同气体药芯焊丝保护焊接工艺研究摘要： 本文对Ar气和CO 2 气药芯焊丝熔化极保护焊的焊接工艺进行了对比研究，在合理的焊接规范工艺参数下；比较了这两种不同保护气体的熔滴过渡形式，有无飞溅，焊缝成形，熔池形状和力学性能；针对这些现象上的不同，从焊接规范参数、电弧力和焊接时的氧化还原等方面给出了解释。基于焊接工艺的角度，提出了采用ArCO 2 混合保护气体焊接的建议。关键词：CO 2 气；Ar气；熔化极保护焊；熔滴过渡 l 毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Technology Research of Different Gas Ar/CO

2、2 Flux-coredWire Protection WeldingAbstract In this paper the Ar gas and CO2 gas flux-cored wire melting of weldingwelding technology extremely protection makes a comparative study in therational welding standard process parameters. Comparison of these two kinds ofdifferent protection gas of melting

3、 drops of transition form have without splashweld pool pool shape and mechanical properties According to the phenomenonof the different from standard parameters welding and welding arc force whenoxidation and reduction of the explanation is given etc. Based on the point ofview of welding technology

4、and put forth the Ar CO2 mixed gas weldingadvice protection.Keywords : CO2 Ar Melting extremely protection welding Melt drops oftransition II 毕业设计说明书（论文） 目录 前言.1第一章 绪论.2 1.1 CO 2 气熔化极保护焊.2 1.1.1CO2 气熔化极保护焊原理.2 1.1.2CO2 气熔化极保护焊特点.2 1.1.3CO2 气熔化极保护焊的冶金特性.3 1.1.4 焊接规范参数的选择.4 1.1.5 熔滴过渡.6 1.1.6 电弧力.8 1.

5、1.7 飞溅产生的原因.1 1 1.1.8 减少飞溅的方法.1 1 1.1.9CO2 焊的应用.1 3 1.2Ar 气熔化极保护焊.1 3 1.2.1Ar 气熔化极保护焊原理.1 3 1.2.2Ar 气熔化极保护焊特点.1 3 1.2.3Ar 气熔化极保护焊的焊接技术.1 4 1.2.4 熔滴过渡.1 5 1.2.5Ar 气熔化极保护焊的应用.1 7 1.3 本课题研究的内容及目的.1 7 1.3.1 本课题研究的内?.1 7 1.3.2 本课题研究目的.1 8第二章 焊接材料与设备.1 9 2.1 试样准备.1 9 2.1.1 材料.1 9 2.1.2 气体.2 0 2.2 焊接设备的选择.

6、2 0 2.3 方法 .2 1 . III第三章 CO2 气熔化极保护焊.2 2 3.1 焊接实际.2 2 3.2 焊接参数.2 2 3.3 焊缝成形.2 2 3.4 熔滴过渡.2 4 3.5 熔池形状.2 4 3.6 力学性能.2 4第四章 Ar 气熔化极保护焊.2 7 4.1 焊接实际.2 7 4.2 焊接参数.2 7 4.3 焊缝成形.2 7 4.3 熔滴过渡.2 9 4.4 熔池形状.2 9 4.5 力学性能.2 9第五章 Ar 气和 CO 2 气熔化极保护焊工艺对比.3 1 5.1 熔池形状的影响因素.3 1 5.1.1 焊接规范参数 .3 1 . 5.1.2 深宽比.3 2 5.1

7、.3 熔滴过渡形式 .3 5 . 5.2 飞溅对比.3 6 5.2.1CO2 电弧焊产生飞溅的原因及危害.3 6 5.2.2 减少飞溅的方法.3 6 5.3 力学性能对比.3 7 5.3.1 硬度.3 7第六章 结论.3 8参考文献.3 9 致谢.4 1 IV 前言 随着焊接科学与焊接技术的不断发展，焊接新方法和焊接新技术不断地涌现出来，如激光焊、搅拌摩擦焊等等。而这些最新的焊接方法由于不成熟或设备成本过高等诸多因素，并未得到广泛的应用。相反，传统的焊条电弧焊虽然具有设备简单，操作灵活等一系列优点，但是由于其生产效率低、劳动强度大，对操作人员要求高的因素限?屏吮旧淼氖褂谩诖饲榭鱿拢珻O 2 气

8、体保护焊和氩弧焊的应用几乎占据了主流。好的焊接保护气应当具有低的电离势，即气体电离所需的电压。低的电离电压可以使气体容易电离，从而容易起弧，并同时保持电弧的稳定。好的焊接保护气还可以保护焊接熔池和熔滴不受大气侵蚀，保护气体对于影响焊接质量的其他气体起到了排斥作用，因此保护气体大多由惰性气体组成。纯CO 2 是一种比空气重的气体。它有高的导热性，产生的电弧较宽，焊缝也较宽。CO 2 有较强的氧化性，它焊接时产生的飞溅较大，而且焊接质量也不是很理想。Ar气也是一种比空气重的气体。它用于焊接可以有效地保护熔滴和焊接熔池，提高焊接表面的光滑度，飞溅较少，但Ar气所产生的电离弧较窄，而且电弧不稳定。因此

9、，这两种气体在单独用于焊接低碳钢时，都有各自不同的优缺点。 CO2 气体保护焊在焊接时所产生的大量飞溅，一直困扰着焊接业的进一步发展。而ArCO 2 混合气体保护焊的出现解决了这一难题，ArCO 2 混合气体保护焊相对于纯CO 2 气体保护焊来说，进一步提高了焊接效率和焊接质量，同时减少了大量的飞溅，而且更重要的是它也大大降低了焊接成本。ArCO 2 混合气体保护焊的焊接表现优于CO 2 气体保护焊，它应是焊接低碳钢的一种比较理想的保护气体。 但鉴于学校实验条件的限制，将混合气体焊接工艺的对比研究放到两个极端，改为研究纯CO 2 气体保护焊与纯Ar气体保护焊在焊接工艺，焊缝成形以及力学性能等方

10、面的异同，并由这两个极端的对比得出混合气体保护与纯CO 2 气体保护焊在工艺，焊缝成形及力学性能等的差异。并对CO2 气体保护焊的飞溅的原因进行解释，提出减少焊接飞溅的有效措施。 1 第一章 绪论 1.1 CO2 气熔化极保护焊 1 1.1.1 CO 2 气熔化极保护焊原理 利用CO 2 气体在焊丝熔化极电弧焊中对电弧及熔化区母材进行保护的焊接方法称作“CO 2 气体保护电弧焊”，简称“CO 2 焊”。CO 2 焊有如下两点特征： 第一个特征是，采用卷在焊丝盘上、与母材相近材质的金属焊丝作为电极。焊丝即是电弧的一极，同时焊丝熔化后作为焊接金属的一部分与母材熔化金属共同形成焊缝，起到填充材料的作

11、用，如图1.1所示。 第二个特征是，为防止外界空气混 图1.1 CO 2 电弧焊方法入到电弧、熔池所组成的焊接区，采用了CO 2 气体进行保护。气体是从喷嘴中流出，并且能够完全覆盖电弧及熔池。 1.1.2 CO 2 气熔化极保护焊特点 与气体电弧焊方法相比，CO 2 焊有以下特点： 1生产效率高节省电能。CO 2 气体保护焊的电流密度大可达 100 2300 A/mm 因此电弧热量集中焊丝的熔化效率高母材的熔透厚度大焊接速度快同时焊后不需要清渣所以能够显著提高效率节省电能。 2焊接成本低。由于CO 2 气体和焊丝的价格低廉对于焊前的生产准备要求不高焊后清理和校正工时少所以成本低。 3焊接变形小

12、。由于电弧热量集中、线能量低和CO 2 气体具有较强的冷却作用 使焊件受热面积小。特别是焊接薄板时变形很小。 2 4对油、锈产生气孔的敏感性较低。 5焊缝中含氢量少所以提高了焊接低合金高强钢抗冷裂纹的能力。 6熔滴采用短路过渡时可用于立焊、仰焊和全位置焊接。 7电弧可见性好有利于观察焊丝能准确对准焊接线尤其是在半自动焊时可以较容易地实现短焊缝和曲线焊缝的焊接工作。 8操作简单容易掌握。 CO2 气体在电弧高温下分解出氧，形成很强的氧化性气氛，使该方法表现出如下缺点和不足： 1与手弧焊相比设备较复杂易出现故障要求具有较高的维护设备的技术能力。 2抗风能力差给室外焊接作业带来一定困难。 3弧光较强

13、必须注意劳动保护。 4与手弧焊和埋弧焊相比焊缝成形不够美观焊接飞溅较大。 CO 2 焊在较细直径的焊丝中流过较大的电流，焊丝熔化速度非常快，为了保持电弧长度处于一定值，焊丝必须是连续快速向焊接区送进。由此原因，手工送丝实际上是不可能的，必须利用电机等驱动装置进行自动送丝。这也就把CO 2 电弧焊的操作方式限定在半自动焊和自动焊两项上。 通过对焊接条件的合理选择，以及随着焊接电压特性的不断改进，现在CO 2 焊已经成为钢铁材料焊接中不可缺少的一种重要焊接方法。 1.1.3 CO 2 气熔化极保护焊的冶金特性 1. 合金元素的氧化与脱氧 2 （1）合金元素的氧化：CO 2 气体是氧化性气体，在电弧

14、高温作用下会分解：CO 2 CO12 O 2 （2）氧化反应的结果：氧化反应会使Fe、Si、Mn和C等合金元素烧损，在CO 2 电弧焊中，Ni、Cr、Mo过渡系数最高，烧损最少。 、 3 （3）CO 2 电弧焊的脱氧在CO 2 电弧中，熔入液态金属中的FeO是引?鹌住山闹饕蛩兀盕eO残留在焊缝金属中将使焊缝金属的含氧量增加而降低力学性能 7 。 2. CO 2 气体保护焊的气孔 13 由于熔池表面没有熔渣覆盖，CO 2 气流又有冷却作用，因而熔池凝固较快。如果焊接材料和焊接工艺参数选择不当，可能会出现CO气孔、氮气孔和氢气孔。 1.1.4 焊接规范参数的选择 一、焊接电流的选择 1在保证母材焊

15、透又不致烧穿的原则下，应根据母材厚度，接头形式焊接位置及焊丝直径正确选用焊接电流。 2焊接电流是确定熔深的主要因素。随着电流的增加，熔深和熔敷度都要增加，熔宽也略有增加。 3送丝速度越快，焊接电流越大，基本上是正比关系。 4焊接电流过大时，会造成熔池过大，焊缝成形恶化。 5各种直径的焊丝常用的焊接电流范围见表 1-1。 表 1-1 焊接电流选择 焊丝直径mm 0.6 0.8 1 1.2 1.6 焊接电流（A） 4990 50120 70180 90350 150500 二、 焊接电压的选择 为获得良好的工艺性能，应选择最佳的电弧电压，该值是一个很窄的电压区间，一般仅为 12V 左右。最佳的电弧

16、电压与电流的大小，位置等因素有关。可参见表 1-2。 4 表 1-2 不同焊接时电弧电压的选择 焊接电流 电弧电压（V） （A） 平焊 立焊 仰焊 75120 1822 1822 130170 2026 1824 180210 2228 1826 220260 2536 / 1随电弧电压的增加，熔宽明显增加，而余高和熔深略有减少，焊缝机械性能有所降低。 2电弧电压过高，会产生焊缝气孔和增加飞溅。电弧电压过低，焊丝将插入熔池，电弧不稳，影响焊缝形成 8 。 三、焊接速度的选择 1焊接速度过高，会破坏气体保护效果，焊缝成形不良，焊缝冷却过快，导致降低焊缝塑性，韧性。焊接速度过低易使焊缝烧穿，形成粗

17、大焊缝组织。 2半自动焊接时，焊接速度一般不超过 30 米/时。 四、气体流量的选择 1气体流量直接影响气体保护效果。气体流量过小时，焊缝易产生气孔等缺陷。气体流量过大时，不仅浪费气体，而且焊缝由于氧化性增强而形成氧化皮，降低焊缝质量 9 。 2气体流量应根据焊接电流，焊接速度，焊丝伸出长度，喷嘴直径，焊接位置等因素考虑。当焊接电流越大，焊接速度越快，焊丝伸出长度较长，喷嘴直径增大，室外焊接及仰焊位置时，应采用较大的气体流量。 3当焊丝直径小于或等于 1.2mm 时，气体流量一般为 615 升/分；焊丝直径大于 1.2mm 时，气体流量应取 1525 升/分 10 。 5 12 1.1.5 熔

18、滴过渡 熔滴是指在电弧焊时，从焊丝端头形成的，并向熔池过渡的滴状液态金属。 熔滴过渡是电弧焊时，焊丝端头形成的熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程。熔滴过渡形式有很多种：按短路与否，分为短路过渡和自由过渡；按熔滴的尺寸大小，分为大滴过渡和射流过渡等。 CO 2 电弧焊的熔滴过渡很复杂，根据焊丝直径、焊接电流、电弧电压（电弧长度）及电源特点等焊接条件的不同，可以出现多种复杂的过渡，比如大滴状过渡、短路过渡、排斥过渡、颗粒状过渡、潜弧喷射过渡等，但并不是哪种过渡形式都可以用于焊接生产。 1. 短路过渡 实现熔滴短路过渡的基本条件是采取较细的焊丝（0.8-1.6mm），以较小的电流在低的电弧电压下进行焊

19、接。 如图 1.2 所示，在电弧引燃的初期，焊丝受到电弧的加热而逐渐熔化，端部形成熔滴并逐渐长大（图中 1、2），此时电弧向未熔化的焊丝中传递的热量在逐渐减小，焊丝熔化速度下降，而焊丝仍然以一定的速度送进，在熔滴积聚到某一尺寸时，由于过分靠近熔池而发生短路（图中 3），这时电弧熄灭，电压急剧下降。熔滴短路在焊丝端头与熔池间形成短路液柱，短路电流开始增大，但由于焊机回路中串联有电感，短路电流是逐渐增加。在熔池金属表面张力和液柱中电流形成的电磁收缩力的作用下，使液柱靠近焊丝端头的部位迅速产生“颈缩”，称作“颈缩小桥”（图中 4）。当短路电流增加到一定数值时，在熔池金属和焊丝端部表面张力的拉伸配合下

20、，“小桥”迅速断开，此时作用电压很快恢复到电源空载电压，并且由于断开的空间仍然具有较高的温度，电弧又重新引燃（相当于接触引弧），而后电流逐渐降低（向稳定值靠近），又重新开始上述过程。 6 图 1.2 熔滴短路过渡过程 短路过渡焊接中，燃弧和短路反复而规则地进行着，每次短路后熔滴向熔池过渡一次，即使在小电流区也能实现平稳的过渡。 短路过渡的工艺特点如下： 1）短路过渡过程中燃弧与短路始终交替更换着。短路结束时，总伴随着轻轻的爆破声和少量的金属飞溅。燃弧时弧长较短，而短路时在焊丝与熔池间总是由液态金属连接着。 2）短路过渡过程十分稳定。其原因是焊丝直径小，相对电流密度高，因此电弧燃烧稳定。另一方面，电弧电压低，以短路形式过渡，短路频率较高，0.8mm 的细焊丝为 130Hz 左右，而1.6mm 较粗的焊丝为 50Hz 左右。所以每短路一次过渡的金属量很少，有利于过渡过程稳定。 3）由于使用的焊丝直径小，电流密度高，所以电弧的能量集中，加热面积小，熔池也小，热影响区窄，所以工作变形小，特别适合于焊接薄板。 4）适应于全位置焊。 5）短路过渡时负载变化较大，所以对电源动特性有很高的要求，以便获得飞溅小和成形好的稳定焊接过程。 2 颗粒过渡 CO 2 电弧焊，对于某一直径的焊丝，在电流增大到一定数值并配以适当的电弧电压，熔滴一较小的尺寸.