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[摘 要]CO2气体保护焊具有焊接效率高、抗锈能力强、焊接变形小、冷裂倾向小、熔池可见性好、以及适用于全位置焊接等优点。究其不足主要是：很难使用交流电源，焊接飞溅多。特别是采用短路过渡形式时，在焊接过程会产生大量的金属飞溅。造成大量金属的损失，使熔敷率降低，焊后清理工作量增加。同时，飞溅的产生降低了电弧的稳定性，严重影响焊接质量。现主要介绍了 CO2气保焊焊接操作技术及需注意的一些问题，对CO2气保焊焊接工艺设计及其应用具有一定的指导作用。
[关键词]CO2；气保焊；焊接工艺
中图分类号：TG44文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0236-01
由于CO2-源丰富、价格低廉等原因，在现代生产和工程中应用已经很普遍。CO2气体保护焊机的工艺性能（电弧的稳定性、焊接飞溅和焊缝成形等）都直接受焊接电源特性的影响。所以CO2气体保护焊要求使用平硬特性的直流电源，并具有良好的动特性，是有科学依据的。
1 CO2气体保护焊的工艺特点分析
CO2气体保护焊具有焊接效率高、抗锈能力强、焊接变形小、冷裂倾向小、熔池可见性好、以及适用于全位置焊接等优点。究其不足主要是：很难使用交流电源，焊接飞溅多。特别是采用短路过渡形式时，在焊接过程会产生大量的金属飞溅。造成大量金属的损失，使熔敷率降低，焊后清理工作量增加。同时，飞溅的产生降低了电弧的稳定性，严重影响焊接质量。此外采用短路过渡的CO2体保护焊还存在焊缝成形差的工艺缺点。主要表现为焊缝表面不光滑、熔深浅、焊缝成形窄而高，容易出现未熔合的焊接缺陷。所以要使CO2气体保护焊在工业生产中得以广泛推广和应用，则必须解决和控制这些工艺问题。
2 CO2气体保护焊中短路过渡的工艺分析
CO2体保护焊中短路过渡的初期和后期都会产生飞溅。每次燃弧时，电弧会冲击熔池而产生飞溅；当焊丝熔化形成熔滴与熔池接触，液桥还没有铺展开时，由于接触面积小，电流密度大，而发生汽化和爆炸产生“瞬时短路”飞溅；当熔滴与熔池短路金属液桥铺展开时，在液态金属的表面张力、重力、以及流过液桥的电流所产生的电磁收缩力的作用下，形成液桥缩径并急剧减小，短路电流密度剧增，使液态金属在瞬间发生汽化和爆炸而产生飞溅。同时，液桥金属的汽化和爆炸，不仅产生飞溅，还会引起熔池的剧烈震荡，从而导致焊缝成形不良和电弧的稳定性降低。
3 CO-2气体保护焊焊接电源特性的构成
3.1 焊接电源的静特性构成
焊接电源的静特性即电源输出电压与输出电流之间的变化关系，表达这一关系的曲线称为电源静特性曲线。不同的焊机有不同的静特性，分别有平硬特性和下降特性。CO2气体保护焊中，依靠弧长变化引起的电流和焊丝熔化速度的变化，使弧长得到恢复。电弧这种自调作用的强弱，会影响电弧长度在干扰下的恢复能力和弧长的稳定性。恢复电弧长度的决定因素，是焊接电流和焊丝熔化速度的变化量。而不同的电源静特性曲线决定了焊接电流的变化量不同。无论是弧长变短还是变长，平硬特性焊机总比下降特性焊机的弧长恢复时间短，电弧自调性能更好。所以CO2气体保护焊焊接电源的静特性应选平硬特性。
3.2 焊接电源动特性的构成
所谓弧焊电源的动特性，是指焊接电源对焊接电弧这样的动负载所输出的电流和电压与时间的关系，是衡量焊接电源对负载瞬变的反应能力。对CO2气体保护焊来说，由于存在金属熔滴的短路过渡，使负载状态常在燃弧和短路之间切换。并且，从燃弧到短路以及从短路到燃弧的过渡过程，造成输出电流和电压的瞬时变化，对焊接飞溅和焊缝成形都存在着重大的影响。
焊接飞溅受到电源动特性直接影响的原因是：短路电流峰值的高低和增长率的快慢直接受焊机动态反应快慢的影响。若动态响应太快，则短路电流峰值过高，增长率过快，在短路液桥形成之前，就引起爆断和飞溅，而形不成短路过渡形式，这种飞溅的特点是频率较高、颗粒小；若动态响应太慢，则短路电流增长率慢，峰值小，电流生产的磁收缩力不足以保证短路液桥的顺利过渡，短路过渡时间长，产生的飞溅特点是：频率较低，颗粒粗大。因此，要求焊接电源要具有恰当的短路电流增长速度，以避免较大的飞溅。
4 气孔产生的原因及预防
CO2气体保护焊接时由于焊接熔池中的气体未能及时排出，在熔池凝固的焊缝中形成气孔，可能产生的气孔有3种，即CO，H2和N2气孔。
4.1 CO气孔
在电弧高温下，CO2分解为CO与O2（CO2→CO+O2）；熔池中的FeO和C反应（FeO+C→Fe+CO）。
这时熔池已经开始凝固，CO气体不能逸出，将导致焊缝中形成气孔。
造成CO气孔最大的可能是焊丝不合格、气体不纯、工件含碳量过大等原因，采取的措施有：①正确的选择焊丝，只要选择焊丝合适，就很少产生CO气孔；②提纯气体。
4.2 H2气孔
主要来自焊丝、工件表面的油污、水分及铁锈，以及CO2气体中的杂质和水分，在熔池中的高温下溶入了大量的氢，氢不溶于金属，就可能形成气孔。
对于防止H2孔的产生，应采取的措施有：①焊接前必须清理焊丝、工作表面的油污、水分及铁锈等污渍，对待焊工件坡口处10～15mm范围内进行清理打磨，去除表面的氧化膜、油污和水分等杂质，露出金属光泽；②提高CO2的纯度，使用高纯度的CO2气体，去除气体中的杂质和水分。
CO2的提纯方法：①把气体容器倒置放水，倒置1～2h，开阀门2～3次，放水间隔30min；②把气体容器正置2h，开阀门2～3min；③使用干燥器，注意气瓶压力，当存在液态CO2时，气瓶压力不变，当只有气态CO2时，随着使用压力的持续下降，水分含量将提高，低于1MPa时就不能使用了。
4.3 N2气孔
CO2气体保护焊时，N2气孔产生的主要原因是气体保护效果不好，N2主要来源于空气。
保护层失效，空气入侵到焊接区是产生气孔的主要原因。造成保护层失效可能的因素有：风速过大，流量过小，气体不纯，气路被堵塞或漏气，干伸长度过大，流量计冻结等；工艺方面有电弧电压和焊接速度工艺参数不正确等原因。
可以着重做好以下工作防止N2气孔的产生。
（1）施工时应设挡风板，做好防风措施。
（2）保证CO2气体流量适合，不能过小。一般情况下，细丝、中等规范焊接、粗丝自动焊时气体流量通常分别为：5～15L/min，20L/min和25～50L/min。
（3）提纯CO2气体。
（4）清理喷嘴，保持畅通，避免堵塞喷嘴，保持管路密封良好。
（5）调整干伸长度，在保证不堵塞喷嘴的情况下，应尽可能缩短焊丝伸出长度，长度一般在10～20mm。
（6）维修流量计等。
总之，从熔滴过渡形式、焊接工艺特点、电弧自身调节作用、电弧静特性与焊接电源静特性的匹配情况几方面的分析探讨可知，动特性良好、静特性为平硬特性的直流焊接电源，最适合的CO2气体保护焊焊接电源。
参考文献
[1] 王绍林.焊接工艺学[M].2版.北京：中国劳动出版社，2003：173.
[2] 田松亚.CO2气体保护焊飞溅问题的研究[J].电焊机，2005，35（10）：30-32.
[3] 孟慶华.降低CO2气体保护焊飞溅的控制方法[J].石油工程建设，2002，28（04）：41-51.
[关键词]CO2；气保焊；焊接工艺
中图分类号：TG44文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0236-01
由于CO2-源丰富、价格低廉等原因，在现代生产和工程中应用已经很普遍。CO2气体保护焊机的工艺性能（电弧的稳定性、焊接飞溅和焊缝成形等）都直接受焊接电源特性的影响。所以CO2气体保护焊要求使用平硬特性的直流电源，并具有良好的动特性，是有科学依据的。
1 CO2气体保护焊的工艺特点分析
CO2气体保护焊具有焊接效率高、抗锈能力强、焊接变形小、冷裂倾向小、熔池可见性好、以及适用于全位置焊接等优点。究其不足主要是：很难使用交流电源，焊接飞溅多。特别是采用短路过渡形式时，在焊接过程会产生大量的金属飞溅。造成大量金属的损失，使熔敷率降低，焊后清理工作量增加。同时，飞溅的产生降低了电弧的稳定性，严重影响焊接质量。此外采用短路过渡的CO2体保护焊还存在焊缝成形差的工艺缺点。主要表现为焊缝表面不光滑、熔深浅、焊缝成形窄而高，容易出现未熔合的焊接缺陷。所以要使CO2气体保护焊在工业生产中得以广泛推广和应用，则必须解决和控制这些工艺问题。
2 CO2气体保护焊中短路过渡的工艺分析
CO2体保护焊中短路过渡的初期和后期都会产生飞溅。每次燃弧时，电弧会冲击熔池而产生飞溅；当焊丝熔化形成熔滴与熔池接触，液桥还没有铺展开时，由于接触面积小，电流密度大，而发生汽化和爆炸产生“瞬时短路”飞溅；当熔滴与熔池短路金属液桥铺展开时，在液态金属的表面张力、重力、以及流过液桥的电流所产生的电磁收缩力的作用下，形成液桥缩径并急剧减小，短路电流密度剧增，使液态金属在瞬间发生汽化和爆炸而产生飞溅。同时，液桥金属的汽化和爆炸，不仅产生飞溅，还会引起熔池的剧烈震荡，从而导致焊缝成形不良和电弧的稳定性降低。
3 CO-2气体保护焊焊接电源特性的构成
3.1 焊接电源的静特性构成
焊接电源的静特性即电源输出电压与输出电流之间的变化关系，表达这一关系的曲线称为电源静特性曲线。不同的焊机有不同的静特性，分别有平硬特性和下降特性。CO2气体保护焊中，依靠弧长变化引起的电流和焊丝熔化速度的变化，使弧长得到恢复。电弧这种自调作用的强弱，会影响电弧长度在干扰下的恢复能力和弧长的稳定性。恢复电弧长度的决定因素，是焊接电流和焊丝熔化速度的变化量。而不同的电源静特性曲线决定了焊接电流的变化量不同。无论是弧长变短还是变长，平硬特性焊机总比下降特性焊机的弧长恢复时间短，电弧自调性能更好。所以CO2气体保护焊焊接电源的静特性应选平硬特性。
3.2 焊接电源动特性的构成
所谓弧焊电源的动特性，是指焊接电源对焊接电弧这样的动负载所输出的电流和电压与时间的关系，是衡量焊接电源对负载瞬变的反应能力。对CO2气体保护焊来说，由于存在金属熔滴的短路过渡，使负载状态常在燃弧和短路之间切换。并且，从燃弧到短路以及从短路到燃弧的过渡过程，造成输出电流和电压的瞬时变化，对焊接飞溅和焊缝成形都存在着重大的影响。
焊接飞溅受到电源动特性直接影响的原因是：短路电流峰值的高低和增长率的快慢直接受焊机动态反应快慢的影响。若动态响应太快，则短路电流峰值过高，增长率过快，在短路液桥形成之前，就引起爆断和飞溅，而形不成短路过渡形式，这种飞溅的特点是频率较高、颗粒小；若动态响应太慢，则短路电流增长率慢，峰值小，电流生产的磁收缩力不足以保证短路液桥的顺利过渡，短路过渡时间长，产生的飞溅特点是：频率较低，颗粒粗大。因此，要求焊接电源要具有恰当的短路电流增长速度，以避免较大的飞溅。
4 气孔产生的原因及预防
CO2气体保护焊接时由于焊接熔池中的气体未能及时排出，在熔池凝固的焊缝中形成气孔，可能产生的气孔有3种，即CO，H2和N2气孔。
4.1 CO气孔
在电弧高温下，CO2分解为CO与O2（CO2→CO+O2）；熔池中的FeO和C反应（FeO+C→Fe+CO）。
这时熔池已经开始凝固，CO气体不能逸出，将导致焊缝中形成气孔。
造成CO气孔最大的可能是焊丝不合格、气体不纯、工件含碳量过大等原因，采取的措施有：①正确的选择焊丝，只要选择焊丝合适，就很少产生CO气孔；②提纯气体。
4.2 H2气孔
主要来自焊丝、工件表面的油污、水分及铁锈，以及CO2气体中的杂质和水分，在熔池中的高温下溶入了大量的氢，氢不溶于金属，就可能形成气孔。
对于防止H2孔的产生，应采取的措施有：①焊接前必须清理焊丝、工作表面的油污、水分及铁锈等污渍，对待焊工件坡口处10～15mm范围内进行清理打磨，去除表面的氧化膜、油污和水分等杂质，露出金属光泽；②提高CO2的纯度，使用高纯度的CO2气体，去除气体中的杂质和水分。
CO2的提纯方法：①把气体容器倒置放水，倒置1～2h，开阀门2～3次，放水间隔30min；②把气体容器正置2h，开阀门2～3min；③使用干燥器，注意气瓶压力，当存在液态CO2时，气瓶压力不变，当只有气态CO2时，随着使用压力的持续下降，水分含量将提高，低于1MPa时就不能使用了。
4.3 N2气孔
CO2气体保护焊时，N2气孔产生的主要原因是气体保护效果不好，N2主要来源于空气。
保护层失效，空气入侵到焊接区是产生气孔的主要原因。造成保护层失效可能的因素有：风速过大，流量过小，气体不纯，气路被堵塞或漏气，干伸长度过大，流量计冻结等；工艺方面有电弧电压和焊接速度工艺参数不正确等原因。
可以着重做好以下工作防止N2气孔的产生。
（1）施工时应设挡风板，做好防风措施。
（2）保证CO2气体流量适合，不能过小。一般情况下，细丝、中等规范焊接、粗丝自动焊时气体流量通常分别为：5～15L/min，20L/min和25～50L/min。
（3）提纯CO2气体。
（4）清理喷嘴，保持畅通，避免堵塞喷嘴，保持管路密封良好。
（5）调整干伸长度，在保证不堵塞喷嘴的情况下，应尽可能缩短焊丝伸出长度，长度一般在10～20mm。
（6）维修流量计等。
总之，从熔滴过渡形式、焊接工艺特点、电弧自身调节作用、电弧静特性与焊接电源静特性的匹配情况几方面的分析探讨可知，动特性良好、静特性为平硬特性的直流焊接电源，最适合的CO2气体保护焊焊接电源。
参考文献
[1] 王绍林.焊接工艺学[M].2版.北京：中国劳动出版社，2003：173.
[2] 田松亚.CO2气体保护焊飞溅问题的研究[J].电焊机，2005，35（10）：30-32.
[3] 孟慶华.降低CO2气体保护焊飞溅的控制方法[J].石油工程建设，2002，28（04）：41-51.