CO2气体保护焊的最佳焊接参数探究

1.焊丝直径

焊丝直径越粗，所允许使用的焊接电流越大。通常根据焊件的厚薄、施焊位置及效率等要求来选择。焊接薄板或中厚板的立、横、仰焊缝时，多采用直径1.6mm及以下的焊丝。焊丝直径的选择见表2-5。焊丝直径对熔深的影响如图2-1所示。

图2-1 焊丝直径对熔深的影响

表2-5 焊丝直径与焊接电流

注：焊接电流相同时，熔深将随着焊丝直径的减小而增加。

焊丝直径对焊丝的熔化速度也有明显影响。当焊接电流相同时，焊丝越细则熔敷速度越高。

目前，国内普遍采用的焊丝直径是0.8mm、1.0mm、1.2mm和1.6mm几种。直径3～4.5mm的粗丝近来也有些厂矿开始使用。

2.焊接电流

焊接电流是重要的焊接参数之一，应根据焊件厚度、材质、焊丝直径、施焊位置及要求的熔滴过渡形式来选择焊接电流的大小。

焊接直径与焊接电流的关系见表2-5。

每种直径的焊丝都有一个合适的焊接电流范围，只有在这个范围内的焊接过程才能稳定进行。通常直径为0.8～1.6mm的焊丝，短路过渡的焊接电流在40～230A范围内；细颗粒过渡的焊接电流在250～500A范围内。

当电源外特性不变时，改变送丝速度，此时电弧电压几乎不变，焊接电流发生变化。送丝速度越快，焊接电流越大。在相同的送丝速度下，随着焊丝直径的增加，焊接电流也增加。焊接电流的变化对熔池深度有决定性的影响，随着焊接电流的增大，熔深显著地增加，熔宽略有增加。

焊接电流对熔敷速度及熔深有影响，随着焊接电流的增加，熔敷速度和熔深都会增加。但应注意：焊接电流过大时，容易引起烧穿、焊漏和产生裂纹等缺陷，且焊件的变形大，焊接过程中飞溅很大；而焊接电流过小时，容易产生未焊透、未熔合和夹渣等缺陷以及焊缝成形不良。通常在保证焊透、成形良好的条件下，尽可能地采用大电流，以提高生产效率。

3.电弧电压

电弧电压是重要的焊接参数之一。送丝速度不变时，调节电源外特性，此时焊接电流几乎不变，弧长将发生变化，电弧电压也会变化。

电弧电压与焊接电压是两个不同的概念，不能混淆。电弧电压是在导电嘴与焊件间测得的电压。而焊接电压则是在焊机上电压表显示的电压，它是电弧电压与焊机和焊件间连接的电缆线上的电压降之和。显然焊接电压比电弧电压高，但对于同一台焊机来说，当电缆长度和截面不变时，它们之间的差值是很容易计算出来的，特别是当电缆较短，截面较粗时，由于电缆上的电压降很小，可用焊接电压代替电弧电压；若电缆很长，截面又小，则电缆上的电压降不能忽略，在这种情况下，若用焊机电压表上读出的焊接电压替代电弧电压将产生很大的误差。严格地说，焊机电压表上读出的电压都是焊接电压，不是电弧电压。

为保证焊缝成形良好，电弧电压必须与焊接电流配合适当。通常焊接电流小时，电弧电压较低；焊接电流大时，电弧电压较高。

在焊接打底层焊缝或空间位置焊缝时，常采用短路过渡方式，在立焊和仰焊时，电弧电压应略低于平焊位置，以保证短路过渡过程稳定。

短路过渡时，熔滴在短路状态一滴一滴地过渡，熔池较粘，短路频率为5～100Hz。通常电弧电压为17～24V。随着焊接电流的增大，合适的电弧电压也增大。电弧电压过高或过低对焊缝成形、飞溅、气孔及电弧的稳定性都有不利影响，短路过渡CO₂气体保护焊焊接电流与电弧电压的最佳匹配见表2-6。

表2-6 短路过渡CO₂气体保护焊焊接电流与电弧电压的最佳匹配

图2-2 焊接速度对焊缝成形的影响

c—熔宽 h—余高 s—熔深

4.焊接速度

焊接速度也是重要的焊接参数之一。焊接时电弧将熔化金属吹开，在电弧下形成一个凹坑，随后将熔化的焊丝金属填充进去，如果焊接速度太快，这个凹坑不能完全被填满，将产生咬边、下陷等缺陷；相反，若焊接速度过慢时，熔敷金属堆积在电弧下方，使熔深减小，将产生焊道不匀、未熔合、未焊透等缺陷。焊接速度对焊缝成形的影响如图2-2所示。由图2-2可见，在焊丝直径、焊接电流、电弧电压不变的条件下，焊接速度增加时，熔宽与熔深都减小。

如果焊接速度过高，除产生咬边、未熔合等缺陷外，由于保护效果变坏，还可能会出现气孔；若焊接速度过低，除降低生产率外，焊接变形将会增大，一般半自动焊时，焊接速度可控制在5～60m/h范围内。(www.xing528.com)

5.CO₂气体流量

CO₂气体的流量，应根据对焊接区的保护效果来选取。接头形式、焊接电源、电弧电压、焊接速度及作业条件对保护气体的流量都有影响。流量过大或过小都影响保护效果，容易产生焊接缺陷。

通常细丝焊接时，CO₂气体的流量为5～15L/min；粗丝焊接时，约为20L/min。

6.焊丝伸出长度

焊丝伸出长度是指从导电嘴端部到焊件的距离，也称为干伸长。保持焊丝伸出长度不变是保证焊接过程稳定的基本条件之一。这是因为CO₂气体保护焊采用的电流密度较高，伸出长度越大，焊丝的预热作用越强，反之亦然。

预热作用的强弱还将影响焊接参数和焊接质量。当送丝速度不变时，若焊丝伸出长度增加，因预热作用强，焊丝熔化快，电弧电压升高，使焊接电流减小，熔滴与熔池温度降低，将造成热量不足，容易引起未焊透、未熔合等缺陷。相反，若焊丝伸出长度减小，将使熔滴与熔池温度提高，在全位置焊时可能会引起熔池的铁液流失。

预热作用的大小与焊丝的电阻率、焊接电流和焊丝直径有关。对于不同直径、不同材料的焊丝，允许使用焊丝伸出长度是不同的，可按表2-7选择。

表2-7 焊丝伸出长度的允许值 （单位：mm）

焊丝伸出长度过小，妨碍观察电弧，影响操作，还容易因导电嘴过热夹住焊丝，甚至烧毁导电嘴，破坏焊接过程正常进行。焊丝伸出长度太大时，电弧位置变化较大，保护效果变坏，将使焊缝成形不好，容易产生缺陷。焊丝伸出长度对焊缝成形的影响如图2-3所示。

焊丝伸出长度小时，电阻预热作用小，电弧功率大，熔深大、飞溅小；伸出长度大时，电阻对焊丝的预热作用强，电弧功率小，熔深浅、飞溅多。

7.电源极性

CO₂气体保护焊通常都采用直流反接（反极性）即焊件接阴极，焊丝接阳极。焊接过程稳定、飞溅小和熔深大。

直流正接时（正极性），焊件为阳极，焊丝接阴极，在电流相同时，焊丝熔化快（其熔化速度是反极性的1.6倍），熔深较浅，堆高大，稀释率较小，但飞溅较大。根据这些特点，正极性焊接主要用于堆焊、铸铁补焊及大电流高速CO₂气体保护焊。

8.回路电感

短路过渡焊接需要焊接回路中有合适的电感量，用以调节短路电流的增长速度，使焊接过程中飞溅最小。通常细丝CO₂气体保护，焊丝的熔化速度快，熔滴过渡周期短，需要较大的电流增长速度；反之，对于粗丝CO₂气体保护，则需要较小的电流增长速度。表2-8给出了不同直径焊丝的焊接回路电感参考值。此外，通过调节焊接回路电感，还可以调节电弧燃烧时间，进而控制母材的熔深。增大电感则过渡频率降低，燃烧时间增长，熔深增大。

图2-3 焊丝伸出长度对焊缝成形的影响

表2-8 不同直径焊丝的焊接回路电感参考值

9.焊枪角度

焊枪的倾角也是不容忽视的一个因素。当焊枪倾角小于10°时，不论是前倾还是后倾，对焊接过程及焊缝成形都没有明显影响；但倾角过大（如前倾角大于25°）时，将增加熔宽并减小熔深，还会增加飞溅。

焊枪倾角对焊缝成形的影响如图2-4所示。

从图2-4可以看出，当焊枪与焊件成后倾角时，焊缝窄，余高大，熔深较大，焊缝成形不好；当焊枪与焊件成前倾角时，焊缝宽，余高小，熔深较浅，焊缝成形好。

通常焊工都习惯用右手持焊枪，采用左焊法时（从右向左焊接），焊枪采用前倾角，不仅可得到较好的焊缝成形，而且能够清楚地观察和控制熔池，因此CO₂气体保护焊时，通常采用左焊法。

图2-4 焊枪倾角对焊缝成形的影响