熔化极气体保护焊工艺介绍

任务描述

1.理解熔化极气体保护焊原理，了解熔化极气体保护焊的分类及应用。

2.了解熔化极气体保护焊气体及其应用。

3.了解CO₂气体保护焊的操作过程。

任务分析

本任务主要涉及熔化极气体保护焊的原理、分类及特点，保护气体及其分类等知识点，并使学生通过观摩CO₂气体保护焊的操作过程来加深对熔化极气体保护焊的理解，为本单元后续四个任务的学习打下基础。

一、熔化极气体保护焊的原理、分类及特点

1.熔化极气体保护焊的原理

气体保护焊是将外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的一种电弧焊接方法。

熔化极气体保护焊是以可熔化电极（焊丝）与工件间产生的电弧为热源，将熔化电极和母材金属熔化，在惰性气体或活性气体的保护下，使熔滴、熔池及附近的母材金属免受周围空气影响的焊接方法，如图4-1所示。

2.分类

根据焊丝和保护气体种类的不同，熔化极气体保护焊的分类如图4-2所示。

图4-1 熔化极气体保护焊示意图

1—工件 2—电弧 3—导电嘴 4—焊丝 5—送丝轮 6—喷嘴 7—保护气体 8—熔池 9—焊缝金属

图4-2 熔化极气体保护焊的分类

3.特点

与焊条电弧焊和埋弧焊两种焊接方法相比，熔化极气体保护焊在工艺、生产率与经济效果等方面的优缺点如下：

（1）优点

1）明弧焊接。在焊接过程中，电弧及熔池的状态和行为可以被观察到，加热、熔化情况清晰可见，故焊接过程与焊缝质量易于控制。

2）焊接生产效率高。熔化极气体保护焊采用连续送丝，不需要更换焊条，同时焊接电流密度大，电弧热量利用率高，并且在通常情况下不需要采用管状焊丝，整个焊接过程没有熔渣出现，节省了清渣的辅助工时，降低了焊接成本，提高了焊接生产效率。

3）焊接变形小。熔化极气体保护焊可用于焊接厚板和薄板，使用范围广，易进行全位置焊，可实现机械化和自动化。

（2）缺点

1）对环境要求严格。室外操作需设有防风装置，确保焊接区域得到良好的气体保护。

2）操作灵活性较差，不适于狭小空间。

3）设备较复杂，使用和维护要求较高。

4.熔化极气体保护焊气体及应用

保护气体的主要作用是对焊缝和近焊缝区进行保护，因为大多数金属在空气中加热至熔点以上时，容易被氧化和氮化，生成的产物会引起焊接缺陷，如焊缝金属脆化等。

熔化极气体保护焊中实际应用的主要气体有：单一惰性气体，主要是氩和氦；混合气体，主要是惰性气体与氧化性气体的混合气体；二氧化碳气体。

二、单一惰性气体

氩气和氦气两种惰性气体，可以用于焊接不锈钢、低碳钢、活泼性有色金属和低合金钢等。但是由于氩气和氦气的物理性质有很大的差异（如密度、热传导性、电离电压和电弧特性不同），造成其工艺性能存在差异，如焊缝断面形状和熔滴过渡形状都不相同。在实际生产中，为了达到良好的焊接性，常需要采用一定比例的氩气和氦气的混合气体进行操作。

三、混合气体

惰性气体与氧化性气体的混合气体通常具有一定的氧化性，称为活性气体，如Ar+CO₂、Ar+O₂、Ar+CO₂+O₂等，可用于平焊和各种位置的焊接，尤其适用于黑色金属的焊接，如碳钢低碳钢和不锈钢等。将氧化性混合气体作为保护气体可以提高熔滴过渡、电弧燃烧和阴极斑点的稳定性。

四、二氧化碳气体

二氧化碳（CO₂）气体也是一种活性气体，并且是唯一适合于焊接的单一活性气体。CO₂气体容易在电弧高温作用下发生分解，同时有吸热反应发生，对电弧产生冷却作用，使电弧收缩。CO₂气体来源丰富。CO₂气体保护焊具有高速焊接、熔深大、成本低和容易进行空间位置焊接等优点，广泛用于低碳钢的焊接。

知识卡：

《气瓶颜色标志》（GB 7144—1999）规定，二氧化碳气体钢瓶外表涂铝白色，并标有黑色“液化二氧化碳”字样。

任务准备

1）焊机：NBC—300型CO₂气体保护焊机。

2）CO₂气体：体积分数≥99.5%。

3）焊丝：ER49-1型焊丝，直径为1.0mm。

4）布置参观任务：在进行安全教育后，五人为一组参观一个工位，了解CO₂气体保护焊的基本操作和设备使用方法。

任务实施

CO₂气体保护焊操作过程也是由引弧、收弧、接头、焊接等组成的。在进行基本操作之前，首先要进行焊前清理，即将工件的坡口及附近表面清理干净，应无毛刺、熔渣、油、锈等污物。然后要进行安全检查并调试焊机，如检查焊机接线是否正确，焊丝是否能够顺利地伸出导电嘴，焊接参数调整得是否正确等。

（1）工艺流程

1）需要焊接的工件应用专用焊接夹具定位，并尽可能将其平放。

2）尽可能采用平焊。若采用立焊，则施焊方向应为自上而下，但修补咬边时，可自下而上。管材结构的立焊可以自上而下，也可以自下而上。

3）应根据工件厚度、焊接位置选择焊接电流，并且要进行试焊，判断是否合适。

4）引弧时主要采用碰撞法引弧，并且不必抬起焊枪。在焊接结束前必须进行收弧，根部焊道的最小尺寸应满足宽度的要求，以防止产生裂纹。

5）将待焊接头处用角向磨光机打磨成斜面，然后在斜面顶部引弧，之后使电弧在斜面底部转一圈返回引弧后再继续向左焊接，以此保证接头的质量。(www.xing528.com)

（2）操作注意事项

1）双手持焊枪，保证正确的姿势。由于CO₂气体保护焊焊枪尺寸较大，焊枪重量较大（焊枪加送丝软管），因此想要焊接出一条优质的CO₂气体保护焊焊缝，就需要左右双手配合，做出稳定协调的组合动作。

通常情况下，操作者左手拇指、食指作支架拖住焊枪的鹅颈处，右手握焊枪枪柄。焊接时，右手手腕左右拧动，控制焊枪沿焊缝横向（宽度方向）左右摆动，焊枪在左手的引领下纵向（焊接方向）移动。

2）保持焊枪与工件合适的相对位置。

3）保持焊枪匀速前进。

4）最后打扫工位卫生，保证工位干净整洁。

师傅说现场

在进入工位之前要检查自己的防护服是否穿戴整齐，防护面罩是否戴上，参观过程中要避免直视弧光，确保安全。

检查评议

观摩CO₂气体保护焊的操作过程评分表见表4-1。

表4-1 观摩CO₂气体保护焊的操作过程评分表

问题防治

问题：CO₂气体保护焊电弧辐射

原因：CO₂气体保护焊的高温电弧会产生强烈的弧光辐射。焊接参数决定了辐射的强度，焊接电流越大，弧光辐射就越强。CO₂气体保护焊是明弧焊接，并且电流密度大，弧光辐射强度一般高于焊条电弧焊的3倍，长期作用于人体，将会形成慢性损伤。弧光辐射强度还与距施焊点的距离有关，距施焊点的距离越近，弧光辐射强度就越强。一般而言，距施焊点10m之外的位置，弧光辐射强度已经衰减到安全界限以下。尽管如此，人眼仍不可直视电弧，否则将损伤眼睛。

防止措施：在操作前，穿戴好工作服，以防止弧光灼伤皮肤；在操作时，必须使用带有电焊防护玻璃的面罩；在引弧时，应注意周围人员，以免强烈的弧光伤害他人；在厂房内和人多的地方进行焊接时，应用隔板遮光，避免周围人员受弧光伤害。

扩展知识

CO₂气体保护焊的安全技术

1）作业前，CO₂气体应先预热15min。开气时，操作人员必须站在瓶嘴的侧面。

2）作业前，应检查并确认焊丝的进给机构、电线的连接部分、CO₂气体的供应系统及冷却水循环系统合乎要求，焊枪冷却水系统不得漏水。

3）CO₂气体钢瓶宜放在阴凉处，其最高温度不得超过30℃，并应放置牢靠，不得靠近热源。

4）CO₂气体预热器端的电压不得大于36V，作业后应切断电源。

5）焊接操作人员及配合人员必须按规定穿戴劳动防护用品，并且必须采取防止触电、高空坠落、瓦斯中毒和火灾等事故的安全措施。

6）现场使用的焊机应设有防雨、防潮、防晒的机棚，并应装设相应的消防器材。

7）在进行高空焊接时，必须系好安全带，施焊点周围和下方应采取防火措施，并有专人监护。

8）当焊接受压容器、密封容器、油桶、管道、沾有可燃气体和溶液的工件时，应先消除容器及管道内的压力，清除可燃气体和溶液，然后冲洗有毒、有害、易燃物质；对存有残余油脂的容器，应先用蒸汽、碱水冲洗，并打开盖口，确认容器清洗干净后，再灌满清水，方可进行焊接。在容器内焊接时，应采取防止触电、中毒和窒息的措施。焊、割密封容器时应留出气孔，必要时在进、出气口处装设通风设备；容器内照明电压不得超过12V，焊接人员与工件间应绝缘；容器外应设专人监护。严禁在已喷涂过油漆和塑料的容器内焊接。

9）严禁焊接和切割承压状态的压力容器及管道，带电设备，承载结构的受力部位，装有易燃、易爆物品的容器。

10）焊接铜、铝、锌、锡等有色金属时，应通风良好，焊接人员应戴防毒面罩、呼吸滤清器或采取其他防毒措施。

11）清除焊渣时，应戴防护眼镜，头部应避开焊渣飞溅方向。

12）雨天不得露天施焊。在潮湿地带作业时，操作人员应站在铺有绝缘物品的地方，并应穿绝缘鞋。

提示：

CO₂气体会对母材产生渗碳作用，当焊接碳含量很低的钢材时，要考虑碳含量增加的可能性。

考证要点

一、填空题

1.气体保护焊是将____作为电弧介质并保护电弧和焊接区的一种电弧焊接方法。

2.熔化极气体保护焊是以____与____为热源，将熔化电极和母材金属熔化，在惰性气体或活性气体的保护下，使熔化电极、熔化的焊丝、熔池及附近的母材金属免受周围空气影响的焊接方法。

3.熔化极气体保护焊按保护气体种类的不同可分为____、____和____。

4.熔化极气体保护焊中单一惰性气体主要采用____和____。

5.熔化极气体保护焊的焊丝有____和____两类。

6.熔化极气体保护焊，焊接碳素钢及低合金钢时采用的保护气体是____。

7.唯一适合于焊接的单一活性气体是____。

二、判断题

1.氧化性气体由于本身的氧化性，不适合作保护气体。（ ）

2.气体保护焊非常适于全位置焊。（ ）

3.熔化极气体保护焊，用于平焊和各种位置的焊接时，采用的保护气体是氧化性混合气体。（ ）

4.氮气因不溶于铜，故可用作焊接铜及铜合金的保护气体。（ ）

5.一般而言，距施焊点10m之外的位置，弧光辐射强度已经衰减到安全界限以下。（ ）

三、问答题

1.熔化极气体保护焊的优点是什么？

2.熔化极气体保护焊的原理是什么？