CO2气体保护焊的冶金特点探析

CO₂气体保护焊焊接过程在冶金方面主要表现在CO₂是一种氧化性气体，在高温时进行分解，具有强烈的氧化作用，把合金元素氧化烧损或造成气孔和飞溅。

1.CO₂的氧化性

CO₂气体高温分解反应式为

三者同时存在，CO气体在焊接中不溶于金属，也不与之发生作用，CO₂和O₂则使Fe和其他元素氧化烧损。在熔滴过渡或在熔池中的氧化反应如下：

（1）直接氧化 与CO₂作用时

与高温分解的氧原子作用时

FeO可溶于液体金属内成为杂质或与其他元素发生反应，SiO₂和MnO成为熔渣能浮出，生成的CO从液体金属中逸出。

（2）间接氧化 与氧结合能力比Fe大的合金元素把Fe从FeO中置换出来而自身被氧化，其反应如下

生成的SiO₂和MnO成熔渣浮出，其结果是液体金属中Si和Mn被烧损而减少。一般CO₂气体保护焊时，焊丝中约有w（Mn）=50%和w（Si）=60%被氧化烧损，生成的CO在电弧高温下急剧膨胀，使熔滴爆破而引起金属飞溅。在熔池中的CO，若逸不出来，便成为焊缝中的气孔。(www.xing528.com)

所以直接氧化和间接氧化的结果造成了焊缝金属力学性能降低，产生气孔和金属飞溅。解决CO₂气体保护焊氧化性的措施是脱氧。具体做法是在焊丝中（或在药芯焊丝的芯料中）加入一定量的脱氧剂，它们是与氧的亲和力比Fe大的合金元素，如Al、Ti、Si、Mn等。实践表明，采用Si-Mn联合脱氧效果最好，可以焊出高质量的焊缝，所以目前国内外广泛应用H08Mn2Si焊丝。加入到焊丝中的Si和Mn，在焊接过程中一部分被直接氧化和蒸发掉，一部分就用于FeO的脱氧，其余部分留在焊缝金属中起着提高焊缝力学性能的作用。焊接碳钢和低合金钢用的焊丝，一般w（Si）为1%左右，经烧损和脱氧后剩0.4%～0.5%在焊缝金属中，Mn在焊丝中的质量分数一般为1%～2%：碳（C）与氧的亲和力比Fe大，为了防止气孔和减少飞溅以及降低焊缝中产生裂缝倾向，焊丝中w（C）一般都限制在0.15%以下。

2.气孔问题

在熔池金属内部存在有溶解不了的或过饱和的气体，当这些气体来不及从熔池中逸出时，便随熔池的结晶凝固而留在焊缝内形成气孔。

CO₂气体保护焊时气流对焊缝有冷却作用，又无熔渣覆盖，故熔池冷却快。此外，所用的电流密度大，焊缝窄而深，气体逸出路程长，于是增加了产生气孔的可能性。

可能产生的气孔主要有三种：一氧化碳（CO）气孔、氢气（H₂）孔和氮气（N₂）孔。

产生CO气孔的原因主要是焊丝中脱氧元素不足，使熔池中溶入较多的FeO，它和C发生强烈的碳还原铁的反应，便产生CO气体。因此，只要焊丝中有足够脱氧元素Si和Mn，以及限制焊丝中C的质量分数，就能有效地防止CO气孔。

产生N₂孔的原因主要是CO₂保护不良或CO₂纯度不高。只要加强CO₂的保护和控制CO₂的纯度，即可防止。造成保护效果不好的原因一般是过小的气体流量，喷嘴被堵塞，喷嘴距工件过大，电弧电压过高（即电弧过长），电弧不稳或作业区有风等。

产生H₂孔是由于在高温时溶入了大量H₂，结晶过程中不能充分排出，而留在焊缝金属中。电弧区的H₂主要来自焊丝、工件表面的油污和铁锈以及CO₂气体中所含的水分。前者易防止和消除，故后者往往是引起H₂孔的主要原因，因此对CO₂气体进行提纯与干燥是必要的，但因CO₂气体具有氧化性，H₂和CO₂会化合，故出现H₂孔的可能性相对较小，这就是CO₂气体保护焊被认为是低氢焊接方法的原因。