CO2气保焊出现气孔原因试分析

CO2气保焊出现气孔原因试分析

CO2气保焊出现气孔原因试分析 篇1

CO2气保焊出现气孔原因试分析

摘要： CO2气保焊由于操作简单，适合自动焊接和全方位焊接且成本低，被广泛应用于制造行业，但在所有的焊接方式中,或多或少都将存在一定的焊接缺陷,本文主要针对CO2气保焊接中出现气孔的缺陷，简要的分析了气孔产生的影响因素，并阐述了防止产生气孔的工艺措施。

关键词：二氧化碳气体保护焊；CO2；气孔缺陷；防止措施

Abstract：As the simple operation , automatic welding and low cost ,CO2 shielded welding is widely used in manufacturing industry, but in all the welding, more or less there will be some welding defects, the paper mainly for CO2 gas shielded welding holes appear, welding spatter defects too large, comprehensive analysis of the porosity in welding low-alloy steel, the impact of factors that welding spatter, and described the air hole to prevent and reduce the splash process measures.Key words：carbon dioxide gas shielded arc welding;CO2;porosity;prevention measures.Co2气体保护焊是利用co2气体作为保护介质依靠焊丝和焊件产生的电弧来融化金属的一种电弧焊方法，由于其操作简单，生产效率高，焊接变形小，电弧可见性好，适合自动焊接和全方位焊接且成本低等特点，已被广泛用于机车车辆、汽车、摩托车、船舶、煤矿机械及锅炉制造行业。但CO2气保焊也存在很多缺陷，常见的有未焊透、气孔、咬边、焊穿、飞溅等，本文针对CO2气保焊接中出现气孔的缺陷，简要的分析了气孔产生的影响因素，并阐述了防止产生气孔的工艺措施。CO2气体保护焊原理及常用焊接设备

二氧化碳气体保护焊是采用CO2 气体作为保护介质，焊接时CO2 气体通过焊枪的喷嘴，沿焊丝周围喷射出来，在电弧周围形成气体保护层，机械地将焊接电弧及熔池与空气隔离开来，从而避免了有害气体的侵入，保证焊接过程稳定，以获得优质的焊缝。

常用的焊接设备结构如图1所示：

CO2 气体保护焊的设备主要由焊接电源、送丝系统、焊枪、供气系统和控制系统等组成。

1）.焊接电源 CO2 气体保护焊的电源均为直流，具有平硬外特性曲线。

2）.送丝系统 在CO2 气体保护焊中送丝系统是焊机的重要组成部分。送丝系统要能维持并保证送丝均匀和平稳，送丝机构应尽可能地结构简单和轻巧，并且维修及使用方便。

3）． 焊枪 焊枪的主要作用是向熔池和电弧区输送保护气流和稳定可靠向焊丝导电。焊枪应结构紧凑，操作方便，连接件、易损件便于更换。焊枪的主要易损件是导电嘴和喷嘴。

4）． 供气系统 供气系统的作用是将保存在钢瓶中呈液态的CO2 在需用时变成有一定流量的气态CO2。供气系统包括：气瓶、预热器、干燥器、减压器和流量计及电磁气阀。

5）． 控制系统 CO2 气体保护焊的控制系统是对送丝系统、供气系统和焊接电源的控制，以及对焊件运转或焊接机头行走的控制。

２ CO2气体保护焊气孔的特点及危害

气孔是焊接时熔池中的气体在凝固时未能逸出而残留在焊缝金属中所形成的空穴，是CO2气保焊时常见的也是主要的一种焊接缺陷。其形状有球形、椭圆形、旋风形和条虫状等。在焊缝内部的称内部气孔，露在焊缝表面的称外部气孔。气孔的大小不等，有时是单个存在，有时是密集在一起或是沿焊缝连续分布。常见的有氢气孔、氮气孔、一氧化碳气孔等。

气孔是体积性缺陷，对焊缝的性能影响很大。其危害性主要是会降低焊缝的承载能力。因为这些缺陷占据了焊缝金属一定的体积，使焊缝的有效工作截面积减小，因而也

图1 二氧化碳气体保护焊

就相应降低了焊缝的力学性能，使焊缝的塑性，特别是弯曲和冲击韧度降低得更多。如果气孔穿透焊缝表面，特别是穿透接触介质的焊缝表面，介质积存在孔穴内，当介质有腐蚀性时，将形成集中腐蚀，孔穴逐渐变深，变大，以至腐蚀穿孔而泄漏。从而破坏了焊缝的致密性，严重时会由此而引起整个金属结构的破坏。所以，防止焊缝中产生气孔，保证焊缝的焊接质量，是非常值得注意的问题。CO2气体保护焊气孔形成原因分析

焊接过程中，熔池的周围充满着成分复杂的各种气体（主要来自周围的空气），焊件上的杂质如铁锈、油漆、油脂受热后所产生的气体等，所有这些都不断地与金属熔池发生作用。一些气体通过化学反应或溶解等形式进入熔池，使熔池的液体金属吸收了相当多的气体。如果这些气体排出较快，熔池结晶较慢，就不会形成气孔。但是如果气体的产生正处在熔池的结晶过程中，而结晶过程进行较快时，气体来不及排出熔池，就会残留在焊缝中形成气孔。

常见的气孔有一氧化碳气孔，氮气孔，氢气孔。（１）一氧化碳气孔：

使用纯CO2气体保护有可能会产生CO气孔，焊接时会发生如下反应Fe＋CO2＝ FeO＋CO，FeO＋C ＝ Fe＋CO这个反应是在熔池内部进行的。由于金属对一氧化碳的溶解度很低所以生成的一氧化碳要从熔池中跑出来。若熔池金属结晶完了时，还有一部分一氧化碳没有排出，则在焊缝中就形成气孔。再有就是CO2气在3500℃的高温电弧下发生分解反应：2CO2＝2CO＋O2，这个反应是吸热的，因此二氧化碳气流的冷却作用比较显著，使熔池金属冷却的特别快，加上焊缝成型窄而深，使气体排出条件恶化，所以产生气孔。

（２）氢气孔

如果熔池在高温时溶入了大量氢气，在结晶过程中又不能充分排出，则留在焊缝金属中形成气孔。电弧区的氢主要来自焊丝、工件表面的油污及铁锈，以及CO2气体中所含的水分。油污为碳氢化合物，铁锈中含有结晶水，它们在电弧高温下都能分解出氢气。减少熔池中氢的溶解量，不仅可防止氢气孔，而且可提高焊缝金属的塑性。所以，一方面焊前要适当清除工件和焊丝表面的油污及铁锈，另一方面应尽可能使用含水分低的

CO2气体。CO2气体中的水分常常是引起氢气孔的主要原因。

（3）氮气孔

在电弧高温下。熔池金属对氮有很大的溶解度。但当熔池温度下降时，氮在液态金属中的溶解度便迅速减小，就会析出大量氮，若未能逸出熔池，便生成氮气孔。氮气孔常出现在焊缝近表面的部位，呈蜂窝状分布，严重时还会以细小气孔的形式广泛分布在焊缝金属之中。这种细小气孔往往在金相检验中才能被发现，或者在水压试验时被扩大成渗透性缺陷而表露出来。氮气孔产生的主要原因是保护气层遭到破坏，使大量空气侵入焊接区。造成保护气层破坏的因素有：使用的CO2保护气体纯度不合要求；CO2气体流量过小；喷嘴被飞溅物部分堵塞；喷嘴与工件距离过大及焊接场地有侧向风等。CO2气体保护焊气孔的控制

针对气孔的形成原因从以下几个方面进行控制： 1)选择合理焊丝

CO2气保焊焊丝的种类很多，按用途分有高强钢焊丝、低合金焊丝、有色金属焊丝等；按形态分有实芯焊丝、药心焊丝；按加工工艺分有镀铜焊丝、镀锌焊丝等。焊丝种类的如此繁多，但真正影响焊缝产生气孔的因素是焊丝本身所含的化学成分。焊丝含碳量过高，在焊接过程中会因还原作用剧烈会引起较大的飞溅、并产生气孔。焊丝中含H原子过多，也极容易使焊缝产生H气孔。若选用的焊丝成分符合标准并含有足够的脱氧元素Si和Mn，以及限制焊丝中的焊碳量，就可以有效的抑制溶池中FeO和C进行的反映，防止CO气孔的产生。

2)选择合理的焊接速度

焊接速度是主要的焊接工艺参数之一。焊接速度过快时，由于空气阻力对保护气层的影响；或遇侧向气流的侵袭，会使保护气层偏离焊丝和熔池，从而使保护效果变差，产生气孔。

3)选择合理的电流电压

CO2气体保护焊是以CO2气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法。焊接电流的大小、电源的特性都直接影响着电弧的稳定性。而电弧稳定又是控制气孔产生的有效保证。在使用交流电源时，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。同时，飞溅的产生降低了电弧的稳定性，加大了焊缝产生气孔的几率，严重影响焊接质量。此外采用短路过渡的CO2气保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、有气孔、焊缝成形窄而高，容易出现熔合的焊接缺陷等等。因此建议CO2气体保护焊最好选用平硬特性的直流电源或焊机，并要求具有良好的动特性，才可以确保符合电弧燃烧稳定的要求。焊接电流过小，在焊缝区域的能量就小，焊缝结晶也就越快，自然就容易产生气孔。电流的大小选用必须以母材和焊丝的要求为根据。

4)合理的控制供气系统

合理的供气系统的控制分为三个过程进行：第一步提前送气1～2秒，这样可排除引弧区周围的空气，保证引弧质量，然后引弧；第二步在焊接过程中保证气流均匀；第三步在收弧时滞后2～3秒断气，继续保护弧坑区的熔化金属凝固和冷却，防止在没有气体保护层的时候进行焊接。

5)选择合理的气体流量

在选择气体流量时要选择合适的气体流量，当气体流量较小时，CO2 气体未能有效保护熔池，将使焊缝中产生气孔的倾向加大，尤其是N2 孔。但保护气体流量过大时又会引起紊流，吸入空气，导致气孔产生。另一方面，要保证焊枪（OTC）尾部密封圈密封有效，尽可能减小紊流吸入空气造成气孔的几率。

６）保证管道畅通

喷嘴或输气管路被堵：CO2 气保焊时，喷嘴内壁易被飞溅堵塞，影响气体的正常流通，破坏原有的保护效果，易出现气孔缺陷。所以，焊接过程中应及时清理喷嘴，使其能够保持良好的气体保护效果。另外，还应注意检查输气管路有无堵塞现象，以免因CO2 气体的欠缺而导致气孔的产生。

７）焊丝伸出长度的控制

CO2 气保焊时，焊丝伸出长度增加，焊丝上电阻增加，熔化速度增加快、生产率提高。但过大时，会发生焊丝过热，使焊丝成段熔断、造成飞溅，破坏焊接过程的稳定性，并使气体保护效果下降；伸出长度过小时，不但会阻挡焊工的视线，而且喷嘴易堵塞，同样会破坏过程稳定和降低气体保护效果。所以，焊丝伸出长度要适当，通常焊丝伸出

长度以10～12 倍焊丝直径为宜，一般都在10～20mm范围内，焊接过程中应尽可能维持焊丝伸出长度不变。另外，施焊时在不影响焊工操作视线的情况下，应尽可能采用短弧焊接，一般焊丝与熔池的距离（即电弧的长度）为2～8mm。电弧过长，增大了喷嘴与焊件之间的距离，保护效果变差，易产生气孔。电弧过短，焊丝与母材易碰撞发生短路，焊接无法正常进行。

８）其他因素的控制

CO2气保焊时，由于气体保护层是柔性的，极易受到外界气流因素的扰动而遭破坏，产生气孔，因此焊接场地或通风设施风力不宜太大；焊接管道时，封闭管口，严禁穿堂风；在焊接有密闭空间的结构时，要在密闭空间处留通气孔，避免在焊接过程中密闭空气因焊接热量膨胀从焊缝跑出，破坏保护气层，产生气孔；焊缝要清理干净，避免存在油污，水，锈等杂志造成气孔的出现；选用CO2气体时要选用正规的，各项指标符合要求的汽瓶，尽量不要用完气瓶内的气体，至少应留有1-2MPa的气体，这样一是因剩余少量的气常富含多种杂质、以及水分；二是压力太低很难确保有效的保护作用；二氧化碳气体加热装臵要运行正常有效，未经加热的CO2气体会在熔池处带入潮气，造成气孔出现；要检查气体管线是否存在较大的泄漏，较大的泄漏会使气体管线渗入少量空气，增加气孔出现的概率。结语

产生气孔的因素很多，既有熔池冶金因素，又有焊接工艺因素，在某些条件下还受环境介质的影响。任何一个环节的疏忽都将导致气孔的产生，尽管不同气孔产生的条件有差异，但选用正确的焊接工艺，采取合适的措施，就能有效的防止气孔产生，提高焊缝一次合格率，获得满意的焊接质量。

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