二氧化碳气保焊主角焊全熔透实验报告（焊接万用表实验报告）

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实验名称：二氧化碳气保焊主角焊全熔透实验报告

实验单位： 实验名称： 实验日期： 目录

一、 实验名称 2

(一) 实验名称： 2

(二) 实验地点： 3

(三) 实验人员： 3

二、 实验目的 3

三、 实验原理 3

(一) CO2气体保护焊原理 3

(二) 熔池定义 4

(三) 如何控制熔池（熔池温度） 4

(五) CO2 气体保护焊的熔滴过渡 8

四、 实验方案 12

（一）焊接电流对熔深的影响

（二）坡口角度对焊缝质量的影响

五、 实验步骤 20

(一) 实验流程图 20

(二) 实验流程详细 21

六、 实验结果 27

七、 结果讨论分析 27

八、 实验结论 27

一、实验名称 (一)实验名称：

CO2气保焊主角焊全熔透实验

(二)实验地点：

昆明嘉绩钢结构工程有限责任公司禄丰生产基地三车间龙门焊旁

(三)实验人员： 1.主要人员：

王应山、田雪东、李云涛

2.参与人员

张建峰、罗金荣、付聪林

二、实验目的

通过本实验探究出符合实际生产且较为合理的焊接参数（坡口类型、坡口尺寸、焊接电流、焊接电压、焊接角度），来减小电弧碳棒气刨的深度，提高生产效率和降低焊接成本。

三、实验原理 (一)CO2气体保护焊原理

CO2气体保护焊工作原理工作原理如图所示,焊接时,在焊丝与焊件之间产生电弧;焊丝自动送进,被电弧熔化形成熔滴并进入熔池;CO2气体经喷嘴喷出,包围电弧和熔池,起着隔离空气和保护焊接金属的作用。同时CO2。气还参与冶金反应，在高温下的氧化性有助于减少焊缝中的氢。

(二)熔池定义

熔池是指在焊接热源作用下，焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分。熔池结晶后形成焊缝，如图1-2所示。图中示出了熔深D、熔宽W及熔池长度L。熔化焊均产生熔池。

(三)如何控制熔池（熔池温度）

对于手工电弧焊、熔化极气体保护焊及药芯焊丝电弧焊来说，熔池是类似的，但也不是完全相同的。手工或半自动焊工必须首先学习如何控制熔池金属。而机构焊或自动焊系统通过传感器及机构装置来控制熔池金属。必须对焊接工艺文件中的所有焊接参数（包括熔滴过渡方式）进行正确的设置才能保证得到可控的熔池。熔池行为是非常复杂的，必须从多个角度进行考虑。但是由于实际生产限制我们这里只讨论最重要的因素——熔池温度。

1.计算电弧热

必须输入足够大的热量才能熔化母材，电弧热使母材熔化成熔池。熔池是随电弧一起移动的，这使得熔池行为更加复杂。电弧热输入是指单位时间内输入到焊缝中的热量，是可计算的。通常计算单位焊缝长度上的热输入，即线能量。线能量计算公式如下；

H(W/in或W/m)=60EI/S

式中，E为电弧电压/V、I为焊接电流/A、S为焊接速度，m/min；H为线能量，W/in或W/m。电弧产生的热量并不能全部输入到工件中，一部分通过辐射的形式散失到周围空间中，一部分用于熔化焊丝或焊条或者加热钨极。输入到工件中的热量占电弧总热量的百分数称为热效率系数。不同焊接方法的电弧热效率系数相差很大，最低只有20%，最高可达95%。

2.运条

焊条沿轴线向熔池方向送进使焊条熔化后，能继续保持电弧的长度不变，因此要求焊条向熔池方向送进的速度与焊条熔化的速度相等。如果焊条送进的速度小于焊条熔化的速度，则电弧的长度将逐渐增加，导致断弧；如果焊条送进的速度太快，则电弧长度迅速缩短，焊条未端与焊件接触发生短路，同样会使电弧熄灭

月牙形运条方法：焊条末端沿焊接方向作月牙形左右摆动，中间动作要快，两侧稍作停留。该方法能有效地控制熔池温度，熔池较浅，应防止正、反两面咬边。月牙形运条是单面焊双面成形连弧焊的主要运条方法之一。

锯齿形运条方法：焊条末端作锯齿状向前摆动，并在两侧稍作停留，以防止产生咬边。此种方法操作容易，应用广泛。适用于平、立、仰焊位对接焊缝各层焊道的焊接。

月牙形运条温度高于锯齿形运条的熔池温度。在12mm平焊封底层，采用锯齿形运条，并且用摆动的幅度和在坡口两侧的停顿，有效的控制了熔池温度，使熔孔大小基本一致，坡口根部形成焊瘤和烧穿的机率有所下降，未焊透有所改善，使平板对接平焊的单面焊接双面成形不再是难点。

3.运条位置和角度

在焊接时焊条角度应随着焊接位置的变化而变化，始终保持钝边两侧的熔池温度合适。温度太高就会造成烧穿，太低则宜造成未焊透未融合现象。焊条与焊接方向的夹角在90度时，电弧集中，熔池温度高；若夹角变小，电弧则分散，熔池温度就较低。如12mm平焊封底层，焊条角度若为50-70度，此时就使熔池温度有所下降，避免了背面产生焊瘤或起高的现象。又如，在12mm板立焊封底层换焊条后，我们在运焊条时采用90-95度的焊条角度，使熔池温度迅速提高，熔孔便能够顺利打开，背面成形较平整，有效地控制了接头点内凹的出现。

若焊条送进位置不够，则会造成未焊透或夹沟现象。因为此时电弧较分散，对母材钝边的熔化温度不够，造成底部母材的未融合；若想充分熔化金属必须增加熔化时间，熔池托不住铁水就导致下淌，形成夹沟或焊瘤，熔池多层叠加又会产生夹渣现象。正确的方法是讲焊条以75度角伸入到钝边坡口内，对准坡口母材熔化并两侧摆动，每个动作约1秒钟时间，至此第一个熔池形成，接着进入下一个熔池的形成。此时各个熔池熔化时间较短、重量轻，不宜造成下坠，焊瘤不会形成，沟槽较浅也有利于盖面施焊。后一个熔池覆盖前一个的2/3的叠加方式前进，每一个熔池都较薄，后一个对前一个起到了后热熔化的作用，保证熔池内的气体有充足的时间溢出，不致产生气孔。

4.电弧的燃烧时间

在起焊时，母材温度低，如焊条不摆到坡口边缘，铁水会很快收缩回来，产生咬边，焊缝成形也会又高又窄，达不到圆滑过度的效果，还容易产生表面未熔合。从熔池形状分析如果成下坠液滴形，焊出的成形肯定不好，可能会产生焊瘤。因此仰焊起焊点要充分预热，焊条与管子的夹角成75度，引燃电弧后拉长电弧进行预热,等焊条头上的第一滴熔化铁水坠落后再将焊条送进。此时的熔池温度应保证熔池大小为坡口宽度加约1毫米，方可使母材充分熔化进入熔滴形成焊缝。

综上所述大部分熔池的控制，特别是立焊及仰焊时熔池的控制均涉及电源及送丝机调节以及电弧的正确操纵。如果熔池过大，熔池重力使熔池金属流失，不能形成焊缝。如果熔深过大，则会使厚度较小的工件烧穿。但是，如果熔池的尺寸不够大，则不能形成有效的焊缝。薄板焊接时，如果焊接速度适当，则熔池的体积较小，电弧稳定走后熔池立即凝固，可得到高质量的焊缝。弧焊电源的动态响应特性也影响熔池的稳定性。

(四)熔池的一次结晶 1.熔池一次结晶的定义

热源离开后，焊接熔池的金属由液态转变为固态的过程，称为焊接熔池的一次结晶。

2.结晶过程

焊接熔池的一次结晶对焊缝金属的组织与性能具有重大的影响，焊接过程中的许多缺陷，如气孔、裂纹、夹杂和偏析等大多是在一次结晶过程中产生的。熔池金属的一次结晶过程如图1-3所示。

3.一次结晶的特点

焊接熔池一次结晶的特点是熔池体积小、冷却速度快，这就使含碳量偏高，导致含合金元素较多的钢种和铸铁等易产生硬化组织和结晶裂纹;熔池中的液态金属处于过热状态，使合金元素烧损严重，熔池中作为晶核的质点大为减少，促使焊缝得到柱状晶体;熔池在结晶过程中，熔池内部气体的外逸、焊条的摆动气体的吹力都有利于气体、夹杂的排除，有利于得到性能良好的焊缝。

(五)CO2 气体保护焊的熔滴过渡

熔化极的金属材料进入熔池有三种过度形式，短路过渡、滴状过渡和射滴过渡。

1.短路过渡

熔化极惰性气体保护焊熔滴短路过程与二氧化碳电弧焊熔滴短路过渡是相同的，也是使用较细的焊丝在低电压，小电流下产生的一种可得用的熔滴过渡方式，区别在于二氧化碳气体保护焊熔滴短路过渡是在更低的电压下进行并且过渡过程稳定，飞溅少，适合进行薄板高速焊接或窖位置焊缝的焊接。其特点是采用小电流和低电压焊接时，熔滴在未脱离焊丝端头前就与熔池直接接触，电弧瞬时熄灭短路，熔滴在短路电流产生的电磁收缩力用液体金属的表面张力作用下过渡到熔池中。短路过渡形式的电弧稳定，飞溅较小，成形良好，不过熔深较浅。

短路过渡过程示于图1-4。电弧燃烧后，由电弧析出热量，熔化焊丝，并在焊丝端头积聚少量熔滴金属(图1-5-e)。由于焊丝迅速熔化而形成电弧空间，其长度决定于电弧电压。随后，熔滴体积逐渐增加，而弧长略微缩短(图1-5-f)。随着熔滴不断长大，电弧向未熔化的焊丝方向传入的热量减少，则焊丝熔化速度也降低(图1-5-g)。由于焊丝仍以一定速度送进，所以势必导致熔滴逐渐接近熔池，弧长缩短。同时熔滴与熔池都在不断地起伏运动着，这就增加了熔滴与熔池相接触的机会。每当接触时，就使电弧空间短路〔图1-5-h, a)，于是电弧熄灭，电弧电压急剧下降，接近于零，而短路电流开始增大，在焊丝与熔池间形成液体金属柱(图1-5-b)。这种状态的液柱不能自行破断。随着短路电流按指数曲线规律不断增大，它所引起的电磁收缩力强烈地压缩液柱，同时在表面张力作用下，使得液柱金属向熔池流动，而形成缩颈(图1-5-d)，该缩颈称为“小桥”。这个小桥连接着焊丝与熔池，同时通过较大的短路电流，而使小桥由于过热气化而迅速爆炸。这时电弧电压很快恢复到空载电压以下，电弧又重新引燃。随后不断重复上述过程。

2.滴状过渡

滴状过渡时电弧电压较高，由于焊接参数及材料的不同又分为粗滴过渡〈大颗粒过渡）及细滴过渡（细颗粒过渡)。

A.粗滴过度

粗滴过渡电流较小而电弧电压较高时，因弧长较长，熔滴与熔池不发生短路，焊丝末端便形成较大的熔滴。当熔滴长大到一定程度后，重力克服表面张力使熔滴脱落。这种过渡方式由于熔滴大，形成的时间长，影响电弧的稳定性，焊缝成型粗糙，飞溅较大，在生产中基本不采用。粗滴过渡形式如图1-6所示。

B.细滴过度

细滴过渡电流比较大时，电磁收缩力较大，熔滴表面张力减小，熔滴细化，这些都促使熔滴过渡，并使熔滴过渡频率增加。这种过渡形式称为细滴过渡，因为飞溅少，电弧稳定，焊缝成型良好，在生产中被广泛应用。细滴过渡形式如图1-7所示:

3.

射滴过渡(喷射过渡)

射滴过渡(喷射过渡)

熔滴呈细小颗粒并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡的形式称为喷射过渡。熔滴的尺寸随着焊接电流的增大而减小。在弧长一定时，当焊接电流增大到一定数值后，即出现喷射过渡状态。这里需要强调指出的是产生喷射过渡除了要有一定的电流密度外，还必须要有一定的电弧长度（电弧电压）如果电弧电压太低(弧长太短)不论电流数值有多大，也不可能产生喷射过渡。过程如图1-8

射滴过度的特点是熔滴细，过渡频率高，熔滴沿焊丝的轴向以高速度向熔池运动，并且有电弧稳定，飞溅小，熔深大，焊缝成形美观，生产效率高等优点。

五、理论依据

一、焊接参数对焊缝质量的影响

一、焊接电流

焊接电流焊接电流增大时(其他条件不变)，焊缝的熔和余高增大，熔宽没多大变化(或略为增大)。这是因为：(1)电流增大后，工件上的电弧力和热输入均增大，热源位置下移，熔深增大。熔深与焊接电流近于正比关系。

(2)电流增大后，焊丝融化量近于成比例地增多，由于熔宽近于不变，所以余高增大。

(3)电流增大后，弧柱直径增大，但是电弧潜入工件的深度增大，电弧斑点移动范围受到限制，因而熔宽近于不变。

电流增大 熔深、余高增加

焊接电流强度的大小对焊接质量的影响

1.焊接电流过小不仅引弧困难，而且电弧也不稳定，会造成未焊透和夹渣等缺陷。由于焊接电流过小使热量不够，还会造成焊条的熔滴堆积在表面，使焊缝成形不美观。

2.焊接电流过大使得熔深较大。如果焊接电流过大，不但容易产生烧穿和咬边等缺陷，而且还会使合金元素烧损过多，并使焊缝过热，造成接头热影响区晶粒粗大，影响焊缝机械性能。

一、电弧电压

电弧电压增大后，电弧功率加大，工件热输入有所增大，同时弧长拉长，分布半径增大，因而熔深略有减小而熔宽增大。余高减小，这是因为熔宽增大，焊丝熔化量却稍有减小所致

电压增大 熔宽增大，余高减小

三、焊接速度

焊速提高时能量减小，熔深和熔宽都减小。余高也减小，因为单位长度焊缝上的焊丝金属的熔敷量与焊速成反比，熔宽则近于焊速的开方成反比。

焊接速度增大 熔宽减小，熔深减小，余高减小；

四、焊丝伸出长度

当焊丝伸出长度增加时，则焊丝的电阻热作用增大，使焊丝熔化速度增快，造成焊缝熔深稍有减少，而余高略有增加；伸出长度太短,则易烧坏导电嘴。一般在焊丝直径的10～15倍之间。

四、焊丝倾斜角

五、焊件倾斜

六、装配间隙与坡口角度在其他焊接工艺因素不变的情况下，焊件装配间隙与坡口角度的增大，也会使焊缝熔深增加，而余高减小，但焊缝熔深加上余高的焊缝总厚度大致保持不变。因此，为了保证焊缝的质量，焊件装配间隙与坡口加工的工艺要求较严格。试验方案实验步骤(一)实验流程 1.准备材料

到工厂废料区找到T10、T12、T14的钢板并记录编号，要求废板边缘要整齐，找到之后用叉车运到3车间龙门焊旁。

2.切割到指定尺寸

把所有废板用丙烷刀切到150mmX400mm尺寸。气割后边缘表面质量如下表。

表格 1

3.除漆、除锈

用钢丝刷刷干净板料表面的油漆，特别是焊接位置必须擦除所有油漆，否则会影响焊接质量，必要时要用打磨机打磨。打磨时要注意打磨机的平稳运行，打磨后要使表面漏出金属光泽，清除范围已符合下图的规定。铁锈要做同样操作。

4.开规定尺寸坡口

把不同板厚的板料分成两堆，并分别开300、350和40°的坡口，由于实际生产需要且结合经济效益来看，本厂一般情况下只开单v型坡口。尺寸标准遵照下表。

选用方案

在桥箱内部焊接坡口面时，由于底、顶板上的U肋，一字肋等限制影响焊枪角度，箱体内焊接视线不好，故而焊接时电弧未能直击坡口根部，故而坡口根部未能焊透，甚至铁水未能进入坡口根部，焊缝出现未熔合、气孔等缺陷，在焊接背面时进行清根就需要进行深度清根，清根至坡口面焊缝上直至清除焊缝上缺陷，故而造成清根深度过程深。

现提出一方案，将腹板坡口开在箱体外面，在箱内腹板焊接平角焊，解决了焊工焊接时的焊枪角度和视线问题，在外侧进行清根，减少清根量，并且在外焊接坡口面，焊工焊枪角度，焊接视线得到极大改变。

1.

点焊固定

点焊固定

用直角尺校正两块板料之间的角度使之在900

10，并用焊枪点焊固定，固定再次测量角度，若有偏差可用铁锤等重物敲击校正。

2.横焊填充焊缝

点焊固定后采用左/右焊法对非坡口面进行焊接，然后再用碳棒电弧气刨刨坡口面。最后再用左焊法焊接坡口面。同样工艺用右焊法焊接一块和上一块板厚相同的板料，作为对照。并写下代号A、A/。用方向一致的焊法，同样的工艺焊接下一组板料，只改变电流或电压，这些构件相互对照。并写下代号。

焊接顺序如图所示

对于焊接时有以下要求

焊接工作宜在室内或防风、防晒设施内进行,焊接环境的相对湿度应小于80%焊接环境的温度,对低合金高强度结构钢不应低于5℃，普通碳素结构钢不应低于0℃，主要杆件应在组装后24h内焊接。施焊前应清除焊接区的有害物。施焊时母材的!焊接部位严禁焊接引弧,焊接后应及时清除熔渣及飞溅物。多层焊接时宜连续施焊、且应控制制层间温度,每层焊缝焊完后应及时清理检查,应在清除药皮、熔渣、溢流和其他缺后,再焊下一层。

记数据写代号

记下各个组的数据并填入下表，由于实际生产中电网电压不稳定,焊接电流电压只能取定区间值。

清根碳棒的选择

为减少清根深度及母材损失率，本次试验采用了φ4mm、φ6mm、φ8mm的碳棒进行试验。

φ4mm碳棒清根时，碳棒直击坡口根部，母材损失量最小，但是存在的问题是φ4mm直径过小，极易被气刨钳夹断且清根时吹力过小，造成夹碳（如图），无法达到清根时的质量要求，而且碳棒耗用量特别高

Φ6mm碳棒清根时，会刨掉坡口内根部地方的母材，造成深而窄的清根缝（如图），在焊接过程中容易造成未熔合、未焊透等缺陷。同时Φ6mm碳棒在清根时与Φ8mm相比，消耗量大，清根质量低等问题。

Φ8mm碳棒清根，会清除一部分母材，增加坡口尺寸，改善了焊工的焊接视角，效率相比Φ6mm大大提高，同时在清根过程中对坡口有一定的清理作用，减少了气孔等缺陷产生，采用Φ8mm碳棒清根，清根吹力能够刨净焊缝，使质量达标。但也存在一定缺点，碳棒直径大造成母材损失，焊接材料增加。综合考虑采用Φ8mm碳棒。如图所示

四、实验结果分析

1、坡口角度：考虑到焊接时焊工视线，电弧所达深度，采用35°效果最后，角度偏差±5°也不会对焊工焊接造成影响，但坡口角度最小不能小于30°。

2、经过试验，该方案的优点有：

a、箱内变成平角焊，焊工焊枪角度，视线等不受限制，减少了咬边、未熔合等缺陷，提高了箱内焊脚焊缝的焊接质量。

b、坡口面向外，焊工在胎架上进行焊接，进行完内缝焊接后，采用Φ8mm碳棒进行清根，清根后坡口面得到进一步清理，坡口角度得到增大，电弧能够直击坡口根部，同时坡口在外进行焊接，焊工不会被其他构件干扰阻碍，焊接视线得到改善，操作受限得到了极大的改变，焊接角度能够调整为最合理角度，故焊接质量得到极大保证。

该方案缺点：坡口在外，虽在清根时不用填充焊接材料，但是清根深度大于母材，坡口外侧深度变深，使得焊丝干伸变长，焊接层数增加，至少4道才能将坡口填满，随着打底、填充、盖面的焊接层数增加，其焊缝探伤不合格的风险也相应增加。