CO ₂ 气体保护焊是用CO ₂ 作为保护气体的一种气电焊方法，如图3-31（a）所示。这种方法按焊丝直径，可分为细丝CO ₂ 气体保护焊（焊丝直径≤1.2mm）及粗丝CO ₂ 气体保护焊（焊丝直径≥1.6mm）。CO ₂ 气体保护焊以半自动和自动的形式进行操作，所用的设备大同小异。CO ₂ 气体保护半自动焊具有手工电弧焊的机动性，适用于各种焊缝的焊接。CO ₂ 气体保护自动焊，主要用于较长的直缝、环缝以及某些不规则的曲线焊缝的焊接。

CO ₂ 气体保护焊的过程如图3-31（b）所示。焊接时使用成盘的焊丝，焊丝由送丝机构经软管和焊枪的导电嘴送出。电源的两输出端分别接在焊枪和工件上。焊丝与工件接触后产生电弧，在电弧高温作用下，工件局部熔化形成熔池，而焊丝端部也不断熔化，形成熔滴过渡到熔池中。同时，气瓶中送出的CO ₂ 气体以一定的压力和流量从焊枪的喷嘴中喷出，形成一股保护气流，使熔池和电弧区与空气隔离。随着焊枪的移动，熔池凝固成焊缝，从而将被焊工件连接成一个整体。

一、CO ₂ 气体保护焊的特点

CO ₂ 气体保护焊是20世纪50年代发展起来的一项新工艺，并获得迅速推广和应用。

CO ₂ 气体保护焊主要有以下优点。

①生产率高。由于焊接电流密度较大，电弧热量利用率较高，以及焊后不需清渣，因此提高了生产率。

②成本低。CO ₂ 气体价格便宜，而且电能消耗少，故使焊接成本降低。

③焊接变形和内应力小。由于电弧加热集中，工件受热面积小，同时CO ₂ 气流有较强的冷却作用，所以焊接变形和内应力小，一般结构焊后即可使用，特别适宜于薄板焊接。

④焊接质量高。由于焊缝含氢量少，抗裂性能好，同时焊缝内不易产生气孔，所以焊接接头的力学性能良好，焊接质量高。

⑤操作简便。焊接时可以观察到电弧和熔池的情况，故操作较容易掌握，不易焊偏，更有利于实现机械化和自动化。

⑥适用范围广。CO ₂ 气体保护焊常用于碳钢、低合金钢、高强度钢、不锈钢及耐热钢的焊接。不仅能焊接薄板，也能焊接中、厚板，同时可进行全位置焊接。除了适用于焊接结构制造外，还适用于修理，如堆焊磨损的零件以及焊补铸铁等。

但是，CO ₂ 气体保护焊不可避免地也存在一些不足之处。

①飞溅较大，并且焊缝表面成形较差，这是主要缺点。

②弧光较强，特别是大电流焊接时，电弧的光、热辐射均较强。

③很难用交流电源进行焊接，焊接设备比较复杂。

④不能在有风的地方施焊；不能焊接容易氧化的有色金属，如铝、铜、钛。

由于CO ₂ 气体保护焊具有上述的显著优点，因此目前在汽车、机车车辆、机械、石油化工、冶金、造船、航空等行业中得到广泛的应用。

二、CO ₂ 气体保护焊的冶金特点

常温下，CO ₂ 气体化学性能呈中性，在高温CO ₂ 分解后具有强烈的氧化性，它会使合金元素氧化烧损，降低焊缝金属的力学性能，还可能成为产生气孔及飞溅的主要原因。因此，在焊接冶金方面，CO ₂ 气体保护焊有其特殊性。

（1）合金元素的氧化及脱氧方法　CO ₂ 气体在电弧高温下将发生分解，形成CO及O ₂ ，其分解度随温度的提高而加大。在4000K以上时，CO ₂ 已基本上完全分解，到达6000K时，CO及O ₂ 约各占一半，其中CO在焊接条件下不会溶于金属，也不与金属发生作用，但原子状态的氧使铁及其他合金元素迅速氧化，其反应式如下：

以上氧化反应既发生在熔滴过渡过程中，也发生在熔池里。反应的结果生成FeO并大量溶于熔池，致使焊缝金属中碳被氧化而产生CO气孔，并使锰、硅等合金元素减少，影响焊缝的力学性能。另外，因生成大量的CO气体，则引起强烈的飞溅。因此，必须采取有效的脱氧措施，在CO ₂ 气体保护焊的冶金过程中，通常的脱氧方法是采用含有足够数量脱氧元素的焊丝。常用的脱氧元素是硅、锰、铝和钛等，依靠这些元素来降低液态金属中FeO的浓度，抑制碳的氧化，从而防止CO气孔和减少飞溅，并得到性能合乎要求的焊缝。目前在焊接低碳钢和低合金钢时，一般都采用硅锰联合脱氧的方法。硅、锰脱氧后的生成物SiO ₂ 和MnO是熔渣而不是气体，形成一层微薄的渣壳覆盖在焊缝表面。

（2）气孔问题　焊缝中产生气孔的根本原因是熔池金属中存在大量的气体，在熔池凝固过程中没有完全逸出，或者由于凝固过程中化学反应产生的气体来不及逸出，而残留在焊缝之中。

在CO ₂ 气体保护焊时，如果使用化学成分不合格的焊丝、纯度不符合要求的CO ₂ 气体及不正确的焊接工艺，焊缝中就可能产生气孔，气孔主要有CO气孔、N ₂ 孔和H ₂ 孔三种。

CO ₂ 气体保护焊时，由于电弧气氛具有较强的氧化性，形成H ₂ 孔的可能性较小。当采用的焊丝含有适量的脱氧元素时，CO气孔也不易产生。最常发生的是N ₂ 孔，因N ₂ 是来自于空气，因此，必须加强CO ₂ 气流的保护效果，这是防止焊缝气孔的主要途径。

三、CO ₂ 气体保护焊的焊接材料

（1）CO ₂ 气体　焊接用的CO ₂ 气体，通常是将其压缩成液态储存于钢瓶内。由于CO ₂ 气体的工艺因素所致，气体中往往含有水汽，当水汽过多时将对焊接质量产生一定影响。

为保证焊接质量，一般规定CO ₂ 气体的纯度为99.6％以上，含水量、含氮量均不得超过0.1％。如果纯度不够，可采取下列措施。

①将气瓶倒置1～2h；待水沉积于瓶口部，打开瓶阀，放出自由状态的水。

②使用前，先将瓶内杂气放掉，一般放2～3min即可。

③在气路中串联干燥器，以进一步减少CO ₂ 气体中的水分。

这三项都是CO ₂ 气体保护焊所必需的。另外，为了防止瓶阀冻结，还要在气路上装加热器。

（2）焊丝　CO ₂ 气体保护焊时，为了保证焊缝具有足够的力学性能，以及不产生气孔等，焊丝中必须比母材含有较多的硅、锰或铝、钛等脱氧元素。为了减少飞溅，焊丝的含碳量必须限制在0.10％以下。目前，生产中采用的几种焊丝牌号及其化学成分列于表3-24。应根据工件材料、接头设计强度和有关的质量要求以及施焊的具体条件，来选择不同成分的焊丝。

H08Mn2SiA是用得最普遍的一种焊丝，它有较好的工艺性能和较高的力学性能指标，适用于焊接低碳钢和低合金钢以及某些低合金高强度钢。H08MnSi及H08MnSiA焊丝只适用于焊接低碳钢及屈服强度不大于300MPa的低合金钢。H08MnSiCrMoA和H08 MnSiCrMoVA焊丝适用于焊接耐热钢和调质钢。H08Cr3Mn2MoA焊丝可用于焊接贝氏体钢。H04Mn2SiTiA和H04MnSiAlTiA焊丝，含碳量更低，同时又含有钛、铝等具有较强的脱氧能力和固氮能力的元素，因此这两种焊丝的抗气孔能力较强，焊接时飞溅也较小，适用于质量要求高的焊接工件。

CO ₂ 气体保护焊所用的焊丝，一般直径在0.5～5.0mm范围内。半自动焊时常用的焊丝直径有0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm等几种。自动焊时，除上述各种直径的焊丝外，还可采用直径为2.0～5.0mm的焊丝。焊丝表面有镀铜和不镀铜两种，镀铜可防止生锈，并可改善焊丝的导电性能，提高焊接过程的稳定性。焊丝使用时应彻底去除表面的油、锈。

四、CO ₂ 气体保护焊的焊接工艺参数

合理地选择焊接规范是获得优良焊接质量和较高生产率的重要条件。CO ₂ 气体保护焊的规范参数，主要包括焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝干伸长度、气体流量、电源极性及回路电感等。下面对各个规范参数的选择与影响分别加以讨论。

（1）焊丝直径　应根据工件厚度、施焊位置及生产率的要求等来选择焊丝直径。当采用立、横、仰焊焊接薄板或中厚板时，多采用直径1.6mm以下的焊丝。当在平焊位置焊接中厚板时，可以采用直径1.2mm以上的焊丝。焊丝直径的选择见表3-25。

（2）焊接电流　焊接电流是重要的规范参数，应根据工件的厚度、焊丝直径、施焊位置以及所要求的熔滴过渡形式来选择。通常，用直径0.8～1.6mm的焊丝、短路过渡时，焊接电流在60～230A范围内选择；大滴过渡时，焊接电流可在250～500A范围内选择。

在用等速送丝的条件下，焊接电流与送丝速度成正比，即焊接电流愈大，送丝速度愈快。

在焊丝直径和电弧电压一定时，如果电流过小（送丝速度过慢），则熔滴粗大，短路频率降低，焊缝成形和电弧稳定性均差；若电流过大（送丝速度过快），则焊接过程不稳定，熔滴来不及过渡，会使焊丝插入熔池，并形成大颗粒飞溅。

表3-26列出了不同直径焊丝适用的焊接电流范围。

另外，焊接电流对焊缝熔深有决定性的影响，随着焊接电流的增大，熔深显著增加，熔宽略有增加。

（3）电弧电压　电弧电压也是重要的规范参数，选择时必须与焊接电流配合恰当。短路过渡时，通常电弧电压在17～24V范围内。大滴过渡焊接时，对于直径为1.2mm或1.6mm的焊丝，电弧电压通常在26～42V范围内。电弧电压随着焊接电流的增加而相应加大，过高或过低的电弧电压对飞溅、气孔及电弧稳定性都有不利的影响。

另外，电弧电压与焊缝成形有直接的关系。提高电弧电压，熔宽增加显著，而熔深和余高有所减小。

（4）焊接速度　在焊丝直径、焊接电流和电弧电压一定的条件下，熔宽与熔深随着焊接速度的增加而减小。如果焊速过高，容易产生咬边和未熔合等缺陷，同时气体保护效果变坏，可能出现气孔；但焊速过低时，生产率不高，焊接变形增大。一般半自动焊时焊接速度在15～40m/h范围内；自动焊时不超过90m/h。

（5）焊丝干伸长度　通常取决于焊丝直径，焊丝干伸长度约等于焊丝直径的10倍较为合适。

（6）CO ₂ 气体流量　应根据焊接电流、焊接速度、焊丝干伸长度及喷嘴直径等来选择。一般在短路过渡焊接时，CO ₂ 气体流量约为8～15L/min；大滴过渡焊接时约为15～25L/min。

（7）电源极性　为了减少飞溅，保持电弧的稳定，一般都采用直流反接。但在堆焊或焊补铸铁时，需要提高焊接的熔敷率及降低工件的受热，多采用直流正接法进行焊接。

（8）回路电感　应根据焊丝直径、焊接电流和电弧电压等来选择。采用不同直径焊丝的合适电感值见表3-27。一般通过试焊来调节电感的大小，若焊接过程稳定，则此电感值是合适的。

上述规范参数中，主要是焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度等几项，其他参数基本上变化不大。焊接规范的选择应根据工件厚度、接头形式和施焊位置以及确定的熔滴过渡形式来综合考虑。CO ₂ 气体保护焊常用的规范参考数据列于表3-28和表3-29中。

五、CO ₂ 气体保护半自动焊操作技术

CO ₂ 气体保护半自动焊时，由于工件厚度、结构产品类型及施焊位置等条件的不同，以及焊工的操作习惯也不同，所以操作技术也就不可能相同，下面是CO ₂ 气体保护焊的基本操作技术要点。

（1）引弧与熄弧　在CO ₂ 气体保护半自动焊过程中，引弧与熄弧比较频繁，操作不当易产生焊缝缺陷，如引弧处熔深较浅或熄弧处有严重的凹陷现象。由于CO ₂ 气体保护焊机的空载电压较低，引弧比较困难，往往造成焊丝成段地爆断，所以引弧前要把焊丝伸出长度调好。如果焊丝端部有粗大的球形头，应当剪掉，并在引弧前选好适当的引弧位置，采用短路引弧法。起弧以后，要灵活掌握焊接速度，以避免焊缝始段熔化不良和焊波过高。要熄弧时，焊枪应在弧坑处稍停片刻，以便将弧坑填满。

为使引弧与熄弧时CO ₂ 气体能很好地保护熔池，可以采取提前送气和滞后停气的措施。并且在熄弧后，当金属熔池未完全凝固之前，不要立即抬起焊枪。

（2）右向焊法与左向焊法　CO ₂ 气体保护焊的操作方法，可按焊枪的移动方向（向右或向左）分为右向焊法及左向焊法两种，如图3-32所示。

采用右向焊法时，熔池可见度及气体保护效果都较好；但因焊丝直指熔池，电弧对熔池有冲刷作用，如果操作不当，可能使焊波高度过大，影响焊缝成形，并且，焊接时不便观察接缝的间隙，容易焊偏。

采用左向焊法时，喷嘴不会挡住视线，能清楚地看到接缝，故不致焊偏，并且，熔池受电弧的冲刷作用较小，能得到较大的熔宽，焊缝成形比较平整美观，所以左向焊法应用比较普遍。

（3）平焊　一般多采用左向焊法，薄板平对接焊时，焊枪作直线运动。如间隙较大，也可适当横向摆动，但幅度不要太大，以免影响气体对熔池的保护。中厚板V形坡口对接时，底层焊缝采用直线运动，上层焊缝可采用横向摆动的多层焊，也可采用多道焊焊法。

平角焊和搭接焊时，采用左向焊法或右向焊法均可，此时焊枪的位置，一般如图3-33所示。

（4）立焊与横焊　立焊有向上立焊和向下立焊两种操作方法。向上立焊的熔深较大，多用于中厚板的细丝焊接，操作时适当地作三角形摆动，可以控制熔宽，并改善焊缝的成形。向下立焊的焊缝成形良好，生产率较高，但熔深较小，所以多用于薄板焊接。向下立焊时，必须选择合适的焊接规范，焊枪一般不作横向摆动。横焊时多采用左向焊法，焊枪作直线运动，必要时也可作小幅度的往复摆动。立焊与横焊时焊枪与工件的相对位置如图3-34所示。

（5）仰焊　应采用较细的焊丝，较小的焊接电流。薄板件仰焊时，一般多采用小幅度的往复摆动。中厚板仰焊时，应适当横向摆动，并在接缝或坡口两侧稍停片刻，以防焊波中间凸起及液态金属下淌。仰焊时焊枪的角度如图3-35所示。

六、CO ₂ 气体保护自动焊技术及应用

CO ₂ 气体保护自动焊时，除了焊丝由机械送进外，焊枪与工件的相对移动，也是用机械方法来实现的，这样，焊工就不必像半自动焊那样操作，因而有利于提高焊接生产率和质量，同时减轻了劳动强度。但是，自动焊对工件的坡口与间隙、焊接规范的选择等要求较严。通常，CO ₂ 气体保护自动焊选用短路过渡的工艺参数，或选用无短路大滴过渡的工艺参数，以使飞溅尽可能减少，并应保证焊接过程稳定。一般采用的焊丝直径不超过2mm。

（1）水平位置自动焊　对于水平位置的对接、角接和T形接头等平直焊缝，可选用通用的CO ₂ 自动焊机（如NZC-500-1型CO ₂ 自动焊机等），由焊机的行走小车沿焊缝等速自动行进，以实现焊接过程的机械化。

薄板对接自动焊时，可以采用无垫板的单面焊双面成形工艺。但为防止工件焊穿，也常用临时性的铜垫板，如图3-36所示。

（2）环缝自动焊　对于圆筒形的工件，CO ₂ 气体保护自动焊的操作方法有两种（图3-37）：一是焊枪固定，工件旋转，即利用CO ₂ 半自动或自动焊机，配合翻转胎架，就可以进行自动焊接；二是工件固定，焊枪沿焊缝作圆周运动。此法主要用于大型导管（如输油管等）的焊接，也适用于大环缝的结构进行全位置焊。

1—焊枪；2—工件；3—滚胎

（3）用专用自动焊机与装备进行焊接　对于批量生产的定型结构产品，可以设计制造专用的CO ₂ 自动焊机与工艺装备。自动焊装备种类繁多，专用性极强，生产效率高，批量生产中广泛应用。在此不一一列举。

七、粗丝CO ₂ 气体保护自动焊

粗丝（焊丝直径3～5mm）CO ₂ 气体保护自动焊用于中厚板的水平位置焊接。它的特点是焊接熔化系数高，电弧穿透力强，熔深大。与埋弧焊相比，在相同条件下，有着较高的生产率，较低的焊接成本。

（1）粗丝CO ₂ 气体保护自动焊设备　粗丝CO ₂ 气体保护自动焊可以采用下降特性的电源，配合均匀调节送丝系统；也可以采用平特性的电源，配合等速送丝系统。两者目前都有应用，前者较好。除了采用NZC-1000型CO ₂ 自动焊机外，还可直接采用埋弧自动焊机，在焊接小车的原导电夹板部位加装上焊枪即可。

粗丝CO ₂ 气体保护自动焊的焊枪多为水冷式。由于粗丝大电流焊接时，电弧功率大，熔池长度约为60～70mm，所以，普通圆柱形喷嘴不能可靠地保护熔池，必须采用一种具有双水冷结构的椭圆形喷嘴的焊枪，其喷嘴尺寸应以熔池的宽度和长度为依据，如图3-38所示。由于循环水路对导电嘴和喷嘴下部的冷却作用，焊枪散热效果较好，喷嘴内表面黏附的飞溅物易于清除，对熔池的保护较好。

1—循环水路；2—密封橡胶；3—CO ₂ 气路；4—罩；5—导电嘴

（2）粗丝CO ₂ 气体保护自动焊焊接工艺参数　粗丝CO ₂ 气体保护自动焊焊接时，虽然使用较大的焊接电流，但是电流密度比用细丝焊时低得多，而电弧电压也较低，焊接过程中电弧深入熔池，出现“潜弧”现象，使大颗粒的飞溅也飞不到熔池外面，实际飞溅损失大大减小，焊接过程稳定，焊缝成形良好。常用的焊接工艺参数列于表3-30中。