摘要：在大型铸件铸造过程，由于高温钢水难以控制、铸造工艺不成熟等原因容易出现夹砂、气孔、缩松、裂纹等各种缺陷，影响铸件的机械性能和使用安全，通常可以将缺陷清除后，选择相同、相似或者更优的焊材进行铸件补焊。但是，在补焊过程中，由于一般铸件的焊接性能都很差，一旦焊接工艺参数控制不好，焊缝部位极易产生热裂纹，热影响区又易出现淬硬组织而导致冷裂纹，同时补焊后还可能会出现白口组织等问题。
关键词：手工电弧焊；CO2气体保护焊；技术创新结合
本文对手工电弧焊与二氧化碳气体保护焊进行了详述的概括，分析讨论了二者的优缺点，并且通过实验，在保证了试块拉伸、弯曲、冲击、硬度等机械性能的情况下，针对不同的焊块类型，确定出合理的焊接工艺及相应的焊后热处理方法，并且研究了手工电弧焊与二氧化碳气体保护焊相结合的创新方法，一定程度上增强了焊铸的效率，为铸件缺陷补焊工作提供了有力的技术支持。
1.手工电弧焊的原理
焊接过程：手工电弧焊由焊接电源、焊接电缆、焊钳、焊条、焊件、电弧构成回路，焊接时采用焊条和工件接触引燃电弧，然后提起焊条并保持一定距离，在焊接电源提供合适电弧电压和焊接电流下电弧稳定燃烧，产生高温，焊条和焊件局部加热到融化状态。焊条端部熔化的金属和被熔化的焊件金属熔合在一起，形成熔池。在焊接中，电弧随焊条移动，熔池中的液态金属逐步冷却结晶后便形成焊缝，两焊件被焊接在一起。
在焊接中，焊条的焊芯熔化后以熔滴的形式向熔池过渡，同时焊条涂层产生一定量气体和液态熔渣。产生的气体充满在电弧和熔池周围，隔绝空气。液态熔渣比液态金属密度小，浮在熔池上面，从而起到保护熔池作用。熔池内金属冷却凝固时熔渣也随之凝固形成焊渣覆盖在焊缝表面，防止高温的焊缝金属被氧化，并且降低焊缝的冷却速度。在焊接过程中，液态金属与液态熔渣和气体间进行脱氧、去硫、去磷、去氢等复杂的冶金反应，从而使焊缝金属获得合适的化学成分和组织。
2.手工电弧焊的焊条类型
2.1手工电弧焊纤维素型
焊条的药皮中含有大量的纤维素，它的特点是电弧熔深深、摩擦变形速度快，这也提高了整个焊接速度。但由于焊缝沉淀物比较粗糙并且和流动的熔渣混合在一起，所以除渣很困难。这种焊条在任何位置都可以使用，而且因其在高架焊管（‘stovepipe’ welding technique）中的使用而为人们所熟悉。
特点：在所有位置都能形成较深的熔深；适用于向下立焊；良好的机械性能；产生大量的氢——有造成热影响区（Ha z）裂纹的风险。
2.2手工电弧焊氧化钛
氧化钛的药皮中含有大量的氧化钛（rutile）。氧化钛使起弧、平滑电弧操作和降低弧飞溅变得容易。这种通用焊条具有良好的焊接特性。在交流电或直流电下，它们可用于所有位置的焊接，特别适用于横角/立角位置的接头焊接。
特点：合适的焊缝金属机械性能；粘性熔渣能形成良好的焊道外形；定位焊接可能会产生流动的熔渣（含氟化物）；易清除熔渣。
2.3手工电弧焊碱性焊条
碱性焊条药皮中含有大量的碳酸钙（石灰石）、氟化钙（萤石）。这使它的熔渣比氧化钛型焊条的熔渣更易流动，这也是一种协助立焊和仰焊快速冷却的方法。这些焊条用于焊接中型和大型结构，要求具有较高的焊接质量、良好的机械性能和抗裂纹能力（过度拘束会产生裂纹）【1】。
特点：低氢焊缝金属；要求高焊接电流/速度；焊道成形差（表面轮廓弯曲、粗糙）；清除熔渣困难；金属粉末焊条包含加有金属粉末的涂料，可使焊接电流增加到最大容许电流。因此，与药皮中不含铁粉的焊条相比，金属粉末焊条的金属熔敷速度和效率（金属熔敷比例）都有所提高，熔渣也很容易清除。由于熔敷速度快，铁粉焊条主要用于平焊、横焊和立焊。氧化钛焊条和碱性焊条没有显著的电弧特性，电弧力度较小，减少了焊道的熔深。
3.CO2气体保护焊
3.1CO2气体保护焊的简介
二氧化碳气体保护焊是焊接方法中的一种，是以二氧化碳气为保护气体，进行焊接的方法。在应用方面操作简单，适合自动焊和全方位焊接。在焊接时不能有风，适合室内作业。
3.2CO2气体保护焊的原理
二氧化碳气体保护电弧焊（简称CO2焊）是以二氧化碳气为保护气体，进行焊接的方法。（有时采用CO2+Ar的混合气体）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
在应用方面操作简单，适合自动焊和全方位焊接。焊接时抗风能力差，适合室内作业。由于它成本低，二氧化碳气体易生产，广泛应用于各大小企业。由于二氧化碳气体的0热物理性能的特殊影响，使用常规焊接电源时，焊丝端头熔化金属不可能形成平衡的轴向自由过渡，通常需要采用短路和熔滴缩颈爆断、因此，与MIG焊自由过渡相比，飞溅较多。但如采用优质焊机，参数选择合适，可以得到很稳定的焊接过程，使飞溅降低到最小的程度。由于所用保护气体价格低廉，采用短路过渡时焊缝成形良好，加上使用含脱氧剂的焊丝即可获得无内部缺陷的高质量焊接接头。因此这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。
3.手工电弧焊与CO2气体保护焊的区别
手工电弧焊是以手工操作的焊条和被焊接的工件作为两个电极，利用焊条和焊件之间的电弧的热量熔化金属进行焊接的方法。二氧化碳气体保护焊是用二氧化碳气体作为保护气体，依靠焊丝和焊件之间产生的电弧来熔化金属的一种气体保护焊接方法【2】。
3.1 手工焊
优势：
（1）手工焊有药皮保护，药皮中含有脱碳的元素，可以减小C的含量。
（2）手工电弧焊焊接不容易夹渣。
（3）使用方便灵活，用于多品种、小批量的焊接件最为经济，在许多安装焊接和修补焊接中还不能为其他焊接方法所取代。
不足：
焊工的操作技术水平对手工电弧焊质量影响很大，因此焊工必须接受严格培训，方能从事此种焊接工作。
3.2 CO2气体保护焊
优势：
（1）二氧化碳气体成形好，焊接速度快，不用换焊条，节省时间，提高效率（焊接效率是手工电焊的三倍以上）。
（2）二氧化碳气体便宜，成本低。
（3）焊丝的送进和焊枪的移动，全部是靠自动化控制的机械方法来完成的，有利于提高焊接质量和生产率。
（4）CO2气体保护焊对操作技术人员要求较低，易上手。
（5）CO2气体保护焊焊接强度低。
（6）CO2气体保护焊焊缝好，成形美观。
（7）适合车间生产，现场是不方便的，CO2气体保护的，抗风性差。
（8）CO2气体保护焊型号多，选型较宽。
不足：
（1）二氧化碳气体保护焊飞溅大，在焊接过程CO2气体分解，生成C，使焊缝中含碳量增大，还易生成气孔等缺陷。
（2）CO2气体保护焊时由于电流密度大，电弧温度高，弧光辐射比手工电弧焊强得多，应特别注意加强安全防护，防止电光性眼炎及裸露皮肤灼伤。
（3）CO2气体保护焊不仅产生烟雾和金属粉尘，而且还产生CO、NO3等有害气。
（4）对工件的坡口、装配间隙要求都较严格，焊接规范的选择也是较严格。
总结
通过合理的控制焊接工艺参数，通过对比试验发现，由于焊接速度较快，热输入量较小，焊道及热影响区的晶粒更为细小，在细晶强化的作用下，CO2气体保护焊的抗拉强度、弯曲结果、冲击韧性、硬度均优于手工电弧焊，可以作为铸件补焊的第一选择。但是同时，手工电弧焊的焊接位置、方位更为灵活，焊接工艺更为简单，可以在较为复杂的补焊位置施焊，因此也是铸钢件补焊不可或缺的一种焊接方式。
参考文献：
[1]王燕，孙小华，邹隽，吴敏.手工电弧焊与CO_2气体保护焊焊缝成形特征研究[J].三峡大学学报（自然科学版），2009，31（01）：76-79.
[2]赵异萍，戴柏林，孙明山.Q235 钢 CO_2 气体保护焊与手工电弧焊的工艺对比[J].太原重型机械学院学报，1997（02）：27-31+49.
论文作者:鲜怀忠,李洪海,陈德珍,付艳萍
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/25
标签：电弧论文; 气体论文; 焊条论文; 手工论文; 熔池论文; 金属论文; 方法论文; 《基层建设》2019年第4期论文;