1.CO₂气体保护堆焊的原理

CO₂气体保护堆焊是以CO₂气体作为保护气体，依靠焊丝与焊件之间产生的电弧熔化金属形成堆焊层，图9-21所示CO₂气体保护堆焊原理图。

图9-21 CO₂气体保护堆焊原理图

在堆焊过程中CO₂气体从喷嘴中吹向电弧区，把电弧、熔池与空气隔开形成一个气体保护层，防止空气对熔化金属的有害作用，从而获得高质量的堆焊层。

2.CO₂气体保护堆焊的特点

CO₂气体保护堆焊的优点是堆焊层质量好、耐腐蚀、抗裂性能强、堆焊层变形小、堆焊层硬度均匀、生产效率高、成本低；其缺点是不便于调整堆焊层成分、稀释率高、飞溅大。

3.CO₂气体保护堆焊的焊接参数

CO₂气体保护堆焊的焊接参数有电源极性、焊丝及焊丝直径、焊接电流、电弧电压、堆焊螺距、电感、CO₂气体流量以及焊丝伸出长度等。

（1）电源极性 CO₂气体保护堆焊一般采用直流反接，电弧稳定，飞溅小，熔深大。堆焊比较特殊，可采用直流正接，电弧热量比较高，焊丝熔化速度快，生产效率高，熔深浅，焊道高度大。

（2）焊丝与电流 CO₂气体保护堆焊常用焊丝有H10MnSi、H08Mn2Si、H04MnSiA等。目前堆焊使用的焊丝直径有ϕ1.6mm、ϕ1.2mm、ϕ2.0mm等。生产实践表明，使用ϕ1.6mm焊丝时，堆焊电流为140～180A，适宜的电压为20V；使用ϕ2.0mm焊丝时，堆焊电流为190～210A，适宜的电压为21V。

（3）堆焊速度 堆焊速度影响焊道宽度及堆焊层的形成，对焊道高度影响不大。速度越快焊道越窄，相邻焊道之间的实际厚度越小。因此，选择堆焊速度时，要消除焊道间的明显沟纹。

（4）堆焊螺距 堆焊螺距增大，相邻焊道间距离增加，相互搭接部分尺寸减小，焊道间沟纹明显，焊后机械加工量大。堆焊螺距太小，会使母材熔深变小，焊层与母材结合不牢，甚至出现虚焊现象。

（5）电感 电感影响堆焊过程的稳定性和飞溅。电感过大，短路电流增长速度慢，短路次数少，出现大颗粒的飞溅和熄弧，并使引弧困难，易产生焊丝成段炸断。反之，电感太小，短路电流增长速度太快，会造成很细的颗粒飞溅，焊缝边缘不齐，成形不良。

4.CO₂气体保护堆焊实例——C50型铁路货车下心盘CO₂气体保护堆焊

铁道车辆的上、下心盘是台车和车架的配合部位，整个车辆载荷就是通过上、下心盘传递给台车的。由于上、下心盘间存在很大的压力并在行车过程中不断相互摩擦，因而其接触部分很容易被磨损。图9-22所示为C50型铁路货车下心盘，其材质为ZG230-450，当其直径磨耗过限时，必须进行堆焊修复。

（1）堆焊技术要求 采用CO₂气体保护堆焊修复下心盘的技术要求是：恢复原形尺寸并留出2mm加工余量，堆焊层不允许有裂纹、气孔及其他缺陷，焊后不致产生过大的翘曲变形，以免增加矫正工时；堆焊层应具有一定的耐磨性能，但其硬度不影响焊后切削加工，堆焊层厚度应尽可能均匀一致，以减少焊后的切削加工量。(www.daowen.com)

（2）堆焊材料 焊丝采用直径1.6～2.5mm的H08Mn2Si，保护气体采用纯度不低于99.5%的CO₂，使用前进经放水处理。

（3）堆焊参数 选择堆焊参数时，除应考虑采用直流反接、电压和电流合理匹配、输出电抗和气体流量以及焊丝伸出长度大小适当外，还应根据零件的修复尺寸，即所需堆焊层厚度决定堆焊层数，再根据每一层的堆高确定合适的堆焊速度。此外，堆焊螺距也是一个十分重要的规范参数，一般取焊道熔宽的一半。下心盘的堆焊参数见表9-10。

图9-22 C50型铁路货车下心盘

表9-10 C50型铁路货车下心盘CO₂气体保护堆焊参数

（4）操作技术 堆焊顺序在工艺上虽无严格要求，但通常都是先焊圆平面，再焊外缘内侧面，最后焊中心销孔外圆面。一般由工件内向工件外堆焊。

在堆焊过程中，若焊枪至工件的距离发生变化，导致气体保护不良、堆焊过程不稳定、金属飞溅加剧，应及时通过焊枪位手柄对焊枪位置进行微调。

CO₂气体保护堆焊的生产率比焊条电弧堆焊高3.1倍，焊后翘曲变形小，只有2～3mm。H08Mn2Si焊丝的焊层耐磨性比较好，因此提高了下心盘的使用寿命。

甘蔗压榨机的榨辊轴的轴颈部位承受负荷大、工作环境恶劣，跟随蔗汁一起溅入轴瓦和轴颈之间的泥沙等杂物，大大加剧了轴颈的磨损，使轴颈直径受损变小，并出现深浅不一的环形伤痕，造成整个榨辊轴不能使用，只能更换新辊。图9-23所示为甘蔗压榨机CO₂气体保护堆焊。

许多旧辊除轴颈严重磨损外，整体质量尚好，具备修复价值。榨辊轴的材质多为40Cr钢，通过对其焊接性进行分析，采用CO₂气体保护自动堆焊进行修复，焊丝选用H08Mn2SiA，直径0.8mm，焊接电流100A，共堆焊两层，焊后保温2h空冷。修复后榨辊轴运行正常，满足压榨工艺要求，节约了大量资金。图9-24所示为CO₂气体保护自动堆焊进行修复的榨辊轴。

图9-23 甘蔗压榨机CO₂气体保护堆焊

图9-24 CO₂气体保护自动堆焊进行修复的榨辊轴