2.3.1 二氧化碳保护堆焊工作原理及设备
1.CO2保护堆焊的工作原理及其特点
CO2保护堆焊的工作原理见图2-5。电弧的保护是采用CO2气体作为保护介质。在堆焊时，CO2气体把电弧、熔池与空气机械地隔离开来，从而避免了有害气体的侵入，以获得良好的堆焊层。
图2-5 CO2保护堆焊的工作原理
1—开关 2—干燥器 3—调压表 4—浮子流量计 5—电子气阀 6—焊嘴 7—工件 8—焊丝
在堆焊过程中，焊丝由送丝机构通过焊嘴送到电弧区，而CO2气体通过供气系统经焊嘴以一定流量喷出。当焊丝与零件接触引燃电弧以后，连续送进的焊丝末端和熔池被CO2气流所保护。通过焊头的均匀移动和零件的旋转，使焊道形成均匀的螺旋状的堆焊层。
针对农业机械零件的特点，在CO2保护堆焊中一般采用ϕ1.6mm以下的焊丝，电压和电流也尽量采用小规范。
CO2保护堆焊电弧的形式为短弧，熔滴过渡特点为短路过渡。利用短弧和小电流在电磁力、表面张力和金属蒸气爆破力的作用下，促使熔滴从焊丝末端“浸入”熔池，形成短路的液态金属过桥。因为其短路次数为100～150次/s，所以电弧电压和电流的周期性变化是相当频繁和短暂的。
2.CO2保护堆焊的特点
CO2保护堆焊是以采用CO2气体保护和较低的电压、较小的电流，具有一定的电感值为主要特征的。在零件堆焊中采用ϕ1.0～1.6mm较细的焊丝。它具有以下的特点：
1）电弧在CO2气流的压缩下使热量集中，熔池体积小，热影响区窄，从而减小零件的焊后变形。
2）由于采用CO2气体保护，容易实现自动化生产。
3）生产率高。由于电流密度大所以焊丝熔化速度高；可采用高速堆焊，不需要清渣；自动化程度高。因此CO2保护堆焊的效率高于振动堆焊和埋弧堆焊。
4）抗锈性能较强。
5）焊道含氢量低，焊层机械强度高，抗裂性能好。
6）由于采用细焊丝、大电流密度以及熔滴呈细颗粒高频率过渡，使堆焊过程具有很好的稳定性。
7）能进行全位置焊接。
8）对修复零件有较高的适应性。对于深孔、花键、平面等磨损部位都能进行堆焊。
3.CO2气体保护堆焊设备
CO2焊接的电源设备，国内生产厂家很多。因此CO2保护堆焊的电源可选用标准设备，也可以用某些设备代用或者将某些电源改装，再配以机床、焊头以及供气系统。
（1）电源
1）旋转式电源。CO2保护焊使用的直流旋转式电源有AP1—350型和AX1—500-2型两种。前者适应于农机零件的堆焊，后者适用粗丝（ϕ1.6～2.4mm）、高电压（40V）大型件的堆焊。
2）整流式电源。与旋转式电源比较，整流式电源有很多优点：制造方便、较容易得到平硬外特性、感抗小、动特性好、重量轻、结构简单、效率高、没有噪声。缺点是：过载能力差、整流元件在过电流、过电压时易被击穿损坏。
（2）堆焊机头 对堆焊机头的基本要求：
1）要求送丝机构确保送丝速度均匀，稳定可靠，实现无级调节。速度调整范围为1.8～4.0m/min。
2）焊头结构力求简单、紧凑，能方便地做上下、前后、旋转方面的调整。
3）焊嘴形式要保证焊丝良好的导电性和较小的阻力以及CO2的可靠保护。
焊头的组成：
1）送丝部分同埋弧堆焊。
2）焊嘴。包括焊嘴本体、导电嘴和导风罩。其中导风罩对CO2气体的可靠保护作用是很大的，导风罩的形状、尺寸和材质都有一定的要求。
（3）机床CO2保护堆焊对机床性能的要求基本同振动堆焊。所不同之处在于，CO2保护堆焊高速时可达1～1.5m/min，因此堆焊机床主轴转速调节范围应扩大到0.3～25r/min，进行无级调节，其他均相同。
（4）供气系统 供气系统中有气瓶、预热器、减压阀、干燥器、流量计和电磁气阀等，如图2-6所示。
图2-6 CO2保护堆焊供气系统示意图
1—气瓶 2—预热器 3—减压阀 4—流量计 5—干燥器 6—电磁气阀
1）气瓶。有专用的二氧化碳气瓶，也可以用氧气瓶代用。气瓶经过洗瓶、试压后，即可装气，满瓶气压可达5050～7575kPa，瓶外用黄漆标记。
2）预热器。当打开气瓶阀门时液态CO2汽化需要吸热，而气体减压膨胀也会使气体温度下降，为了防止水分在气瓶出口处结冰，在减压时应将CO2气体预热。预热器一般采用电热式。
3）减压阀。调节CO2气体的压力和流量，可以用氧气表减压阀代用，由于CO2堆焊气压在101～202kPa，因此选用量程较小的氧气表。
4）干燥器。为了进一步提高CO2的纯度，消除水分，避免焊层出现气孔，以提高焊层质量。干燥器分高压和低压两种，高压干燥器用于气体未减压前进行干燥的装置。低压干燥器用于气体减压后再进行干燥的装置。使用时，主要根据气瓶中CO2的纯度高低决定选用其中一个或者全用，或者不用。干燥器内装干燥剂。如硅胶、脱水硫酸铜和无水二氯化钙等。经使用一段时间后，吸水饱和而失效。其中硅胶、脱水硫酸铜可经烘干后再用。
5）流量计。用来标志CO2气体的流量，一般常用转子流量计LZB—10型和浮标式流量计。
6）电磁气阀。用来控制CO2气体准确关启的装置。电磁气阀的种类及型号很多，按采用的电源不同，分为直流与交流两种。常用的有Q23×D型电磁气阀。