Дуговая сварка сталей в среде углекислого газа угольным электродом впервые разработана в 1949 году в Киевском институте электросварки. В
1952 году в бывшем СССР впервые в мировой практике разработаны металлургические основы получения качественных швов при сварке окислительных газах и создан способ дуговой сварки в среде углекислого газа плавящимся электродом. В настоящее время объем применения этого способа сварки составляет около 90% всех способов дуговой сварки в среде защитных газов. Углекислый газ является одним из самых дешевых защитных газов.
Для получения сварных швов высокого качества необходимо использовать сварочную углекислоту (99…99.5% СО2) или пищевую углекислоту с дополнительной ее сушкой от избытка влаги. При централизованном питании газ на рабочие места подается по трубопроводу от рампы баллонов или из изотермической емкости. В баллонах углекислота находится в жидком состоянии под давлением 7.5 МПа. В стандартный баллон емкостью 40 л заливается 25 кг жидкой углекислоты. При отборе из баллона углекислота испаряется и превращается в углекислый газ, из одного баллона получают примерно 12 м3 газа.
На выходе из баллона устанавливается электрический подогреватель газа, осушитель газа, редуктор для понижения давления газа, после редуктора газ по шлангу подается в сварочную горелку. На выходе из баллона газ расширяется и сильно охлаждается, без подогрева газа замерзает редуктор. В осушителе углекислый газ проходит через вещество, (безводный медный купорос, селикагель), поглощающее водяной пар. Водяной пар в зоне горения дуги диссоциирует на кислород и водород, что ухудшает защиту.
Углекислый газ защищает расплавленный металл шва в первую очередь от азота воздуха, который вызывает пористость и хрупкость шва. В столбе дуги углекислый газ частично диссоциирует с образованием окиси углерода СО и свободного кислорода. Такая среда является окислительной и достаточна для защиты при сварке углеродистых, малолегированных и некоторых высоколегированных сталей. Для качественной сварки этих сталей обязательным условием является применение специальных сортов сварочной проволоки с повышенным содержанием раскислителей (марганца, кремния, алюминия, титана). Эти металлы раскисляют зону расплавления, что повышает качество сварного шва. Так при сварке сталей одной из причин пористости сварного шва является окись углерода, которая образуется при окислении углерода в расплавленном металле в зоне кристаллизации сварного шва. При достаточном количестве марганца и кремния в расплавленном металле реакция окисления углерода подавляется, что устраняет пористость и обеспечивает получение качественных сварных швов.
Для дуговой сварки в среде углекислого газа ответственных конструкций из высокопрочных сталей нашли широкое применение порошковые проволоки, которые обеспечивают высокую стабильность горения дуги, незначительное разбрызгивание расплавленного металла, хороший внешний вид сварных швов, высокие механические свойства металла шва. В состав сердечника порошковой проволоки входят шлакообразующие, раскисляющие, легирующие элементы.
Для сварки углеродистых и малолегированных сталей широко применяются смеси углекислого газа и кислорода (70…80% СО2, остальное О2). Кислород способствует повышению температуры и жидкотекучести металла сварочной ванны, снижает поверхностное натяжение расплавленного металла, связывает водород и уменьшает его влияние на образование пор, повышает стабильность горения дуги, уменьшает разбрызгивание металла, обеспечивает получение плотного, ровного и гладкого шва.
При дуговой сварке в среде углекислого газа применяется полуавтоматическая и автоматическая сварка сварочными проволоками диаметром 0.5…3 мм. Сварка полуавтоматами возможна во всех пространственных положениях. Для полуавтоматов используют облегченные горелки с механизмами подачи проволоки толкающего типа.
Применяется постоянный ток обратной полярности, обеспечивающий стабильное горение дуги в углекислом газе. Чтобы уменьшить разбрызгивание расплавленного металла и уменьшить выгорание легирующих элементов сварку ведут очень короткой или погруженной в расплавленный металл дугой с частыми короткими замыканиями. Высокая плотность тока обеспечивает мелкокапельный перенос расплавленного металла проволоки.
Чтобы в этих условиях обеспечить восстановление длины дуги саморегулированием, применяют источники питания постоянного тока с жесткими или возрастающими внешними характеристиками. При уменьшении длины дуги или коротком замыкании происходит существенное увеличение тока, что вызывает увеличение скорости плавления проволоки или разрыв замыкающей перемычки. Горение дуги возобновляется при установившейся длине дуги.