CO2气体保护焊飞溅探析(图文)

50年代初，日本和前苏联研究成功CO2气体保护焊，由于其生产效率高、成本低、对油锈不敏感、焊接变形小、冷裂倾向小、易于观察、操作简单等优点，深受焊接界的青睐。但该种焊接方法飞溅严重是其最大缺点。为了能使CO2气体保护焊更快地推广普及，加强对飞溅问题的研究则具有十分重要意义。本人结合多年工作实践，对CO2气体保护焊飞溅产生的原因进行了归纳和总结，并实施了配套的处理方案，取得了一定的成效。 　　一、CO2气体引起的飞溅及对策 　　　这种飞溅是由于CO2气体的氧化性引起的。在焊接碳钢时， Fe与CO2氧化，发生如下反应： 　　CO2+Fe=FeO+CO 　　Fe+O=FeO 　　其中O是由CO2= CO+O和O2＝2O产生的。因此，熔滴及熔池中的氧化反应非常激烈。落入熔池中的FeO又被Ｃ元素还原，即：FeC+C=Fe+CO，生成的CO不能及时逸出熔池变形成气孔。熔滴中的CO则在电弧高温作用下急剧膨胀爆炸形成飞溅。 　　因此，如果使FeO脱氧并在脱氧的同时对烧损的合金元素予以补充，则CO2氧化性所带来的弊病（气孔、飞溅）便基本上可以克服。目前，采用脱氧的方法有在焊丝中（或药芯焊丝的药粉中）加入一定量的脱氧剂（和氧亲和力比铁大的合金元素）使FeO中的铁还原。可作CO2气体保护焊用的脱氧剂主要有Al、Si、Mn联合脱氧效果更佳。 　　二、过度特性引起的飞溅及对策 　　1、短路过度与飞溅 　　　焊接条件下，熔滴与熔池接触时，熔滴成为焊丝与熔池的连接桥梁，所以称为液体小桥。并通过该小桥使电路短路。飞溅总是发生在短路小桥破断的瞬间。飞溅的大小决定于焊接条件，它常常在很大范围内改变。短路之后电流逐渐增加，小桥处的液体金属在电磁收缩力的作用下急剧收缩，形成很细的缩颈。随着电流的增加和缩颈的减小，小桥处的电流密度很快增加，对小桥急剧加热，造成过剩能量的积聚，最后导致小桥金属发生汽化爆炸，同时引起金属飞溅，飞溅的多少与爆炸能量有关，此能量主要是在小桥完全破坏之前的100～150毫秒时间内聚集起来的，主要是由这时的短路电流（即短路峰值电流）和小桥直径所决定的。所以减少飞溅应改善其中电源特性，限制电流峰值。同时，要限制电流上升速度，因为电流速度与其缩颈出现位置有关。当缩颈位置出现在焊丝与熔滴之间，小桥的爆炸力将推动熔滴过度时，出现小量飞溅。若缩颈出现在熔滴与熔池之间，则小桥爆炸力将阻止熔滴过渡，飞溅力也加大。因此，在焊接回路中串入较大的不饱和电感，减少短路电流上升速度，降低焊接电流的峰值，都能显著减少飞溅。 　　2、颗粒状过渡与飞溅 　　随着电流的增加，过度特性变为颗粒过渡，此时，由于是在中等规范下（中等电流），加上CO2气体为多质子分子，CO2电弧分解吸热引起电弧收缩，弧根面积缩小，故引起较大的斑点压力使熔滴上挠，阻止熔滴过度，形成大滴状过渡引起较大的飞溅。如用直径1.6mm焊丝、电流为300~350A，当电弧电压较高时就会产生。因此，应尽量避免工艺参数选择在此范围内，若在该规范下，加入氩气体后，减少了电弧收缩，飞溅率低，但成本高。CO2气体在电弧温度区间导热率较高，加上分解吸热，消耗电弧大量热能，从而引起弧柱及电弧斑点强烈收缩。即使增大电流，弧柱和斑点直径也很难扩展，从而容易产生飞溅，这是由CO2气体本身物理性质决定的。在CO2气体中加入氩气后，改变了纯CO2气体的上述物理性质和化学性质，使弧柱和斑点直径得到扩展，从而降低了飞溅量。在短路过渡焊中，一般采用50%CO2+50%Ar,非短路过渡焊中，一般采用30％CO2+70％Ar。CO2+Ａr气体除降低飞溅外，还改善了焊接成形，使焊缝熔宽增加.余高降低，但熔深也略为减小。 　　3、潜弧射滴过度与飞溅 　　　 随着电流增加，将产生细颗粒过渡，忽根面积扩展，电弧的电磁力将熔滴推向熔池，在熔池与焊丝间形成缩颈，这时飞溅减小，主要产生在缩颈处，该处通过的电流密度较大使金属过热而炸断，形成颗粒小的飞溅，但不可能避免。另外，由于焊丝或工件清理不当或焊丝含碳量较高，在熔化金属内部大量生成CO等气体，这些气体聚积到一定体积，压力增加而从液体金属中析出，造成小滴飞溅。 　　　因此，采取低飞溅焊丝，如果对实心焊丝在保证力学性能的前提下，尽量减少含Ｃ量，添加适量的Ti、Cr。或者采用经CaCO3、和K 2CO3等物质活化处理过的焊丝，采用正极性焊接，都可以减少CO2气体保护焊中的飞溅率。下图所示为通过实验所得飞溅率和过度特性（电流大小）之间的关系：在短路过渡区（小电流）飞溅较小，颗粒过渡（中间电流）飞溅较大，潜弧射滴过渡（大电流）飞溅较小。 　　 　过渡特性与飞溅率的关系示意图如下： 　　三、焊丝端部小球引起的飞溅及对策 　　小球是由于收弧时，电弧反烧，电流变小，电磁力阻碍熔滴向熔池过渡，使之冷却成球。在下次引弧，由于小球的存在，使丝端与母材接触电阻减小，短路引弧时熔断它需要的热量大造成一次引弧困难，甚至在导电嘴处烧断。免费论文。若经过几次短路才能成功引弧，那么这时伴有较大的声响和大颗粒飞溅，说明因小球存在经过几次短路，积累较多热量，使其造成颗粒飞溅。一般都是工人将端部小球剪断，在半自动中容易实现。免费论文。若在全自动焊或机器人焊时就无法或难以实现。因此，要采取一定措施去除焊丝端部小球。 　　目前，因国内只有部分焊机在面板上单独设置了收弧规范调节选纽，国外焊机大部分都有在停焊前可通过焊距手把上的按纽操作，自动地由正常焊接规范切换到收弧规范，具有一定去球功能。但这个去球功能只有在最佳时才能达到较好的去球效果，端头熔滴会自动地向熔池过渡，冷却后不会形成大于焊丝直径小球。这种去球的机理，主要是通过调整收弧规范使熔滴过渡形成转换。如果仅是为了去球，则在收弧时强行拉断电弧亦无小球，但弧坑未填满，火口无保护易行成气孔，且由于应力集中，形成裂纹源，显然不能采用此方法。但是，通过切换收弧方法，使其熔滴内颗粒过渡转化为短路过渡，其残留熔滴熔池表面张力的作用，拉向熔池。即无弧坑亦无球。否则非最佳规范，仍有小球。免费论文。 　　　　总之，根据飞溅产生的原因可以有的放矢确定： 　　１、在焊丝中加入脱氧剂可减少飞溅。 　　２、正确选择工艺参数可减少飞溅。 　　３、“去球”可减少飞溅。 　　分析清楚原因后制定相应的处理措施可以较大程度地降低飞溅，提高了焊接质量，保证了焊接的规范操作，改善了焊接工作环境，对焊接工作安全生产具有极为重要的意义。