浅析CO2焊飞溅产生的原因防止措施

浅析CO2气体保护电弧焊飞溅产生的原因及

控制措施

岳阳工业技术学院曾利艳

摘要:本文对二氧化碳气体保护电弧焊产生飞溅的原因和控制措施作出了浅显分析研究。

关键词:二氧化碳焊飞溅

前言

二氧化碳气体保护电弧焊(以下简称CO2焊)是20世纪50年代初期发展起来的一种焊接技术,目前已经发展成为一种重要的焊接方法。CO2焊主要用于焊接低碳钢及低合金钢等黑色金属。此外,CO2焊还可以用于零件的堆焊、铸件的焊补等方面。目前CO2焊已在汽车制造、机车和车辆制造、化工机械、农业机械、矿山机械等部门得到广泛应用。

CO2焊是利用CO2作为焊接保护气体的一种熔化极、气体保护的电弧焊方法。该方法具有如下优点:(1)生产效率高和节省能量。由于该方法焊接电流密度大、电弧能量集中、焊丝熔化效率高、母材的熔深大、焊接速度快,焊后不需要清理焊渣,是一种高效节能的方法。生产率是焊条电弧焊的1~4倍。(2)焊接成本低。由于CO2气体价格低廉,对焊前的生产要求不高,焊后清理和校正工时少;同时还避免了焊条电弧焊中频繁更换焊条的缺点。(3)焊接变形小。由于CO2 焊时,电弧热量集中、热输入较低和CO2气体具有较强的冷却作用,使焊接工件受热面积小,变形小。特别是在焊接薄板时,CO2 焊的变形比其他焊接方法变形要小。(4)由于保护气体的氧化性,焊缝中含氢量少,提高了焊接低合金高强度结构钢时抗冷裂纹的能力。

正是由于CO2 焊有诸多的优点所以在大型金属结构制造中广泛应用。如:中联重科、三一重工、中集集团等企业。CO2 焊完成的焊接

金属结构已占其企业焊接总量的98%以上。在大型结构制造企业中CO2 焊已发挥着不可替代的作用。

但在CO2焊焊接过程中会产生较大的飞溅,金属飞溅是CO2焊中较为突出的问题。也是CO2焊的主要缺点。严重时甚至影响焊接过程的正常进行。因此如何减少飞溅在CO2焊中就显得尤为重要。下面将主要产生飞溅原因及防止措施作几个方面分析:

一气体爆炸引起的飞溅。

熔滴过渡时,由于熔滴中的FeO与C反应产生的CO气体,在电弧高温下急剧膨胀,使熔滴爆破而引起的飞溅。

防止措施:熔出液态金属的中的FeO是引起飞溅的主要原因,如何使FeO脱氧呢?通常的措施是在焊丝(或药芯焊丝的药粉中)加入足量的对氧亲和力比Fe大的合金元素(即脱氧剂)利用这些元素使FeO中的Fe还原,即使FeO脱氧。实践证明,用Si、Mn联合脱氧效果是最好的。目前,应用最广泛的H08Mn2SiA(即型号ER49-1)焊丝和H11Mn2SiA(即型号ER50-6)焊丝,就是采用Si、Mn联合脱氧的。

二由电弧斑点压力而引起的飞溅。

因CO2气体高温分解吸收大量电弧热量,对电弧的冷却作用较强,使电弧电场强度提高,电弧收缩,弧根面积减小,增大了电弧的斑点压力,熔滴在斑点压力下十分不稳定,形成飞溅。

防止措施:在CO2气体中加入Ar气后,改变了纯CO2气体的物理性质。随着Ar气比例增大,飞溅减少。飞溅变化最显著的是细滴直径>0.8mm的飞溅,对于<0.8mm的细滴飞溅影响不大。混合气体的成本虽然比纯CO2气体高,但可以从材料损失降低和节省清理飞溅的辅助时间上得到补偿。所以采用CO2+Ar混合气体的总

成本还有降低的趋势。混合气的混和比主要以氩气为主﹐加入适量的二氧化碳(15~30%)或氧(0.5~5%)。

三由极点压力引起的飞溅

这种飞溅主要取决于电弧的极性。当采用正极性焊接时,正离子

飞向焊丝末端的熔滴,机械冲击力大,而造成大颗粒飞溅。

防止措施:采用反极性,反极时是电子撞击熔滴,极点压力大大减小,故飞溅比较小,所以通常采用反接。

四短路过渡时由于液态小桥(以下简称液桥)爆断引起的飞溅。

当熔滴与熔池接触时,由于熔滴把焊丝与熔池连接起来,形成了液桥。随着短路电流的增加,使液桥金属迅速的加热,最后导致液桥从属发生汽化爆炸,引起飞溅。

防止措施:要防止金属液桥爆裂,因此必须设法使短路液桥的金属过渡趋于平缓。目前有以下几种方法:

(1)在焊接回路中串接附加电感。细焊丝熔化速度快,熔滴过渡周期短,因此需要较大的电流来增长速度,要求串接的附加电感值较小。粗焊丝则反之。焊接回路内的电感值在0-0.2mH范围内变化时,对短路电流上升速度的影响最明显。因此适当的调整附加电感值,可以有效的减小金属飞溅。

(2)电流切换法。每个熔滴在过渡过程中,液桥缩颈达到临界尺寸之前,允许短路电流有较大的自然增长,以产生足够的电磁收缩力。一旦缩颈尺寸过到临界值,便立即进行电流切换,迅速将电流从高值切换到低值,使液桥缩颈在小电流下爆断。这样就有效的消除了液桥爆断产生的飞溅。