二氧化碳焊接時(shí)減少飛濺的辦法

1、C02焊焊接中氣孔及飛濺原因及預(yù)防一、焊縫金屬產(chǎn)生氣孔是熔池金屬中的氣體在冷凝過(guò)程中來(lái)不及逸出。由于CO2氣體保護(hù)焊的時(shí)，熔池表面沒(méi)有 熔渣覆蓋，且CO2氣流對(duì)焊縫能起一定的冷卻作用，故熔池金屬冷凝較快，增加了產(chǎn)生氣 孔的可能性。CO2電弧焊時(shí)，溶池表面沒(méi)有溶渣覆蓋，CO2氣流又有冷卻作用，因而溶池凝固比較快， 容易在焊縫中產(chǎn)生氣孔?？赡墚a(chǎn)生的氣孔主要有三種：一氧化碳?xì)饪?、氫氣孔、氮?dú)饪?。（一）一氧化碳?xì)饪?焊絲中脫氧元素含量不足：當(dāng)焊絲金屬中脫氧元素不足，焊接過(guò)程中就會(huì)較多的 熔于熔池 金屬中。隨后在熔池冷凝時(shí)溶池中的FeO和C會(huì)進(jìn)行發(fā)生如下的化學(xué)反應(yīng)：（1）當(dāng)熔池金屬冷凝過(guò)快時(shí)，生成的 氣

2、體來(lái)不完全熔池逸出從而成為 氣孔。通常這類(lèi)氣孔長(zhǎng)出 現(xiàn)焊縫根部與表面，且呈針尖狀。（二）氮?dú)饪讱怏w保作用不良:在CO2氣體保護(hù)過(guò)程中如果因工藝參數(shù)選擇不當(dāng)?shù)仍蚨Ｗo(hù)作用變壞， 或者CO2氣體純度不高，在電弧高溫下空氣中的氮會(huì)熔到熔池金屬中。當(dāng)熔冷凝時(shí)，隨著 溫度的降低，氮在液態(tài)金屬中溶解度降低，尤其是在結(jié)晶過(guò)程的時(shí)，溶解度將急劇下降。這 時(shí)從金屬中析出的氮若來(lái)不及外逸，常會(huì)在焊縫表面出現(xiàn)蜂窩狀氣孔，或者以彌散形式的微 氣孔分布于焊縫金屬中。這些氣孔往往在拋光后檢驗(yàn)或水壓試驗(yàn)時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。（三）氫氣孔焊縫金屬溶解了過(guò)量的氮：CO2氣體保護(hù)焊時(shí)，如果焊絲及焊件表面有鐵銹油污與水分， 或者CO2氣體

3、中含有水分CO2,則在電弧高溫作用下這些物質(zhì)會(huì)分解并產(chǎn)生氫，氫在高溫 下也易熔于熔池金屬中，隨后，當(dāng)熔池冷凝結(jié)晶時(shí)，氫在金屬中的溶解度急劇下降。若析出的氫來(lái)不及從熔池中逸出，就引起焊縫金屬產(chǎn)生氫氣孔。不過(guò)，由于CO2氣體具有 氧化性，氫和氧會(huì)化合，故出現(xiàn)氫氣孔的可能性較小，所以CO2氣體保護(hù)焊是一種公認(rèn)的 低氫焊接方法。減少氣孔的措施一氧化碳?xì)饪?如果焊絲中含有足夠的脫氧元素Si和Mn避免焊接過(guò)程中被大量氧化， 以及限制焊絲中的焊碳量，就可以擬制前面提到的氧化反應(yīng)，有效防止CO氣孔。氮?dú)饪?要避免產(chǎn)生氮?dú)饪鬃钪饕氖菓?yīng)增強(qiáng)氣體的保護(hù)效果，防止空氣入侵，焊接過(guò) 程中保證保護(hù)氣層穩(wěn)定、可靠，是防止

4、焊縫中氣孔的關(guān)鍵，且選用的氣體純度要高。另外， 選用含有固氮元素(如 和 )的焊絲也有助于防止產(chǎn)生氮?dú)饪住?氫氣孔 為了防止氫氣孔，在焊前應(yīng)對(duì)焊件及焊絲進(jìn)行清理，去處他們表面上的鐵銹， 油污，水分等。對(duì)C02氣體中的水份也是需要進(jìn)行干燥的C02氣體保護(hù)焊過(guò)程中金屬飛 濺損失約占焊絲熔金屬的 10%左右，嚴(yán)重的可達(dá) 3040%在最佳情況下，飛濺損可控制在 2 4%范圍內(nèi)。二、飛濺損失 飛濺損失增大，會(huì)降低焊絲的熔敷系數(shù)，從而增加焊絲及電能的消耗，降低焊接生產(chǎn)率和焊 接成本。在CO2焊中，大部分焊絲熔化金屬可過(guò)渡到熔池，有一部分焊絲熔化金屬飛向 熔池之外，飛到熔池之外的金屬稱(chēng)為飛濺。特別是粗焊絲C

5、O2氣體保護(hù)焊大參數(shù)焊接時(shí)， 飛濺更為嚴(yán)重，飛濺率可達(dá)20%以上，這時(shí)就不可能進(jìn)行正常焊接工作了。飛濺是有害的， 它不但降低焊接生產(chǎn)率，影響焊接質(zhì)量，而且使勞動(dòng)條件變差。由于焊接參數(shù)的不同，CO2焊具有不同的熔滴過(guò)渡形式，從而導(dǎo)致不同性質(zhì)的飛濺。其中， 可分為熔滴自由過(guò)渡時(shí)的飛濺和短路過(guò)渡時(shí)的飛濺。熔滴自由過(guò)渡時(shí)的飛濺 熔滴自由過(guò)渡時(shí)的飛濺主要形式，在CO2氣氛下，熔滴在 斑點(diǎn)壓力的作用下上撓，易形成大滴狀飛濺。這種情況經(jīng)常發(fā)生在較大電流焊接時(shí)，如用直 徑1.6mm焊絲、電流為300350A，當(dāng)電弧電壓較高時(shí)就會(huì)產(chǎn)生。如果再增加電流，將產(chǎn) 生細(xì)顆粒過(guò)渡，這時(shí)飛濺減小，主要產(chǎn)生在熔滴與焊絲之間的

6、縮頸處，該處的電流密度較大 使金屬過(guò)熱而爆斷，形成顆粒細(xì)小的飛濺。在細(xì)顆粒過(guò)渡焊接過(guò)程中，可能由熔滴或熔池內(nèi) 拋出的小滴飛濺。這是由于焊絲或工件清理不當(dāng)或焊絲含碳量較高，在熔化金屬內(nèi)部大量生 成 CO 等氣體，這些氣體聚積到一定體積，壓力增加而從液體金屬中析出，造成小滴飛濺。 大滴過(guò)渡時(shí)，如果熔滴在焊絲端頭停留時(shí)間較長(zhǎng)，加熱溫度很高，熔滴內(nèi)部發(fā)生強(qiáng)烈的冶金 反應(yīng)或蒸發(fā)，同時(shí)猛烈地析出氣體，使熔滴爆炸而生成飛濺。另外，在大滴狀過(guò)渡時(shí)，偶爾 還能出現(xiàn)飛濺，因?yàn)槿鄣螐暮附z脫落進(jìn)入電弧中，在熔滴上出現(xiàn)串聯(lián)電弧，在電弧力的作用 下，熔滴有時(shí)落入熔池，也可能被拋出熔池而形成飛濺。熔滴短路過(guò)渡時(shí)的飛濺 短路

7、過(guò)渡時(shí)的飛濺形式很多。飛濺總是發(fā)生在短路小橋破斷 的瞬時(shí)。飛濺的大小決定于焊接條件，它常常在很大范圍內(nèi)改變。產(chǎn)生飛濺的原因目前有兩 種看法，一種看法認(rèn)為飛濺是由于短路小橋電爆炸的結(jié)果。當(dāng)熔滴與熔池接觸時(shí)，熔滴成為 焊絲與熔池的連接橋梁，所以稱(chēng)為液體小橋，并通過(guò)該小橋使電路短路。短路之后電流逐漸 增加，小橋處的液體金屬在電磁收縮力的作用下急劇收縮，形成很細(xì)的縮頸。隨著電流的增 加和縮頸的減小，小橋處的電流密度很快增加，對(duì)小橋急劇加熱，造成過(guò)剩能量的積聚，最 后導(dǎo)致小橋發(fā)生氣化爆炸，同時(shí)引起金屬飛濺。另一種看法認(rèn)為短路飛濺是因?yàn)樾虮瑪嗪螅?重新引燃電弧時(shí)，由于CO2氣體被加熱引起氣體分解和體積膨

8、脹，而產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣動(dòng)沖擊 作用，該力作用在熔池和焊絲端頭的熔滴上，它們?cè)跉鈩?dòng)沖擊作用下被拋出而產(chǎn)生飛濺。試 驗(yàn)表明，前一種看法比較正確。飛濺多少與電爆炸能量有關(guān)，此能量主要是在小橋完全破壞 之前的100150ps時(shí)間內(nèi)積聚起來(lái)的，主要是由這時(shí)的短路電流（即短路峰值電流）和小 橋直徑所決定。小電流時(shí)，飛濺率通常在5%以下。限制短路峰值電流為最佳值時(shí)，飛濺率可降低到1 %左 右。在電流較大時(shí)，縮頸的位置對(duì)飛濺影響極大。所謂縮頸的位置是指縮頸出現(xiàn)在焊絲與熔 滴之間，還是出現(xiàn)在熔池與熔滴之間。如果是前者，小橋的爆炸力推動(dòng)熔滴向熔池過(guò)渡，而 后者正相反，小橋爆炸力排斥熔滴過(guò)渡，并形成大量飛濺，最高可達(dá)2

9、5%以上。冷態(tài)引弧 時(shí)或在焊接參數(shù)不合適的情況下（如送絲速度過(guò)快而電弧電壓過(guò)低，焊絲伸出長(zhǎng)度過(guò)大或焊 接回路電感過(guò)大等）常常發(fā)生固體短路。這時(shí)固體焊絲可以直接被拋出，同時(shí)熔池金屬也被 拋出。在大電流射滴過(guò)渡時(shí)，偶爾發(fā)生短路，由于短路電流很大。所以將引起十分強(qiáng)烈的飛 濺。根據(jù)不同熔滴過(guò)渡形式下飛濺的不同成因，應(yīng)采用不同的降低飛濺的不同成因，應(yīng)采用不同 的降低飛濺的方法：1）在熔滴自由過(guò)渡時(shí)，應(yīng)選擇合理的焊接電流與焊接電壓參數(shù)，避免使用大滴排斥過(guò)渡形式；同時(shí)，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)焊接材料，如選用含C量低、具有脫氧元素Mn和Si的焊絲H08M n2SiA等，避免由于焊接材料的冶金反應(yīng)導(dǎo)致氣體析出或膨脹引起的飛

10、濺。2）在短路過(guò)渡時(shí)，可以采用（Ar+CO2）混合氣體代替CO2以減少飛濺。如加入Q （Ar） =20%30%的Ar。這是由于隨著含氬量的增加，電弧形態(tài)和熔滴過(guò)渡特點(diǎn)發(fā)生了改變。燃 弧時(shí)電弧的弧根擴(kuò)展，熔滴的軸向性增強(qiáng)。這一方面使得熔滴容易與熔池會(huì)合，短路小橋出 現(xiàn)在焊絲和熔池之間。另一方面熔滴在軸向力的作用下，得到較均勻的短路過(guò)渡過(guò)程，短路 峰值電流也不太高，有利于減少飛濺率。在純CO2氣氛下，通常通過(guò)焊接電流波形控制法，降低短路初期電流以及短路小橋破斷瞬 間的電流，減少小橋電爆炸能量，達(dá)到降低飛濺的目的。通過(guò)改進(jìn)送絲系統(tǒng)，采用脈沖送絲代替常規(guī)的等速送絲，使熔滴在脈動(dòng)送進(jìn)的情況下與熔池 發(fā)生

11、短路，使短路過(guò)渡頻率與脈動(dòng)送絲的頻率基本一致，每個(gè)短路周期的電參數(shù)的重復(fù)性好， 短路峰值電流也均勻一致，其數(shù)值也不高，從而降低了飛濺。如果在脈動(dòng)送絲的基礎(chǔ)上，再配合電流波形控制，其效果更佳。采用不同控制方法時(shí)，焊接 飛濺率與焊接電流之間的關(guān)系。飛濺金屬粘著到導(dǎo)電嘴端面和噴嘴內(nèi)壁上，會(huì)使送絲不暢而影響電弧穩(wěn)定性，降低保護(hù)氣的 保護(hù)作用，惡化焊縫成形質(zhì)量。此外，飛濺金屬粘著到導(dǎo)電嘴，噴嘴，焊縫及焊件表面上， 尚需在焊后進(jìn)行清理，這就增加了焊接的輔助工時(shí)。焊接過(guò)程中飛濺出的金屬，還容易燒壞焊工的工作服，甚至燙傷皮膚，惡化勞動(dòng)條件。由于金屬飛濺引起上述問(wèn)題，故如何防止和減小金屬飛濺，一直是使用CO2氣

12、體保護(hù)焊時(shí) 必須給予重視的問(wèn)題。CO2氣體保護(hù)焊金屬飛濺問(wèn)題之所以突出，是和這種焊接方法的冶金特性及工藝特性有關(guān)：由冶金反應(yīng)引起的飛濺：主要是由于焊接過(guò)程中熔滴和熔池中碳被氧化生成了 CO氣體， 隨著溫度的升高，CO氣體體積膨脹，若從熔滴或熔池中的外逸受到阻礙，就可能在局部范 圍爆破，從而產(chǎn)生大量的細(xì)顆粒飛濺金屬。作用在焊絲電極斑點(diǎn)上的壓力過(guò)大而引起飛濺：如用直流正極性長(zhǎng)弧焊時(shí)，由于焊絲是 陰極，受到的電極斑點(diǎn)壓力較大，故焊絲容易產(chǎn)生粗大的熔滴和被頂偏而產(chǎn)生非軸向過(guò)渡， 從而出現(xiàn)大顆粒的飛濺金屬。由于熔滴過(guò)渡不正常而引起的飛濺：這類(lèi)情況在短路過(guò)渡或大熔滴過(guò)渡時(shí)都會(huì)遇到。如 短路過(guò)渡時(shí)，由于焊接

13、電源的動(dòng)特性選擇與調(diào)節(jié)不當(dāng)，而增大了飛濺金屬。在長(zhǎng)弧焊的時(shí)， 由于弧根面積小，焊絲末端熔滴受到斑點(diǎn)壓力，電磁力等作用被頂偏，除了產(chǎn)生非軸向大滴 過(guò)渡外，往往還帶有細(xì)顆粒的飛濺金屬。由于焊接規(guī)范參數(shù)選擇不當(dāng)而引起飛濺：CO2氣體保護(hù)焊過(guò)程中， 隨著電弧電壓的升高，飛濺金屬要增大這是因?yàn)殡娀‰妷荷?，弧長(zhǎng)變長(zhǎng)，易引起焊絲未端 的熔滴長(zhǎng)大。在長(zhǎng)弧焊（用大電流）時(shí)，熔滴易在焊絲未端產(chǎn)生無(wú)規(guī)則的晃動(dòng)；而短弧焊（用 小電流）時(shí)，將造成粗大的液體金屬過(guò)橋，這些均引起飛濺增大。一般在長(zhǎng)弧焊時(shí)，隨著焊接電流的增大，過(guò)渡熔滴的尺寸變細(xì)，能減小飛濺，焊接電流增大， 焊絲的熔敷率提高了，表明金屬飛濺減少了。從上面的分

14、析可知，引起金屬飛濺的因素很多，故要減小飛濺，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體分析，采取有針對(duì)性的解決措施。 一般說(shuō)來(lái)，有下列一些措施可供考慮：（一）正確選擇工藝參數(shù)1焊接電流和電壓在CO2電弧中，對(duì)于每種直徑的焊絲，其飛濺率和焊接電流之間都存在一定的規(guī)律。在小電流區(qū)域（短路過(guò)度區(qū)域）飛濺率較小，進(jìn)入大電流區(qū)域后（細(xì)顆粒過(guò)度區(qū)域）飛濺率也較小，而中間區(qū)的飛濺率最大，電流小于150A或大于300A飛濺率都較 小，介于兩者之間的飛濺率較大。在選擇焊接電流時(shí)，應(yīng)盡可能避開(kāi)飛濺率高的電流區(qū)域。電流確定后在匹配適當(dāng)?shù)碾妷?，以確保飛濺率最小，2焊槍角度 焊槍垂直時(shí)飛濺量最小，傾斜角度最大，飛濺越多。焊槍前傾或后傾

15、最好不 要超過(guò)20 度。3焊絲伸出長(zhǎng)度 焊絲伸出長(zhǎng)度對(duì)飛濺也有影響。焊絲長(zhǎng)度盡可能縮短。（二）選用合適的焊絲材料，保護(hù)氣成分。例如：盡可能選用焊碳量低的鋼焊絲，以減小焊接過(guò)程中生成的CO氣體。實(shí)踐表明，當(dāng)焊絲 中焊碳量降低到 0.04%時(shí)，可大大減小飛濺；采用管狀焊絲進(jìn)行焊接。由于管狀焊絲的藥芯中含有脫氧劑穩(wěn)弧劑等造成氣-渣聯(lián)合保 護(hù)，使焊接過(guò)程中非常穩(wěn)定，飛濺可明顯減??；（三）在長(zhǎng)弧焊的時(shí)采用CO2的混合氣作保護(hù)氣。雖然通過(guò)合理選擇規(guī)范參數(shù)以及采用潛弧方法等可降低飛濺率，但飛濺量仍然較大。在C02氣體中加入一定數(shù)量的Ar氣，是減少顆粒過(guò)度焊金屬飛濺最有效的方法。在C02氣體中加入Ar氣后，改變了純二氧化碳?xì)怏w的上述物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。隨著Ar 氣比例增大，飛濺逐漸減少C02+Ar混合氣體除可克服飛濺外，也改善了焊縫成型，對(duì)焊 縫溶深、焊縫高度及余高都有影響。當(dāng)含 60%時(shí)可明顯的使過(guò)渡熔滴的尺寸變細(xì)，甚至得到噴射過(guò)渡，改善了熔滴過(guò)渡特性， 減小金屬飛濺。（三）短路過(guò)度焊接時(shí)限制金屬液橋爆斷能量 短路過(guò)度焊接時(shí)，會(huì)引起金屬飛濺，在短路過(guò)度的最后階段，由于短路電流的急劇增大，使 橋液金屬迅速地加熱，造成了熱量的凝聚，最后導(dǎo)致橋爆裂而產(chǎn)生飛濺。減少此種飛濺的方法： 在短路過(guò)渡焊接時(shí)，合理選擇焊接電源特性并匹配合適的可調(diào)電流， 以便當(dāng)采用不同直徑的焊絲焊接時(shí)均可