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Knowledge of welding and cutting 焊割知识
  • CO2气体保护焊的飞溅原因及预防措施 2015 - 04 - 02

    摘要:随着工业生产和科学技术的迅速发展,各种有色金属,高合金钢,稀有金属的应用日益增多,对于这些金属材料的焊接,以渣保护为主的电弧焊方法很难适应,而气体保护电弧焊能可靠地确保焊接的质量,以弥补手工电弧焊及埋弧自动焊的局限性。因此,具备生产效率高,焊接成本低,焊透性能好,焊接变形小等优点的气体保护焊在生产中的运用日益广泛。本文详细论述了CO2气体保护焊在生产过程中飞溅问题产生的原因及解决的办法。

    1.概述:
        气体保护电弧焊属于以电弧为热源融化焊接方法。在焊接过程中,为得到质量优良的焊缝,必须有效地保护焊接区,防止空气中有害气体的侵入,以满足焊接冶金过程中的需要。但电弧熔焊过程的保护形式有所区别,手工电弧焊,埋弧自动焊是采用渣-气联合保护,而气体保护电弧焊是采用气保护的形式。
    气体保护电弧焊是采用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊接方法,它是直接依靠从喷嘴中连续送出的气流,在电弧周围形成局部的气体保护层,使电极端部熔滴和熔池金属处于保护罩内,机械地将空气与焊接区隔绝,以保证焊接过程的稳定性,并获得质量优良的焊缝。
    气体保护焊按所用的电极材料,分为两类:一是采用非熔化电极(钨极)的电弧焊,称为非熔化极气体保护焊;二是采用熔化电极(如焊丝)的电弧焊,称为熔化极气体保护电弧焊。本文重点讨论熔化极CO2气体保护焊中飞溅的成因。
    CO2气体保护焊是CO2作为保护气体,依靠焊丝和焊件之间产生的电弧来融化金属的一种气体保护焊方法。电源的两端出端分别接在焊枪和焊件上。盘状焊丝由送丝机构带动,经软管和导电嘴不断地向电弧区域送给;同时CO2气体以一定的压力和流量送入焊枪,通过喷嘴后,形成一股保护气流,使熔池和电弧不受空气的侵入。随焊枪的移动,熔池金属冷却并凝固形成焊缝,从而将被焊的焊件连成一体。

    2.CO2气体保护焊的冶金特点
    在常温下,CO2气体的化学性能呈中性,在电弧高位下,CO2气体被分解而呈很强的氧化性,能使合金元素氧化烧损,降低焊缝金属的机械性能,这也是产生气孔和飞溅的根源。
    CO2在电弧高温作用下,分解为一氧化碳和氧,温度越高,分解程度越大,反应进行得越激烈,致使电弧气氛具有很强的氧化性。
    CO2-CO+O
    其中,CO不溶于金属,也不与金属发生反应,而原子状态的氧使氧铁及合金元素迅速氧化,化学反应为:FE+O=FEO, SI+O=SIO2, MN+O=MNO, C+O=CO.
    以上化学反应既发生于熔滴过渡过程中,也发生在熔池内,其反应的结果,使铁氧化生成FEO,能大量溶于熔池内,将导致焊缝产生气孔,同时锰硅氧化生成MNO和SIO2成为熔渣浮出,使合金元素大量氧化烧损,焊缝金属机械性能降低。此外,溶于金属的氧化铁与碳元素作用产生的一氧化碳气体,能使熔滴及熔池发生爆破,从而产生大量的飞溅,这些问题都与电弧气氛的氧化性有关,因此,必须采用有效的脱氧措施。在CO2焊的冶金过程中,通常的脱氧方法是增加焊丝中脱氧元素含量,从焊接冶金方面,解决了合金元素的严重烧损,以及气孔和飞溅的问题。

    3 CO2气体保护焊的飞溅成因及预防措施
       CO2气体保护焊接时易产生飞溅,这是由于CO2的性质决定的,问题在于应把CO2的飞溅量减少到最低的程度。通常颗粒状过渡的飞溅程度,要比短路过渡过程中严重的多。当使用颗粒状过渡形式时,飞溅损失应控制在焊丝熔化量的10%以下,短路过渡形式的飞溅量应在2%-4%范围内。
    CO2焊时的大量飞溅,不仅增加了焊丝的损耗,并使焊件表面被金属熔滴溅污,影响外观及增加辅助工作量,更主要的是容易造成喷嘴堵塞,使气体保护效果变差,导致焊缝容易产生气孔。如果金属熔滴粘在导电嘴上,还会破坏焊丝的正常给送,引起焊接过程不稳定,使焊缝成形变差或产生焊接缺陷。为此,

    CO2焊必须重视飞溅问题,应尽量降低飞溅的不利影响,才能确保CO2焊的生产率和焊缝质量。CO2焊产生飞溅的原因及减少飞溅的措施主要有以下几个方面:

    3.1 由冶金反应引起的飞溅
    这种飞溅主要由CO2气体造成的,CO2在电弧高温作用下,体积急剧膨胀,压力迅速增大,使熔滴和熔池金属产生爆破,从而产生大量飞溅。但采用含有锰硅脱氧元素的焊丝,并降低焊丝中的含碳量,这种飞溅可大为减少。

    3.2 由斑点压力产生的飞溅
    这种飞溅主要取决于焊接时的极性,当采用正极焊接时(焊件接正极,焊丝接负极),正离子飞向焊丝端部的熔滴,机械冲击力大,形成大颗粒飞溅。而反极性焊接时,飞向焊丝端部的电子撞击力小,致使斑点压力大为减小,因而飞溅较少。所以CO2焊应选用直流反接。

    3.3 熔滴短路时引起的飞溅
       这种飞溅发生在短路过渡过程中,当焊接电源的动特性不好时,则更显得严重。短路电流增长速度过快,或短路最大电流值过大时,当熔滴刚与熔池接触,由于短路电流强烈加热及电磁收缩力的作用,结果使缩颈端的液态金属发生爆破,产生较多的细颗粒飞溅。如果短路电流增长速度过慢,则短路电流不能及时增大到要求的电流值,此时缩颈处就不能迅速断裂,使伸出导电嘴的焊丝在电阻热的长时间的加热下,成短软化和坠落,并伴随着较多的大颗粒飞溅。减少这种飞溅的方法,主要是调节焊接回路中的电感来调节短路电流增长速度。

    3.4 非轴向颗粒状过渡造成的飞溅
       这种飞溅发生在颗粒状过渡过程中,由于电弧的排斥作用而产生。当熔滴在斑点压力和弧柱中气流压力的共同作用下。熔滴被推到焊丝端部的一边,并抛到熔池外边去,产生大颗粒飞溅。所以采用直流反接来控制斑点压力和弧柱中气流的压力,达到减少飞溅的目的。

    3.5 焊接工艺参数不当引起的飞溅
    这种飞溅是因焊接电流,电弧电压和回路电感等焊接工艺参数选择不当引起的。如随着电弧电压的增加,电弧拉长,熔滴易长大,且在焊丝末端产生无规则摆动,致使飞溅增大。焊接电流增大,熔滴体积变小,熔敷率增大,飞溅减小,因此只有正确的选择CO2焊的焊接工艺参数,才会减少产生这种飞溅的可能性。

    3.6 焊接技术的推广
        采用CO2潜弧焊,这种方法是采用较大的焊接电流,较小的电弧电压,把电弧压入熔池形成潜弧,使产生的飞溅落入熔池,从而使飞溅大大减少。

     

  • 浅谈CO2气体保护焊的焊接工艺 2017 - 05 - 31

    摘要:本文简单介绍了CO2气体保护焊的概念,发展过程,分类,以及CO2气体保护焊的优缺点,工艺参数优化,焊接缺陷及预防,从而推广应用CO2气体保护焊工艺。

    概述:
    二氧化碳气体保护焊(简称“CO2气保焊”)是以CO2气体为保护气体来进行焊接的一种方法(有时采用CO2+AR的混合气体称为“混合气体保护焊”)。在应用方面操作简单,适合自动焊和全方位焊接,但焊接时抗风能力差,所以适合室内作业。
    由于CO2气体价格低廉,采用短路过渡时焊缝成形良好,加上使用含脱氧剂的焊丝即可获得无内部缺陷的高质量焊接接头,因此这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一,并广泛应用于各大中小企业。

    1.发展过程
    早在20世纪30年代就有人提出用CO2及水蒸气作为保护气体,但试验结果发现焊缝金属氧化严重,气孔很多,焊接质量得不到保证。因此氩气,氦气等惰性气体保护焊首先应用于焊接生产,解决了当时航空工业中有色金属的焊接问题,气体保护焊的优越性也逐渐被人们认识和重视。但是氩气,氦气为稀有气体,价格较贵,应用上受到一定的限制。因此,到20世纪50年代。人们又重新研究CO2气体保护焊,并逐步应用于焊接生产。

    2 分类
       CO2气体保护焊按操作方法,可分为自动焊及半自动焊两种。对于较长的直线焊缝和规则的曲线焊缝,可采用自动焊;对于不规则的或较短的焊缝,则采用半自动焊,目前汽车行业部分焊装车间生产上应用最多的是半自动焊。
       CO2气体保护焊按照焊丝直径可分为细丝焊和粗丝焊两种。细丝焊直径小于1.6mm, 焊接工艺比较成熟,适宜于薄板焊接,部分汽车行业焊装现场采用的是直径0.8-1.0mm的焊丝,焊接过程较稳定。粗丝焊的直径一般大于等于1.6mm, 适用于中厚板的焊接。

    3  优缺点
    3.1 优点
    3.1.1 焊接生产率高:由于焊接电流密度较大,电弧热量利用率较高,以及焊后必须清渣,因此提高了生产率,CO2焊的生产率比普通的焊条电弧高2-4倍。
    3.1.2 焊接成本低:CO2气体来源广,价格便宜,而且电能消耗少,焊接成本较低,是埋弧焊或电弧焊的40%-50%。
    3.1.3 焊接变形小:由于电弧加热集中,焊件受热面积小,特别适合用于薄板焊接。
    3.1.4 焊接质量较高:对铁锈敏感性小,焊缝含氢量少,抗裂性能好。
    3.1.5 适用范围广:可实现全方位焊接,并且对于薄板,中厚板甚至厚板都能焊接。
    3.1.6 操作简便:焊后不需清渣,而且焊缝明显,便于监控,有利于实现机械化和自动化焊接。

    3.2 缺点
    3.2.1 金属飞溅是CO2气体保护焊中较为突出的问题,CO2焊接时飞溅较大,焊缝表面成形较差,这成了CO2焊主要的缺点。
    3.2.2 很难用交流电源进行焊接,因此焊接设备比较复杂。
    3.2.3 抗风能力差,给室外作业带来一定困难。
    3.2.4 不能焊接易氧化的有色金属。
    4 工艺参数
    对于CO2气体保护焊而言,主要存在三种熔滴过渡的形式,即短路过渡,滴状过渡,射滴过渡。本文以短路过渡为例介绍CO2气体保护焊的焊接工艺参数。
    短路过渡是在细焊丝,低电压和小电流情况下发生的。短路过渡焊接时,主要的焊接工艺参数有电弧电压,焊接电流,焊接速度,气体流量及纯度,焊丝伸长长度等。

    4.1 电弧电压和焊接电流
        电弧电压是短路过渡时的关键参数,短路过渡的特点是采用低电压。适宜的电弧电压和良好的焊接电流相匹配,可以获得飞溅小,焊缝成形良好的稳定焊接过程。
    直径1.2mm的焊丝一般参数为电压19V,电流120A-135A;汽车行业部分焊装现场采用的焊丝直径为0.8MM,电弧电压为16-24V,电流为70-110A, 90-170A不等。

    4.2 焊接速度
        随着焊接速度的增加,焊缝熔宽,熔深余高均减小。焊速过高,容易产生咬边和未焊透等缺陷,同时气体保护效果变差,易产生气孔。焊接速度过低,易产生烧穿,组织粗大等缺陷,并且变形增大,生产效率降低。因此,应根据生产实践对焊接速度进行正确的选择。通常半自动焊的速度小于0.5M/MIN,自动焊速度小于1.5M/MIN.

    4.3 气体的流量及纯度
       气体流量过小时,保护气体的纯度不足,焊缝易产生气孔等缺陷;气体流量过大时,不仅浪费气体,而且氧化性增强,焊缝表面上会形成一层暗灰色的氧化皮,使焊缝质量下降。当焊接电流大或焊接速度过快,焊丝伸出长度较长以及在室外焊接时,为保证焊接质量在15-25L/MIN之间,并且CO2气体的纯度大于99.5%,部分汽车行业焊装车间采用的气体流量控制在12-18L/MIN, 相比于理论值小,因此焊缝易产生气孔的缺陷。

    4.4 焊丝伸出长度
       由于短路过渡均采用细焊丝,所以焊丝伸出长度对电阻热影响很大。焊丝伸出长度变长,焊丝上的电阻热增加,焊丝熔化加快,生产率提高。但如果伸出长度过长时,焊丝容易发生过热而熔掉,飞溅严重。据调查,焊丝伸出长度从20MM增加到30MM,飞溅量增加约5%,焊接过程不稳定,同时伸出长度增大后,喷嘴与焊件间的距离亦增大,因此气体保护效果变差。如果焊丝伸出长度过短,势必缩短喷嘴与焊件间的距离,飞溅金属物易堵塞喷嘴。合适的焊丝伸出长度应为焊丝直径的10-12倍,细焊丝时以8-15MM为宜,很多现场统计焊装车间的焊丝长度在6-12MM,易堵塞喷嘴。

    5.常见的CO2焊接缺陷及预防
    5.1 气孔
       在进行CO2气体保护焊时,如果使用化学成分不合要求的焊丝,纯度不够的CO2气体及不正确的焊接工艺,很容易在焊缝中产生气孔。具体产生气孔的原因有以下几个方面:
    (1)焊丝脱氧元素不足,以致大量的FEO不能还原而溶于熔池的金属,在焊缝凝固时FEO与碳结合产生
         CO气孔;
    (2)没有形成良好的CO2保护层,CO2保护层若没有使电弧区和熔池与空气隔绝,则焊接熔池溶解大量
         的氨气,在焊缝金属结晶温度下降时就易产生气孔,而过小的CO2气体流量,与不合理的喷嘴结构,
         以及喷嘴结构被堵住,焊丝伸出过长都可能破坏CO2保护作用,而产生气孔;
    (3)CO2的纯度不够,气体内含有水汽,是产生气孔的主要原因。一般焊接用的CO2气体其纯度在99.5%
         以上;
    (4)焊件表面不清洁,有铁锈,油污,水分。

    预防措施:
    (1)彻底清除焊件上的油,锈,水;
    (2)更换纯度较高的气体;
    (3)清楚附着喷嘴内壁的飞溅物;
    (4)检查气路有无堵塞,或者折弯;
    (5)选择合适的电压;
    (6)采取挡风措施。

    5.2飞溅
       产生原因:
       (1)短路过渡时,如果短路电流增长速度过高,这时,电流峰值和大的电流脉冲短路突然中断,那么
            在熔池内引起巨大的扰动和飞溅;
       (2)电弧电压过高;
       (3)焊丝含碳量过高;
       (4)导电嘴磨损严重,焊丝表面不干净。
       预防措施:
       (1)选择合适的焊接电流,电弧电压;
       (2)优质的焊丝;
       (3)更换导电嘴。

     

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