CO₂氣體保護焊焊接工藝的簡要論述

摘要:由于CO2資源豐富、價格低廉等原因，在現(xiàn)代生產(chǎn)和工程中應(yīng)用已經(jīng)很普遍。CO2氣體保護焊機的工藝性能(電弧的穩(wěn)定性、焊接飛濺和焊縫成形等)都直接受焊接電源特性的影響。所以CO2氣體保護焊要求使用平硬特性的直流電源，并具有良好的動特性，是有科學(xué)依據(jù)的。本文主要介紹了CO2氣保焊焊接操作技術(shù)及需注意的一些問題， 對CO2氣保焊焊接工藝設(shè)計及其應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞:CO2 氣保焊 焊接工藝 工程機械

0 引言

CO2氣體保護焊具有焊接效率高、抗銹能力強、焊接變形小、冷裂傾向小、熔池可見性好、以及適用于全位置焊接等優(yōu)點。究其不足主要是:很難使用交流電源，焊接飛濺多。特別是采用短路過渡形式時，在焊接過程會產(chǎn)生大量的金屬飛濺。造成大量金屬的損失，使熔敷率降低，焊后清理工作量增加。同時，飛濺的產(chǎn)生降低了電弧的穩(wěn)定性，嚴重影響焊接質(zhì)量。此外采用短路過渡的CO2體保護焊還存在焊縫成形差的工藝缺點。主要表現(xiàn)為焊縫表面不光滑、熔深淺、焊縫成形窄而高，容易出現(xiàn)未熔合的焊接缺陷。所以要使CO2氣體保護焊在工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛推廣和應(yīng)用，則必須解決和控制這些工藝問題。

1 CO2氣體保護焊焊接工藝

1.1 焊前準備

1.1.1 清除待焊部位及兩側(cè)10～20mm范圍內(nèi)的油污、銹跡等污物，并在焊件表面涂上一層飛濺防粘劑，在噴嘴上涂一層噴嘴防堵劑。

1.1.2 將CO2氣瓶倒置1～2h， 使水分下沉，每隔0.5h放水1 次， 放2～3次。

1.1.3 根據(jù)焊接工藝試驗編制焊接工藝。焊絲ER 5026，φ1.0mm，φL2mm，焊機KRII350。

1.1.4 采用左焊法。

1.2 焊接操作工藝

1.2.1 對接焊縫操作工藝 ①由于CO2氣保焊熔深大，在板厚小于12mm時均可用工形坡口(不開坡口)雙面單道焊接。對于開坡口的對接接頭，若坡口較窄，可多層單道焊;若坡口較寬，可采用多層多道焊。②焊接過程中，焊槍橫向擺動時，要保證兩側(cè)坡口有一定熔深，使焊道平整，有一定下凹，避免中間凸起，這樣會使焊縫兩側(cè)與坡口面之間形成夾角，產(chǎn)生未焊透、夾渣等缺陷。③要控制每層焊道厚度，使蓋面焊道的前一層焊道低于母材1.5～2.5mm，并一定不能熔化坡口兩側(cè)棱邊，這樣蓋面時可看清坡口，為蓋面創(chuàng)造良好條件。④蓋面焊焊接時，焊前應(yīng)將前一層凸起不平的地方磨平，焊槍擺動的幅度比填充層要大一些，擺動時幅度應(yīng)一致，速度要均勻，要特別注意坡口兩側(cè)熔化情況，保證熔池邊緣超過坡口兩側(cè)棱邊，并不大于2mm，以避免咬邊。⑤若每層用多道焊時，焊絲應(yīng)指向焊道與坡口、焊道與焊道的角平分線位置，并且焊道彼此重疊不小于焊道寬度的1/3。

1.2.2 角焊縫操作工藝 ①角焊縫焊接時，易產(chǎn)生咬邊、未焊透、焊縫下垂等缺陷，所以應(yīng)控制焊絲的角度。等厚板焊接時，焊絲與水平板的夾角為40°～50°。不等厚板時，焊絲的傾角應(yīng)使電弧偏向厚板，板厚越厚，焊絲與其夾角越大。②對于焊腳為6～8mm的角焊縫，采用單層單道焊，焊槍指向(焊絲) 距根部1～2mm處。對于焊腳為6mm的焊縫，采用直線移動法焊接，對于焊腳為8mm的焊縫，焊槍應(yīng)作橫向擺動，可采用斜圓圈形運絲法焊接。

1.2.3 對于焊腳為10～12mm的角焊縫， 由于焊腳較大，應(yīng)采用多層焊，焊2層。焊接時第1層操作與單層焊相同，焊槍與垂直板夾角減少并指向距根部2～3mm處，這時，電流比平常時稍大，目的是為了獲得不等焊腳的焊道;焊接第2層時，電流比第1層稍少， 焊槍應(yīng)指向第1層焊道的凹陷處，直至達到所需的焊腳。

1.2.4 對于焊腳為15mm的角焊縫應(yīng)采用多層多道焊，即焊接3 層。需要注意的是:操作時，每道的焊腳大小應(yīng)控制在6～7mm左右，否則，焊腳過大，易使熔敷金屬下垂，在水平板上產(chǎn)生焊瘤，在立板上產(chǎn)生咬邊。焊槍角度及指向應(yīng)保證最后得到等腳和光滑均勻的焊縫。

2 CO2焊飛濺的控制

在CO2焊中，大部分焊絲熔化金屬可過渡到熔池，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為飛濺。特別是粗焊絲CO2氣體保護焊大參數(shù)焊接時，飛濺更為嚴重，飛濺率可達20%以上，這時就不可能進行正常焊接工作了。飛濺是有害的，它不但降低焊接生產(chǎn)率，影響焊接質(zhì)量，而且使勞動條件變差。

由于焊接參數(shù)的不同，CO2焊具有不同的熔滴過渡形式，從而導(dǎo)致不同性質(zhì)的飛濺。其中，可分為熔滴自由過渡時的飛濺和短路過渡時的飛濺。

2.1 熔滴自由過渡時的飛濺 熔滴自由過渡時的飛濺主要形式，在CO2氣氛下，熔滴在斑點壓力的作用下上撓，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，如用直徑1.6mm焊絲、電流為300～350A，當(dāng)電弧電壓較高時就會產(chǎn)生。如果再增加電流，將產(chǎn)生細顆粒過渡，這時飛濺減小，主要產(chǎn)生在熔滴與焊絲之間的縮頸處，該處的電流密度較大使金屬過熱而爆斷，形成顆粒細小的飛濺。在細顆粒過渡焊接過程中，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。大滴過渡時，如果熔滴在焊絲端頭停留時間較長，加熱溫度很高，熔滴內(nèi)部發(fā)生強烈的冶金反應(yīng)或蒸發(fā)，同時猛烈地析出氣體，使熔滴爆炸而生成飛濺。另外，在大滴狀過渡時，偶爾還能出現(xiàn)飛濺，因為熔滴從焊絲脫落進入電弧中，在熔滴上出現(xiàn)串聯(lián)電弧，在電弧力的作用下，熔滴有時落入熔池，也可能被拋出熔池而形成飛濺。

2.2 熔滴短路過渡時的飛濺 短路過渡時的飛濺形式很多。飛濺總是發(fā)生在短路小橋破斷的瞬時。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，熔滴成為焊絲與熔池的連接橋梁，所以稱為液體小橋，并通過該小橋使電路短路。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，對小橋急劇加熱，造成過剩能量的積聚，最后導(dǎo)致小橋發(fā)生氣化爆炸，同時引起金屬飛濺。另一種看法認為短路飛濺是因為小橋爆斷后，重新引燃電弧時，由于CO2氣體被加熱引起氣體分解和體積膨脹，而產(chǎn)生強烈的氣動沖擊作用，該力作用在熔池和焊絲端頭的熔滴上，它們在氣動沖擊作用下被拋出而產(chǎn)生飛濺。試驗表明，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100～150μs時間內(nèi)積聚起來的，主要是由這時的短路電流(即短路峰值電流)和小橋直徑所決定。

根據(jù)不同熔滴過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:

2.2.1 在熔滴自由過渡時，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渡形式;同時，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H08Mn2SiA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濺。

2.2.2 在短路過渡時，可以采用(Ar+CO2)混合氣體代替CO2以減少飛濺。如加入φ(Ar)=20%～30%的Ar。這是由于隨著含氬量的增加，電弧形態(tài)和熔滴過渡特點發(fā)生了改變。燃弧時電弧的弧根擴展，熔滴的軸向性增強。這一方面使得熔滴容易與熔池會合，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渡過程，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，達到降低飛濺的目的。

通過改進送絲系統(tǒng)，采用脈沖送絲代替常規(guī)的等速送絲，使熔滴在脈動送進的情況下與熔池發(fā)生短路，使短路過渡頻率與脈動送絲的頻率基本一致，每個短路周期的電參數(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。