CO2气体保护焊焊接工艺的简要论述

CO2气体保护焊焊接工艺的简要论述

吕国强李延军孙延斌

关键词：CO2气保焊焊接工艺工程机械

0引言

CO2气体保护焊具有焊接效率高、抗锈能力强、焊接变形小、冷裂倾向小、熔池可见性好、以及适用于全位置焊接等优点。究其不足主要是：很难使用交流电源，焊接飞溅多。特别是采用短路过渡形式时，在焊接过程会产生大量的金属飞溅。造成大量金属的损失，使熔敷率降低，焊后清理工作量增加。同时，飞溅的产生降低了电弧的稳定性，严重影响焊接质量。此外采用短路过渡的CO2体保护焊还存在焊缝成形差的工艺缺点。主要表现为焊缝表面不光滑、熔深浅、焊缝成形窄而高，容易出现未熔合的焊接缺陷。所以要使CO2气体保护焊在工业生产中得以广泛推广和应用，则必须解决和控制这些工艺问题。

1CO2气体保护焊焊接工艺

1.1焊前准备

1.1.1清除待焊部位及两侧10～20mm范围内的油污、锈迹等污物，并在焊件表面涂上一层飞溅防粘剂，在喷嘴上涂一层喷嘴防堵剂。

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

1.1.3根据焊接工艺试验编制焊接工艺。焊丝ER5026，φ1.0mm，φL2mm，焊机KRII350。

1.1.4采用左焊法。

1.2焊接操作工艺

1.2.1对接焊缝操作工艺①由于CO2气保焊熔深大，在板厚小于12mm时均可用工形坡口(不开坡口)双面单道焊接。对于开坡口的对接接头，若坡口较窄，可多层单道焊；若坡口较宽，可采用多层多道焊。②焊接过程中，焊枪横向摆动时，要保证两侧坡口有一定熔深，使焊道平整，有一定下凹，避免中间凸起，这样会使焊缝两侧与坡口面之间形成夹角，产生未焊透、夹渣等缺陷。③要控制每层焊道厚度，使盖面焊道的前一层焊道低于母材1.5～2.5mm，并一定不能熔化坡口两侧棱边，这样盖面时可看清坡口，为盖面创造良好条件。④盖面焊焊接时，焊前应将前一层凸起不平的地方磨平，焊枪摆动的幅度比填充层要大一些，摆动时幅度应一致，速度要均匀，要特别注意坡口两侧熔化情况，保证熔池边缘超过坡口两侧棱边，并不大于2mm，以避免咬边。⑤若每层用多道焊时，焊丝应指向焊道与坡口、焊道与焊道的角平分线位置，并且焊道彼此重叠不小于焊道宽度的1/3。

1.2.2角焊缝操作工艺①角焊缝焊接时，易产生咬边、未焊透、焊缝下垂等缺陷，所以应控制焊丝的角度。等厚板焊接时，焊丝与水平板的夹角为40°～50°。不等厚板时，焊丝的倾角应使电弧偏向厚板，板厚越厚，焊丝与其夹角越大。②对于焊脚为6～8mm的角焊缝，采用单层单道焊，焊枪指向(焊丝)距根部1～2mm处。对于焊脚为6mm的焊缝，采用直线移动法焊接，对于焊脚为8mm的焊缝，焊枪应作横向摆动，可采用斜圆圈形运丝法焊接。

1.2.3对于焊脚为10～12mm的角焊缝，由于焊脚较大，应采用多层焊，焊2层。焊接时第1层操作与单层焊相同，焊枪与垂直板夹角减少并指向距根部2～3mm处，这时，电流比平常时稍大，目的是为了获得不等焊脚的焊道；焊接第2层时，电流比第1层稍少，焊枪应指向第1层焊道的凹陷处，直至达到所需的焊脚。

1.2.4对于焊脚为15mm的角焊缝应采用多层多道焊，即焊接3层。需要注意的是:操作时，每道的焊脚大小应控制在6～7mm左右，否则，焊脚过大，易使熔敷金属下垂，在水平板上产生焊瘤，在立板上产生咬边。焊枪角度及指向应保证最后得到等脚和光滑均匀的焊缝。

2CO2焊飞溅的控制

在CO2焊中，大部分焊丝熔化金属可过渡到熔池，有一部分焊丝熔化金属飞向熔池之外，飞到熔池之外的金属称为飞溅。特别是粗焊丝CO2气体保护焊大参数焊接时，飞溅更为严重，飞溅率可达20%以上，这时就不可能进行正常焊接工作了。飞溅是有害的，它不但降低焊接生产率，影响焊接质量，而且使劳动条件变差。

由于焊接参数的不同，CO2焊具有不同的熔滴过渡形式，从而导致不同性质的飞溅。其中，可分为熔滴自由过渡时的飞溅和短路过渡时的飞溅。

2.1熔滴自由过渡时的飞溅熔滴自由过渡时的飞溅主要形式，在CO2气氛下，熔滴在斑点压力的作用下上挠，易形成大滴状飞溅。这种情况经常发生在较大电流焊接时，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。如果再增加电流，将产生细颗粒过渡，这时飞溅减小，主要产生在熔滴与焊丝之间的缩颈处，该处的电流密度较大使金属过热而爆断，形成颗粒细小的飞溅。在细颗粒过渡焊接过程中，可能由熔滴或熔池内抛出的小滴飞溅。这是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。大滴过渡时，如果熔滴在焊丝端头停留时间较长，加热温度很高，熔滴内部发生强烈的冶金反应或蒸发，同时猛烈地析出气体，使熔滴爆炸而生成飞溅。另外，在大滴状过渡时，偶尔还能出现飞溅，因为熔滴从焊丝脱落进入电弧中，在熔滴上出现串联电弧，在电弧力的作用下，熔滴有时落入熔池，也可能被抛出熔池而形成飞溅。

2.2熔滴短路过渡时的飞溅短路过渡时的飞溅形式很多。飞溅总是发生在短路小桥破断的瞬时。飞溅的大小决定于焊接条件，它常常在很大范围内改变。产生飞溅的原因目前有两种看法，一种看法认为飞溅是由于短路小桥电爆炸的结果。当熔滴与熔池接触时，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。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，最后导致小桥发生气化爆炸，同时引起金属飞溅。另一种看法认为短路飞溅是因为小桥爆断后，重新引燃电弧时，由于CO2气体被加热引起气体分解和体积膨胀，而产生强烈的气动冲击作用，该力作用在熔池和焊丝端头的熔滴上，它们在气动冲击作用下被抛出而产生飞溅。试验表明，前一种看法比较正确。飞溅多少与电爆炸能量有关，此能量主要是在小桥完全破坏之前的100～150μs时间内积聚起来的，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。

根据不同熔滴过渡形式下飞溅的不同成因，应采用不同的降低飞溅的不同成因，应采用不同的降低飞溅的方法：

2.2.1在熔滴自由过渡时，应选择合理的焊接电流与焊接电压参数，避免使用大滴排斥过渡形式；同时，应选用优质焊接材料，如选用含C量低、具有脱氧元素Mn和Si的焊丝H08Mn2SiA等，避免由于焊接材料的冶金反应导致气体析出或膨胀引起的飞溅。

2.2.2在短路过渡时，可以采用（Ar+CO2）混合气体代替CO2以减少飞溅。如加入φ（Ar）=20%～30%的Ar。这是由于随着含氩量的增加，电弧形态和熔滴过渡特点发生了改变。燃弧时电弧的弧根扩展，熔滴的轴向性增强。这一方面使得熔滴容易与熔池会合，短路小桥出现在焊丝和熔池之间。另一方面熔滴在轴向力的作用下，得到较均匀的短路过渡过程，短路峰值电流也不太高，有利于减少飞溅率。

在纯CO2气氛下，通常通过焊接电流波形控制法，降低短路初期电流以及短路小桥破断瞬间的电流，减少小桥电爆炸能量，达到降低飞溅的目的。

通过改进送丝系统，采用脉冲送丝代替常规的等速送丝，使熔滴在脉动送进的情况下与熔池发生短路，使短路过渡频率与脉动送丝的频率基本一致，每个短路周期的电参数的重复性好，短路峰值电流也均匀一致，其数值也不高，从而降低了飞溅。