淺談CO2氣體保護焊的焊接工藝

2016-11-28  來自: 中山市瑞力特五金材料有限公司 瀏覽次數:1070

淺談CO2氣體保護焊的焊接工藝

 

概    述
       二氧化碳氣體保護焊(簡稱“CO2氣保焊”)是以CO2氣體為保護氣體來進行焊接的一種方法(有時采用CO2+Ar的混合氣體稱為“混合氣體保護焊”)。在應用方面操作簡單,適合自動焊和全方位焊接,但焊接時抗風能力差,所以適合室內作業。

       由于CO2氣體價格低廉,采用短路過渡時焊縫成形良好,加上使用含脫氧劑的焊絲即可獲得無內部缺陷的高質量焊接接頭,因此這種焊接方法目前已成為黑色金屬材料最重要焊接方法之一,并廣泛應用于各大中小企業。
 
1    發展過程
       早在20世紀30年代就有人提出用CO2及水蒸氣作為保護氣體,但試驗結果發現焊縫金屬氧化嚴重,氣孔很多,焊接質量得不到保證。因此氬氣、氦氣等惰性氣體保護焊首先應用于焊接生產,解決了當時航空工業中有色金屬的焊接問題,氣體保護焊的優越性也逐漸被人們認識和重視。但是氬氣、氦氣為稀有氣體,價格較貴,應用上受到一定的限制。因此,到20世紀50年代。人們又重新研究CO2氣體保護焊,并逐步應用于焊接生產。
 
2    分類
       CO2氣體保護焊按操作方法,可分為自動焊及半自動焊兩種。對于較長的直線焊縫和規則的曲線焊縫,可采用自動焊;對于不規則的或較短的焊縫,則采用半自動焊,目前鄂分公司焊裝車間生產上應用最多的是半自動焊。

       CO2氣體保護焊按照焊絲直徑可分為細絲焊和粗絲焊兩種。細絲焊直徑Ф<1.6mm,焊接工藝比較成熟,適宜于薄板焊接;鄂分公司焊裝現場采用的是直徑Ф0.8~1.0mm的焊絲,焊接過程較穩定。粗絲焊的直徑一般Ф≥1.6mm,適用于中厚板的焊接。
 
3    優缺點
3.1     優點
3.1.1     焊接生產率高:由于焊接電流密度較大,電弧熱量利用率較高,以及焊后不需清渣,因此提高了生產率,CO2焊的生產率比普通的焊條電弧焊高2~4倍。
3.1.2     焊接成本低:CO2氣體來源廣,價格便宜,而且電能消耗少,焊接成本較低,是埋弧焊或電弧焊的40%~50%。
3.1.3     焊接變形?。河捎陔娀〖訜峒?,焊件受熱面積小,同時CO2氣流有較強的冷卻性,因此焊接變形小,特別適合用于薄板焊接。
3.1.4     焊接質量較高:對鐵銹敏感性小,焊縫含氫量少,抗裂性能好。
3.1.5     適用范圍廣:可實現全方位焊接,并且對于薄板、中厚板甚至厚板都能焊接。
3.1.6     操作簡便:焊后不需清渣,而且焊縫明顯,便于監控,有利于實現機械化和自動化焊接。
3.2     缺點
3.2.1     金屬飛濺是CO2氣體保護焊中較為突出的問題,CO2焊接時飛濺較大,焊縫表面成形較差,這成了CO2焊主要的缺點。
3.2.2     很難用交流電源進行焊接,因此焊接設備比較復雜。
3.2.3     抗風能力差,給室外作業帶來一定困難。
3.2.4     不能焊接易氧化的有色金屬。
 
4    工藝參數
       對于CO2氣體保護焊而言,主要存在三種熔滴過渡的形式,即短路過渡、滴狀過渡、射滴過渡。本文以短路過渡為例介紹CO2氣體保護焊的焊接工藝參數。

       短路過渡是在細焊絲、低電壓和小電流情況下發生的。短路過渡焊接時,主要的焊接工藝參數有電弧電壓、焊接電流、焊接速度,氣體流量及純度,焊絲伸出長度等。

4.1     電弧電壓及焊接電流
       電弧電壓是短路過渡時的關鍵參數,短路過渡的特點是采用低電壓。適宜的電弧電壓和良好的焊接電流相匹配,可以獲得飛濺小、焊縫成形良好的穩定焊接過程。

      直徑Ф1.2mm的焊絲一般參數為電壓19V,電流120~135A;鄂分公司焊裝現場采用的焊絲直徑為Ф0.8mm,電弧電壓為16~24V,電流為70~ 110A ,90~170A不等。

4.2     焊接速度
       隨著焊接速度的增加,焊縫熔寬、熔深余高均減小。焊速過高,容易產生咬邊和未焊透等缺陷,同時氣體保護效果變差,易產生氣孔。焊接速度過低,易產生燒穿、組織粗大等缺陷,并且變形增大,生產效率降低。因此,應根據生產實踐對焊接速度進行正確的選擇。通常半自動焊的速度≤0.5m/min,自動焊速度≤1.5m/min。

4.3     氣體的流量及純度
       氣體流量過小時,保護氣體的純度不足,焊縫易產生氣孔等缺陷;氣體流量過大時,不僅浪費氣體,而且氧化性增強,焊縫表面上會形成一層暗灰色的氧化皮,使焊縫質量下降。當焊接電流大或焊接速度過快,焊絲伸出長度較長以及在室外焊接時,為保證焊接質量應增大氣體流量。通常細絲焊接時,氣體流量在15 ~25L/min之間,并且CO2氣體的純度≥99.5%。鄂分公司焊裝車間采取的氣體流量控制在12~18L/min, 相比于理論值要小,因此焊縫易產生氣孔的缺陷。同時,當氣瓶內的壓力低于1MPa,就應停止使用,因為當氣瓶內壓力降低時,溶于液態CO2 中的水分汽化含量也會隨之增大,并且混入CO2 氣體中的水蒸氣就會增多,導致產生氣孔缺陷。

4.4     焊絲伸出長度
       由于短路過渡均采用細焊絲,所以焊絲伸出長度對電阻熱影響很大。焊絲伸出長度變長,焊絲上的電阻熱增加,焊絲熔化加快,生產率提高。但如果伸出長度過長時,焊絲容易發生過熱而成段熔掉,飛濺嚴重。據調查,焊絲伸出長度從20mm增加到30mm,飛濺量增加約5%, 焊接過程不穩定,同時伸出長度增大后,噴嘴與焊件間的距離亦增大,因此氣體保護效果變差。如果焊絲伸出長度過短,勢必縮短噴嘴與焊件間的距離,飛濺金屬物易堵塞噴嘴。合適的焊絲伸出長度應為焊絲直徑的10~12倍,細絲焊時以8~15mm為宜。以鄂分公司焊裝車間,直徑為0.8mm的焊絲為例,伸出長度在8~10mm 為宜,現場統計焊裝車間的焊絲伸出長度在6~ 12mm,易堵塞噴嘴。
 
5    常見的CO2焊接缺陷及預防
5.1     氣孔
       在進行CO2氣體保護焊時,如果使用化學成份不合要求的焊絲、純度不夠的CO2氣體及不正確的焊接工藝,那么CO2氣流在冷卻的過程中,熔池凝固較快,很容易在焊縫中產生氣孔。具體產生氣孔的原因有以下四方面:
       (1)焊絲脫氧元素不足,以致大量的FeO 不能還原而溶于熔池的金屬,在焊縫凝固時FeO 與碳結合產生CO氣孔;

       (2)沒有形成良好的CO2保護層,CO2保護層若沒有使電弧區和熔池與空氣隔絕,則焊接熔池溶解大量的氮氣,在焊縫金屬結晶溫度下降時就易產生氣孔,而過小的CO2氣體流量,與不合理的噴嘴結構,以及噴嘴結構被堵住,焊絲伸出過長都可能破壞CO2保護作用,而產生氣孔;

       (3)CO2的純度不夠,氣體內含有水汽,是產生氣孔的主要原因。一般焊接用的CO2氣體其純度在99.5%以上;

       (4)焊件表面不清潔,有鐵銹、油污、水分。
       預防措施:1)徹底清除焊件上的油、銹、水;2)更換純度較高的氣體;3)清除附著噴嘴內壁的飛濺物;4)檢查氣路有無堵塞,或者彎折;5)選擇合適的電壓;6)采取擋風措施。

5.2     飛濺
       產生原因:1)短路過渡時,如果短路電流增長速度過高,這時,電流峰值和大的電流脈沖使短路突然中斷,那么在熔池內引起巨大的擾動與飛濺;2)電弧電壓過高;3)焊絲含碳量過高;4)導電嘴磨損嚴重,焊絲表面不干凈。
       預防措施:1)選擇合適的焊接電流、電弧電壓;2)優質的焊絲;3)更換導電嘴。

5.3     裂紋
       CO2氣體保護焊焊縫裂紋是焊接的危險缺陷之一,若在焊接過程中出現裂紋,將會產生很大的麻煩,因此控制好焊縫裂紋是生產過程中不可少的環節。
       產生原因:1)焊件或焊絲中的P、S含量過高,Mn含量低;2)焊件表面清理得不干凈;3) 焊接參數不當;4)焊接結構剛度過大。
       預防措施:1)嚴格控制焊接及焊絲的P、S 含量;2)清理焊件表面;3)選擇合適的焊接參數。

5.4     咬邊
       所謂咬邊,就是沿著焊趾的母材部位上被電弧燒熔而形成的凹槽。
       產生原因:1)焊接參數選擇不當;2)焊速太慢;3)員工技能不足,操作不熟練。
       預防措施:1)選擇合理的焊接參數;2)提高員工操作技能的熟練度。
 
6    結束語
       焊接參數的選擇直接影響著焊接質量,焊接缺陷的產生也較復雜,現場產生的焊接缺陷往往是多種原因導致,因此要想提高焊接工藝仍需各方人員進行綜合控制,對焊接缺陷進行一個系統的分析并制定合理的預防措施,才能較大程度的保證焊縫質量,只有這樣才能制造出符合設計要求的、合格的產品。

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