CO_2气体保护焊飞溅问题的研究

发表时间:2019/4/28   来源:《基层建设》2019年第4期   作者:尹欣2 都宏海1 刘陈雷1
[导读] 摘要:CO2气体保护焊是从上世纪的五十年代兴起的新型焊接技术,它的焊接成本比较低,效率比较高且易操作的变形比较小。这些优点就让这种焊接技术得到了广泛应用,但是焊接时大量的金属飞溅的问题明显限制了技术的完善。
        1大庆油田建设集团公司培训中心  黑龙江大庆市  163000;2大庆油田建设集团公司化建公司  黑龙江大庆市  163000
        摘要:CO2气体保护焊是从上世纪的五十年代兴起的新型焊接技术,它的焊接成本比较低,效率比较高且易操作的变形比较小。这些优点就让这种焊接技术得到了广泛应用,但是焊接时大量的金属飞溅的问题明显限制了技术的完善。本文主要是总结了CO2气体保护焊产生飞溅的主要原因,并在这个研究基础上提出解决飞溅的措施,进而促进CO2气体保护焊的推广与发展。
        关键词:CO2气体保护焊;飞溅;主要原因;解决措施
        前言
        CO2气体保护焊是一种新型的焊接工艺,它发展的时间并不长,但是应用的范围比较广泛。这项技术在航天航空、压力容器、电力热能与冶金化工等行业都有应用。CO2气体保护焊的焊接成本低,焊接的效率高,抗锈蚀,但是在焊接时会出现金属的飞溅,这是此项技术的关键性缺点。金属的飞溅不仅降低焊丝的熔覆系数,还会增加焊接成本,让飞溅的金属粘附在电嘴的端面与喷嘴的内壁,导致送丝不顺畅而使电弧的燃烧不稳定,进而让劳动的条件恶化,所以就应该采取相应的措施来解决金属飞溅问题。
        一、CO2气体保护焊金属飞溅的原因
        1.短路早期的瞬时短路
        在短路的早期,熔滴与熔池刚刚进行接触的时候,两者之间的接触面积比较小,这就会导致电流与电阻比较大,但是熔滴收到的地磁力比较大,因此熔滴就会从熔池里面被排斥出来而形成飞溅,而且是爆炸性的飞溅。
        2.短路末期的短路液桥缩颈的电爆炸
        当熔滴在熔池的表面充分地铺展浸润后,焊丝与熔池之间就会形成短路液桥。液桥是在表面的重力张力与流过液桥的短路电流而造成的电磁收缩力一起作用下而产生收缩,从而产生比较细的缩颈。随着电流的增多和缩颈截面积的减少,通过缩颈的电流密度也就迅速地增加,缩颈就会急剧地加热,导致能量的逐渐积累,然后缩颈的液体金属就会发生汽化爆炸的现象,让金属颗粒抛出来,进而形成了金属的飞溅。
        3.其他的原因
        燃弧初期,电弧冲击熔池会引发飞溅,燃弧的后期时斑点也会引发飞溅,其他的原因也会造成飞溅,例如熔入进熔池中或者是熔滴的CO2气体保护会出现膨胀爆炸,这就会引发金属的飞溅。
        二、控制CO2气体保护焊飞溅的方法
        为了减少短路过渡时的焊接飞溅,国内外的相关研究人员就进行了大量的研究,也获得了相关的研究成果。主要包括以下几种控制飞溅的方法:
        1.常规的措施
        常规的控制措施就是指已经在实际的生产过程中应用比较广泛的措施,比如使用混合的保护气体的措施、改良焊机的输出电流的设计、通过电子电抗的设备调节电源的动态特性的措施等。上面的措施虽然可以在一定程度上减少焊接飞溅,但是没有直接控制液桥后期的电流,也没有很明显的效果。现在常规的CO2气体保护焊只是单单为了给焊接电弧提供电源,只是能够改变电源的动特性与静特性,却在实时控制熔滴的过渡方面比较欠缺。应该选择正确的技术参数、焊枪的角度与焊丝的伸长长度,进而减少焊接的飞溅。
        2.焊接材料降低飞溅的措施
        焊接的飞溅可以通过在焊丝中加入脱氧剂或者是稳弧剂来控制。稳弧剂不仅可以降低熔滴的表面张力、细化熔滴,还可以让电弧中的电弧气体的电离电位降低,帮助弧根的扩展,电磁收缩力的轴向分力就变成促进熔滴过渡的作用力,让焊接的飞溅减少。脱氧剂可以补充已经损伤的合金元素,让CO2气体的氧化性引发的飞溅得到及时地控制,因此应该将一定量的脱氧剂加入焊丝之中将氧化铁中的铁进行还原。
        3.限制爆断金属液桥中的能量
        CO2气体保护焊在短路过渡的时候,短路末期的短路液桥的缩颈的电爆炸飞溅是造成飞溅的最主要形式,它就是在短路的过程之中形成的液桥突然被加热,然后超量的能量就会逐渐积累而造成液桥的汽化爆炸,这就会产生飞溅。减少这种类型的方法有:直流回路的电感法、电流切换的方法与控制电流波形的方法等。
        4.短路电流的增长速度与峰值短路电流
        短路电流的增长速度与短路电流的峰值对于飞溅大小与焊接过程之中的稳定性都有关键的影响。假如短路电流增长的速度比较快,短路电流的峰值会特别大,这就会产生金属的飞溅;但是短路电流的增长速度特别慢,短路电流的峰值就会特别小,液态的金属桥就会比较难形成且难以断开,进而引发大颗粒的金属飞溅,更严重的时还可能引发焊丝固体的短路,这就会导致大段的爆断而中断。焊接过程中的短路电流的增长速度与短路电流的峰值可以通过调节电感的大小来获得恰当的参数,这样就可以取得最佳的短路频率。不同直径的焊丝焊接技术参数见表1。
        表1 不同直径的焊丝焊接技术参数
        总结
        CO2气体保护焊的焊接成本低,焊接的效率高,抗锈蚀,但是在焊接时会出现金属的飞溅,这是此项技术的关键性缺点。这项缺点可以进行改进,选择合适的焊接材料与技术参数,通过科学合理的方法,例如限制金属液桥的爆断能量以及在CO2气体之中加入氩气,可以减少CO2气体保护焊产生的金属飞溅,提升焊接的效率,进而完成高质量的焊缝。
        参考文献:
        [1]李雅姜.焊接冶金学的材料焊接性[M].北京:机械工业出版社,2014:68-69.
        [2]张义泛.C 02气体保护焊金属飞溅的方法阻机电工程技术[J].2014.37(04):98-99.
        [3]王严,乐焕焕,等.CO2气体保护焊焊接飞溅的收集方案对比研究[J].三峡大学学报,2015(4).
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