二氧化碳氣保焊飛濺問題的思考

二氧化碳氣保焊飛濺問題的思考

摘要：二氧化碳氣體保護焊具有成本低、效率高、變形小、抗油和鏽、易操作等優點，但由於飛濺嚴重，極大地制約了二氧化碳氣體保護焊的推廣和應用。產生飛濺的原因是二氧化碳的氧化性引起的，生成的CO不能及時溢出熔池使熔滴中的CO氣體，在電弧高温作用下急劇膨脹而激烈爆炸形成飛濺。此外還有瞬間短路飛濺。此外還有瞬間短路飛濺、電爆炸飛濺及冶金飛濺。當熔滴過渡變為顆粒狀態過渡時，形成大顆粒狀過渡引起較大的飛濺。通過冶金措施和焊接工藝參數的選擇和調整等方面來減少飛濺。

1、前言

二氧化碳氣體保護焊是20世紀50年代初期發展起來的一種新型焊接技術，具有成本低、效率高、變形小，抗油和鏽，易操作等優點，該技術在冶金化工、鍋爐、壓力容器、熱能電力、航空航天等領域得到了廣泛的應用。但焊接時產生的金屬飛濺大是二氧化碳氣體保護焊主要的缺點。金屬飛濺不僅會降低焊絲的熔敷係數，增加焊接成本，而且會使飛濺金屬粘着導電嘴端面和噴嘴內壁，引起送絲不暢，使電弧燃燒不穩定，降低氣體保護作用，並使勞動條件惡化，必要時需停止焊接進行焊嘴清理工作。

2、二氧化碳焊飛濺的產生

在二氧化碳氣體保護焊的短路過渡過程中，燃弧階段。焊絲融化形成熔滴，熔滴與熔池短路形成金屬液橋。隨後，熔滴在熔池中迅速鋪展。熔滴在液體表面張力、重力、流過液橋電磁收縮力的作用下向熔池過渡，最後在這些作用力的作用下與焊絲斷開，重新引燃電弧，開始新的過渡週期。國內外學者研究認為二氧化碳氣體保護焊主要有以下幾種形式的飛濺：

1、短路初期“瞬時短路”產生飛濺。短路初期，熔滴剛接觸熔池時，因接觸面積小，電阻和電流較大，熔滴受電磁力過大，熔滴被迅速排斥出熔池形成飛濺，也會形成爆炸飛濺。

2、短路末期短路液橋縮頸“電爆炸”產生飛濺。當熔滴在熔池表面充分浸潤、鋪展後，在焊絲與熔池之間形成短路液橋。液橋在表面張力、重力及流過液橋的短路電流引起的電磁收縮力的共同作用下產生收縮，形成很細的縮頸。隨着電流的增加和縮頸截面積的減小，通過縮頸的電流密度增加得很快，對縮頸急劇加熱，產生能量積聚，最後導致縮頸液體金屬發生汽化爆炸，引起金屬顆粒的拋出，形成飛濺。

3、燃弧初期電弧衝擊熔池產生的飛濺；燃弧後期“斑點”引起的飛濺；其他原因引起的飛濺，如：熔入熔池或熔滴的二氧化碳氣體保護膨脹、爆炸，會引起金屬飛濺。

3、二氧化碳焊飛濺控制措施

為了減少短路過渡焊接飛濺，國內外學者和專業技術人員進行了大量研究工作，取得了相應的成果。下面就各種降低焊接飛濺的方法和目前的研究發展進行分析。

3.1常規方法

常規方法指的是目前已在生產中廣發應用的方法，如採用混合保護氣體的方法、優化焊接輸出直流電感設計的方法、採用電子電抗器調節電源動態特性的方法等。這些方法雖然對降低焊接飛濺有一定的效果，但是都沒有直接對液橋後期電流進行控制，效果甚微。現有的常規二氧化碳氣體保護焊只是給焊接電弧提供一個電源，僅能改變電源的靜特性和動特性，缺乏對熔滴過渡過程的實時控制。

1、選擇正確工藝參數。電弧電壓是焊接參數中關鍵的一個，其大小決定了電弧的長短及熔滴的過渡形式，對飛濺有很大的影響。在一定的焊絲直接和焊接電流下，若電弧電壓偏高，焊絲的熔化速度增大，電弧長度增加，會使熔滴無法正常過渡，而呈大顆粒飛出，飛濺增多；若焊接電流和電弧電壓為最佳匹配時，熔滴過渡頻度高，飛濺最小，焊縫成型美觀。

2、焊槍角度。焊槍的傾角決定了電弧力的方向，當二氧化碳氣體保護焊槍垂直焊接時飛濺最小，焊槍傾角越大，飛濺越多，一般焊槍傾角最好不超過20o。

3、焊絲伸長長度。焊絲伸出長度對飛濺有一定的影響，一般焊絲伸出長度越長，飛濺率就會越高，太短的焊絲伸長長度會影響焊接過程的穩定性，噴嘴易發生堵塞。

3.2限制金屬液橋的爆斷能量

二氧化碳氣體保護焊短路過渡時，在短路末期短路液橋縮頸電爆炸飛濺是產生飛濺的主要形式，即在短路過程中形成的液橋被急劇加熱，過量的能量積累導致液橋汽化爆炸而引起飛濺。可採取下面方法使短路液橋的金屬過渡趨於平緩而減少飛濺。

1、直流回路電感法。在焊接回路中，串聯合適的電感，限制短路電流增長速度及峯值電流，以控制引起飛濺產生的能量。

2、電流切換法。在金屬液橋縮頸達到臨界尺寸之前短路電流逐漸增大之前進行電流切換，將電流從高值切換到低值，液橋縮頸便處於曉得電磁收縮力的作用下而緩慢斷開，這就消除了液橋爆炸產生飛濺的因素，飛濺率可降低2%-3%。

3、電流波形控制法。通過控制輸出電流波形，使金屬液橋在較低的電流時斷開，在將臨短路時，再由高值電流改變成低值電流，使短路時的電流較低，而處於高温狀態的熔滴形成的短路液橋温度較高，施加很小的能量就能實現金屬的過渡與爆斷，限制了金屬液橋爆斷能量，從而降低飛濺。

3.3在二氧化碳氣體中加入Ar氣

二氧化碳氣體保護焊短路過渡時，二氧化碳氣體在高温下分解出CO氣體在金屬內部急劇膨脹而發生劇烈爆炸，在短路過渡後電弧再引燃時產生的對熔池的過大沖擊力使液體金屬濺出。在二氧化碳氣體中加入Ar氣後，可改變純二氧化碳氣體的物理和化學性質，隨着Ar氣比例的增大，在焊接時，可細化熔滴，促進弧根的擴展，使飛劍減少，同時可改善焊縫的性能。

4、結語

選擇合適的焊接材料和工藝參數，採取科學合理的措施，如限制金屬液橋爆斷的能量和在二氧化碳氣體中加入Ar氣，可以減少二氧化碳氣體保護焊所產生金屬飛濺，提高焊接效率，得到高質量焊縫。