二氧化碳焊接时减少飞溅的办法

ＣＯ２焊焊接中气孔及飞溅原因及预防一、焊缝金属产生气孔是熔池金属中的气体在冷凝过程中来不及逸出。

由于CO2气体保护焊的时，熔池表面没有熔渣覆盖，且CO2气流对焊缝能起一定的冷却作用，故熔池金属冷凝较快，增加了产生气孔的可能性。

CO2电弧焊时，溶池表面没有溶渣覆盖，CO2气流又有冷却作用，因而溶池凝固比较快，容易在焊缝中产生气孔。

可能产生的气孔主要有三种：一氧化碳气孔、氢气孔、氮气孔。

（一）一氧化碳气孔焊丝中脱氧元素含量不足：当焊丝金属中脱氧元素不足，焊接过程中就会较多的熔于熔池金属中。

随后在熔池冷凝时溶池中的FeO和C会进行发生如下的化学反应：（1）当熔池金属冷凝过快时，生成的气体来不完全熔池逸出从而成为气孔。

通常这类气孔长出现焊缝根部与表面，且呈针尖状。

（二）氮气孔气体保作用不良：在CO2气体保护过程中如果因工艺参数选择不当等原因而保护作用变坏，或者CO2气体纯度不高，在电弧高温下空气中的氮会熔到熔池金属中。

当熔冷凝时，随着温度的降低，氮在液态金属中溶解度降低，尤其是在结晶过程的时，溶解度将急剧下降。

这时从金属中析出的氮若来不及外逸，常会在焊缝表面出现蜂窝状气孔，或者以弥散形式的微气孔分布于焊缝金属中。

这些气孔往往在抛光后检验或水压试验时才能发现。

（三）氢气孔焊缝金属溶解了过量的氮：CO2气体保护焊时，如果焊丝及焊件表面有铁锈油污与水分，或者CO2气体中含有水分CO2，则在电弧高温作用下这些物质会分解并产生氢，氢在高温下也易熔于熔池金属中，随后，当熔池冷凝结晶时，氢在金属中的溶解度急剧下降。

若析出的氢来不及从熔池中逸出，就引起焊缝金属产生氢气孔。

不过，由于CO2气体具有氧化性，氢和氧会化合，故出现氢气孔的可能性较小，所以CO2气体保护焊是一种公认的低氢焊接方法。

减少气孔的措施1．一氧化碳气孔如果焊丝中含有足够的脱氧元素Si和Mn避免焊接过程中被大量氧化，以及限制焊丝中的焊碳量，就可以拟制前面提到的氧化反应，有效防止CO气孔。

2．氮气孔要避免产生氮气孔最主要的是应增强气体的保护效果，防止空气入侵，焊接过程中保证保护气层稳定、可靠，是防止焊缝中气孔的关键，且选用的气体纯度要高。

另外，选用含有固氮元素（如和）的焊丝也有助于防止产生氮气孔。

3．氢气孔为了防止氢气孔，在焊前应对焊件及焊丝进行清理，去处他们表面上的铁锈，油污，水分等。

对CO2气体中的水份也是需要进行干燥的。

CO2气体保护焊过程中金属飞溅损失约占焊丝熔金属的10%左右，严重的可达30~40%在最佳情况下，飞溅损可控制在2 ~4%范围内。

二、飞溅损失飞溅损失增大，会降低焊丝的熔敷系数，从而增加焊丝及电能的消耗，降低焊接生产率和焊接成本。

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。

（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）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。

小电流时，飞溅率通常在5%以下。

限制短路峰值电流为最佳值时，飞溅率可降低到1%左右。

在电流较大时，缩颈的位置对飞溅影响极大。

所谓缩颈的位置是指缩颈出现在焊丝与熔滴之间，还是出现在熔池与熔滴之间。

如果是前者，小桥的爆炸力推动熔滴向熔池过渡，而后者正相反，小桥爆炸力排斥熔滴过渡，并形成大量飞溅，最高可达25%以上。

冷态引弧时或在焊接参数不合适的情况下（如送丝速度过快而电弧电压过低，焊丝伸出长度过大或焊接回路电感过大等）常常发生固体短路。

这时固体焊丝可以直接被抛出，同时熔池金属也被抛出。

在大电流射滴过渡时，偶尔发生短路，由于短路电流很大。

所以将引起十分强烈的飞溅。

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：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H08M n2SiA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）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。

如果在脉动送丝的基础上，再配合电流波形控制，其效果更佳。

采用不同控制方法时，焊接飞溅率与焊接电流之间的关系。

飞溅金属粘着到导电嘴端面和喷嘴内壁上，会使送丝不畅而影响电弧稳定性，降低保护气的保护作用，恶化焊缝成形质量。

此外，飞溅金属粘着到导电嘴，喷嘴，焊缝及焊件表面上，尚需在焊后进行清理，这就增加了焊接的辅助工时。

焊接过程中飞溅出的金属，还容易烧坏焊工的工作服，甚至烫伤皮肤，恶化劳动条件。

由于金属飞溅引起上述问题，故如何防止和减小金属飞溅，一直是使用CO2气体保护焊时必须给予重视的问题。

CO2气体保护焊金属飞溅问题之所以突出，是和这种焊接方法的冶金特性及工艺特性有关：a. 由冶金反应引起的飞溅：主要是由于焊接过程中熔滴和熔池中碳被氧化生成了CO气体，随着温度的升高，CO气体体积膨胀，若从熔滴或熔池中的外逸受到阻碍，就可能在局部范围爆破，从而产生大量的细颗粒飞溅金属。

b. 作用在焊丝电极斑点上的压力过大而引起飞溅：如用直流正极性长弧焊时，由于焊丝是阴极，受到的电极斑点压力较大，故焊丝容易产生粗大的熔滴和被顶偏而产生非轴向过渡，从而出现大颗粒的飞溅金属。

c. 由于熔滴过渡不正常而引起的飞溅：这类情况在短路过渡或大熔滴过渡时都会遇到。

如短路过渡时，由于焊接电源的动特性选择与调节不当，而增大了飞溅金属。

在长弧焊的时，由于弧根面积小，焊丝末端熔滴受到斑点压力，电磁力等作用被顶偏，除了产生非轴向大滴过渡外，往往还带有细颗粒的飞溅金属。

d. 由于焊接规范参数选择不当而引起飞溅：CO2气体保护焊过程中，随着电弧电压的升高，飞溅金属要增大这是因为电弧电压升高，弧长变长，易引起焊丝未端的熔滴长大。

在长弧焊（用大电流）时，熔滴易在焊丝未端产生无规则的晃动；而短弧焊（用小电流）时，将造成粗大的液体金属过桥，这些均引起飞溅增大。

一般在长弧焊时，随着焊接电流的增大，过渡熔滴的尺寸变细，能减小飞溅，焊接电流增大，焊丝的熔敷率提高了，表明金属飞溅减少了。

从上面的分析可知，引起金属飞溅的因素很多，故要减小飞溅，需要根据实际情况进行具体分析，采取有针对性的解决措施。

一般说来，有下列一些措施可供考虑：（一）正确选择工艺参数1．焊接电流和电压在CO2电弧中，对于每种直径的焊丝，其飞溅率和焊接电流之间都存在一定的规律。

在小电流区域（短路过度区域）飞溅率较小，进入大电流区域后（细颗粒过度区域）飞溅率也较小，而中间区的飞溅率最大，电流小于150A或大于300A飞溅率都较小，介于两者之间的飞溅率较大。

在选择焊接电流时，应尽可能避开飞溅率高的电流区域。

电流确定后在匹配适当的电压，以确保飞溅率最小，2．焊枪角度焊枪垂直时飞溅量最小，倾斜角度最大，飞溅越多。

焊枪前倾或后倾最好不要超过20度。

3．焊丝伸出长度焊丝伸出长度对飞溅也有影响。

焊丝长度尽可能缩短。

（二）选用合适的焊丝材料，保护气成分。

例如：1. 尽可能选用焊碳量低的钢焊丝，以减小焊接过程中生成的CO气体。

实践表明，当焊丝中焊碳量降低到0.04%时，可大大减小飞溅；2. 采用管状焊丝进行焊接。

由于管状焊丝的药芯中含有脱氧剂稳弧剂等造成气-渣联合保护，使焊接过程中非常稳定，飞溅可明显减小；（三）在长弧焊的时采用CO2 的混合气作保护气。

虽然通过合理选择规范参数以及采用潜弧方法等可降低飞溅率，但飞溅量仍然较大。

在C O2气体中加入一定数量的Ar气，是减少颗粒过度焊金属飞溅最有效的方法。