CO2气体保护焊金属飞溅问题探讨

贾全仓 杨淑霞

摘  要：CO2气体保护焊是一种高效率、低成本的节能焊接方法，而金属的飞溅是CO2气体保护焊中较为突出的问题，文章分析了产生金属飞溅的原因，并提出了其防止措施。

关键词：CO2气体保护焊;飞溅;措施

中图分类号：TC444.73     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2016）26-0177-02

CO2焊很容易产生金属飞溅，这对焊缝质量及生产率都很不利，严重时甚至影响焊接过程的正常进行。

1  产生飞溅的主要原因

1.1  气体爆炸引起的飞溅

造成这种飞溅的气体主要是CO2。具有强烈氧化性的CO2，使熔池和熔滴中的C氧化生成气体CO，在电弧高温的作用下体积急剧膨胀而爆破，从而产生大量细粒的金属飞溅。

1.2  由电弧斑点压力引起的飞溅

由于CO2气体高温时分解吸收很多的电弧热量，对电弧的冷却作用增强，而使电弧的电场强度也增强，电弧收缩，弧根面积变小，电弧的斑点压力增大，这时熔滴很不稳定，形成飞溅。

1.3  短路过度时由于液态小桥爆断引起的飞溅

当熔滴与熔池接触时，由熔滴把焊丝和熔池连起来，形成了液态的小桥。随着短路电流的增强，液体小桥金属加热迅速，从而导致小桥液态金属气化而发生爆炸，导致飞溅。

如果电弧电压太低，由于弧长很短，短路频率高，电弧燃烧的时间过短，焊丝的端部还没有来得及熔化就插入熔池，而发生固体短路，而短路电流很大，使焊丝突然爆断，飞溅严重，焊接过程非常不稳定，这时可看到焊缝上插了很多短段焊丝，像刺猬一样。

1.4  当焊接参数选择不合理时，也会引起飞溅

这种飞溅是在焊接的过程中，因电弧电压、焊接电源、焊接回路电感值等焊接参数选择不当所引起的。

1.5  非轴向熔滴过渡而造成的飞溅

这种飞溅是在大滴过渡焊接时因电弧斥力所造成的。熔滴在极点压力和弧柱中气流的压力共同作用下，被推向焊丝末端的一边，并抛到熔池外面，使熔滴形成大颗粒的飞溅。

2  减少金属飞溅的措施

2.1  减少气体爆炸引起的飞溅

实验表明，焊丝中的含C量对金属飞溅有很大影响，含C量高时，金属飞溅就会变得严重，当含C量减少到0.04%时，即使电流较大，金属飞溅也会很少。因此，焊丝中的含C量应该控制在0.08%左右。

2.2  电弧斑点引起的金属飞溅主要取决于电源的极性

如果是直流正接，焊丝末端的熔滴因受到正离子的冲击，造成大颗粒的金属飞溅;反接时，主要是电子撞击熔滴，其极点压力减小很大，金属飞溅较少。所以，CO2气体保护焊时，常常采用直流反接来焊接。

2.3  短路过渡时限制金属液桥爆断能量

即必须设法使短路液桥的金属过渡趋于平缓。为此：

在焊接回路中串入合适的附加电感值，就可以减少因短路电流而引起的金属飞溅。一般地来说，焊接回路内的电感值在0～0.2 mH范围内变化时，对短路电流上升的速度影响最为显著。所以，适当调整附加的电感值，能有效地减少金属飞溅。这种方法优点是设备简单，效果明显。缺点是控制不够精确，适量调整不易。因此只能在一定程度上减少飞溅。

电流切换法。在每个熔滴过渡中，当液桥缩颈尺寸达到临界值，立即将电流切换，即将电流从高值切换到低值，使液桥缩颈在小的电流下爆断，消除了液桥爆断产生飞溅的因素。实验结果表明，如果使电流从400 A降到30 A，金属的飞溅率将降低到2%～3%。

2.4  合理选择焊接参数

2.4.1  焊接电流与电弧电压

在CO2焊的焊接中，对于焊丝的不同直径，其金属的飞溅率与焊接电流间有一定的关系，如图1所示。

由图1可以看到，在1段（短路过渡区）和3段（细滴过渡区）飞溅率都较小，而在2段（混合过渡区）飞溅率却最大。由此可见，CO2焊在选择电流时，混合过渡区最好避开。而电弧电压应该匹配与焊接电流。

2.4.2  焊丝的干伸长

一般来说，金属的飞溅率与焊丝的干伸长成正比。比如，焊丝的直径如果是1.2 mm，其干伸长若从原来的20 mm增加到

30 mm的长度，则金属的飞溅率会增加5%，因此，在确保喷嘴不会堵塞的前提下，焊丝的干伸长应尽可能的缩短。

2.4.3  焊枪的倾角

焊枪的倾角是不容忽视的因素。当焊枪的倾角在80 °～

110 °之间时，不论后倾还是前倾，对焊缝的成形是没有明显影响;但倾角过大（如大于115 °）时，金属的飞溅会增大，同时还会增加熔宽并减小熔深。

2.4.4  短路过渡时，可采用（Ar+CO2）混合气体代替纯CO2以减        少飞溅

向CO2气体中加入Ar气，随着Ar含量的增加，飞溅率会减少。在不同焊接规范下，Ar+5%CO2混合气体与纯CO2焊相比，它的飞溅率是很小的，约为1%到3%左右，尤其在CO2焊的中等电流区域飞溅率高10%左右，而混合气体却很少（2%以下）。

CO气体随着Ar气比例的增加，飞溅率减少，其原因可从气体成分对冶金反应和熔滴过渡的影响来分析。

在混合气体中，随着Ar气含量的增加，气体的氧化性减弱，所产生的CO气体也少，所以减少了因冶金反应而引起的飞溅。

2.4.5  使用低飞溅率的焊丝

①对于实心焊丝，在保证机械性能的前提下，应尽量降低其含C量，并添加适量的钛和铝等合金元素。无论颗粒过渡还是短路过渡焊接都可显著减小由CO等气体引起的飞溅。

②用以Cs2CO3、K2CO3等物质处理过的焊丝，进行正极性焊接。

③采用药芯焊丝。在焊丝的药芯中有稳弧剂等成分，焊接时电弧稳定，飞溅减少。

同时在熔池的表面和熔滴周围有熔渣覆盖。其飞溅率比实心焊丝可减少1/3。

3  结  语

在CO2焊中，对于如何减少金属的飞溅必须给予足够的重视和防范，以保证焊接过程的正常进行，不断提高生产效率及焊接质量，降低生产成本。

参考文献：

[1] 周岐.电焊工工艺与操作技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2] 钱在中.焊工取证上岗培训教材[M].北京：机械工业出版社，2010.