浅谈碳钢产品焊接飞溅的防治措施

贺全忠

摘 要：本文主要介绍了80%Ar+20%CO2气体保护焊焊接碳钢时，焊接飞溅产生的原因及预防措施。通过对焊接飞溅产生的原因进行分析，并针对焊接飞溅产生的原因从焊接工艺和焊接设备两方面采取相应的预防措施，有效地解决了焊接飞溅问题。

关键词：碳钢 气体保护焊 焊接飞溅 焊接工艺 焊接设备 防治措施

一、前言

目前，我司碳钢产品的焊接主要采用Panasonic KRⅡ350焊机80%Ar+20%CO2的气体保护焊，我们知道，这种焊接工艺所产生的焊接飞溅非常多（如图1所示）。随着人工成本的不断增高，焊接产生的焊接飞溅成为了我们降低焊接成本的关键阻碍因素，焊接飞溅它难于清理，费时费力，影响生产效率，对产品质量也造成了不利影响。

针对碳钢焊接的焊接飞溅问题，我司成立了项目组进行专项攻关，从焊接工艺和焊接设备两方面着手分析，通过理论分析和相关的焊接工艺试验验证，确保获得焊接低飞溅效果和满意的焊縫质量。

二、焊接飞溅产生的原因分析

（一）焊接工艺原因

通过理论分析和多年的现场实践经验可知，碳钢焊接时，在同样的焊机和保护气体条件下，焊接工艺参数、焊枪角度等选择不当，容易产生大量的焊接飞溅。

1.焊接电流选择较大时，焊丝熔化时缩颈出现在熔池与熔滴之间，小桥爆炸力排斥熔滴过渡，形成大量飞溅，最高可使熔滴金属的25%以上形成焊接飞溅被抛出焊接熔池;

2.焊枪倾角控制不好也会加大焊接飞溅，在计件工时情况下，焊工为了多出活，有意加快焊接速度，把焊枪倾角推得很大，这样会影响电弧的稳定性，造成焊接飞溅增大。

3.冷态引弧时或送丝速度过快而电弧电压过低，焊丝干伸长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，形成大颗粒飞溅。

（二）焊接设备原因

碳钢焊接，焊机是产生焊接飞溅的主要因素，焊接设备的好坏，将直接影响焊接飞溅的多与少，一般来说，晶闸管交流焊机焊接飞溅大，逆变式数字脉冲焊机焊接飞溅少。同时，焊机及其附件的保养，也将直接影响焊接飞溅的多与少，焊机及其附件保养得好，焊机始终处于最佳状态，焊接飞溅少，否则，焊接飞溅大。

1.焊接设备选型

目前，市面上焊接碳钢的焊机品牌很多，如果焊机选用不当，焊接过程中，熔滴过渡形式为短路过渡，当熔滴与熔池接触时，熔滴成为焊丝与熔池的连接桥梁，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，引起金属飞溅[1-2]（如图2所示）。

（二）焊接设备保养

1.导电嘴使用一段时间后，因承受高温产生变形导致送丝不畅，或与焊丝摩擦孔径变大，焊丝在孔里晃动，这两种情况都会使电弧不稳，焊接飞溅变大。

2.喷嘴在使用过程中，因承受高温或外力作用下产生变形呈椭圆，焊接飞溅附着在喷嘴内表面，这两种情况会影响保护气体对焊接熔池的保护，影响电弧的稳定性，使焊接飞溅变大[3];

3.送丝管（材质：钢）长期不清理，焊丝与其摩擦会有铜屑等金属灰聚集在送丝管里，影响送丝的稳定性，造成焊接飞溅增多。

三、焊接飞溅防治措施

（一）优化焊接工艺

1.选择合适的焊接工艺参数

焊接电流和电压过大，都会使焊接飞溅变多，合适的焊接工艺参数，可减少焊接飞溅。

选取两副12V对接试板进行焊接工艺试验，分别编号为1#、2#，接头图如图3所示。试板厚度和材质为12mm/Q345E，采用Φ1.2/G4Si1焊丝，焊接气体为80%Ar+20%CO2，气体流量18L/min。

选用两种不同的焊接工艺参数，其中1#试板选用的焊接工艺参数较大，2#试板选用的焊接工艺参数适中。用同一台Panasonic KRⅡ350焊机，同一个按ISO9606-1标准取得焊接资质的焊工进行焊接操作，焊接工艺参数见表1。

焊接飞溅效果如图4所示。

由表1和图4可知，1#试板焊接时，选择的焊接电流、电压偏大，焊接飞溅变多，2#试板焊接时，选择的焊接电流、电压合适，焊接飞溅较少。由此可见，选择合适的焊接工艺参数，可以减少焊接飞溅。

通过现场多年的实践经验，我们优化得出Panasonic KRⅡ型焊机V型对接焊缝减少焊接飞溅的工艺参数见表2

不同品牌不同型号的焊机，减少焊接飞溅的焊接工艺参数会有所不同，现场应用过程中，应针对不同品牌、型号的焊机做焊接工艺试验，得出减少焊接飞溅，确保焊接质量的最佳焊接工艺参数。

（二）控制焊枪倾角

气体保护焊，焊枪倾角影响焊接电弧的稳定性，从而增大焊接飞溅。焊枪倾角如图5所示，对接焊缝，焊枪与工件倾角为α，与焊接方向倾角为β。角焊缝，焊枪与工件倾角为γ，与焊接方向倾角为δ。

选取两副12V对接试板进行焊接工艺试验，分别编号为3#、4#，试板厚度和材质、接头形式和层道数、焊丝型号和规格、气体类型和流量、焊机、焊工等均与图3相同，按2#试板的焊接工艺参数（见表1），3#、4#试板采用不同的焊枪倾角进行焊接，对比焊接飞溅效果。3#、4#试板焊接焊枪倾角见表3。

由表3和图6可以看出，3#试板焊接时，焊枪倾角选择α=110°、β=110°，试板表面焊接飞溅较多。4#试板焊接时，焊枪倾角选择α=90°、β=90°，试板表面焊接飞溅较少。由此可见，选择合适的焊枪倾角，可以减少焊接飞溅。

实践表明，对接焊缝，焊枪与工件倾角α成85°-90°，与焊接方向倾角β成85°-90°时，焊接飞溅最小，焊枪倾角α、β越大，焊接飞溅越多。角焊缝，焊枪与工件倾角γ成40°-45°，与焊接方向倾角δ成85°-90°时，焊接飞溅最小，焊枪倾角γ、δ越大，焊接飞溅越多。

（三）控制干伸長的长度

干伸长是指焊丝伸出导电嘴的长度。焊丝干伸长影响焊接飞溅，干伸长过长，焊接电流变小，焊接过程中常常发生固体短路，这时固体焊丝可以直接被抛出，同时熔池金属也被抛出，形成大颗粒飞溅。

选取两副12V对接试板进行焊接工艺试验，分别编号为5#、6#，试板厚度和材质、接头形式和层道数、焊丝型号和规格、气体类型和流量、焊机、焊工等均与图3相同，按2#试板的焊接工艺参数（见表1）和4#试板的焊枪倾角（见表3），5#、6#试板采用不同的干伸长进行焊接，对比焊接飞溅效果。5#、6#试板的干伸长见表4。

由表4和图7可以看出，5#试板焊接时，干伸长选择16mm，试板表面焊接飞溅较多。6#试板焊接时，干伸长选择12mm，试板表面焊接飞溅较少。由此可见，选择合适的干伸长，也可以减少焊接飞溅。

实践表明，合适的干伸长应为焊丝直径的10-12倍。以Φ1.2焊丝为例，焊接过程中，干伸长以12-14mm为宜 。

（四）选择合适的焊接设备

通过市场调研，我们选取了两款焊机，一种外国品牌（简称A焊机），一种国产品牌（简称B焊机）与我司现有的Panasonic KRⅡ350焊机（简称C焊机）进行对比焊接工艺试验，比较焊接飞溅情况。

选取三副12V对接试板进行焊接工艺试验，分别编号为7#、8#、9#，试板厚度和材质、接头形式和层道数、焊丝型号和规格、气体类型、焊工等均与图3相同，按4#试板的焊枪倾角（见表3），6#试板的干伸长（见表4）施焊。 7#试板用A焊机施焊，8#试板用B焊机施焊，9#试板用C焊机施焊，焊接工艺参数见表5。

从图8中可以看出，A、B焊机焊缝成型良好，无焊接飞溅，C焊机焊缝成型一般，有较多的焊接飞溅。

通过对比试验可知，无论是国外品牌焊机，还是国产品牌焊机，只要焊机选择合适，都能够实现低焊接飞溅。

（五）加强焊接设备的保养，也有利于焊接飞溅的减少，应做到：

（1）定期更换导电嘴：当发现导电嘴送丝不畅或焊丝在导电嘴孔内晃动时，应及时更换导电嘴。一般情况下，导电嘴使用2-4小时后应进行更换。

（2）及时清理或更换喷嘴：喷嘴应经常进行清理，确保喷嘴内表面无焊接飞溅粘附，喷嘴变形呈椭圆后，应及时校圆或更换。

（3）定期清理送丝管，确保送丝管内表面清洁，送丝顺畅。

四、结语

碳钢80%Ar+20%CO2混合气体保护焊，由于其自身的工艺局限，焊接过程中难免会产生焊接飞溅，但只要优化焊接工艺，选择合适的焊接工艺参数，控制焊枪倾角和干伸长，选用低飞溅逆变式全数字焊接设备，正确对焊接设备进行保养，就能有效地减少焊接过程中的焊接飞溅，保证焊接质量。

参考文献

[1]刘义敏、潘鑫、唐家伟等，减少CO2气体保护焊焊接飞溅的措施[J].机电工程技术，2013年第42卷第02期：90—92.

[2]区智明、马键、严小生等，减少短路过渡焊接飞溅的方法[J].《电焊机》杂志增刊，2004年：78—82.

[3]郑海生，CO2焊接飞溅产生原因与防止方法探究[J].机电工程技术，2011年第40卷第08期：154—156.