二氧化碳气体保护焊飞溅物产生的原因与防治

二氧化碳气体保护焊飞溅物产生的原因与防治杭州技师学院彭朝军随着汽车环保与安全要求的提高，车身板件越来越薄，但安全性能却越来越好，因此，普通钢材已不能适用于现代汽车车身制造的需要。为此，现代车身采用了大量的高强度钢和超高强度钢，使车身的重量大为减轻，又具有足够的强度。这些材料的大量使用使车身板件的性能发生了很大的变化。在进行车身维修更换板件时，传统的氧乙炔焊由于温度高，热影响范围大，极易引起板件的变形和强度的下降。已不能适应现代车身焊接的要求。而二氧化碳气体保护焊具有焊接速度快、价格低廉、操作灵活方便、可全位置焊接，特别是焊接薄板时低热输入，避免薄板的变形及扭曲。已成为车身修复焊接工艺的首选。但在进行二氧化碳气体保护焊的过程中，产生的金属飞溅，一直是各位焊工，尤其是初学者较为棘手的问题。金属飞溅不仅降低焊丝的熔敷系数，影响焊接质量，而且增加焊丝及电能的消耗，降低焊接生产率，增加焊接成本。同时，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，降低气体的保护作用，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作。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，是使用二氧化碳气体保护焊时必须给予重视和防范的问题。笔者就二氧化碳气体保护焊飞溅物产生的原因与防治方法供同仁们参考。一、金属飞溅产生的原因1、由冶金反应引起的飞溅在常温下二氧化碳气体的化学性能呈中心，但在高温时具有很强的氧化性，使熔滴和熔池中的碳元素氧化成大量的一氧化碳气体。一氧化碳气体在电弧高温的作用下，体积会急剧膨胀，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，2、熔滴短路过渡引起的飞溅熔化极电弧焊（焊丝）的尾端,在电弧高温作用下发生熔化，而熔化的焊丝尾端成颗粒状的形态,不断地离开焊丝末端过渡熔池中去，这个过程就叫在熔滴过渡。见图：在电弧长度超过一定值时，焊丝末端依靠表面张力的作用，自由长大而形成熔滴。当促使熔滴下落的力大于表面张力时，熔滴就离开焊丝落到熔池中而发生短路，电弧熄灭，这时短路电流迅速上升，作用在熔滴上的电磁压缩力也急剧增大。在电磁压力和熔池表面张力的作用下，熔滴与熔池的接触面不断扩大，使熔滴颈部变得更细。当短路电流增大到一定数值后，缩颈即爆断，如果短路电流上升速过快，峰值短路电流就会过大，引起相当大的缩颈力，造成焊接飞溅。因此，在焊接电源回路中，串入合适的电感值可以有效的限制短路电流上升速度。3、焊接参数选择不当而引起飞溅二氧化碳气体保护焊，与金属飞溅有直接关系的参数主要有：焊接电流、送丝速度、焊丝伸出长度、及电弧电压。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，电弧长度变长，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，这些均易引起飞溅增大。4、由极点压力引起的飞溅这种飞溅就是弧柱中的电子（正离子）以极高速度向焊丝端部的熔滴撞击时所产生的冲击力（极点压力）而引起的，这种压力总是阻止熔滴过度的作用。极点压力引起的金属飞溅主要取决于电源的极性，当采用直流正接时，焊丝未端熔滴由于受到正离子的冲击，造成大颗粒金属飞溅，当采用直流反接时电子撞击熔滴，其极点压力大大减小，金属飞溅减少。因此，二氧化碳气体保护焊必须采用直流反接进行焊接。5、焊接材料受到污染焊接材料受到污染，如焊丝、焊接表面存在污物，油脂等。二、减少飞溅的措施1、焊接电流焊接电流过大，会使金属飞溅增加，并容易产生烧穿及气孔等缺陷，焊接电流太小，同样会产生较大的金属飞溅，并且电弧不能连续燃烧，产生未焊透，焊缝表面形成不良。焊接电流的大小与送丝速度有关，送丝速度越快则焊接电流越大，反之则越小，焊接电流的大小，应根据焊件的厚度，焊丝直径进行调整：焊接电流的调整焊丝直径(mm)金属板厚（mm）0.60.81.01.21.41.60.620～30A30～40A40～50A50～60A－－0.8－－40～50A50～60A60～90A100～120A1.0－－－－60～90A100～120A2、电弧长度与电弧电压薄板全位置焊接时，要求热输入小。因此，必须采取小电流焊接，由于焊接电流小，作用在电弧上的电磁力也小，且电磁力方向向上，熔滴悬浮于焊丝的端部，有利于熔滴的长大，但会是电弧不稳定。解决的办法就是保持较小的电弧长度。焊丝到工件距离即电弧的长度，电弧的长度是由电弧电压决定的，电弧电压是影响熔滴过渡、金属飞溅、短路频率、电弧燃烧时间及焊缝宽度及熔深的重要因素。在小电流焊接时,电弧电压过高金属飞溅将增多。因此电弧电压要控制在焊丝直径与板材厚度规定的范围之内。否则电弧将燃烧不稳定，并会引起大量的金属飞溅和焊缝的力学性能降低。电弧电压的调节钢板厚度mm接头形式装配间隙mm焊丝直径mm电弧电压V≤1.2无坡口平焊≤0.30.618～191.5无坡口平焊≤0.30.719～202有坡口平焊≤0.50.820～213、焊丝伸出长度焊丝伸出长度即焊丝伸出导电嘴的长度，当焊丝伸出长度过长时，因焊丝过热而成段熔断，使焊接过程不稳定，金属飞溅严重，过短将烧坏导电嘴，所以一般细丝二氧化碳气体保护焊，焊丝伸出长约为焊丝直径的10～15倍。如上图所示。4、送丝速度送丝速度太慢，随着焊丝在熔池内熔化并熔敷在焊接部位，将可听到嘶嘶声或啪哒声。此时产生的视觉信号为反光的亮度增强。当送丝速度较慢时，所形成的焊接接头较平坦。如果送丝速度太快将堵塞电弧，这时，焊丝不能充分熔化，焊丝将熔化成许多金属熔滴并从焊接部位飞走，产生大量的飞溅现象。此时产生的视觉信号为频闪弧光。送丝速度是否合适，通常可通过焊接时发出的声音和弧光亮度来确定。一般在焊接时可听到“嘶嘶”及有轻微的爆裂声，即为送丝速度调整合适。5、选用含碳量较低的或具有脱氧元素的焊丝由于二氧化碳气体在高温时具有很强的氧化性，是熔滴和熔池中的碳元素氧化生成一氧化碳气体，在电弧高温的作用下，因其体积急剧膨胀而爆破，从而产生大量的金属飞溅，因此，选用具有脱氧元素（硅、錳、铝和钛）的焊丝在一定程度上可以减小金属飞溅；其次，焊丝中的含碳量越高对金属飞溅的影响也很大。实践证明，当焊丝中的含碳量减小到0.04％（质量百分比）时，即使在大电流焊接时飞溅也较小。为了使金属飞溅控制在最理想的范围，焊丝中的含碳量应控制在0.08％左右。对于车身修理焊接，最好选用车身专用焊丝，型号为AWS－ER70S－6，直径为0.6～0.8MM。6、电感电感值是影响焊接过程稳定性以及焊接熔深的主要因素，如果在直流焊接回路中串联合适的电感值，不仅可以调节短路电流的增长速度，使金属飞溅减少，而且还可以调节短路频率和燃弧时间，控制电弧热量，以适应不同厚度焊件的焊接。当电感值太大时，短路电流增长速度太慢，短路次数减少，引起大颗粒的金属飞溅和焊丝成段炸断，造成熄弧或起弧困难；相反，电感值太小，因短路电流增长速度太快，会造成很细颗粒的金属飞溅，影响焊缝成形。因此电感值应根据焊丝直径来选定，就车身焊接而言，一般焊丝直径0.6～1.2mm时，电感值约为0.01～0.16mH之间。7、保护气体对于钢材车身，在焊接时，最好采用二氧化碳和氩气的混合气，其比例为：75％的氩、25％二氧化碳，其目的是降低一氧化碳生成的含量，以达到抑制飞溅物产生的作用，同时，还可提高电弧的稳定性，和焊缝质量。8、材料的清洁清洁焊接表面与焊丝、经常地在喷嘴上涂上防飞溅剂，有利于喷嘴的清洁、又可润滑导电嘴使送丝平稳。三、结束语在进行二氧化碳气体保护焊的过程中，虽然调节焊接参数可以把金属飞溅控制在最小的范围之内。但有些焊接参数会随着焊工的熟练程度、技能和操作方法不同而改变。因此，焊接人员必须根据实际焊接要求的需要，在焊接过程中，不断地调整、总结、比较焊接方法。使金属飞溅控制在理想的范围之内。另外，焊机性能也很重要，普通的工业焊机由于输出电压与电流不够稳定不可采用，建议选用汽车车身修理专用焊机。