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1、浙江省送变电工程公司科技论文119浅述浅述 COCO2 2焊接中气孔、飞溅的影响因素及其防止措施焊接中气孔、飞溅的影响因素及其防止措施陈 雄（浙江富达工程建设有限公司）【 【摘摘 要要】 】在连接领域，焊接已成为了最主要的连接方式，但在所有的焊接方式中,或多或少都将存在一定的焊接缺陷,本文针对CO2气保焊接中出现气孔、焊接飞溅过大的缺陷，全面的分析了在焊接低合金钢中气孔、焊接飞溅产生的影响因素，并阐述了防止产生气孔、减少飞溅的工艺措施。【 【关关键词键词】 】二氧化碳气体保护焊；CO2；气孔缺陷；焊接飞溅；影响因素；防止措施。前言前言二氧化碳气体保护焊（以下简称CO2气保焊）是一种先进的焊接技
2、术，它以CO2作为保护气体（有时采用CO2Ar 的混合气体）进行焊接，具有优质、高效、节能，并适用于大电流焊接等特点，采用该技术大大提高了生产效率（比手工焊高3-6倍）和焊接质量，降低了成本和工人劳动强度，改善了劳动条件，取得了显著效果，为生产施工发挥了巨大作用。因此CO2气保焊在推广应用中，创造了良好的经济效益和社会效益。CO2气保焊优点确实很多，但最大缺点就三个：飞溅大、成型差、容易产生气孔，正因为这三个缺点限制了CO2气保焊的进一步推广应用。近年来，国内外焊接工作者进行了大量的研究，主要是针对这三个问题来进行的，虽然取得了一定的成效，但这三个浙江省送变电工程公司科技论文120问题仍然是困
3、绕CO2气保焊进一步推广应用的主要症结所在。因为，在CO2气保焊操作过程中由于采用焊接工艺措施不当，加之焊工操作水平所限，导致焊缝中出现气孔缺陷的几率较大，使拍片合格率明显下降，严重影响了焊缝的焊接质量，甚至有些操作者遇到气孔束手无策；过多的飞溅也不同程度的影响了焊接。某些单位或部门甚至放弃采用CO2气保焊方法，成为直接影响CO2气保焊方法的推广应用。本文主要根据现场经验和生产实践，并参阅了大量的专业资料，重点针对焊接低合金钢中气孔、焊接飞溅大的缺陷，系统分析了气孔、焊接飞溅产生的影响因素，并阐述了防止产生气孔、减少飞溅的工艺措施，对CO2气保焊工艺的应用，提高CO2气保焊接质量，具有重要和实
4、际的意义。1 1 气孔气孔1.11.1 气孔的特点气孔的特点气孔是焊接时熔池中的气体在凝固时未能逸出而残留在焊缝金属中所形成的空穴，是CO2气保焊时常见的也是主要的一种焊接缺陷。其形状有球形、椭圆形、旋风形和条虫状等。在焊缝内部的称内部气孔，露在焊缝表面的称外部气孔。气孔的大小不等，有时是单个存在，有时是密集在一起或是沿焊缝连续分布。常见的有氢气孔、氮气孔、一氧化碳气孔等。1.21.2 气孔的危害气孔的危害气孔是体积性缺陷，对焊缝的性能影响很大。其危害性主要是会降低焊缝的承载能力。因为这些缺陷占据了焊缝金属一定的体积，使焊缝的有效工作截面积减小，因而也就相应降低了焊缝的力学性能，使焊缝的塑性，
5、特别是弯曲和冲击韧度降低得更多。如果气孔穿透焊缝表面，特别是穿透接触介质的焊缝表面，介质积存在孔穴内，当浙江省送变电工程公司科技论文121介质有腐蚀性时，将形成集中腐蚀，孔穴逐渐变深，变大，以至腐蚀穿孔而泄漏。从而破坏了焊缝的致密性，严重时会由此而引起整个金属结构的破坏。所以，防止焊缝中产生气孔，保证焊缝的焊接质量，是非常值得注意的问题。1.31.3 气孔的形成方式气孔的形成方式焊接过程中，熔池的周围充满着成分复杂的各种气体，这些气体主要来自周围的空气，焊件上的杂质如铁锈、油漆、油脂受热后所产生的气体等。所有这些都不断地与金属熔池发生作用。一些气体通过化学反应或溶解等形式进入熔池，使熔池的液体
6、金属吸收了相当多的气体。如果这些气体排出较快，熔池结晶较慢，就不会形成气孔。但是如果气体的产生正处在熔池的结晶过程中，而结晶过程进行较快时，气体来不及排出熔池，就会残留在焊缝中形成气孔。1.41.4 产生气孔的影响因素及其防止措施产生气孔的影响因素及其防止措施产生气孔的因素很多，既有熔池冶金因素，又有焊接工艺因素，在某些条件下还受环境介质的影响。任何一个环节的疏忽都将导致气孔的产生。尽管不同气孔产生的条件有差异，但选用正确的焊接工艺，采取有效的防止气孔的措施，培训焊工，提高操作技能则是防止气孔产生的基本途径。现列举以下几个方面进行分析：1.4.11.4.1 保护气体的因素保护气体的因素CO2是
7、一种无色、无味的气体，在0和 101.3kPa气压时，密度为 1.9768g/cm3，为空气的1.5倍。在常温下很稳定，但在高温下（5000K左右）几乎能全部分解。CO2是活性氧化性气体，在电弧的高温作用下将按下式进行分解：CO2 = CO + O2 Q21因此在焊接过程中会引起合金元素烧损，产生CO气孔和引起较强的飞溅。众所周知，焊接用的CO2是液态的，而液态的CO2中可溶解质量分数为0.05%的水，其余的水则成浙江省送变电工程公司科技论文122自由状态沉于瓶底，在使用过程中和CO2一起挥发成水气后便混入CO2气体中同时进入焊接区，从而产生了气孔。为了避免气孔的产生，尽量不要用完气瓶内的气体
8、，至少应留有1-2MPa的气体，一是因剩余少量的气常富含多种杂质、以及水分；二是压力太低很难确保有效的保护作用。在焊接电弧的高温作用下， 焊接区域气相中的氢不完全是以分子状态存在的，还有相当多的原子氢。因此，氢在熔滴和高温熔池金属中的溶解度是相当高的，但是当熔池金属冷却结晶时，氢的溶解度却又急剧降低，这样一来处于过饱和状态的原子氢将促使如下反应：2H = H2，反应生成的分子氢由于不溶于金属而在液态金属中形成气泡。当过多的氢气泡来不及从快速冷却的熔池金属中全部逸出时，滞留在焊缝中的氢气泡就是所说的氢气孔。但对于熔化极CO2气体保护电弧焊，其焊缝金属一般不会产生氢气孔。这是因为CO2气体在电弧高
9、温下将发生分解反应：CO2 = CO + O2 Q21分解出来的原子态氧具有较强的氧化性，与气相中的原子氢反应生成不溶于液体金属的OH，从而能有效地阻止原子氢在熔滴和高温熔池中的大量溶解。对于常用的70%-80%Ar+30%-20%CO2富氩混合气体保护焊，虽然保护气体由于活性气体CO2的添加而在电弧高温下具有一定的氧化性，但与单一的CO2气体相比，其氧化性还是比较弱的，焊缝金属中氢气孔产生的倾向大于CO2气体保护焊。各种气体的混合配比也有很大的影响，具体可参照表1.1；保护气体的流量大小是焊缝中气孔产生的关键性因素，具体的可参照表1.2表1.1 各种金属焊接中使用的保护气种类 母材材质 保护
10、气种类 普通钢 CO2, CO2+(510)%O2, Ar+(1050)%CO2 浙江省送变电工程公司科技论文123低合金钢 Ar+(1050)%CO2, Ar+(15)%O2 高合金钢 Ar,Ar+(15)%CO2, Ar+(12)%O2 不锈钢 Ar+(15)%O2, Ar+(3050)%He 铝合金 Ar, Ar+(5080)%He 铜合金 Ar, Ar+(5080)%He 钛合金 Ar, Ar+(1030)%He 镁合金 Ar 镍合金 Ar 1.4.21.4.2 电流种类和电源特性的因素电流种类和电源特性的因素CO2气体保护焊是以CO2气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法。焊
11、接电流的大小、电源的特性都直接影响着电弧的稳定性。而电弧稳定又是控制气孔产生的有效保证。在使用交流电源时，焊接飞溅多，特别是采用短路过渡形式时，在焊接过程会产生大量的金属飞溅。同时，飞溅的产生降低了电弧的稳定性，加大了焊缝产生气孔的几率，严重影响焊接质量。此外采用短路过渡的CO2气保焊还存在焊缝成形差的工艺缺点。主要表现为焊缝表面不光滑、熔深浅、有气孔、焊缝成形窄而高，容易出现熔合的焊接缺陷等等。因此建议CO2气体保护焊最好选用平硬特性的直流电源或焊机，并要求具有良好的动特性，才可以确保符合电弧燃烧稳定的要求。焊接电流过小，在焊缝区域的能量就小，焊缝结晶也就越快，自然就容易产生气孔。电流的大小
12、选用必须以母材和焊丝的要求为根据。常用的工艺参数可参阅表1.2表1.2 CO2气保焊焊接工艺参数板厚mm坡口形状焊丝 dmm层数焊接电流 A电弧电压 V焊接速度cm/min气体流量l/min浙江省送变电工程公司科技论文12461.2上下各 170190141860701015701901418 81.2上下各 17019014186070101528020016207080 101.2 18020016207080111328020016207080 12 同上1.2 2802001620708011131.28020016207080 12 1.22 80200162070801113141
13、.2390210172280901319161.2490210172280901319焊脚 k mm焊丝 d mm层数焊接电流 A电弧电压 V焊接速度 cm/min气体流量 l/min4.01.21160214510156.01.21230234015207.01.2129028458.01.2229028/324010.01.2230028/334012.01.2230028/344016.01.2330028/324220251.4.31.4.3 焊丝种类的因素焊丝种类的因素CO2气保焊焊丝的种类很多，按用途分有高强钢焊丝、低合金焊丝、有色金属焊丝等；按形态分有实芯焊丝、药心焊丝；按加工工
14、艺分有镀铜焊丝、镀锌焊丝等。焊丝种类的如此繁多，但真正影响焊缝产生气孔的因素有两个方面：一方面是焊丝本身所含的化学成分的影响。焊丝含碳量过高，在焊接过程中会因还原作用剧烈会引起较大的飞溅、并产生气孔。焊丝中含H原子过多，也极容易使焊缝产生H气孔。若选用的焊浙江省送变电工程公司科技论文125丝成分符合标准并含有足够的脱氧元素Si和Mn，以及限制焊丝中的焊碳量，就可以有效的抑制溶池中FeO和C进行的反映，防止CO气孔的产生。另一方面是焊丝生产技术方面的影响。目前国内的CO2焊丝大都用镀铜作为保护层，并以化学镀为主。化学镀层结合强度低镀、铜层不均匀、易掉铜屑。并且镀铜层易生锈、保存时间短。国内焊丝锈
15、蚀主要是基体与镀铜层界面生锈。有的焊丝刚发到厂，表面就发现锈蚀，有的存放一段时间后发现锈蚀，能保存半年的焊丝几乎很少，试想一盘锈迹斑斑的焊丝怎能焊出好的焊缝，怎能不产生气孔呢？！因此有必要采用非镀铜焊丝，至少也是要电镀的焊丝才可减少对焊接的影响。1.4.41.4.4 焊丝伸出长度的因素焊丝伸出长度的因素焊丝伸出长度要适当。伸出过长，CO2气体保护焊丝与熔池效果变差。伸出过短，保护效果虽好，但会阻挡焊工的视线。所以，通常焊丝伸出长度以10-20mm 为宜。另外施焊时在不影响焊工操作视线的情况下，应尽可能采用短弧焊接，一般焊丝与熔池的距离为2-8mm，即电弧的长度。电弧过长，增大了喷嘴与焊件之间的
16、距离，保护效果变差，产生气孔。电弧过短，焊丝与母材易碰撞发生短路，焊接无法进行。1.4.51.4.5 焊接速度的因素焊接速度的因素焊接速度是主要的焊接工艺参数之一。焊接速度过快时，由于空气阻力对保护气层的影响；或遇侧向气流的侵袭，会使保护气层偏离焊丝和熔池，从而使保护效果变差，产生气孔。且焊接速度显著影响焊缝成形。所以，施焊时应选择合适的焊接速度。可参照表1.21.4.61.4.6 焊枪与焊件后倾角的因素焊枪与焊件后倾角的因素CO2气保焊接时，在不妨碍焊工操作视线的情况下，焊枪应尽量垂直或与焊件表面后倾75- 85夹角。夹角过小，其内侧产生紊流，外侧保护气体挺度不够，气体保护浙江省送变电工程公司科技论文126效果变差，易产生气孔。 1.4.71.4.7
