浅谈CO2气体保护焊的焊接工艺

2016-11-28  来自: 中山市瑞力特五金材料有限公司 浏览次数:786

浅谈CO2气体保护焊的焊接工艺

 

概    述
       二氧化碳气体保护焊(简称“CO2气保焊”)是以CO2气体为保护气体来进行焊接的一种方法(有时采用CO2+Ar的混合气体称为“混合气体保护焊”)。在应用方面操作简单,适合自动焊和全方位焊接,但焊接时抗风能力差,所以适合室内作业。

       由于CO2气体价格低廉,采用短路过渡时焊缝成形良好,加上使用含脱氧剂的焊丝即可获得无内部缺陷的高质量焊接接头,因此这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一,并广泛应用于各大中小企业。
 
1    发展过程
       早在20世纪30年代就有人提出用CO2及水蒸气作为保护气体,但试验结果发现焊缝金属氧化严重,气孔很多,焊接质量得不到保证。因此氩气、氦气等惰性气体保护焊首先应用于焊接生产,解决了当时航空工业中有色金属的焊接问题,气体保护焊的优越性也逐渐被人们认识和重视。但是氩气、氦气为稀有气体,价格较贵,应用上受到一定的限制。因此,到20世纪50年代。人们又重新研究CO2气体保护焊,并逐步应用于焊接生产。
 
2    分类
       CO2气体保护焊按操作方法,可分为自动焊及半自动焊两种。对于较长的直线焊缝和规则的曲线焊缝,可采用自动焊;对于不规则的或较短的焊缝,则采用半自动焊,目前鄂分公司焊装车间生产上应用最多的是半自动焊。

       CO2气体保护焊按照焊丝直径可分为细丝焊和粗丝焊两种。细丝焊直径Ф<1.6mm,焊接工艺比较成熟,适宜于薄板焊接;鄂分公司焊装现场采用的是直径Ф0.8~1.0mm的焊丝,焊接过程较稳定。粗丝焊的直径一般Ф≥1.6mm,适用于中厚板的焊接。
 
3    优缺点
3.1     优点
3.1.1     焊接生产率高:由于焊接电流密度较大,电弧热量利用率较高,以及焊后不需清渣,因此提高了生产率,CO2焊的生产率比普通的焊条电弧焊高2~4倍。
3.1.2     焊接成本低:CO2气体来源广,价格便宜,而且电能消耗少,焊接成本较低,是埋弧焊或电弧焊的40%~50%。
3.1.3     焊接变形小:由于电弧加热集中,焊件受热面积小,同时CO2气流有较强的冷却性,因此焊接变形小,特别适合用于薄板焊接。
3.1.4     焊接质量较高:对铁锈敏感性小,焊缝含氢量少,抗裂性能好。
3.1.5     适用范围广:可实现全方位焊接,并且对于薄板、中厚板甚至厚板都能焊接。
3.1.6     操作简便:焊后不需清渣,而且焊缝明显,便于监控,有利于实现机械化和自动化焊接。
3.2     缺点
3.2.1     金属飞溅是CO2气体保护焊中较为突出的问题,CO2焊接时飞溅较大,焊缝表面成形较差,这成了CO2焊主要的缺点。
3.2.2     很难用交流电源进行焊接,因此焊接设备比较复杂。
3.2.3     抗风能力差,给室外作业带来一定困难。
3.2.4     不能焊接易氧化的有色金属。
 
4    工艺参数
       对于CO2气体保护焊而言,主要存在三种熔滴过渡的形式,即短路过渡、滴状过渡、射滴过渡。本文以短路过渡为例介绍CO2气体保护焊的焊接工艺参数。

       短路过渡是在细焊丝、低电压和小电流情况下发生的。短路过渡焊接时,主要的焊接工艺参数有电弧电压、焊接电流、焊接速度,气体流量及纯度,焊丝伸出长度等。

4.1     电弧电压及焊接电流
       电弧电压是短路过渡时的关键参数,短路过渡的特点是采用低电压。适宜的电弧电压和良好的焊接电流相匹配,可以获得飞溅小、焊缝成形良好的稳定焊接过程。

      直径Ф1.2mm的焊丝一般参数为电压19V,电流120~135A;鄂分公司焊装现场采用的焊丝直径为Ф0.8mm,电弧电压为16~24V,电流为70~ 110A ,90~170A不等。

4.2     焊接速度
       随着焊接速度的增加,焊缝熔宽、熔深余高均减小。焊速过高,容易产生咬边和未焊透等缺陷,同时气体保护效果变差,易产生气孔。焊接速度过低,易产生烧穿、组织粗大等缺陷,并且变形增大,生产效率降低。因此,应根据生产实践对焊接速度进行正确的选择。通常半自动焊的速度≤0.5m/min,自动焊速度≤1.5m/min。

4.3     气体的流量及纯度
       气体流量过小时,保护气体的纯度不足,焊缝易产生气孔等缺陷;气体流量过大时,不仅浪费气体,而且氧化性增强,焊缝表面上会形成一层暗灰色的氧化皮,使焊缝质量下降。当焊接电流大或焊接速度过快,焊丝伸出长度较长以及在室外焊接时,为保证焊接质量应增大气体流量。通常细丝焊接时,气体流量在15 ~25L/min之间,并且CO2气体的纯度≥99.5%。鄂分公司焊装车间采取的气体流量控制在12~18L/min, 相比于理论值要小,因此焊缝易产生气孔的缺陷。同时,当气瓶内的压力低于1MPa,就应停止使用,因为当气瓶内压力降低时,溶于液态CO2 中的水分汽化含量也会随之增大,并且混入CO2 气体中的水蒸气就会增多,导致产生气孔缺陷。

4.4     焊丝伸出长度
       由于短路过渡均采用细焊丝,所以焊丝伸出长度对电阻热影响很大。焊丝伸出长度变长,焊丝上的电阻热增加,焊丝熔化加快,生产率提高。但如果伸出长度过长时,焊丝容易发生过热而成段熔掉,飞溅严重。据调查,焊丝伸出长度从20mm增加到30mm,飞溅量增加约5%, 焊接过程不稳定,同时伸出长度增大后,喷嘴与焊件间的距离亦增大,因此气体保护效果变差。如果焊丝伸出长度过短,势必缩短喷嘴与焊件间的距离,飞溅金属物易堵塞喷嘴。合适的焊丝伸出长度应为焊丝直径的10~12倍,细丝焊时以8~15mm为宜。以鄂分公司焊装车间,直径为0.8mm的焊丝为例,伸出长度在8~10mm 为宜,现场统计焊装车间的焊丝伸出长度在6~ 12mm,易堵塞喷嘴。
 
5    常见的CO2焊接缺陷及预防
5.1     气孔
       在进行CO2气体保护焊时,如果使用化学成份不合要求的焊丝、纯度不够的CO2气体及不正确的焊接工艺,那么CO2气流在冷却的过程中,熔池凝固较快,很容易在焊缝中产生气孔。具体产生气孔的原因有以下四方面:
       (1)焊丝脱氧元素不足,以致大量的FeO 不能还原而溶于熔池的金属,在焊缝凝固时FeO 与碳结合产生CO气孔;

       (2)没有形成良好的CO2保护层,CO2保护层若没有使电弧区和熔池与空气隔绝,则焊接熔池溶解大量的氮气,在焊缝金属结晶温度下降时就易产生气孔,而过小的CO2气体流量,与不合理的喷嘴结构,以及喷嘴结构被堵住,焊丝伸出过长都可能破坏CO2保护作用,而产生气孔;

       (3)CO2的纯度不够,气体内含有水汽,是产生气孔的主要原因。一般焊接用的CO2气体其纯度在99.5%以上;

       (4)焊件表面不清洁,有铁锈、油污、水分。
       预防措施:1)彻底清除焊件上的油、锈、水;2)更换纯度较高的气体;3)清除附着喷嘴内壁的飞溅物;4)检查气路有无堵塞,或者弯折;5)选择合适的电压;6)采取挡风措施。

5.2     飞溅
       产生原因:1)短路过渡时,如果短路电流增长速度过高,这时,电流峰值和大的电流脉冲使短路突然中断,那么在熔池内引起巨大的扰动与飞溅;2)电弧电压过高;3)焊丝含碳量过高;4)导电嘴磨损严重,焊丝表面不干净。
       预防措施:1)选择合适的焊接电流、电弧电压;2)优质的焊丝;3)更换导电嘴。

5.3     裂纹
       CO2气体保护焊焊缝裂纹是焊接的危险缺陷之一,若在焊接过程中出现裂纹,将会产生很大的麻烦,因此控制好焊缝裂纹是生产过程中不可少的环节。
       产生原因:1)焊件或焊丝中的P、S含量过高,Mn含量低;2)焊件表面清理得不干净;3) 焊接参数不当;4)焊接结构刚度过大。
       预防措施:1)严格控制焊接及焊丝的P、S 含量;2)清理焊件表面;3)选择合适的焊接参数。

5.4     咬边
       所谓咬边,就是沿着焊趾的母材部位上被电弧烧熔而形成的凹槽。
       产生原因:1)焊接参数选择不当;2)焊速太慢;3)员工技能不足,操作不熟练。
       预防措施:1)选择合理的焊接参数;2)提高员工操作技能的熟练度。
 
6    结束语
       焊接参数的选择直接影响着焊接质量,焊接缺陷的产生也较复杂,现场产生的焊接缺陷往往是多种原因导致,因此要想提高焊接工艺仍需各方人员进行综合控制,对焊接缺陷进行一个系统的分析并制定合理的预防措施,才能较大程度的保证焊缝质量,只有这样才能制造出符合设计要求的、合格的产品。

关键词: 气体保护钎焊   自动焊   半自动焊   焊材  

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