焊接飛濺產(chǎn)生的原因及克服途徑

在CO2焊中，大部分焊絲熔化金屬可過(guò)渡到熔池，有一部分焊絲熔化金屬飛向熔池之外，飛到熔池之外的金屬稱為飛濺。特別是粗焊絲CO2氣體保護(hù)焊大參數(shù)焊接時(shí)，飛濺更為嚴(yán)重，飛濺率可達(dá)20%以上，這時(shí)就不可能進(jìn)行正常焊接工作了。飛濺是有害的，它不但降低焊接生產(chǎn)率，影響焊接質(zhì)量，而且使勞動(dòng)條件變差。

　　由于焊接參數(shù)的不同，CO2焊具有不同的熔滴過(guò)渡形式，從而導(dǎo)致不同性質(zhì)的飛濺。其中，可分為熔滴自由過(guò)渡時(shí)的飛濺和短路過(guò)渡時(shí)的飛濺。


（1）熔滴自由過(guò)渡時(shí)的飛濺：


　　在CO2氣氛下，熔滴在斑點(diǎn)壓力的作用下上撓，易形成大滴狀飛濺。這種情況經(jīng)常發(fā)生在較大電流焊接時(shí)，如用直徑1.6mm焊絲、電流為300～350A，當(dāng)電弧電壓較高時(shí)就會(huì)產(chǎn)生。如果再增加電流，將產(chǎn)生細(xì)顆粒過(guò)渡，這時(shí)飛濺減小，主要產(chǎn)生在熔滴與焊絲之間的縮頸處，該處的電流密度較大使金屬過(guò)熱而爆斷，形成顆粒細(xì)小的飛濺。在細(xì)顆粒過(guò)渡焊接過(guò)程中，可能由熔滴或熔池內(nèi)拋出的小滴飛濺。這是由于焊絲或工件清理不當(dāng)或焊絲含碳量較高，在熔化金屬內(nèi)部大量生成CO等氣體，這些氣體聚積到一定體積，壓力增加而從液體金屬中析出，造成小滴飛濺。大滴過(guò)渡時(shí)，如果熔滴在焊絲端頭停留時(shí)間較長(zhǎng)，加熱溫度很高，熔滴內(nèi)部發(fā)生強(qiáng)烈的冶金反應(yīng)或蒸發(fā)，同時(shí)猛烈地析出氣體，使熔滴爆炸而生成飛濺。另外，在大滴狀過(guò)渡時(shí)，偶爾還能出現(xiàn)飛濺，因?yàn)槿鄣螐暮附z脫落進(jìn)入電弧中，在熔滴上出現(xiàn)串聯(lián)電弧，在電弧力的作用下，熔滴有時(shí)落入熔池，也可能被拋出熔池而形成飛濺。


（2）熔滴短路過(guò)渡時(shí)的飛濺：


　　熔滴短路過(guò)渡時(shí)的飛濺形式很多。飛濺總是發(fā)生在短路小橋破斷的瞬時(shí)。飛濺的大小決定于焊接條件，它常常在很大范圍內(nèi)改變。產(chǎn)生飛濺的原因目前有兩種看法，一種看法認(rèn)為飛濺是由于短路小橋電爆炸的結(jié)果。當(dāng)熔滴與熔池接觸時(shí)，熔滴成為焊絲與熔池的連接橋梁，所以稱為液體小橋，并通過(guò)該小橋使電路短路。短路之后電流逐漸增加，小橋處的液體金屬在電磁收縮力的作用下急劇收縮，形成很細(xì)的縮頸。隨著電流的增加和縮頸的減小，小橋處的電流密度很快增加，對(duì)小橋急劇加熱造成過(guò)剩能量的積聚，**后導(dǎo)致小橋發(fā)生氣化爆炸，同時(shí)引起金屬飛濺。另一種看法認(rèn)為短路飛濺是因?yàn)樾虮瑪嗪?，重新引燃電弧時(shí)，由于CO2氣體被加熱引起氣體分解和體積膨脹而產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣動(dòng)沖擊作用，該力作用在熔池和焊絲端頭的熔滴上，它們?cè)跉鈩?dòng)沖擊作用下被拋出而產(chǎn)生飛濺。試驗(yàn)表明，前一種看法比較正確。飛濺多少與電爆炸能量有關(guān)，此能量主要是在小橋完全破壞之前的100～150μs時(shí)間內(nèi)積聚起來(lái)的，主要是由這時(shí)的短路電流（即短路峰值電流）和小橋直徑所決定。
　　小電流時(shí)，飛濺率通常在5%以下。限制短路峰值電流為**佳值時(shí)，飛濺率可降低到1%左右。在電流較大時(shí)，縮頸的位置對(duì)飛濺影響**大。所謂縮頸的位置是指縮頸出現(xiàn)在焊絲與熔滴之間，還是出現(xiàn)在熔池與熔滴之間。如果是前者，小橋的爆炸力推動(dòng)熔滴向熔池過(guò)渡，而后者正相反，小橋爆炸力排斥熔滴過(guò)渡，并形成大量飛濺，**高可達(dá)25%以上。冷態(tài)引弧時(shí)或在焊接參數(shù)不合適的情況下（如送絲速度過(guò)快而電弧電壓過(guò)低，焊絲伸出長(zhǎng)度過(guò)大或焊接回路電感過(guò)大等）常常發(fā)生固體短路。這時(shí)固體焊絲可以直接被拋出，同時(shí)熔池金屬也被拋出。在大電流射滴過(guò)渡時(shí)，偶爾發(fā)生短路，由于短路電流很大。所以將引起十分強(qiáng)烈的飛濺。


　　根據(jù)不同熔滴過(guò)渡形式下飛濺的不同成因，應(yīng)采用不同的降低飛濺的不同成因，應(yīng)采用不同的降低飛濺的方法：


（1）在熔滴自由過(guò)渡時(shí)，應(yīng)選擇合理的焊接電流與焊接電壓參數(shù)，避免使用大滴排斥過(guò)渡形式；同時(shí)，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)焊接材料，如選用含C量低、具有脫氧元素Mn和Si的焊絲H08Mn2SiA等，避免由于焊接材料的冶金反應(yīng)導(dǎo)致氣體析出或膨脹引起的飛濺。
（2）在短路過(guò)渡時(shí)，可以采用（Ar+ CO2）混合氣體代替CO2以減少飛濺。如加入φ（Ar）=20%～30%的Ar。這是由于隨著含氬量的增加，電弧形態(tài)和熔滴過(guò)渡特點(diǎn)發(fā)生了改變。燃弧時(shí)電弧的弧根擴(kuò)展，熔滴的軸向性增強(qiáng)。這一方面使得熔滴容易與熔池會(huì)合，短路小橋出現(xiàn)在焊絲和熔池之間。另一方面熔滴在軸向力的作用下，得到較均勻的短路過(guò)渡過(guò)程，短路峰值電流也不太高，有利于減少飛濺率。
　　在純CO2氣氛下，通常通過(guò)焊接電流波形控制法，降低短路初期電流以及短路小橋破斷瞬間的電流，減少小橋電爆炸能量，達(dá)到降低飛濺的目的。
　　通過(guò)改進(jìn)送絲系統(tǒng)，采用脈沖送絲代替常規(guī)的等速送絲，使熔滴在脈動(dòng)送進(jìn)的情況下與熔池發(fā)生短路，使短路過(guò)渡頻率與脈動(dòng)送絲的頻率基本一致，每個(gè)短路周期的電參數(shù)的重復(fù)性好，短路峰值電流也均勻一致，其數(shù)值也不高，從而降低了飛濺。
　　如果在脈動(dòng)送絲的基礎(chǔ)上，再配合電流波形控制，其效果更佳。采用不同控制方法時(shí)，焊接飛濺率與焊接電流之間的關(guān)系。

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