提高 CO2气体保护环缝焊接质量的措施

李保中

提高 CO2气体保护环缝焊接质量的措施

李保中

(山西焦煤西山煤电集团公司矿用设备修造厂,山西 太原 030053)

介绍了 CO2气体作保护环缝焊接原理和特点,以及焊接过程中出现的焊接质量缺陷。分析了其产生基理,从设备使用及维护、操作工艺、焊丝材料选用、CO2气体的使用等方面,阐明了产生焊接质量缺陷的原因。根据生产实践,从设备的使用方法、焊接材料的使用,操作工艺步骤、焊接工艺参数以及其它配套设施等方面,提出一些改善焊接质量的方法和措施。

环缝自动焊接;熔滴;焊接质量;工艺;措施

对于焊接回转类工件,通常较好的方法就是环缝自动焊接。CO2气体保护环缝焊接就是利用 CO2作为保护气体的气体保护焊接,焊枪固定,工件自动旋转,从而达到自动焊接的目的,它具有生产效率高、焊接成本低、焊接质量好、焊接适应性强、易于操作等优点。但也存在以下几方面的不足：一是 CO2焊接设备较复杂,维护要求高;二是合金元素易烧损;三是焊接金属的飞溅较大,焊缝成型较差;四是易形成气孔、夹渣、咬边等焊接缺陷,影响焊接质量;五是对工件线速度要求较高。

本文分析了影响 CO2气体保护焊接质量的原因,根据多年来的生产实践,提出了一些改进方法。

1 影响焊接质量的原因

1)焊接设备。CO2气体保护环缝焊接设备主要由焊接机床、焊接电源、送丝机构、焊枪及 CO2气体装置等组成。这些设备中,任何一种设备参数变化或性能故障都会影响到工件的焊接质量。

2)CO2焊丝。目前,CO2气体保护常用的为实芯焊丝,它是热轧线材经拉拔加工而成,表面一般作镀铜处理。CO2焊丝应满足焊接工艺和焊接结构强度的要求,所以焊丝的化学成分及几何尺寸、制造工艺均有较高的要求。

3)CO2气体。焊接用 CO2气体以液态形式贮存于气瓶中使用,CO2作为保护气体,其纯度应按照GB/T6052-1993《二氧化碳气体质量和分析方法》中Ⅱ类一级气体的规定：CO2≥99.5%(体积分数)、H2O≤0.005%(质量分数),出厂 CO2气体的纯度高低直接影响焊接质量的高低。

4)焊接工艺。焊接工艺包含的内容较多,有：a)CO2焊接工件工艺,如焊接材质、焊接坡口形状、表面清洁度等。b)CO2焊接参数的影响,如焊丝直径、焊接电流、电弧电压、电感值等参数选取不当,工件旋转速度与焊丝进给速度不匹配,导致对焊丝加热和熔化以及焊缝成型有较大的影响。c)焊接操作方法步骤也直接影响焊接质量的提高,如焊缝匝数、焊枪角度等。

5)焊接过程产生的飞溅。焊接飞溅是 CO2气体焊接过程中的主要问题,通常的飞溅不但降低生产率,影响焊接质量,而且还恶化工作环境。产生飞溅的因素较多,有：a)熔滴短路过渡时引起的飞溅,焊接时焊丝与熔池间形成液体小桥,由于短路电流的强烈加热及电磁收缩力作用,使焊丝与熔滴液体小桥发生爆炸,该爆炸力推动熔滴进入熔池,产生飞溅。b)由冶金反应产生的 CO气体造成的,由于 CO2气体具有强烈的氧化性,焊接时熔滴和熔池中的碳元素被氧化成 CO气体,在电弧的高温下,其体积急剧膨胀,逐渐增大的 CO气体压力最终突破液态熔滴和熔池表面的约束,形成爆破,从而产生大量的细颗粒飞溅。c)非短路过渡时的飞溅,主要是焊接电流较大和电弧电压较高时,熔滴不再发生短路,这时的 CO2气体因吸热反应而对电弧产生冷却作用,使电弧收缩,该电弧对熔滴产生排斥作用,焊丝端头的熔滴在排斥力的作用下,大熔滴被急剧抬起,并发生旋转或飞出,产生大颗粒飞溅。

2 提高焊接质量的方法

1)定期养护设备,提高设备使用性能,适时对设备进行改进。环缝焊接设备所使用的 CO2气体保护焊接设备应每月清除一次焊接电源内部的积尘,用压缩气吹掉电路元件上的灰尘、铁沫,吹除送丝机构上附着的积尘;每月将焊枪拆卸,清除送丝管里的杂屑污物,减少送丝阻力,使送丝通畅;每日班前给焊接机床加注润滑油及润滑脂,保证机器正常运转,尾座、顶尖转动灵活,无噪音。还应根据使用要求对设备和焊接工装做一些必要的改进,这样才能提高设备使用性能,提高工作效率。

2)合理选择 CO2焊丝。焊丝材料的选用对焊接质量的影响非常重要,根据笔者的经验,使用 ER50-6焊丝工艺性能较好,飞溅较小,抗气孔性能良好,焊缝金属力学性能均能符合相应标准规定。而且应当选择正规厂家的品牌焊丝,如西山矿用设备修造厂数十年一直使用天津大桥牌焊丝焊接 27SiMn钢料,效果良好。

3)选择纯度较高的 CO2气体。焊接用 CO2气体的纯度应不低于 99.5%。选用 CO2气体纯度不足,会使焊缝中出现大量的气孔,而且易形成飞溅。CO2气体保护焊接过程中,焊接熔池中会溶解大量的氢和氮,当熔池金属结晶时,由于溶解度骤然降低,这些气体来不及析出而出现氢气孔或氮气孔。新灌的CO2气瓶内含有水分,它的水分含量越高,焊接区域中氢的分压随之提高,同时氢在焊缝金属中的含量也提高,当 CO2气体的湿度为 1.92 g/m3时,100 g焊缝金属中的含氢量为 4.7 mL,这时将出现单个气孔,如果气体湿度继续增加,焊缝中的气孔数也大量增加。所以,减少 CO2气体中的水分是减少气孔的有效方法。每天开机前应打开气瓶加热开关,加热 15 min,使 CO2气体中的水分被充分吸附后再使用。气体流量不足也会影响焊接质量,当气体流量低于 10 L/min时,焊缝将会产生气孔,只有流量大于 15 L/min时,才能得到致密的焊缝。所以应注意观察气流表,流量不足时,应即时调整或换气。

4)选配合理的焊接工艺参数。CO2气体环缝焊接是一种高效节能的焊接方法,为了获得高效优质的焊接产品,应正确选择焊接参数。

a)选取适当的电弧电压。电弧电压是指加在电弧两端的电压,实际使用中就是从电焊机电压表上读出的电压值。它的大小将影响焊接过程稳定性、焊缝成形、焊接飞溅和冶金反应等。在合适的电弧电压下施焊,可得到理想的焊接质量。例如：在焊接 d114油缸外径时,工件旋转速度为 1.2 r/min,用 d1.2 mm焊丝焊接时,若焊接电流为 220 A,焊接线速度为 28～35 cm/min,电弧电压调到 23～28 V时,飞溅量较少,气孔也少,焊接质量最好。

b)选择合适的焊接电流。焊接电流主要影响焊丝的熔化和母材的熔深。例如：在焊接油缸料时,使用 d1.2 mm焊丝焊接,焊接速度为 28～35 cm/min,将电流控制在 60～250 A区域内时,焊缝熔深较浅,为 1～2 mm,但焊接飞溅较少,焊接质量较好。焊接电流控制在 250～280 A时,随着焊接电流的增大,飞溅量也增大;当焊接电流大于 280 A时,在一定范围内,随着焊接电流的增加飞溅量反而减少,在焊接电流 250～280 A区间内,熔滴以滴状过渡而产生大颗粒飞溅,因而焊接质量降低。所以,在焊接油缸材料时,采用 220 A左右的电流,可通过增加环缝焊接匝数的方法增加其焊接熔深,既能保证焊接质量,也减少了焊接飞溅。

c)选择合适的焊接速度。随着焊接速度加快,飞溅量也增加,而且熔深也相应降低。根据笔者多年工作经验,焊接线速度不能超过 40 cm/min,一般控制在 28～35 cm/min,否则焊接过程与焊缝成形将受到较大的影响,焊接速度过低,堆积金属过多,焊接过程不稳定;如果焊接速度过高,焊缝宽度和余高都降低,熔深也降低,焊接飞溅加大,还会产生咬边现象。该厂为了精确控制环缝焊接速度,在原机床减速器基础上,为机床电机增加变频器,可随意调整工件所需的输出转速,在实际工作中,能够使工件转速达到1.0 r/min以下。

d)选择合适的焊丝杆伸长度。当焊丝杆过长时,焊丝容易产生过热而成段熔断。当使用 d1.0～d 1.6的焊丝时,合适的焊丝杆伸长度应为 10～15 cm。

e)掌握合适的焊枪角度。由于焊枪的倾角不同,焊缝形状和熔深也会发生变化。环缝焊接时,焊枪固定不动,工件旋转,焊枪必须保持一定的角度,按照我的经验,焊枪与工件的旋转方向的法线方向夹角为 10°～20°左右,当倾角过大时,焊熔物挤向前方,焊缝宽度增加,但不均匀,熔深变浅,同时产生大量飞溅。

5)改善焊接操作工艺。

a)清理工件焊接部位。施焊前,应将焊接部位及其周围的铁锈、污物等清理干净,以减少飞溅,减少焊接夹层现象。

b)保证焊机输入接线及焊接地线连接良好,并在焊机下垫橡胶垫。

c)保持焊丝进给均匀稳定。送丝机构不畅也是影响焊接质量的主要原因。送丝机构送丝不畅主要有以下几方面原因,一是送丝管太长,容易产生折弯,增大焊丝阻力;二是焊接灰尘杂质及焊丝皮屑附着在焊丝机构上,增大了焊丝阻力;三是送丝轮调整不当,导致送丝不畅。送丝软管尽可能呈直线状态,还可将送丝管外加装弹簧,使送丝管具备一定的刚性,既保证送丝管自由弯曲,又不会形成折弯,尽可能减少送丝阻力。经常用干燥的压缩空气将软管内的灰尘、皮屑等吹除;经常清除粘附在送丝轮沟槽内的污物。

d)经常检查导电嘴前端是否粘附飞溅物;检查导电嘴磨损情况,若磨损严重则应及时更换。

e)经常给焊嘴浸渍防堵膏,可防止 CO2气保护焊机的喷嘴,导电嘴因金属飞溅而引起的堵塞,使之始终保持通畅光洁,可延长焊枪喷嘴和导电嘴的使用寿命提高焊接质量和效率。一般每班浸渍 5～10次。

f)规范工件焊接坡口尺寸。焊接工件坡口尺寸直接关系到焊接质量的好坏。焊接坡口尺寸大小不一,会导致焊缝宽窄不一,高低不平,还有可能使环缝匝数发生改变,影响焊缝美观。所以批量焊接时,工件规格尺寸一定要标准规范。

3 结束语

采取以上措施后,一般都能得到高质量的焊缝,而且还能有效地提高设备的使用寿命,提高生产效率。

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[4] 殷树言.气体保护焊工艺基础[M].北京：机械工业出版社,2007：268-279.

Measures on Improving CO2Gas Protection Girth Welding Quality

Li Bao-zhong

Introduces the principle and characteristics of welding which CO2gas make protection girth welding and appear welding quality defects in the welding process.Analyze its producing fundamentals,from the aspects such as use and maintenance of equipment,operation process,welding material selection,CO2gas use,etc,and gradually clarified the reasons of producing welding quality defects.According to production practice,from the aspects such as the use method of equipment,the use of welding material,operation process step,welding process parameters and other supporting facilities,etc,put forward some methods and measures of improving the welding quality.

Girth automatic welding;Molten droplet;Welding quality;Technology;Measure

TD406

A

1672-0652(2011)03-0008-03

2011-02-17

李保中 (1971—)男,山西太谷人,2003年毕业于太原重型机械学院,工程师,主要从事机加工、焊工生产技术及管理工作,(E-mail)baozhongli@126.com