李重達(dá)

摘 要：短路過(guò)渡焊接由于具有電流小、電壓低的焊接特點(diǎn)，使得短路過(guò)渡焊接的范圍較小，焊接產(chǎn)生的光、熱輻射較小，操作難度較低，易于與薄板焊接等方式進(jìn)行全方位焊接，因而在生產(chǎn)生活中得到了廣泛應(yīng)用。為了進(jìn)一步提升焊接的質(zhì)量水平，在考慮焊縫金屬的化學(xué)成分、焊接接頭的組織和性能、焊接應(yīng)力與變形時(shí)，還要保證焊接接頭沒(méi)有缺陷，這些與焊接方法和焊接工藝是否合理有密切關(guān)系。各種焊接方法有各自的特點(diǎn)，因此，焊接時(shí)應(yīng)根據(jù)應(yīng)用范圍進(jìn)行合理選用。另外，每種焊接方法隨著不同的焊接工藝，也明顯地影響焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：氣體保護(hù)焊 氣孔 飛濺 熔池 工藝參數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TG444 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）06（b）-0051-02

氣體保護(hù)焊時(shí)，為了提升焊接流程的穩(wěn)定性，通常情況下會(huì)使用短路過(guò)渡以及細(xì)顆粒過(guò)渡兩種方式作為熔滴過(guò)渡的主要形式。

在進(jìn)行短路過(guò)渡焊接的過(guò)程中，將焊接回路中的電弧電壓、焊接電流、送絲速度、焊接回路電感、焊接速度、氣體流量和焊絲伸出長(zhǎng)度以及電源極性等作為主要的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。焊接回路中的電弧電壓和焊接電流，短路過(guò)渡由于自身功能要求，呈現(xiàn)出低電壓的特性。但是如果電弧電壓的數(shù)值過(guò)低，增加焊接引燃難度，就造成了焊接流程的不穩(wěn)定。如果焊接回路中出現(xiàn)電弧電壓過(guò)高的情況，使得熔滴過(guò)渡發(fā)生改變，由短路過(guò)渡轉(zhuǎn)變?yōu)榇箢w粒的長(zhǎng)弧過(guò)渡，也同樣造成了焊接過(guò)程的不穩(wěn)定。為了保證焊接流程的穩(wěn)定性，焊絲直徑、電弧電壓與焊接電流要根據(jù)實(shí)際要求，進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，使得三者能夠協(xié)調(diào)起來(lái)，保證焊接質(zhì)量。

1 氣孔問(wèn)題

在氣體保護(hù)焊時(shí)，由于氧化作用，會(huì)在熔池中產(chǎn)生氣體，由于氣體又具有冷卻功能，一方面熔池在快速凝固的情況下，在焊縫之中容易產(chǎn)生較多氣孔。一般使用焊絲作為技術(shù)手段，減少焊縫中氣孔的產(chǎn)生幾率。這是因?yàn)楹附z之中含有足夠的脫氧元素，能夠高效地防止焊縫氣孔的產(chǎn)生。另一方面熔池在高溫條件下，會(huì)有大量氧氣滲入進(jìn)來(lái)，在焊縫凝結(jié)的過(guò)程中氧氣不能夠完全逸出，殘留的氧氣在焊縫中形成氣孔。

氣體保護(hù)焊電弧區(qū)中的氫元素主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)部分：一部分是焊接過(guò)程中所使用的焊絲以及工件表面的油污及鐵銹內(nèi)含有氫元素；另一部分是氣體中含有一定的水分。為了消除氫氣的影響，一方面在進(jìn)行焊接操作之前，相關(guān)工作人員要對(duì)焊絲和工件表面的油污與鐵銹進(jìn)行清除；另一方面焊接過(guò)程中應(yīng)選用水分含量較低的氣體。通過(guò)降低熔池中氫元素的含量，不但可以有效消除氫氣孔，還能夠有效提高焊縫金屬的塑性，提升焊接效果。

目前國(guó)內(nèi)焊接用氣主要來(lái)自釀造廠、制糖廠及化工廠的副產(chǎn)品，含水分較高且不穩(wěn)定。為了獲得優(yōu)質(zhì)焊縫，焊前對(duì)瓶裝氣體要進(jìn)行處理，其方法是將氣瓶倒置1～2 h，然后打開(kāi)閥門(mén)，排出沉積在瓶底的水，每隔30 min排水一次，先后2～3次，放水后仍將瓶正置，再打開(kāi)閥門(mén)放氣2～3 min，排出瓶?jī)?nèi)上部的空氣，另外在氣路系統(tǒng)中放置干燥器，以除去氣中的水分。干燥器內(nèi)一般放置硅膠或脫水硫酸等吸水劑。

當(dāng)瓶?jī)?nèi)氣體壓力降到980kPa時(shí)，不能繼續(xù)使用。這是因?yàn)槠績(jī)?nèi)氣體壓力降到980kPa以下時(shí)，氣體所含水分將增加到3倍左右。當(dāng)焊接對(duì)水分比較敏感的金屬，瓶?jī)?nèi)氣壓為14kPa7時(shí)，就不宜再用。

根據(jù)上述情況，焊接區(qū)存在著氧化性氣體，使得氧的分壓增加，造成自由狀態(tài)之下的氫被氧化，形成不溶于金屬的水蒸氣和羥基，從而降低了氫氣對(duì)焊接活動(dòng)的消極影響。

氫氣的氧化性導(dǎo)致氣體孔和飛濺的產(chǎn)生，但在制約氫的危害方面又是有益的，所以與埋弧焊和氫弧焊相比，氣體保護(hù)焊對(duì)鐵銹、水分的敏感性較小。

進(jìn)行氣體保護(hù)焊的過(guò)程中，氮?dú)獾膩?lái)源主要有兩個(gè)：一是空氣之中的氮?dú)膺M(jìn)入焊接區(qū)；二是焊接氣體純度不高。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，短路過(guò)渡時(shí)氣中加入3%的氮（按體積），在射流過(guò)渡時(shí)氣中加入4%的氮（按體積）仍不會(huì)引起氣孔。在一般情況下，氣中含氮量最多不超過(guò)1%（按體積），可以看出氣純度不高造成氮?dú)饪椎目赡苄暂^低。從實(shí)際情況來(lái)看，焊接過(guò)程中，焊縫內(nèi)的氮?dú)饪桩a(chǎn)生主要是因?yàn)楸Ｗo(hù)氣流遭到破壞，使得大量空氣進(jìn)入焊接區(qū)造成的。

保護(hù)氣流受到損壞的主要原因是多方面的，例如氣體流量過(guò)低、噴嘴受到堵塞、噴嘴與工件間距設(shè)置不合理，以及焊接場(chǎng)地有側(cè)向風(fēng)等。

因此可以看出，對(duì)于氣體保護(hù)焊，在采用含有脫氧劑的焊絲焊接低碳鋼與低合金鋼時(shí)，焊接之前，需要對(duì)焊絲以及被焊工件表面存在的油污、鐵銹等雜質(zhì)進(jìn)行清理，當(dāng)氣中的水分在比較低的情況下，焊縫金屬中產(chǎn)生的氣孔主要是氮?dú)饪?，所以在焊接過(guò)程中要保證保護(hù)氣流的穩(wěn)定，能夠有效防止金屬焊接縫中氣孔的出現(xiàn)。

另外，焊接工藝方面的因素例如焊接回路中的電弧電壓、焊接人員的工作速度、電源極性等，也會(huì)造成氣孔產(chǎn)生。焊接回路中電弧電壓如果升高，就會(huì)增加空氣進(jìn)入焊接區(qū)的幾率，熔池中含氮量增加，即使不出現(xiàn)氣孔，也會(huì)導(dǎo)致焊縫金屬塑性的下降。焊接速度主要影響熔池的結(jié)晶速度。反極性焊接對(duì)消除氣孔有利。

2 飛濺問(wèn)題

飛濺是氣體保護(hù)焊的主要特點(diǎn)，氣體保護(hù)焊時(shí)，應(yīng)采取措施，盡可能地使飛濺最小。當(dāng)前減少飛濺的主要措施有以下幾個(gè)方面。

2.1 從冶金方面著手

即使用飛濺率較低的焊絲，在實(shí)芯焊絲的選擇過(guò)程中，在保持焊絲機(jī)械性的前提之下，要盡可能地降低焊絲的含碳量，并在其中加入一定量的鈦、鋁等元素。通過(guò)這種方式在顆粒過(guò)渡或短路過(guò)渡操作的過(guò)程中，都可顯著減少飛濺，采用藥芯焊絲，藥芯焊絲的飛濺約為實(shí)芯焊絲的2倍。

2.2 合理選用工藝參數(shù)

焊接電流、電弧電壓、焊絲伸出長(zhǎng)度以及焊槍角度等，都會(huì)影響飛濺的大小。

（1）焊接電流與電弧電壓：氣體保護(hù)焊時(shí)，對(duì)于每種直徑焊絲，當(dāng)電流區(qū)內(nèi)的電流較小時(shí)，飛濺率較小；而當(dāng)電流區(qū)內(nèi)的電流較大時(shí)，飛濺率也相對(duì)較小；當(dāng)其處于中間區(qū)飛濺率達(dá)到最大。例如直徑為1.2 mm的焊絲，當(dāng)電流區(qū)內(nèi)的電流小于150 A或大于300 A時(shí)，飛濺率相對(duì)較低，而當(dāng)電流處于150～300 A的范圍內(nèi)，飛濺率增加。因此，焊接電流在選用的過(guò)程中，應(yīng)盡量避開(kāi)飛濺率較高的電流區(qū)間。

（2）焊絲伸出長(zhǎng)度：飛濺的大小與焊絲伸出長(zhǎng)度也有關(guān)系，如：1.2 mm焊絲，電流280 A時(shí)，焊絲伸出長(zhǎng)度從20 mm增至30 mm，飛濺量約增加5%，因而焊絲伸出長(zhǎng)度應(yīng)盡量縮短。

（3）焊槍角度：焊槍前傾或者后傾，最好不超過(guò)20°，這是因?yàn)?，焊槍垂直時(shí)飛濺量最小，傾斜角度越大，飛濺越多。

顆粒過(guò)渡焊接時(shí)在氣筒中加入氧氣。盡管通過(guò)合理選用規(guī)范參數(shù)，以及采用錢(qián)弧方法等，來(lái)降低飛濺率，但飛濺量仍較大。在氣筒中加入一定數(shù)量的氧氣，是減少顆粒過(guò)渡焊接時(shí)飛濺的有效措施。在氧氣加入后，隨著氧氣比例增加，飛濺逐漸減小，變化最顯著的是顆粒直徑大于0.8 mm時(shí)的飛濺，對(duì)于小于0.8 mm的細(xì)顆粒飛濺影響不大。

混合氣體除減小飛濺外，氣含量對(duì)焊縫成形也有影響，隨加入氣量的增多，焊縫熔深減小，熔寬加大，余高減小。此外，采用混合氣體焊接時(shí)，焊縫金屬低溫韌性值，也比純氣焊接時(shí)焊縫金屬低溫韌性值高。

短路過(guò)渡焊接時(shí)，在短路過(guò)程的最后階段，由于短路電流的急劇增大，致使液橋金屬被迅速地加熱并熱量集中，導(dǎo)致液橋爆斷而產(chǎn)生飛濺。目前減少飛濺的方法有以下幾種。

（1）在焊接回路中串入電感、電阻，或增大電源變壓器的阻抗。為控制引起飛濺的能量，一般在焊接回路中串入電感、電阻，或增大電源變壓器的阻抗，或是這幾種方法的綜合運(yùn)用，來(lái)限制短路電流增長(zhǎng)速度及峰值電流。特別是平硬（或緩降）外特性電源加點(diǎn)抗器，當(dāng)前應(yīng)用仍很普遍。這種方法的特點(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)單，但電抗器體積大，且調(diào)節(jié)精度及范圍都受一定的局限。

（2）電流切換法：每個(gè)熔滴過(guò)渡過(guò)程中，在液橋頸縮到臨界尺寸之前，是允許短路電流自然增大，從而保證其電磁壓縮力的有利作用。當(dāng)頸縮尺寸達(dá)到臨界尺寸后，便立即進(jìn)行電流切換，將電流迅速?gòu)母咧登袚Q到低值，以使液橋頸縮處在小電流下爆斷。試驗(yàn)證明，將電流從400 A降到30 A，飛濺率可降低到2%～3%。

（3）電流波形控制法：通過(guò)控制輸出電流波形，使金屬液橋在低的電流上升速度和低的短路峰值電流下爆斷，從而減少飛濺。液橋爆斷，電弧再引燃后，立即提高燃弧電流，甚至此時(shí)施加電流脈沖，經(jīng)一段時(shí)間燃弧電流再?gòu)母咧颠^(guò)渡到穩(wěn)定值，這樣可增加燃弧期間母材輸入熱量，以達(dá)到增加熔深和改善焊縫成形的目的。

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