提高 CO2氣體保護環(huán)縫焊接質(zhì)量的措施

李保中

提高 CO2氣體保護環(huán)縫焊接質(zhì)量的措施

李保中

(山西焦煤西山煤電集團公司礦用設備修造廠,山西 太原 030053)

介紹了 CO2氣體作保護環(huán)縫焊接原理和特點,以及焊接過程中出現(xiàn)的焊接質(zhì)量缺陷。分析了其產(chǎn)生基理,從設備使用及維護、操作工藝、焊絲材料選用、CO2氣體的使用等方面,闡明了產(chǎn)生焊接質(zhì)量缺陷的原因。根據(jù)生產(chǎn)實踐,從設備的使用方法、焊接材料的使用,操作工藝步驟、焊接工藝參數(shù)以及其它配套設施等方面,提出一些改善焊接質(zhì)量的方法和措施。

環(huán)縫自動焊接;熔滴;焊接質(zhì)量;工藝;措施

對于焊接回轉(zhuǎn)類工件,通常較好的方法就是環(huán)縫自動焊接。CO2氣體保護環(huán)縫焊接就是利用 CO2作為保護氣體的氣體保護焊接,焊槍固定,工件自動旋轉(zhuǎn),從而達到自動焊接的目的,它具有生產(chǎn)效率高、焊接成本低、焊接質(zhì)量好、焊接適應性強、易于操作等優(yōu)點。但也存在以下幾方面的不足：一是 CO2焊接設備較復雜,維護要求高;二是合金元素易燒損;三是焊接金屬的飛濺較大,焊縫成型較差;四是易形成氣孔、夾渣、咬邊等焊接缺陷,影響焊接質(zhì)量;五是對工件線速度要求較高。

本文分析了影響 CO2氣體保護焊接質(zhì)量的原因,根據(jù)多年來的生產(chǎn)實踐,提出了一些改進方法。

1 影響焊接質(zhì)量的原因

1)焊接設備。CO2氣體保護環(huán)縫焊接設備主要由焊接機床、焊接電源、送絲機構(gòu)、焊槍及 CO2氣體裝置等組成。這些設備中,任何一種設備參數(shù)變化或性能故障都會影響到工件的焊接質(zhì)量。

2)CO2焊絲。目前,CO2氣體保護常用的為實芯焊絲,它是熱軋線材經(jīng)拉拔加工而成,表面一般作鍍銅處理。CO2焊絲應滿足焊接工藝和焊接結(jié)構(gòu)強度的要求,所以焊絲的化學成分及幾何尺寸、制造工藝均有較高的要求。

3)CO2氣體。焊接用 CO2氣體以液態(tài)形式貯存于氣瓶中使用,CO2作為保護氣體,其純度應按照GB/T6052-1993《二氧化碳氣體質(zhì)量和分析方法》中Ⅱ類一級氣體的規(guī)定：CO2≥99.5%(體積分數(shù))、H2O≤0.005%(質(zhì)量分數(shù)),出廠 CO2氣體的純度高低直接影響焊接質(zhì)量的高低。

4)焊接工藝。焊接工藝包含的內(nèi)容較多,有：a)CO2焊接工件工藝,如焊接材質(zhì)、焊接坡口形狀、表面清潔度等。b)CO2焊接參數(shù)的影響,如焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、電感值等參數(shù)選取不當,工件旋轉(zhuǎn)速度與焊絲進給速度不匹配,導致對焊絲加熱和熔化以及焊縫成型有較大的影響。c)焊接操作方法步驟也直接影響焊接質(zhì)量的提高,如焊縫匝數(shù)、焊槍角度等。

5)焊接過程產(chǎn)生的飛濺。焊接飛濺是 CO2氣體焊接過程中的主要問題,通常的飛濺不但降低生產(chǎn)率,影響焊接質(zhì)量,而且還惡化工作環(huán)境。產(chǎn)生飛濺的因素較多,有：a)熔滴短路過渡時引起的飛濺,焊接時焊絲與熔池間形成液體小橋,由于短路電流的強烈加熱及電磁收縮力作用,使焊絲與熔滴液體小橋發(fā)生爆炸,該爆炸力推動熔滴進入熔池,產(chǎn)生飛濺。b)由冶金反應產(chǎn)生的 CO氣體造成的,由于 CO2氣體具有強烈的氧化性,焊接時熔滴和熔池中的碳元素被氧化成 CO氣體,在電弧的高溫下,其體積急劇膨脹,逐漸增大的 CO氣體壓力最終突破液態(tài)熔滴和熔池表面的約束,形成爆破,從而產(chǎn)生大量的細顆粒飛濺。c)非短路過渡時的飛濺,主要是焊接電流較大和電弧電壓較高時,熔滴不再發(fā)生短路,這時的 CO2氣體因吸熱反應而對電弧產(chǎn)生冷卻作用,使電弧收縮,該電弧對熔滴產(chǎn)生排斥作用,焊絲端頭的熔滴在排斥力的作用下,大熔滴被急劇抬起,并發(fā)生旋轉(zhuǎn)或飛出,產(chǎn)生大顆粒飛濺。

2 提高焊接質(zhì)量的方法

1)定期養(yǎng)護設備,提高設備使用性能,適時對設備進行改進。環(huán)縫焊接設備所使用的 CO2氣體保護焊接設備應每月清除一次焊接電源內(nèi)部的積塵,用壓縮氣吹掉電路元件上的灰塵、鐵沫,吹除送絲機構(gòu)上附著的積塵;每月將焊槍拆卸,清除送絲管里的雜屑污物,減少送絲阻力,使送絲通暢;每日班前給焊接機床加注潤滑油及潤滑脂,保證機器正常運轉(zhuǎn),尾座、頂尖轉(zhuǎn)動靈活,無噪音。還應根據(jù)使用要求對設備和焊接工裝做一些必要的改進,這樣才能提高設備使用性能,提高工作效率。

2)合理選擇 CO2焊絲。焊絲材料的選用對焊接質(zhì)量的影響非常重要,根據(jù)筆者的經(jīng)驗,使用 ER50-6焊絲工藝性能較好,飛濺較小,抗氣孔性能良好,焊縫金屬力學性能均能符合相應標準規(guī)定。而且應當選擇正規(guī)廠家的品牌焊絲,如西山礦用設備修造廠數(shù)十年一直使用天津大橋牌焊絲焊接 27SiMn鋼料,效果良好。

3)選擇純度較高的 CO2氣體。焊接用 CO2氣體的純度應不低于 99.5%。選用 CO2氣體純度不足,會使焊縫中出現(xiàn)大量的氣孔,而且易形成飛濺。CO2氣體保護焊接過程中,焊接熔池中會溶解大量的氫和氮,當熔池金屬結(jié)晶時,由于溶解度驟然降低,這些氣體來不及析出而出現(xiàn)氫氣孔或氮氣孔。新灌的CO2氣瓶內(nèi)含有水分,它的水分含量越高,焊接區(qū)域中氫的分壓隨之提高,同時氫在焊縫金屬中的含量也提高,當 CO2氣體的濕度為 1.92 g/m3時,100 g焊縫金屬中的含氫量為 4.7 mL,這時將出現(xiàn)單個氣孔,如果氣體濕度繼續(xù)增加,焊縫中的氣孔數(shù)也大量增加。所以,減少 CO2氣體中的水分是減少氣孔的有效方法。每天開機前應打開氣瓶加熱開關(guān),加熱 15 min,使 CO2氣體中的水分被充分吸附后再使用。氣體流量不足也會影響焊接質(zhì)量,當氣體流量低于 10 L/min時,焊縫將會產(chǎn)生氣孔,只有流量大于 15 L/min時,才能得到致密的焊縫。所以應注意觀察氣流表,流量不足時,應即時調(diào)整或換氣。

4)選配合理的焊接工藝參數(shù)。CO2氣體環(huán)縫焊接是一種高效節(jié)能的焊接方法,為了獲得高效優(yōu)質(zhì)的焊接產(chǎn)品,應正確選擇焊接參數(shù)。

a)選取適當?shù)碾娀‰妷?。電弧電壓是指加在電弧兩端的電?實際使用中就是從電焊機電壓表上讀出的電壓值。它的大小將影響焊接過程穩(wěn)定性、焊縫成形、焊接飛濺和冶金反應等。在合適的電弧電壓下施焊,可得到理想的焊接質(zhì)量。例如：在焊接 d114油缸外徑時,工件旋轉(zhuǎn)速度為 1.2 r/min,用 d1.2 mm焊絲焊接時,若焊接電流為 220 A,焊接線速度為 28～35 cm/min,電弧電壓調(diào)到 23～28 V時,飛濺量較少,氣孔也少,焊接質(zhì)量最好。

b)選擇合適的焊接電流。焊接電流主要影響焊絲的熔化和母材的熔深。例如：在焊接油缸料時,使用 d1.2 mm焊絲焊接,焊接速度為 28～35 cm/min,將電流控制在 60～250 A區(qū)域內(nèi)時,焊縫熔深較淺,為 1～2 mm,但焊接飛濺較少,焊接質(zhì)量較好。焊接電流控制在 250～280 A時,隨著焊接電流的增大,飛濺量也增大;當焊接電流大于 280 A時,在一定范圍內(nèi),隨著焊接電流的增加飛濺量反而減少,在焊接電流 250～280 A區(qū)間內(nèi),熔滴以滴狀過渡而產(chǎn)生大顆粒飛濺,因而焊接質(zhì)量降低。所以,在焊接油缸材料時,采用 220 A左右的電流,可通過增加環(huán)縫焊接匝數(shù)的方法增加其焊接熔深,既能保證焊接質(zhì)量,也減少了焊接飛濺。

c)選擇合適的焊接速度。隨著焊接速度加快,飛濺量也增加,而且熔深也相應降低。根據(jù)筆者多年工作經(jīng)驗,焊接線速度不能超過 40 cm/min,一般控制在 28～35 cm/min,否則焊接過程與焊縫成形將受到較大的影響,焊接速度過低,堆積金屬過多,焊接過程不穩(wěn)定;如果焊接速度過高,焊縫寬度和余高都降低,熔深也降低,焊接飛濺加大,還會產(chǎn)生咬邊現(xiàn)象。該廠為了精確控制環(huán)縫焊接速度,在原機床減速器基礎(chǔ)上,為機床電機增加變頻器,可隨意調(diào)整工件所需的輸出轉(zhuǎn)速,在實際工作中,能夠使工件轉(zhuǎn)速達到1.0 r/min以下。

d)選擇合適的焊絲桿伸長度。當焊絲桿過長時,焊絲容易產(chǎn)生過熱而成段熔斷。當使用 d1.0～d 1.6的焊絲時,合適的焊絲桿伸長度應為 10～15 cm。

e)掌握合適的焊槍角度。由于焊槍的傾角不同,焊縫形狀和熔深也會發(fā)生變化。環(huán)縫焊接時,焊槍固定不動,工件旋轉(zhuǎn),焊槍必須保持一定的角度,按照我的經(jīng)驗,焊槍與工件的旋轉(zhuǎn)方向的法線方向夾角為 10°～20°左右,當傾角過大時,焊熔物擠向前方,焊縫寬度增加,但不均勻,熔深變淺,同時產(chǎn)生大量飛濺。

5)改善焊接操作工藝。

a)清理工件焊接部位。施焊前,應將焊接部位及其周圍的鐵銹、污物等清理干凈,以減少飛濺,減少焊接夾層現(xiàn)象。

b)保證焊機輸入接線及焊接地線連接良好,并在焊機下墊橡膠墊。

c)保持焊絲進給均勻穩(wěn)定。送絲機構(gòu)不暢也是影響焊接質(zhì)量的主要原因。送絲機構(gòu)送絲不暢主要有以下幾方面原因,一是送絲管太長,容易產(chǎn)生折彎,增大焊絲阻力;二是焊接灰塵雜質(zhì)及焊絲皮屑附著在焊絲機構(gòu)上,增大了焊絲阻力;三是送絲輪調(diào)整不當,導致送絲不暢。送絲軟管盡可能呈直線狀態(tài),還可將送絲管外加裝彈簧,使送絲管具備一定的剛性,既保證送絲管自由彎曲,又不會形成折彎,盡可能減少送絲阻力。經(jīng)常用干燥的壓縮空氣將軟管內(nèi)的灰塵、皮屑等吹除;經(jīng)常清除粘附在送絲輪溝槽內(nèi)的污物。

d)經(jīng)常檢查導電嘴前端是否粘附飛濺物;檢查導電嘴磨損情況,若磨損嚴重則應及時更換。

e)經(jīng)常給焊嘴浸漬防堵膏,可防止 CO2氣保護焊機的噴嘴,導電嘴因金屬飛濺而引起的堵塞,使之始終保持通暢光潔,可延長焊槍噴嘴和導電嘴的使用壽命提高焊接質(zhì)量和效率。一般每班浸漬 5～10次。

f)規(guī)范工件焊接坡口尺寸。焊接工件坡口尺寸直接關(guān)系到焊接質(zhì)量的好壞。焊接坡口尺寸大小不一,會導致焊縫寬窄不一,高低不平,還有可能使環(huán)縫匝數(shù)發(fā)生改變,影響焊縫美觀。所以批量焊接時,工件規(guī)格尺寸一定要標準規(guī)范。

3 結(jié)束語

采取以上措施后,一般都能得到高質(zhì)量的焊縫,而且還能有效地提高設備的使用壽命,提高生產(chǎn)效率。

[1] 北京市技術(shù)協(xié)作委員會.實用焊接手冊[M].北京：水利電力出版社,1985：124-127.

[2] 趙 巖.焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)與實例[M].北京：化學工業(yè)出版社,2008：122-127.

[3] 印有勝.金屬焊接缺陷及防止[M].哈爾濱：黑龍江科學技術(shù)出版社,1995：254-275.

[4] 殷樹言.氣體保護焊工藝基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)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年畢業(yè)于太原重型機械學院,工程師,主要從事機加工、焊工生產(chǎn)技術(shù)及管理工作,(E-mail)baozhongli@126.com