二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊 - (氣孔飛濺)

1、1（氣孔 飛濺）張明錄目 錄一. C02電弧焊的金屬化學(xué)基礎(chǔ)三. 熔滴過渡與焊接條件的選擇二. C02焊三個(gè)主要問題 1. C02氣體的氧化性及合金元素的氧化 （1）C02氣體的氧化性： C02氣體在高溫下分解并處于平衡狀態(tài)： 2C02 = 2CO02 3一. C02電弧焊的金屬化學(xué)基礎(chǔ) 在電弧環(huán)境中，氣氛組成雖然沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，但由于電弧溫度很高，C02氣體仍然有40-60的比例分解。02高溫下進(jìn)一步分解出原子： O2 = 20 4 這種分解亦稱“解離”。當(dāng)電弧溫度為5000K時(shí)，02的解離度高達(dá)96.5。可見C02氣體在電弧高溫下有強(qiáng)烈的氧化性。 5 （2）合金元素的氧化 1）直接氧化

2、T 1500時(shí)：固體表面氧化 在低于金屬(鋼材料)熔點(diǎn)溫度(1500)時(shí)，C02氣體本身即對(duì)Fe及鋼材料中的重要合金元素Si、Mn等有氧化能力：6C02 + Fe = Fe0 + COC02 + 1/2 Si = 1/2 Si02 + COC02 + Mn = MnO + CO7 這種氧化在熔池金屬周圍未熔化區(qū)域或凝固的焊縫表面上發(fā)生，屬于表面氧化，進(jìn)行的激烈程度較低，對(duì)電弧、熔池和焊縫沒有大的影響。 2）間接氧化 T1500 時(shí)：液態(tài)金屬表面氧化 在高溫電弧所籠罩區(qū)域熔化金屬表面(熔池金屬和熔滴金屬)主要發(fā)生的是與氧原子或氧氣分子的反應(yīng)，因兩者在電弧中有較多的分解，并且氧化性更強(qiáng)，從而對(duì)處于

3、液態(tài)表面的Fe、Si、Mn、C等元素造成氧化：8Fe+O=FeOSi十20=Si02Mn+0= MnOC+O=CO9 通過上述反應(yīng)，使金屬中的合金元素Si、Mn、C等受到氧化燒損，特別是焊縫中的合金元素含量減低，必然對(duì)焊縫機(jī)械性能構(gòu)成影響。 氧化反應(yīng)的生成物Si02、MnO作為雜質(zhì)浮在熔池表面。 CO是在液態(tài)金屬表面生成的，將散失到大氣中。10 而FeO一部分成為雜質(zhì)浮在熔池表面，一部分熔入液態(tài)金屬中，并進(jìn)一步與液態(tài)金屬內(nèi)部的合金成分發(fā)生反應(yīng)使其氧化。 比如與液態(tài)金屬內(nèi)部的C元素產(chǎn)生如下反應(yīng)： FeO+C=Fe+CO 反應(yīng)的生成物CO是在液態(tài)金屬內(nèi)部形成的，如果不能及時(shí)逸出金屬表面進(jìn)入大氣空間

4、，就將殘留在焊縫中形成氣孔。 11 另外，CO在高溫液態(tài)金屬中聚集后體積膨脹，在熔滴內(nèi)部或熔池表面層下產(chǎn)生爆破，從而形成液態(tài)金屬的飛濺，其中以熔滴中產(chǎn)生的比較劇烈。12 1.熔池脫氧與焊縫金屬合金化 (合金元素?zé)龘pC、Mn、Si等) 2.氣孔 3.焊接飛濺其中焊接飛濺還與其它因素有關(guān)，必須采取相應(yīng)解決措施。13二. C02焊三個(gè)主要問題 （1）熔池脫氧與焊縫金屬合金化 1） 熔池脫氧熔池脫氧 （ FeO ） 如果焊絲中含有足夠量的Mn及Si元素，由于Mn、Si與O的親和力大于C與O的親和力，液態(tài)金屬中的FeO將首先與Mn、Si結(jié)合，以如下的形式進(jìn)行脫氧反應(yīng)，可以阻止CO的產(chǎn)生，進(jìn)而防止焊接區(qū)氣

5、孔的產(chǎn)生：14 2FeO十Si=2Fe+Si02 FeO+Mn=Fe + MnO 由此可見，通過錳、硅的脫氧作用能夠去除C02氣體所具有的強(qiáng)氧化性弊端。 15 2）焊縫金屬合金化焊縫金屬合金化 為了防止氣孔、減少飛濺以及降低焊縫產(chǎn)生裂紋的傾向性，C02電弧焊焊絲中的含C量一般都限制在0.15以下。H08Mn2SiA: C=0.08%16 C02電弧焊，熔池表面沒有熔渣覆蓋，C02氣流又有較強(qiáng)的冷卻作用，因而熔池凝固比較快，這就使焊縫中出現(xiàn)氣孔成為可能. N2氣孔 H2氣孔 CO氣孔17（2）C02焊氣孔問題 NN2 2氣孔氣孔 試驗(yàn)結(jié)果表明，在C02氣體中加入3-4的N2，焊接后未發(fā)現(xiàn)焊縫中有

6、N2氣孔。而焊接使用的C02中的N2含量很少，最多不超過1。這就說(shuō)明由于C02氣體不純而引起N2氣孔的可能性很小。18 焊縫中產(chǎn)生N2氣孔的主要原因是由于焊接保護(hù)不良，大量空氣侵入焊接區(qū)所致。 比如保護(hù)氣流量小、噴嘴被飛濺物阻塞、噴嘴與工件間的距離過大，焊接場(chǎng)地有側(cè)向風(fēng)等。19 在電弧高溫下，N2=2N，通常分解量較低。 N2氣孔在焊縫中成堆出現(xiàn)，類似蜂窩，既有內(nèi)部的，也有外部的。20 H2氣孔氣孔 C02電弧焊中H的來(lái)源有兩條途徑： 焊絲、工件表面的油、銹和水分； C02氣體中的水分。 21 電弧空間的水蒸氣發(fā)生如下分解： H20=2H+O 自由狀態(tài)的H原子被電離： H=H+ （氫離子）22

7、 H+溶入金屬中。在熔池冷卻過程中，H+的溶解度降低，析出并聚集成H2氣團(tuán)，如不能逸出到熔池外部，就造成H2氣孔。 23 H2+C02=CO+H20 HC02=CO+OH H+O=OH H+20=H20 上述反應(yīng)的生成物是不溶于金屬的水蒸氣和羥基： 24 綜上原因，由于C02氣體的氧化性，使電弧空間的H存在量減少，H2氣孔產(chǎn)生的可能性降低。25 C02焊方法本身對(duì)鐵銹、水分沒有埋弧焊或氬弧焊那么敏感，通常被稱作低H型或超低H型焊接方法。26 C02焊焊前的準(zhǔn)備工作除了焊絲需要清理去油外，工件上如果沒有大量的鐵銹，一般不需處理。當(dāng)然C02氣體還是需要一定的純度，有時(shí)需要倒水、干燥等。 27氣瓶氣

8、瓶氣瓶氣瓶液態(tài)液態(tài)CO2水水水水水水氣態(tài)氣態(tài)CO2 氣態(tài)氣態(tài)CO2 28放水放水液態(tài)液態(tài)CO2放雜質(zhì)放雜質(zhì)C02氣體提純純 上述兩種氣孔（H2氣孔和N2氣孔），是電弧高溫下N原子、H+溶解于熔池金屬中，在熔池金屬冷卻時(shí)，由于溶解度急劇下降，出于過飽和狀態(tài)，析出聚集形成氣泡后，未能及時(shí)逸出而產(chǎn)生的氣孔。也稱溶解型氣孔。29 而CO氣孔屬于反應(yīng)型氣孔，產(chǎn)生的原因主要是熔池中的FeO與C反應(yīng)生成CO。 FeO+C Fe+COCO不溶于液態(tài)金屬(鋼)中，就形成了氣泡。30 COCO氣孔氣孔在熔池金屬處于高溫時(shí)，反應(yīng)生成的CO氣泡基本能逸出熔池。在熔池處于結(jié)晶溫度時(shí)，由于區(qū)域性FeO、C的偏析，偏析區(qū)F

9、eO、C的濃度較高，這一反應(yīng)仍很劇烈。31 如果液態(tài)金屬的凝固速度大于氣泡的浮出速度時(shí)，就以CO氣孔的形式殘留在焊縫中。CO氣孔沿結(jié)晶方向分布，呈條蟲狀，內(nèi)表面光滑，一般在焊縫內(nèi)部分布。32 當(dāng)焊絲中含有足夠的脫氧元素Si、Mn時(shí)，并且限制焊絲中的含碳量，可以抑制FeO與C的反應(yīng)，防止CO氣孔的生成。所以在C02電弧焊中，只要焊絲選擇適當(dāng)，產(chǎn)生CO氣孔的可能性是很小的。33 此外，氧元素雖然在鋼的固液相中的溶解度有很大的差別，但由于容易與鐵及其它元素產(chǎn)生氧化物，所以在焊縫中不會(huì)出現(xiàn)CO氣孔。34 熔化極電弧焊的飛濺率大小首先因焊接方法 而有很大的差異。MIG焊和埋弧焊在規(guī)范參數(shù)合適并且工藝配合

10、良好時(shí)，飛濺很少，飛濺率在1以下或不產(chǎn)生飛濺。35（3）C02 焊接飛濺問題C02電弧焊的飛濺問題最為突出，也包括MAG焊(活性氣體保護(hù)電弧焊)，與采用的焊接規(guī)范及電源特性有直接關(guān)系，嚴(yán)重時(shí)飛濺率高達(dá)20以上，較為正常的情況是35，控制較好的可以降低到23。36 普通C02電弧焊，產(chǎn)生焊接飛濺有材料方面、工藝規(guī)范方面、電源特性方面等三項(xiàng)主要原因，應(yīng)分別針對(duì)上述原因予以解決。 37 （1） 減少飛濺的措施 1）焊接材料方面 材料方面原因產(chǎn)生焊接飛濺，一是由于焊絲材料含有C元素，一是由于保護(hù)氣具有氧化性。 38 2）工藝和規(guī)范方面 需要采取的措施有如下幾種： 正確選擇焊接電流，匹配合適的電壓，盡可

11、能避免排斥過渡形式。 通常在小電流短路規(guī)范區(qū)的飛濺量小，大電流細(xì)顆粒過渡規(guī)范區(qū)的飛濺也較小，細(xì)絲中等規(guī)范區(qū)產(chǎn)生的飛濺量較大。39 焊槍傾角不超過20，焊槍垂直時(shí)飛濺最小。 限制焊絲干伸長(zhǎng)。 送絲速度均勻。 電源直流反接時(shí)飛濺小。 40 采用混合氣保護(hù)(C02中加入Ar)從工藝角度也可以降低焊接飛濺。Ar的加入能夠使電弧形態(tài)相對(duì)擴(kuò)展，電弧對(duì)熔滴的排斥作用減弱，對(duì)減少大顆粒飛濺有利，但Ar的混入量需要達(dá)到30以上才有明顯效果。41 1. CO1. CO2 2電弧焊熔滴過渡形式電弧焊熔滴過渡形式（1 1） CO2電弧焊熔滴過渡很復(fù)雜,根據(jù)焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓(電弧長(zhǎng)度)及電源特點(diǎn)等焊接條件的

12、不同，可以出現(xiàn)多種復(fù)雜的過渡。42三.熔滴過渡與焊接條件的選擇4344COCO2 2電弧焊熔滴過渡電弧焊熔滴過渡變化區(qū)變化區(qū)間間圖中A區(qū)，電流很小，電弧電壓較高，焊絲熔化慢，熔滴呈大塊狀(大滴)，不易脫離焊絲，焊接時(shí)不能獲得連續(xù)的焊道。如果在該區(qū)降低電弧電壓即縮短電弧長(zhǎng)度，由于電流很小，焊絲的熔化不穩(wěn)定，將有固體短路的發(fā)生。45圖中B區(qū)，小電流、低電壓的短路過渡規(guī)范區(qū)，短路頻率高，電弧電壓低(17-21V)，熔滴過渡穩(wěn)定，飛濺較小，適合焊接薄板。46圖中C區(qū)，較高弧壓的短路過渡、顆粒過渡混合過渡區(qū)，兩者比例因參數(shù)匹配而異，飛濺較大，但電弧加熱效率高。 從提高焊接生產(chǎn)率考慮，往往被實(shí)際操作所采用，焊接中等厚度工件，熔深