CO2焊熔滴过渡形式和焊接参数的优化选择

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：（二）CO2焊的焊接参数的选择主要的焊接参数有：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、保护气体流量、焊丝伸出长度及电感值等。短路过渡CO2焊要求具有合适的短路电流上升速度，从而将缩径小桥控制在焊丝与熔滴之间，以保证爆破力将大部分熔滴金属过渡到熔池中。

（一）CO₂焊熔滴过渡形式

CO₂焊中，熔滴过渡形式有短路过渡、喷射过渡（也称细滴过渡）和粗滴过渡三种，如图3-70所示。而为了获得稳定的焊接过程，生产中常选用短路过渡和喷射过渡两种。

1.短路过渡

短路过渡通常是采用细焊丝（Φ1.2mm以下），在较小的焊接电流和较低的电弧电压条件下发生的熔滴过渡形式。

短路过渡时，焊丝末端熔滴长大时与熔池表面短路接触，此时，电弧熄灭，电流剧增，达到短路电流。由于强烈过热和产生磁收缩效应使熔化金属过桥爆断，熔滴进入熔池，电弧重新引燃，开始下一个循环。熔滴过渡的频率按所选择的电流在20～200次／s的范围内。

短路过渡一般适用于Φ1.2mm以下的细焊丝，最稳定的电弧电压范围比较窄，通常为20V±2V的范围。

图3-70 熔滴过渡的三种基本形式

当电弧电压小于该范围下限时，短路小桥不易断开易导致固体短路。大于该范围上限时，易产生大滴爆断，导致电弧不稳，焊接时电弧高度需控制在一定范围内，手工操作相对较难。故《特种设备焊接操作人员考核细则》中规定：手工气体保护焊短路过渡有别于其他过渡形式，它们之间的变更需重新操作技能考试。

短路过渡具有如下特点：①焊接过程中伴随有少量飞溅。②焊道熔深较浅。③焊接变形较小。④适合于用细丝（Φ≤1.2mm）进行薄板和封底焊道的焊接。

2.粗滴过渡

粗滴过渡的特征如图3-70b所示。当焊接电流和电弧电压略高于短路过渡的临界参数时，就会产生粗滴过渡。即焊丝末端的熔化金属会形成直径大于焊丝直径的熔滴，熔滴是靠自身的重力克服熔化金属的表面张力后缓慢地落到熔池上。在富Ar保护气体下，由于电弧温度较高，熔滴表面张力减小，熔滴大部分为轴向过渡，当电弧电压较低时，偶尔会产生短路过渡，出现飞溅在CO₂气体保护下，熔滴产生非轴向过渡，电弧随着熔滴漂移，显得不很稳定且飞溅较大，焊缝成形不良，表面粗糙。在实际生产中应避免在粗滴过渡的参数范围内进行焊接。

3.喷射过渡

当焊接电流超过某一临界值时，熔滴呈细小的颗粒，并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡的形式。其形态如图3-70c所示。

喷射过渡时，熔滴的过渡频率较高，约每秒几十次到几百次，主要取决于所用的焊接电流和保护气体的成分。当焊丝钢号、直径和保护气体成分给定时，焊接电流超过某一临界值，熔滴过渡频率会产生突变。即由粗滴过渡向喷射过渡转变。喷射过渡时，电弧相当稳定，且飞溅很少熔深较大，焊缝表面平整光滑。

（二）CO₂焊的焊接参数的选择

主要的焊接参数有：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、保护气体流量、焊丝伸出长度及电感值等。

1.焊丝直径

短路过渡CO₂焊一般采用细丝，以提高过渡频率，稳定焊接电弧，通常采用的焊丝直径有0.8mm、1.2mm及1.6mm。

细滴过渡CO₂焊采用的焊丝直径一般大于1.2mm，通常采用的焊丝直径有1.6mm、2.0mm 3.0mm和4.0mm等。

通常根据工件的板厚和焊接位置来选择直径，见表3-28。

表3-28 焊丝直径的选择参考

Φ1.0mm以下的焊丝的熔滴过渡形式以短路过渡为主，Φ1.2mm～Φ1.6mm焊丝的熔滴过渡形式可为短路过渡和喷射过渡，Φ2.0mm以上的粗丝通常是粗滴过渡。

从焊接位置上看，细丝可用于平焊和全位置焊接，粗丝则只适于水平位置焊接。

从板厚来看，细丝用于薄板，可采用短路过渡；粗丝适用于厚板，可采用粗滴过渡。采用粗丝焊接既可提高效率，又可加大熔深。另一方面，在焊接电流和焊接速度一定时，焊丝直径越细，焊缝的熔深便越大。

2.焊接电流和极性

焊接电流是影响焊接质量的重要焊接参数。它的大小主要取决于焊丝直径和送丝速度，随着送丝速度的增加，焊接电流也增加。另外，焊接电流的大小还与焊丝伸出长度、焊丝直径、气体成分等有关。当喷嘴与母材间距离增加时，焊丝伸出长度增加，焊接电流减少。

焊接电流对焊缝的熔深和焊缝成形均有较大的影响。无论是平板堆焊还是开坡口的焊缝，都是随着焊接电流的增加，熔深也增加。当焊接电流在250A以下时，焊缝熔深较小，一般在1～2mm左右。当电流超过300A后，熔深明显增大。

CO₂焊主要是采用直流反接，这时焊接过程电弧稳定，飞溅小，熔深大。在堆焊及补焊铸件时，应采用直流正接，这时焊丝熔化快，生产率高。

3.电弧电压

短路过渡的电弧电压一般在17～25V之间。因为短路过渡只有在较低的弧长情况下才能实现，所以电弧电压是一个非常关键的焊接参数，如果电弧电压选得过高（如大于29V），则无论其他参数如何选择，都不能得到稳定的短路过渡过程。

短路过渡时焊接电流均在200A以下，这时电弧电压均在较窄的范围（2～3V）内变动。电弧电压与焊接电流的关系可用下式来计算：

U＝0.04I＋（16±2）

短路过渡的最佳焊接参数见表3-29。

表3-29 短路过渡的最佳焊接参数

细滴过渡细滴过渡CO₂焊也采用直流反接。首先应根据被焊材料及板厚选择焊接电流，然后根据焊接电流、焊丝直径选择电弧电压，焊接电流越大，焊丝直径越小，选择的电弧电压也应越大。但电弧电压也不得太高，否则飞溅将显著增大。细滴过渡的电流下限及电压范围见表3-30。

表3-30 细滴过渡的电流下限及电压范围

4.焊接速度

焊接速度要与焊接电流适当配合才能得到良好的焊缝成形。在热输入不变的条件下，焊接速度过大，熔宽、熔深减小，甚至产生咬边、未熔合、未焊透等缺陷。如果焊接速度过慢，不但直接影响了生产率，而且还可能导致烧穿、焊接变形过大等缺陷。

半自动短路过渡CO₂保护焊的焊接速度一般为5～60m／h。

5.焊接回路电感

短路过渡时，回路电感主要是控制短路电流上升速度及短路电流峰值。短路过渡CO₂焊要求具有合适的短路电流上升速度，从而将缩径小桥控制在焊丝与熔滴之间，以保证爆破力将大部分熔滴金属过渡到熔池中。同时还要求具有合适的短路电流峰值，以使爆破能量适中，不至于产生很大的细颗粒飞溅。不同的焊丝直径要求不同的短路电流上升速度，焊丝越细，熔化速度越大，短路过渡频率越大，要求的短路电流上升速度就较大。不同直径的焊丝要求的短路过渡所要求的电感值见表3-31。

表3-31 不同直径的焊丝要求的短路过渡所要求的电感值

6.焊丝伸出长度和喷嘴至工件的距离

焊丝伸出长是指从导电嘴到焊丝端头的这段焊丝的长度。焊丝伸出长度对焊接电流、焊缝熔深、焊接飞溅等均有影响，因此保持这个长度稳定不变，是获得稳定的焊接过程的重要因素之一。

在焊接电流相同时，焊丝伸出长度增加将引起熔化速度的增加。这样，当送丝速度不变时焊丝伸出长度增加，焊接电流则减少，易导致未焊透和熔合不良。同时，焊丝伸出长度过大，电弧不稳，飞溅大，焊缝成形恶化，甚至产生气孔，或者难以正常焊接。反之，焊丝伸出长度减小时，焊接电流增加，熔深变大。伸出长度过小时会烧坏导电嘴。

短路过渡CO₂焊所用的焊丝较细，焊丝伸出长度对熔滴过渡、电弧的稳定性及焊缝成形均具有很大的影响。短路过渡CO₂焊时，喷嘴至工件的距离应尽量取得适当小一些，以保证良好的保护效果及稳定的过渡，但也不能过小。这是因为该距离过小时，飞溅颗粒易堵塞喷嘴，阻挡焊工的视线。喷嘴至工件的距离一般应取焊丝直径的10倍左右。

细滴过渡CO₂焊所用的焊丝较粗，焊丝伸出长度对熔滴过渡、电弧的稳定性及焊缝成形的影响不如短路过渡那样大。但由于飞溅较大，喷嘴易于堵塞，因此，喷嘴至工件的距离应比短路过渡时选得大一些，一般应控制在10～20mm内。

7.气体流量

保护气体的流量一般根据电流的大小、焊接速度、焊丝伸出长度等来选择。这些参数越大气体流量也适当加大，但也不能太大，以免产生紊流，使空气卷入焊接区，降低保护效果。

短路过渡CO₂焊的保护气体流量一般为5～15L／min。

细滴过渡CO₂焊所用焊接电流比短路过渡大，焊接速度也大，因此采用的保护气体流量也应适当增大，一般为10～20L／min。

气体流量的掌握也要根据具体情况来定。比如在无坡口的平板对接焊时，气体流量可稍大些；在深坡口内焊接时，气体流量可稍小些。

另外，施焊现场有风，喷嘴距工件过高，以及喷嘴上粘附大量飞溅物等，都会影响保护效果。为增强保护效果，就要在有风的场地采取防风措施，见表3-32。

表3-32 防风措施参考表

8.焊丝位置及焊接方向

CO₂焊有左焊法和右焊法两种，如图3-71所示。右焊法加热集中熔深深，焊缝饱满。左焊法熔深浅，焊缝宽，导向性好，不易焊偏，一般都采用左焊法。左焊法时焊枪的后倾角度应保持为10°～20°，倾角过大时，焊缝宽度增大而熔深变浅，而且还易产生大量的飞溅。右焊法时焊枪前倾角度应为10°～20°，过大时余高增大，易产生咬边。

左焊法时，焊接可见性好，焊枪指向准确，能得到稳定的熔透焊道，焊道低而宽，角焊缝根部熔深浅（可能产生未焊透）凹形，角焊缝右焊法熔深大，焊缝余高高，飞溅小，焊接可见性差，焊缝容易焊偏。

图3-71 CO₂焊焊法

CO2焊熔滴过渡形式和焊接参数的优化选择

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