药芯焊丝CO2气体保护焊烟尘控制方法

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：由于尺度为0.1～1.0μm的粒子对人体影响较大，而药芯焊丝CO2气体保护焊时焊接烟尘颗粒直径均分布在0.1～1.0μm之间，因此几乎全部都能被人体吸收[41，42]。焊接时的烟尘是药芯焊丝CO2气体保护焊时重要的电弧物理现象之一。图5-107 药芯焊丝CO2气体保护焊时析出烟尘的现象样品名称：Hobart03.05.08，φ1.2mm；焊接参数：25.5V/150A，直流反接；拍摄速度：2000f/s。

焊接时的烟尘是药芯焊丝CO₂气体保护焊时突出的问题之一，药芯焊丝焊接时的烟尘可能来自液体金属和非金属物质高温蒸气被迅速氧化和冷凝，生成所谓“一次粒子”，直径在0.01～0.4μm范围，以0.1μm左右居多，随着温度的迅速下降，几十或几百个粒子通过熔合与聚集成“二次粒子”，形成包围熔滴或飞溅物的金属颗粒周围可见的“烟雾”。由于尺度为0.1～1.0μm的粒子对人体影响较大，而药芯焊丝CO₂气体保护焊时焊接烟尘颗粒直径均分布在0.1～1.0μm之间，因此几乎全部都能被人体吸收^[41，42]。

焊接烟尘的成分和形成机制是相当复杂的，我国焊接工作者做了不少的研究工作^[41-48]，发现钛型药芯焊丝CO₂气体保护焊时烟尘的主要成分是氧化铁，约占析出烟尘总量的50%，其次有硅和锰的氧化物；酸性焊条的烟尘中氧化铁的质量分数几乎占50%。

焊接时的烟尘是药芯焊丝CO₂气体保护焊时重要的电弧物理现象之一。作者从大量的影像资料中观察焊接过程中烟尘析出的诸多现象，注意到电弧的活动与熔滴行为以及焊接参数对焊接烟尘的影响，本节对此进行定性分析，为焊接烟尘的研究工作提供参考。

焊接时烟尘的析出可以从大量熔滴行为的图像中直接观察到。图5-107是一组排斥过渡时产生烟雾的高速摄影照片，看到在焊丝端部的大熔滴的周围始终笼罩着烟雾，当出现小的颗粒飞溅时，飞溅的金属颗粒周围也被烟雾包围着（第8～12帧照片）。可以想象在电弧的高温和CO₂气体保护焊的强氧化气氛中，熔滴金属周围笼罩的烟尘不可能是金属微粒，而最有可能主要是氧化铁。

图5-107 药芯焊丝CO₂气体保护焊时析出烟尘的现象

样品名称：Hobart03.05.08，φ1.2mm；焊接参数：25.5V/150A，直流反接；拍摄速度：2000f/s。

图5-108所示为一组反映飞溅的金属颗粒大量析出烟尘的案例，看到当一个金属熔滴刚刚飘离时（第2～4帧照片），烟雾还不很大，但在其飞行过程中，逐渐在飘离的熔滴周围析出烟尘，从第4帧照片开始，析出的烟雾越来越浓，在第9、10帧照片看到浓烈的烟尘完全包裹了飞行的熔滴，形成一个烟团飞离焊接区，由于浓烟的遮挡，以致完全看不到熔滴的轮廓。

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图5-108 药芯焊丝CO₂气体保护焊飞溅的颗粒周围析出浓烈烟尘的照片（一）

样品名称：Hobart03.05.08，φ1.2mm；焊接参数：25.5V/150A，直流反接；拍摄速度：2000f/s。

图5-109是另一幅药芯焊丝CO₂气体保护焊时析出烟尘的照片，看到焊丝端部的一个熔滴脱离（第1帧照片）之后飞行了一段时间，至第33帧照片后才逐渐看到飘浮熔滴周围的黑色烟尘，析出过程在第33～59帧照片十分清晰可见，直到第63帧照片时烟尘消散。为什么在熔滴刚从焊丝端分离出来的瞬间看不到可见的烟尘，而在稍后的一段时间才观察到？这是因为：在熔滴刚刚脱离焊丝端呈飘浮状态的一段时间，熔滴自身温度很高，此时析出的高温金属蒸气及被氧化的产物还处于气体状态，因此不能用肉眼观察到，而当飘浮的熔滴飞行一段时间后，蒸发的气体温度逐渐降低，冷凝后形成的氧化铁的液体微粒才呈现出来，人们观察到的“烟尘”实际上主要是氧化铁的液滴或是已凝固的微粒（即前面提到的“二次粒子”）。在熔滴周围可见的氧化铁微粒不是很快地散去，而是包围在熔滴的周围，这可能是由于熔滴自身的高速旋转，在它的周围产生负压区，使烟尘不易很快散去。看到的熔滴周围的烟尘似乎不是紧紧包围它，而是在它的周围有一圈“空白”，使飘浮状态的熔滴看上去很像鱼眼（在图5-109的第45～59帧照片中看得非常清楚），这一圈“空白”其实最可能是还没来得及液化的氧化铁蒸气。

图5-109 药芯焊丝CO₂气体保护焊飞溅的颗粒周围析出浓烈烟尘的照片（二）

样品名称：YC507药芯焊丝，φ1.2mm；焊接参数：24V/45dm/min，直流反接；拍摄速度：1200f/s。

药芯焊丝CO2气体保护焊烟尘控制方法

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