二氧化碳气体保护焊-(气孔飞溅)

1、1（气孔 飞溅）张明录目 录一. C02电弧焊的金属化学基础三. 熔滴过渡与焊接条件的选择二. C02焊三个主要问题 1. C02气体的氧化性及合金元素的氧化 （1）C02气体的氧化性： C02气体在高温下分解并处于平衡状态： 2C02 = 2CO02 3一. C02电弧焊的金属化学基础 在电弧环境中，气氛组成虽然没有达到平衡状态，但由于电弧温度很高，C02气体仍然有40-60的比例分解。02高温下进一步分解出原子： O2 = 20 4 这种分解亦称“解离”。当电弧温度为5000K时，02的解离度高达96.5。可见C02气体在电弧高温下有强烈的氧化性。 5 （2）合金元素的氧化 1）直接氧化

2、T 1500时：固体表面氧化 在低于金属(钢材料)熔点温度(1500)时，C02气体本身即对Fe及钢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 这种氧化在熔池金属周围未熔化区域或凝固的焊缝表面上发生，属于表面氧化，进行的激烈程度较低，对电弧、熔池和焊缝没有大的影响。 2）间接氧化 T1500 时：液态金属表面氧化 在高温电弧所笼罩区域熔化金属表面(熔池金属和熔滴金属)主要发生的是与氧原子或氧气分子的反应，因两者在电弧中有较多的分解，并且氧化性更强，从而对处于

3、液态表面的Fe、Si、Mn、C等元素造成氧化：8Fe+O=FeOSi十20=Si02Mn+0= MnOC+O=CO9 通过上述反应，使金属中的合金元素Si、Mn、C等受到氧化烧损，特别是焊缝中的合金元素含量减低，必然对焊缝机械性能构成影响。 氧化反应的生成物Si02、MnO作为杂质浮在熔池表面。 CO是在液态金属表面生成的，将散失到大气中。10 而FeO一部分成为杂质浮在熔池表面，一部分熔入液态金属中，并进一步与液态金属内部的合金成分发生反应使其氧化。 比如与液态金属内部的C元素产生如下反应： FeO+C=Fe+CO 反应的生成物CO是在液态金属内部形成的，如果不能及时逸出金属表面进入大气空间

4、，就将残留在焊缝中形成气孔。 11 另外，CO在高温液态金属中聚集后体积膨胀，在熔滴内部或熔池表面层下产生爆破，从而形成液态金属的飞溅，其中以熔滴中产生的比较剧烈。12 1.熔池脱氧与焊缝金属合金化 (合金元素烧损C、Mn、Si等) 2.气孔 3.焊接飞溅其中焊接飞溅还与其它因素有关，必须采取相应解决措施。13二. C02焊三个主要问题 （1）熔池脱氧与焊缝金属合金化 1） 熔池脱氧熔池脱氧 （ FeO ） 如果焊丝中含有足够量的Mn及Si元素，由于Mn、Si与O的亲和力大于C与O的亲和力，液态金属中的FeO将首先与Mn、Si结合，以如下的形式进行脱氧反应，可以阻止CO的产生，进而防止焊接区气

5、孔的产生：14 2FeO十Si=2Fe+Si02 FeO+Mn=Fe + MnO 由此可见，通过锰、硅的脱氧作用能够去除C02气体所具有的强氧化性弊端。 15 2）焊缝金属合金化焊缝金属合金化 为了防止气孔、减少飞溅以及降低焊缝产生裂纹的倾向性，C02电弧焊焊丝中的含C量一般都限制在0.15以下。H08Mn2SiA: C=0.08%16 C02电弧焊，熔池表面没有熔渣覆盖，C02气流又有较强的冷却作用，因而熔池凝固比较快，这就使焊缝中出现气孔成为可能. N2气孔 H2气孔 CO气孔17（2）C02焊气孔问题 NN2 2气孔气孔 试验结果表明，在C02气体中加入3-4的N2，焊接后未发现焊缝中有

6、N2气孔。而焊接使用的C02中的N2含量很少，最多不超过1。这就说明由于C02气体不纯而引起N2气孔的可能性很小。18 焊缝中产生N2气孔的主要原因是由于焊接保护不良，大量空气侵入焊接区所致。 比如保护气流量小、喷嘴被飞溅物阻塞、喷嘴与工件间的距离过大，焊接场地有侧向风等。19 在电弧高温下，N2=2N，通常分解量较低。 N2气孔在焊缝中成堆出现，类似蜂窝，既有内部的，也有外部的。20 H2气孔气孔 C02电弧焊中H的来源有两条途径： 焊丝、工件表面的油、锈和水分； C02气体中的水分。 21 电弧空间的水蒸气发生如下分解： H20=2H+O 自由状态的H原子被电离： H=H+ （氢离子）22

7、 H+溶入金属中。在熔池冷却过程中，H+的溶解度降低，析出并聚集成H2气团，如不能逸出到熔池外部，就造成H2气孔。 23 H2+C02=CO+H20 HC02=CO+OH H+O=OH H+20=H20 上述反应的生成物是不溶于金属的水蒸气和羟基： 24 综上原因，由于C02气体的氧化性，使电弧空间的H存在量减少，H2气孔产生的可能性降低。25 C02焊方法本身对铁锈、水分没有埋弧焊或氩弧焊那么敏感，通常被称作低H型或超低H型焊接方法。26 C02焊焊前的准备工作除了焊丝需要清理去油外，工件上如果没有大量的铁锈，一般不需处理。当然C02气体还是需要一定的纯度，有时需要倒水、干燥等。 27气瓶气

8、瓶气瓶气瓶液态液态CO2水水水水水水气态气态CO2 气态气态CO2 28放水放水液态液态CO2放杂质放杂质C02气体提纯纯 上述两种气孔（H2气孔和N2气孔），是电弧高温下N原子、H+溶解于熔池金属中，在熔池金属冷却时，由于溶解度急剧下降，出于过饱和状态，析出聚集形成气泡后，未能及时逸出而产生的气孔。也称溶解型气孔。29 而CO气孔属于反应型气孔，产生的原因主要是熔池中的FeO与C反应生成CO。 FeO+C Fe+COCO不溶于液态金属(钢)中，就形成了气泡。30 COCO气孔气孔在熔池金属处于高温时，反应生成的CO气泡基本能逸出熔池。在熔池处于结晶温度时，由于区域性FeO、C的偏析，偏析区F

9、eO、C的浓度较高，这一反应仍很剧烈。31 如果液态金属的凝固速度大于气泡的浮出速度时，就以CO气孔的形式残留在焊缝中。CO气孔沿结晶方向分布，呈条虫状，内表面光滑，一般在焊缝内部分布。32 当焊丝中含有足够的脱氧元素Si、Mn时，并且限制焊丝中的含碳量，可以抑制FeO与C的反应，防止CO气孔的生成。所以在C02电弧焊中，只要焊丝选择适当，产生CO气孔的可能性是很小的。33 此外，氧元素虽然在钢的固液相中的溶解度有很大的差别，但由于容易与铁及其它元素产生氧化物，所以在焊缝中不会出现CO气孔。34 熔化极电弧焊的飞溅率大小首先因焊接方法 而有很大的差异。MIG焊和埋弧焊在规范参数合适并且工艺配合

10、良好时，飞溅很少，飞溅率在1以下或不产生飞溅。35（3）C02 焊接飞溅问题C02电弧焊的飞溅问题最为突出，也包括MAG焊(活性气体保护电弧焊)，与采用的焊接规范及电源特性有直接关系，严重时飞溅率高达20以上，较为正常的情况是35，控制较好的可以降低到23。36 普通C02电弧焊，产生焊接飞溅有材料方面、工艺规范方面、电源特性方面等三项主要原因，应分别针对上述原因予以解决。 37 （1） 减少飞溅的措施 1）焊接材料方面 材料方面原因产生焊接飞溅，一是由于焊丝材料含有C元素，一是由于保护气具有氧化性。 38 2）工艺和规范方面 需要采取的措施有如下几种： 正确选择焊接电流，匹配合适的电压，尽可

11、能避免排斥过渡形式。 通常在小电流短路规范区的飞溅量小，大电流细颗粒过渡规范区的飞溅也较小，细丝中等规范区产生的飞溅量较大。39 焊枪倾角不超过20，焊枪垂直时飞溅最小。 限制焊丝干伸长。 送丝速度均匀。 电源直流反接时飞溅小。 40 采用混合气保护(C02中加入Ar)从工艺角度也可以降低焊接飞溅。Ar的加入能够使电弧形态相对扩展，电弧对熔滴的排斥作用减弱，对减少大颗粒飞溅有利，但Ar的混入量需要达到30以上才有明显效果。41 1. CO1. CO2 2电弧焊熔滴过渡形式电弧焊熔滴过渡形式（1 1） CO2电弧焊熔滴过渡很复杂,根据焊丝直径、焊接电流、电弧电压(电弧长度)及电源特点等焊接条件的

12、不同，可以出现多种复杂的过渡。42三.熔滴过渡与焊接条件的选择4344COCO2 2电弧焊熔滴过渡电弧焊熔滴过渡变化区变化区间间图中A区，电流很小，电弧电压较高，焊丝熔化慢，熔滴呈大块状(大滴)，不易脱离焊丝，焊接时不能获得连续的焊道。如果在该区降低电弧电压即缩短电弧长度，由于电流很小，焊丝的熔化不稳定，将有固体短路的发生。45图中B区，小电流、低电压的短路过渡规范区，短路频率高，电弧电压低(17-21V)，熔滴过渡稳定，飞溅较小，适合焊接薄板。46图中C区，较高弧压的短路过渡、颗粒过渡混合过渡区，两者比例因参数匹配而异，飞溅较大，但电弧加热效率高。 从提高焊接生产率考虑，往往被实际操作所采用，焊接中等厚度工件，熔深