气体保护焊对焊接的影响

气体保护焊对焊接的影响

李铁峰

大庆油田装备制造集团容器制造分公司真空加热炉制造厂黑龙江大庆市163000

摘要：短路过渡焊接由于具有电流小、电压低的焊接特点，使得短路过渡焊接的范围较小，焊接产生的光、热辐射较小，操作难度较低，易于与薄板焊接等方式进行全方位焊接，因而在生产生活中得到了广泛应用。为了进一步提升焊接的质量水平，在考虑焊缝金属的化学成分、焊接接头的组织和性能、焊接应力与变形时，还要保证焊接接头没有缺陷，这些与焊接方法和焊接工艺是否合理有密切关系，各种焊接方法有各自的特点，因此，焊接时应根据应用范围进行合理选用。另外，每种焊接方法随着不同的焊接工艺，也明显地影响焊接质量。

关键词：气体保护；焊接方法；焊接工艺的影响

引言

在进行短路过渡焊接的过程中，将焊接同路中的电弧电压、焊接电流、送丝速度、焊接回路电感、焊接速度、气体流量和焊丝伸出长度以及电源极性等作为主要的技术参数进行设置。焊接回路中的电弧电压和焊接电流，短路过渡由于自身功能要求，呈现出低电压的特性。但是如果电弧电压的数值过低，增加焊接引燃难度，就造成了焊接流程的不稳定。如果焊接回路中出现电弧电压过高的情况，使得熔滴过渡发生改变，由短路过渡转变为大颗粒的长弧过渡，也同样造成了焊接过程的不稳定。为了保证焊接流程的稳定性，焊丝直径、电弧电压与焊接电流要根据实际要求，进行科学设置，使得三者能够协调起来，保证焊接质量。

1气孔问题

在气体保护焊时，由于氧化作用，会在熔池中产生气体，由于气体又具有冷却功能，一方面熔池在快速凝固的情况下，在焊缝之中容易产生较多气孔。一般使用焊丝作为技术手段，减少焊缝中气孔的产生几率。这是因为焊丝之中含有足够的脱氧元素，能够高效地防止焊缝气孔的产生。另一方面熔池在高温条件下，会有大量氧气渗入进来，在焊缝凝结的过程中氧气不能够完全逸出，残留的氧气在焊缝中形成气孔。气体保护焊电弧区中的氢元素主要来自两个部分：一部分是焊接过程中所使用的焊丝以及工件表面的油污及铁锈内含有氢元素；另一部分是气体中含有一定的水分。为了消除氢气的影响，一方面在进行焊接操作之前，相关工作人员要对焊丝和工件表面的油污与铁锈进行清除；另一方面焊接过程中应选用水分含量较低的气体。通过降低熔池中氢元素的含量，不但可以有效消除氢气孔，还能够有效提高焊缝金属的塑性，提升焊接效果。目前国内焊接用气主要来自酿造厂、制糖厂及化工厂的副产品，含水分较高且不稳定。为了获得优质焊缝，焊前对瓶装气体要进行处理，其方法是将气瓶倒置1～2h，然后打开阀门，排出沉积在瓶底的水，每隔30min排水一次，先后2-3次，放水后仍将瓶正置，再打开阀门放气2-3min，排出瓶内上部的空气，另外在气路系统中放置干燥器，以除去气中的水分。干燥器内一般放置硅胶或脱水硫酸等吸水剂。当瓶内气体压力降到980KPa时，不能继续使用。这是因为瓶内气体压力降到980KPa以下时，气体所含水分将增加到3倍左右。当焊接对水分比较敏感的金属，瓶内气压为14KPa时，就不宜再用。根据上述情况，焊接区存在着氧化性气体，使得氧的分压增加，造成自由状态之下的氢被氧化，形成不溶于金属的水蒸气和羟基，从而降低了氢气对焊接活动的消极影响。氢气的氧化性导致气体孔和飞溅的产生，但在制约氢的危害方面又是有益的，所以与埋弧焊和氢弧焊相比，气体保护焊对铁锈、水分的敏感性较小。进行气体保护焊的过程中，氮气的来源主要有两个。一是空气之中的氮气进入焊接区；二是焊接气体纯度不高。相关实验表明，短路过渡时气中加入3%的氮（按体积），在射流过渡时气中加入4%的氮（按体积）仍不会引起气孔。在一般情况下，气中含氮量最多不超过l%（按体积），可以看出气纯度不高造成氮气孔的可能性较低。从实际情况来看，焊接过程中，焊缝内的氮气孔产生主要是因为保护气流遭到破坏，使得大量空气进入焊接区造成的。因此可以看出，对于气体保护焊，在采用含有脱氧剂的焊丝焊接低碳钢与低合金钢时，焊接之前，需要对焊丝以及被焊工件表面存在的油污铁锈等杂质进行清理，当气中的水分在比较低的情况下，焊缝金属中产生的气孔主要是氮气孔，所以在焊接过程中要保证保护气流的稳定，能够有效防止金属焊接缝中气孔的出现。

2气体产生焊飞溅的过程

气体保护焊短路过渡的过程当中，在燃弧阶段，焊丝会熔化而形成熔滴，熔池和熔滴短路而形成金属液桥。之后，熔滴于熔池当中快速地铺展开来。熔滴受到渣体表面的张力以及重力还有流过液桥的电磁收缩力共同作用之下向熔池过渡，然后在这些作用力共同作用之下和焊丝断开，电弧重新引燃，就开始新过渡周期。有关国内外的学者研究分析认为气体保护焊具体有以下几种形式飞溅：（1）短路早期的瞬时短路引起飞溅。在短路早期之时，熔滴刚刚与熔池接触的时候，由于接触面积较小，电流以及电阻比较大，而熔滴受到的电磁力很大，所以熔滴被迅速的从熔池中排斥出来形成了飞溅并且会形成一种爆炸飞溅。（2）短路末期时短路液桥缩颈的电爆炸引发飞溅。在熔滴于熔池的表面充分铺展浸润之后，熔池和焊丝之间就会有短路液桥形成。液桥在表面的重力张力还有流过液桥短路电流造成的电磁收缩力共同的作用之下出现收缩，就会形成非常细的缩颈。伴随电流的增多以及缩颈的截面积减小，经过缩颈的电流密度就会得到迅速提升，这样缩颈就会急剧加热，引发能量积聚，然后使得缩颈液体金属出现汽化爆炸现象，使得金属颗粒抛出，进而形成飞溅。

3气体焊飞溅的控制方法

为了使得短路过渡的焊接飞溅减少，有关国内外学者以及专业的技术人员作了大量的研究工作，也获得了相关的成果。而下文就多种焊接飞溅的控制方法以及现今的发展研究作出分析：

3.1限制爆断金属液桥的能量

气体保护焊在短路过渡之时，短路末期时短路液桥缩颈的电爆炸飞溅属于造成飞溅最主要的形式，其就是在短路过程当中所形成的液桥被骤然加热，而过量能量累计造成液桥的汽化爆炸来产生飞溅。

3.2气体当中添加氩气

气体保护焊在短路过渡之时，气体高温之下分解出来的气体于金属内部剧烈膨胀从而引发剧烈的爆炸，短路过渡之后电弧引燃之时造成的对熔池非常大的冲击力而使得液体金属溅出。气体当中添加氩气之后，能够使纯气体的化学物理性质得到改变，伴随氩气比例的提升，在焊接过程中，能够使熔滴细化，而促使弧根扩展，就会减少飞溅，与此同时还可以使焊缝性能得到优化。

结束语

选用适当的焊接材料以及技术参数，利用合理科学的方法，比如金属液桥爆断能量限制以及在气体当中添加氩气，能够使得气体保护焊造成的金属飞溅减少，使焊接效率提升，从而完成高质量焊缝。