1、CO2 焊产生飞溅的原因摘 要系统地介绍了目前长输管道现场安装焊接常用的一些焊接方法的特点，为选用经济合理、高效高质量的安装焊接方法提供了一定的技术支持。 关键词长输管道；焊接方法 中图分类号：TG444.73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0067-01 长输管道安装焊接采用流水作业方式，其效率很大程度上取决于根焊道完成速度。在目前所使用的根焊技术当中，以内焊机下向根焊速度最快，如对于西气东输二期工程，用 ？1219mm19.1mm 的 X80 钢管环焊缝焊接，根焊道的完成约需 90110 S（仅指焊接时间） 。其次是活性气体保护自动外焊机根焊，如意大利 PW
2、T 全自动控制焊接系统自动外焊机根焊，焊接速度可高达 2025cm/min。但因设备投资较大、维修不便，加之在试用过程中对对口质量要求较为苛刻，使质量得不到可靠保证。再其次是熔化极活性气体保护 STT 半自动焊根焊，焊接速度可高达 l520cm/min。接下来是高纤维素型焊条的下向根焊，一般焊接速度为 l015cm/min。 CO2 气体保护焊是一种廉价，高效的焊接方法。传统的短路过度 CO2焊接不能从根本上解决焊接飞溅大，控制熔深与成型的矛盾。采用波形控制技术的 STT 型 CO2 半自动焊机，保证了焊接过程稳定，焊缝成形美观，干伸长度变化影响小，显著降低了飞溅，减轻了焊工劳动强度。 STT
3、 型 CO2 半自动焊时，焊机处于短路过渡方式，电源在一个过渡周期内，根据不同电弧电压值，输出不同的焊接电流。 STT 型 CO2 半自动焊以其优异的性能拓宽了 CO2 半自动焊在长输管道施工中的应用领域。STT 型 CO2 半自动焊与药芯焊丝自保护半自动焊是目前国内常用的半自动下向焊接方法，展示了在管道焊接领域良好的应用前景。 在 CO2 焊中，大部分焊丝熔化金属可过渡到熔池，有一部分焊丝熔化金属飞向熔池之外，飞到熔池之外的金属称为飞溅。特别是粗焊丝 CO2气体保护焊大参数焊接时，飞溅更为严重，飞溅率可达 20%以上，这时就不可能进行正常焊接工作了。飞溅是有害的，它不但降低焊接生产率，影响焊
4、接质量，而且使劳动条件变差。 由于焊接参数的不同，CO2 焊具有不同的熔滴过渡形式，从而导致不同性质的飞溅。其中，可分为熔滴自由过渡时的飞溅和短路过渡时的飞溅。 （1）熔滴自由过渡时的飞溅？熔滴自由过渡时的飞溅主要形式，在 CO2 气氛下，熔滴在斑点压力的作用下，易形成大滴状飞溅。这种情况经常发生在较大电流焊接时，如用直径 1.6mm 焊丝、电流为300350A，当电弧电压较高时就会产生。 如果再增加电流，将产生细颗粒过渡，这时飞溅减小，主要产生在熔滴与焊丝之间的缩颈处，该处的电流密度较大使金属过热而爆断，形成颗粒细小的飞溅。在细颗粒过渡焊接过程中，可能有熔滴或熔池内抛出的小滴飞溅。这是由于焊
5、丝或工件清理不当或焊丝含碳量较高，在熔化金属内部大量生成 CO 等气体，这些气体聚积到一定体积，压力增加而从液体金属中析出，造成小滴飞溅。 大滴过渡时，如果熔滴在焊丝端头停留时间较长，加热温度很高，熔滴内部发生强烈的冶金反应或蒸发，同时猛烈地析出气体，使熔滴爆炸而生成飞溅。因为熔滴从焊丝脱落进入电弧中，在熔滴上出现串联电弧，在电弧力的作用下，熔滴有时落入熔池，也可能被抛出熔池而形成飞溅。 （2）熔滴短路过渡时的飞溅？短路过渡时的飞溅形式很多。飞溅总是发生在短路小桥破断的瞬时。飞溅的大小决定于焊接条件，它常常在很大范围内改变。产生飞溅的原因目前有两种看法，一种看法认为飞溅是由于短路小桥爆断的结果
6、。当熔滴与熔池接触时，熔滴成为焊丝与熔池的连接桥梁，所以称为液体小桥，并通过该小桥使电路短路。 短路之后电流逐渐增加，小桥处的液体金属在电磁收缩力的作用下急剧收缩，形成很细的颈缩。随着电流的增加和颈缩的减小，小桥处的电流密度很快增加，对小桥急剧加热，造成过剩能量的积聚，最后导致小桥发生爆断，同时引起金属飞溅。 另一种看法认为短路飞溅是因为小桥爆断后，重新引燃电弧时，由于 CO2 气体被加热引起气体分解和体积膨胀，而产生强烈的气动冲击作用，该力作用在熔池和焊丝端头的熔滴上，它们在气动冲击作用下被抛出而产生飞溅。飞溅多少与爆断能量有关，主要是由这时的短路电流（即短路峰值电流）和小桥直径所决定。 小
7、电流时，飞溅率通常在 5%以下。限制短路峰值电流为最佳值时，飞溅率可降低到 1%左右。在电流较大时，颈缩的位置对飞溅影响极大。所谓颈缩的位置是指颈缩出现在焊丝与熔滴之间，还是出现在熔池与熔滴之间。如果是前者，小桥的爆炸力推动熔滴向熔池过渡，而后者正相反，小桥爆断力排斥熔滴过渡，并形成大量飞溅，最高可达 25%以上。 冷态引弧时或在焊接参数不合适的情况下（如送丝速度过快而电弧电压过低，焊丝伸出长度过大或焊接回路电感过大等）常常发生固体短路。这时固体焊丝可以直接被抛出，同时熔池金属也被抛出。在大电流射滴过渡时，偶尔发生短路，由于短路电流很大。所以将引起十分强烈的飞溅。 根据不同熔滴过渡形式下飞溅的
8、不同成因，应采用不同的降低飞溅的方法： 1）在熔滴自由过渡时，应选择合理的焊接电流与焊接电压参数，避免使用大滴过渡形式；同时，应选用优质焊接材料，如选用含 C 量低、具有脱氧元素 Mn 和 Si 的焊丝 H08Mn2SiA 等，避免由于焊接材料的冶金反应导致气体析出或膨胀引起的飞溅。 2）在短路过渡时，可以采用（Ar+CO2）混合气体代替 CO2 以减少飞溅。如加入（Ar）=20%30%的 Ar。这是由于随着含氩量的增加，电弧形态和熔滴过渡特点发生了改变。燃烧时电弧扩展，熔滴的轴向性增强。这一方面使得熔滴容易与熔池会合，短路小桥出现在焊丝和熔池之间。另一方面熔滴在轴向力的作用下，得到较均匀的短
9、路过渡过程，短路峰值电流也不要太高，有利于减少飞溅率。 在纯 CO2 气氛下，通常通过焊接电流波形控制法，降低短路初期电流以及短路小桥破断瞬间的电流，减少小桥爆断能量，达到降低飞溅的目的。 通过改进送丝系统，采用脉冲送丝代替常规的等速送丝，使熔滴在脉动送进的情况下与熔池发生短路，使短路过渡频率与脉动送丝的频率基本一致，每个短路周期的电流参数的重复性好，短路峰值电流也均匀一致，其数值也不高，从而降低了飞溅。 对于前面提到的 STT 技术，它是近几年来针对根焊成型而开发研制的一种技术。STT 电源既不是恒流，也不是恒压，它是一种宽带、电流控制的设备，它的输出是根据电弧的瞬间要求而产生的。在此电源的控制下，熔滴实现表面张力过度。进行 STT 焊接时常采用 CO2 作为保护气，施焊时具有焊接过程稳定、焊缝金属厚、熔敷速度快、焊缝含氢量低、飞溅较少、焊缝成型美观、热输入量少、变形小、合格率较高等特点，特别适于全位置下向焊接，目前广泛应用于长输管道安装焊接。 参考文献 1孙晓.CO2 气体保护焊产生飞溅的原因及预防J.特种设备安全技术，2010（2）：32.
