低碳鋼薄板的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊探析

張志丹 程林 王東

摘 要：為了提高低碳鋼薄板焊接質(zhì)量，本文選取二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作為焊接工藝，依據(jù)薄板焊接需求，合理選取設(shè)備及材料，設(shè)定二保焊參數(shù)工作范圍及數(shù)值，調(diào)節(jié)電流級(jí)性，提出二保焊方案設(shè)計(jì)研究。另外，針對(duì)焊接飛濺問(wèn)題，制定了一些保障措施，旨在完善低碳鋼薄板焊接方案。

關(guān)鍵詞：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊;薄板;焊接

焊接是重金屬連接主要方式，對(duì)制造業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。目前，應(yīng)用比較多的焊接方式有3種，包括釬焊、壓焊、熔焊[1]。其中，熔焊類焊接方式成本較低，能夠很好的控制變形量，生產(chǎn)效率較高，因而得到各大生產(chǎn)廠家的青睞。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊（簡(jiǎn)稱二保焊）屬于熔焊類，在車輛制造、礦山機(jī)械生產(chǎn)中應(yīng)用較多，目前關(guān)于此項(xiàng)技術(shù)的研究集中在低碳鋼薄板應(yīng)用層面。

一、低碳鋼薄板材料分析

大部分機(jī)械設(shè)備焊接的母材料為低碳鋼，這種材料厚度僅有4mm，型號(hào)為Q235，采用對(duì)接平縫焊接工藝制造。此材料塑性較好，含碳量偏低，且淬硬傾向較小，是焊接的最佳材料。由于焊件厚度僅有4mm，如果采用預(yù)熱、控制溫度、材料熱處理等一系列處理工藝，容易導(dǎo)致材料長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，焊接失敗[2]。因此，通常情況下，在對(duì)此材料進(jìn)行焊接時(shí)，不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的焊接工藝處理，簡(jiǎn)化了焊接工藝流程，得到了廣泛應(yīng)用。

由于材料融化期間容易受到冷空氣侵襲，降低焊接溫度，對(duì)焊接操作造成影響，因而采取一定保護(hù)措施顯得尤為重要。二保焊工藝可以解決此問(wèn)題，利用二氧化碳?xì)饬鞅Ｗo(hù)電弧和熔池，避免遭受冷空氣入侵。

二、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊原理

二保焊是以二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)工具，使得電弧焊得以順利進(jìn)行。其工作原理為：在焊件和焊槍上分別焊接電源輸出端，利用送絲機(jī)構(gòu)操控盤狀焊絲，通過(guò)導(dǎo)電嘴、軟管傳送電流，形成電弧區(qū)域。與此同時(shí)，設(shè)定焊接作業(yè)流量及壓力，按照設(shè)定參數(shù)，向焊槍輸送細(xì)絲二保焊氣體，該氣體經(jīng)過(guò)噴嘴，產(chǎn)生保護(hù)氣流。電弧和熔池受到此氣流沖擊，不會(huì)影響正常作業(yè)，而是隔絕了冷空氣，達(dá)到了保護(hù)焊接操作的目的。在作業(yè)過(guò)程中，焊槍按照某個(gè)方向移動(dòng)，熔池金屬溫度降低，逐漸固化形成焊縫，成為一體化焊件。

三、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊方案

1、設(shè)備及材料的選取

本研究選取NBC-250型號(hào)的半自動(dòng)焊機(jī)作為二保焊設(shè)備，采用的焊接材料為 1.2mm焊絲，此材料型號(hào)為ER50-6。

2、方案設(shè)計(jì)

二保焊作業(yè)方案設(shè)計(jì)，依據(jù)焊接要求，合理設(shè)定各項(xiàng)參數(shù)工作范圍或者具體數(shù)值，確保電壓、電流、焊接速度等操控參數(shù)能夠滿足二保焊操作要求。另外，控制焊絲伸長(zhǎng)長(zhǎng)度，合理設(shè)定氣體流量數(shù)值，調(diào)節(jié)電流級(jí)性，創(chuàng)造良好的焊接環(huán)境，使得低碳鋼薄板二保焊得以實(shí)施。

（1）參數(shù)范圍設(shè)定

二保焊涉及到的參數(shù)包括電壓、電流、焊接速度3項(xiàng)。其中，焊接電流的設(shè)定，需要綜合分析熔滴過(guò)渡形式、焊接位置、電流直徑大小設(shè)定，當(dāng)電流數(shù)值逐漸增加時(shí)，余高、焊縫寬度及厚度都應(yīng)該隨之增加，才能保證電流參數(shù)滿足二保焊操作需求。通常情況下，當(dāng)焊絲直徑大小為0.8mm時(shí)，焊接電流顆粒過(guò)渡為150～250A，短路過(guò)渡為60～160A;當(dāng)焊絲直徑大小為1.2mm時(shí)，焊接電流顆粒過(guò)渡為200～300A，短路過(guò)渡為100～175A;當(dāng)焊絲直徑大小為1.6mm時(shí)，焊接電流顆粒過(guò)渡為350～500A，短路過(guò)渡為100～180A;當(dāng)焊絲直徑大小為2.4mm時(shí)，焊接電流顆粒過(guò)渡為500～750A，短路過(guò)渡為150～200A。按照此范圍設(shè)定原則，根據(jù)工程焊絲直徑大小，設(shè)定焊接電流范圍。本項(xiàng)目薄板部分焊絲直徑大小為1.2mm，設(shè)定電流150A。設(shè)定該工作電流數(shù)值的原因在于短路過(guò)渡，飛濺幅度較小，電弧電壓穩(wěn)定，不需要過(guò)高電流，便可以完成焊接操作。

關(guān)于電壓數(shù)值范圍的設(shè)定，要求該數(shù)值與焊接電流配合，以保證焊接操作穩(wěn)定性。電弧電壓與電流之間存在正比關(guān)系，當(dāng)電流數(shù)值增加時(shí)，電弧電壓也將隨之增加。當(dāng)電流處于短路過(guò)渡狀態(tài)時(shí)，即60～200A，電弧電壓數(shù)值范圍設(shè)定為16～24V;當(dāng)電流處于細(xì)滴過(guò)渡狀態(tài)時(shí)，如果焊絲直徑范圍為1.2～3.0mm，則電弧電壓范圍設(shè)定為25～36V。綜合考慮電流取值150A，焊絲直徑1.2mm，本研究電弧電壓取值為20V。

焊接速度參數(shù)的設(shè)定，如果設(shè)置數(shù)值過(guò)大，焊縫厚度和寬度就會(huì)過(guò)小，不僅會(huì)降低氣體保護(hù)效果，而且在焊接處會(huì)出現(xiàn)氣孔，影響焊接質(zhì)量。如果設(shè)置數(shù)值過(guò)小，焊接形變量較大，生產(chǎn)效率偏低。通常情況下，二保焊工藝設(shè)定的焊接速度范圍15～30m/h。本文結(jié)合焊接直徑、電壓、電流數(shù)值的設(shè)定，選取20m/h作為本研究焊接速度。

（2）焊絲伸長(zhǎng)長(zhǎng)度控制

焊絲直徑?jīng)Q定了焊絲伸長(zhǎng)長(zhǎng)度，所以關(guān)于焊絲伸長(zhǎng)長(zhǎng)度的控制，按照伸長(zhǎng)長(zhǎng)度與直徑之間的關(guān)系進(jìn)行合理控制。通常情況下，焊絲直徑10倍數(shù)值記為伸長(zhǎng)長(zhǎng)度，不得超出15mm。因焊絲直徑為1.2mm，所以本研究焊絲伸長(zhǎng)長(zhǎng)度設(shè)定為12mm。

（3）氣體流量設(shè)定及電流級(jí)性調(diào)節(jié)

二氧化碳?xì)怏w流量參數(shù)值的設(shè)定，根據(jù)焊絲的粗細(xì)確定。通常情況下，焊絲為細(xì)絲時(shí)氣體流量設(shè)定范圍8～15L/min;焊絲為粗絲時(shí)氣體流量設(shè)定范圍15～25L/min。本研究焊絲直徑只有4mm，屬于細(xì)絲，確定設(shè)定范圍8～15L/min。在此基礎(chǔ)上，綜合電流、電壓等參數(shù)值的設(shè)定，將氣體流量設(shè)定為12L/min。

直流反接可以減小焊接材料飛濺，有助于電弧穩(wěn)定控制，所以，本研究采取直流反接方式控制電流極性。

3、實(shí)施保障措施

考慮到二保焊實(shí)施過(guò)程中容易發(fā)生飛濺，導(dǎo)致焊絲熔化大量金屬，增加焊接成本，降低焊接生產(chǎn)效率。不僅如此，因二保焊飛濺，還會(huì)導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生大量氣孔，噴嘴內(nèi)粘貼雜物，大大降低了焊接質(zhì)量。為了保證二保焊得以順利實(shí)施，本文提出以下保障措施：

第一，焊絲材料的選取，要求材料含有硅、猛脫氧元素，從而控制焊絲中碳含量。

第二，采用直流反接方式接入電源，以此減小飛濺幅度。

第三，根據(jù)焊接工藝參數(shù)之間的關(guān)系，經(jīng)過(guò)綜合分析，測(cè)試各個(gè)參數(shù)設(shè)定是否符合要求，如果測(cè)試期間發(fā)生異常，適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)數(shù)值，直至飛濺幅度達(dá)到允許范圍，確定參數(shù)設(shè)定方案。

總結(jié)

本文圍繞低碳鋼薄板二保焊工藝展開研究，通過(guò)分析二保焊應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，選取該項(xiàng)技術(shù)作為低碳鋼薄板焊接技術(shù)。依據(jù)焊接需求，合理選取設(shè)備及材料，設(shè)定各項(xiàng)參數(shù)工作范圍或者具體數(shù)值，調(diào)節(jié)電流級(jí)性，形成完整的二保焊方案。為了保證二保焊工藝得以正常實(shí)施，本文提出了一些保障措施。

參考文獻(xiàn)

[1]洪波，易世洪，龐爭(zhēng)林，等.窄間隙CO2氣體保護(hù)焊的磁控焊縫跟蹤方法[J].焊接學(xué)報(bào)， 2017，38（11）：1-6.

[2]孫景南，吳斌，陳晨，等.斜45°大直徑管CO2氣體保護(hù)焊焊接工藝[J].軌道交通裝備與技術(shù)，2017（3）：50-52.