船舶CO2气体保护焊熔滴过渡形式及冶金特性.ppt

船舶气体保护焊工艺设计与实作船舶CO2气体保护焊熔滴过渡形式及冶金特性,主要内容,一、CO2气体保护焊的熔滴过渡二、CO2气体保护焊的冶金特性,船舶CO2气体保护焊熔滴过渡形式及冶金特性,常见焊接方法的熔滴过渡形式,焊条电弧焊（SMAWMMA）酸性焊条细滴过渡碱性焊条粗滴过渡Globulartransfer）短路过渡（Droptransfer,一、CO2气体保护焊的熔滴过渡,常见焊接方法的熔滴过渡形式,CO2焊滴状过渡（粗丝）、短路过渡（细丝）MIG（焊铝）喷射过渡、亚射流过渡MAG短路过渡、射流过渡（喷射过渡）,规律随着电流的增加，熔滴过渡的体积减小、频率加快。,一、CO2气体保护焊的熔滴过渡,CO2气体保护焊的熔滴过渡方式主要有大滴排斥过渡、短路过渡、细颗粒过渡及混合过渡短路过渡颗粒过渡等几种形式。由于大滴排斥过渡的飞溅大、电弧不稳定，因此实际焊接生产中一般不用，通常采用短路过渡及细颗粒过渡进行焊接。,一、CO2气体保护焊的熔滴过渡,1．短路过渡在采用细丝并配以小电流及小电压进行焊接时，熔滴过渡为短路过渡。这种过渡工艺通常产生一体积小、凝固速度快的熔池，因此适合于薄板焊接及全位置焊接，这是CO2气体保护焊经常采用的一种过渡方法。,一、CO2气体保护焊的熔滴过渡,图短路过渡过程电流、电弧电压波形及熔滴过渡的示意t1电弧燃烧时间；t2短路时间；t3拉断熔滴后电压恢复时间；T焊接循环周期，Tt1t2t3；I最大电流或称短路峰值电流；I最小最小电流；I焊焊接电流平均电流；U弧平均电弧电压。,电弧燃烧后，由电弧析出的热量，强烈地熔化焊丝，并在焊丝端头形成熔滴，随着熔滴的长大，熔滴与熔池间短路后，在表面张力及电磁收缩力的作用下形成缩颈小桥，短路缩颈小桥在不断增大的短路电流作用下汽化爆断，将熔滴推向熔池，完成一次过渡。,一、CO2气体保护焊的熔滴过渡,短路过渡对电源的动特性具有如下的要求1）熔滴与熔池短路时，电弧熄灭，过渡完成后，电弧又重新引燃。为了保证电弧能够顺利引燃，要求电源的空载电压上升速度要快。2）短路小桥的位置及爆断时间、爆破能量直接决定了飞溅的大小，当短路小桥产生在焊丝与熔滴之间，爆破能量较小且能够及时爆断时，飞溅较小。而短路小桥的位置及爆断时间、爆破能量可通过在焊接回路中加一适当的电感来调节。,一、CO2气体保护焊的熔滴过渡,注意1.短路过渡时，为了稳定焊接过程，要求熔滴越小、过渡越快越好。（在稳定的短路过渡情况下，要求尽量高的短路频率。短路频率常常被作为短路过渡过程稳定性的衡量标志。）2.电弧电压对短路过渡过程有重要的影响。为了获得最高的短路频率，要有一个最佳的电弧电压值。对于直径为0.8mm、1.2mm、和1.6mm的焊丝，短路过渡电弧电压的最佳值约为20V左右。,一、CO2气体保护焊的熔滴过渡,2．颗粒过渡CO2气体保护焊在焊接电流和电弧电压超过短路过渡范围时，产生非轴向颗粒过渡，熔滴脱离时不能沿焊丝轴向过渡，这是一种不稳定的过渡形式，极易产生飞溅和焊缝成形不良。,一、CO2气体保护焊的熔滴过渡,图非轴向大熔滴过渡,,电磁收缩力,,阳极反作用力,产生非轴向颗粒过渡的原因,一、CO2气体保护焊的熔滴过渡,焊丝直径大于1.6mm时，使用较大电流和较低电压能够形成潜弧，电弧基本上潜入工件表面之下，熔池较深，熔滴以较小的尺寸、较大的速度沿轴向过渡到熔池中，潜弧状态的电弧力很大，足以维持相对稳定的电弧空腔。这样不但改善了熔滴过渡形式、减少飞溅，而且该空腔还能捕捉到大部分金属飞溅，使得焊接飞溅减小。主要用于中等厚度及大厚度板材的水平位置焊接。,图CO2焊潜弧状态的熔滴过渡,一、CO2气体保护焊的熔滴过渡,在直流反接情况下，无沦是哪种保护气体，在较小电流时都能产生颗粒过渡。CO2气体保护焊还产生大颗粒过渡，大颗粒过渡的特征是熔滴直径大于焊丝直径。大颗粒过渡只能在平焊位置，在重力作用下过渡。颗粒过渡由于没有短路过程，对电源的动特性没有特殊要求。这种熔滴过渡方法的熔深较大，是一种高效焊接方法，主要用于中等厚度及大厚度板材的水平位置焊接。,一、CO2气体保护焊的熔滴过渡,CO2COO（吸热反应）,,,,氧化作用温度高氧化性强合金元素浓度合金元素与氧的亲和力,二、CO2气体保护焊的冶金特性,1.合金元素的氧化及脱氧措施（1）合金元素的氧化,MMOCO↑MMO,电弧高温区低温区-熔池后部,,[]表示液态金属中的反应物，（）表示渣中的反应物。,二、CO2气体保护焊的冶金特性,氧化反应的结果Fe、Si、Mn、C、Al、Ti、Ni烧损反应产物①FeO熔渣及进一步与熔池中的合金元素反应②SiO2和MnO形成熔渣③CO飞溅（温度高）、气孔（温度低）,,二、CO2气体保护焊的冶金特性,（2）脱氧冶金脱氧元素脱氧,对氧的亲合力必须比Fe大,脱氧后的生成物不应该是气体,脱氧物质最好是熔点低、密度小、不溶于液态金属的焊渣,二、CO2气体保护焊的冶金特性,Si具有较强的脱氧能力，焊缝中如果含有质量分数在0.3以上的Si，焊接熔池不会因为产生大量的CO气体造成熔池的液态金属沸腾，而是保持了焊接熔池的镇定，从而避免了CO气孔的形成。但是，用Si脱氧后的生成物SiO2，是尺寸较小的针状固体，不容易浮出焊接熔池表面，最终以夹渣的形式留在焊缝金属中，降低焊缝金属的冲击韧度和抗裂纹能力。,Mn比Si的脱氧能力差，脱氧生成物是MnO，密度比较大，约为5.11g／cm3，也不容易浮出焊接熔池表面，在焊缝金属内形成夹渣。所以，单独用Mn脱氧也不可取。,二、CO2气体保护焊的冶金特性,冶金脱氧Mn-Si联合脱氧CO2焊专用焊丝H08Mn2SiH08Mn2SiA脱氧剩下的Mn、Si用于补充碳和合金元素的损失,2[FeO][Si]2[Fe]SiO2[FeO][Mn][Fe]MnO,二、CO2气体保护焊的冶金特性,注意问题含量适当过低脱氧不足过高Si-焊缝热裂倾向大，Mn-冲击值下降比例合适焊丝中Si为1，Mn为1～2，Mn/Si2.0～4.5,二、CO2气体保护焊的冶金特性,2.气孔原因脱氧剂不足、碳含量偏高、没有熔渣覆盖并且CO2气流的冷却作用类别CO、N2、H2,二、CO2气体保护焊的冶金特性,1）CO气孔机理[FeO][C][Fe]CO↑，CO来不及逸出形态针尖状气孔位置焊缝根部或者近表面原因脱氧剂不足、碳含量偏高防止增加脱氧剂、减少碳含量、加大热输入,二、CO2气体保护焊的冶金特性,2）氮气孔机理溶解度变化形态蜂窝状位置焊缝近表面,二、CO2气体保护焊的冶金特性,防止提高纯度调好流量检查气路防风措施,原因保护气层破坏保护气不纯流量小喷嘴堵塞或者位置不合适侧向风,二、CO2气体保护焊的冶金特性,3）氢气孔机理离子态进入熔池，溶解度变化形态圆球形位置焊缝中原因油污和铁锈，CO2气体中的水分防止清除油污和铁锈，排出气体中的水分,二、CO2气体保护焊的冶金特性,3.飞溅及防止（1）短路过渡飞溅（2）大滴过渡飞溅,二、CO2气体保护焊的冶金特性,短路过渡飞溅产生的原因1）短路过渡结束时，短路小桥缩颈处爆断产生飞溅2）焊丝熔滴短路小桥缩颈断裂后，重新引弧产生的飞溅3）引弧操作或焊接参数选择不正确,二、CO2气体保护焊的冶金特性,大滴过渡飞溅产生的原因1）引弧或焊接参数选择不正确2）焊接过程中CO等气体从焊接熔池或熔滴中喷出，形成飞溅3）电弧力的作用，熔滴会被抛出熔池外面而成为飞溅4）电弧斑点压力引起5）焊丝与熔滴间的缩颈，在大电流密度的加热下爆断形成焊接飞溅,二、CO2气体保护焊的冶金特性,二、CO2气体保护焊的冶金特性,二、CO2气体保护焊的冶金特性,减少飞溅的措施正确选择焊接参数细丝过渡的时候在气体中加入氩气限制金属小桥爆断能量低飞溅率焊丝,二、CO2气体保护焊的冶金特性,,减少飞溅的措施正确选择焊接参数焊接电流与电压焊丝伸出长度焊枪角度,二、CO2气体保护焊的冶金特性,成本问题性能问题,减少飞溅的措施细丝过渡的时候在气体中加入氩气,二、CO2气体保护焊的冶金特性,减少飞溅的措施限制金属小桥爆断能量防止原理设法实现短路液桥的金属过渡趋于稳定防止方法回路中串接附加电感电流切换电流波形控制法,二、CO2气体保护焊的冶金特性,减少飞溅的措施低飞溅率焊丝超低碳焊丝药芯焊丝活化处理焊丝（CS2CO3、K2CO3）活化剂作用降低了有效电离电压，使之产生细颗粒过渡。使熔滴的表面张力大大降低，从而可减小熔滴尺寸，使之产生细颗粒过渡（细化金属熔滴，减少飞溅）,二、CO2气体保护焊的冶金特性,但是，为减小飞溅在焊机中采用改变回路接入电感来调节，效果非常有限。美国林肯公司建立在逆变焊机基础上的表面张力过渡（STTSurfaceTensionTransfer表面张力过渡，美国林肯公司专利／已有商品焊机，专利技术使这一问题基本得以解决）。即熔滴完成过渡全过程的主要推动力是表面张力。其飞溅少90，烟尘减少50～70，且焊缝背部成形好，焊接效率高。,二、CO2气体保护焊的冶金特性,,,上图为无STT和有STT在立焊和平焊时的焊接飞溅对比,下图为无STT和有STT焊接时焊缝的外观对比,小结,一、CO2气体保护焊的熔滴过渡1.短路过渡2.颗粒过渡二、CO2气体保护焊的冶金特性1.合金元素的氧化及脱氧措施2.CO2气体保护焊中的气孔3.CO2气体保护焊的飞溅,船舶CO2气体保护焊熔滴过渡形式及冶金特性,1、CO2气体保护焊短路过渡的特点是什么2、在CO2气体保护焊中，减少焊接飞溅的措施有哪些,船舶CO2气体保护焊熔滴过渡形式及冶金特性,谢谢,