CO2焊接工藝規(guī)范以及缺陷成因和防止對策

摘要：通過文獻綜述、實驗研究和工藝優(yōu)化，首先確定了影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵工藝參數(shù)，包括焊接電流、電壓、速度和保護氣體流量。隨后，通過焊接試驗，研究了這些參數(shù)對焊接接頭微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。此外，還分析了焊接缺陷的形成機理，并基于試驗結(jié)果和理論分析，提出了一系列創(chuàng)新的防止措施，包括工藝參數(shù)優(yōu)化、焊接操作培訓(xùn)和嚴格的質(zhì)量控制流程。最后，通過實際焊接案例驗證了所提對策的有效性。研究結(jié)果表明，通過嚴格執(zhí)行焊接工藝規(guī)范和采取有效的缺陷防止措施，可以顯著提高CO2焊接接頭的性能，滿足工業(yè)應(yīng)用的高質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：焊接工藝；對策

焊接作為現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的金屬連接技術(shù)，在汽車、船舶、機械工程等多個領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。特別是在低碳鋼和低合金鋼的焊接結(jié)構(gòu)中，CO2焊接因其高效、經(jīng)濟和易于自動化的特點而被廣泛采用。然而，CO2焊接過程中可能出現(xiàn)的缺陷，如氣孔、裂紋、未熔合等，不僅影響焊接接頭的力學(xué)性能，還可能危及整個結(jié)構(gòu)的安全性能。本論文課題來源于工業(yè)界對于提高CO2焊接質(zhì)量的迫切需求，旨在深入研究CO2焊接工藝規(guī)范，探討焊接缺陷的成因，并提出有效的防止對策。

CO2焊接及其工藝規(guī)范

焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件達到結(jié)合的一種加工方法。按照電極焊接時是否熔化，可以分為熔化極焊和非熔化極焊；按照自動化程度分為手工焊、半自動焊、自動焊等。

CO2氣體保護電弧焊（Carbon-Dioxide Arc Welding）是利用CO2氣體作為保護氣體，使用焊絲作為熔化電極的電弧焊方法。

焊接工藝是指制造焊件所有關(guān)的加工方法和實施要求，包括焊接準備、材料選用、焊接方法、焊接參數(shù)和操作要求等。

CO2焊接作為一種廣泛應(yīng)用的焊接技術(shù)，其工藝規(guī)范對于確保焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率至關(guān)重要。本節(jié)將詳細介紹CO2焊接的工藝參數(shù)選擇、焊接前的準備工作、焊接過程控制以及焊后檢驗。

CO2焊接參數(shù)的選擇

焊接參數(shù)的選擇是CO2焊接中最關(guān)鍵的步驟之一。主要參數(shù)包括：焊接電流、焊接電壓和焊接速度。

根據(jù)焊絲直徑和焊接速度選擇合適的焊接電流（見圖1）。焊接電壓（見圖2）與焊接電流相匹配，以確保電弧的穩(wěn)定性。焊接速度（見圖3）取決于焊接電流、電弧電壓和焊絲直徑。保護氣體流量以確保熔池得到充分保護。

1.CO2焊接參數(shù)選取規(guī)范

人工CO2焊接參數(shù)規(guī)范見表1，普通機器人CO2焊接參數(shù)規(guī)范見表2。

CO2焊接最佳參數(shù)確定如下：

1）不同厚板的零件焊接時，規(guī)范參數(shù)可先按薄板選取，再按總厚板的算數(shù)平均值通過試片試焊修正。

2）生產(chǎn)現(xiàn)場可根據(jù)實際情況，對焊接參數(shù)進行初步設(shè)置。初選焊接參數(shù)都應(yīng)該經(jīng)過現(xiàn)場工藝試驗進行評定，其參數(shù)以焊接設(shè)備輸出為準，通過試焊選取最合適的焊接參數(shù)。

3）如果在有風環(huán)境下作業(yè)，如夏天吹風扇時，風扇不可對著焊接區(qū)，氣體流量應(yīng)適當加大（可以1L/min為步幅向上調(diào)整，最大不超過25L/min），以保證氣流有足夠強度，加強保護效果。

CO2焊接過程控制

1.焊前準備

焊接前準備是確保焊接質(zhì)量和可靠性的關(guān)鍵步驟。在這一過程中，需要考慮工作環(huán)境要求，車間通風設(shè)施良好，工作場所清潔整齊，工件擺放在專用的工位器具中；清理工件表面，尤其是焊縫兩側(cè)15～20mm的范圍（包括除油、去污、去塵等）。當采用瓶裝保護氣體時，若純度＜99.5%或含水量＞0.005%，應(yīng)采取措施提純或調(diào)換；當采用管道輸送氣體時，純CO2、Ar氣體，需廠家提供自檢合格報告；混合氣體配比優(yōu)先使用20%CO2＋80%Ar。確定焊絲干伸長L（L=10～12×焊絲直徑），L0.8=8～10mm，L1.0=10～12mm，L1.2=12～15mm（自動焊程序設(shè)定，人工焊以該值為參考）。選擇合適導(dǎo)電嘴、噴嘴（一般導(dǎo)電嘴內(nèi)徑應(yīng)比焊絲直徑大0.13～0.25mm，噴嘴直徑一般為10～22mm）。

2.焊接控制

（1）焊前準備" 在CO2焊接過程中，裝配間隙的合適控制對于確保焊縫熔深和質(zhì)量至關(guān)重要。按照經(jīng)驗以及工藝要求，保證裝配間隙應(yīng)小于薄板板厚。對于人工焊接、普通機器人焊接，每班焊接前需首先放氣

1～2s（注：首先接通主機和送絲機，再打開氣瓶/主管道氣閥，然后打開焊機通氣按鈕，持續(xù)1～2s，最后接通焊接電源）；對于CMT機器人焊接，每次焊接前需要放氣0.1～0.5s（焊機設(shè)定）。

（2）焊接過程控制" 焊接控制過程具體如下：

1）起弧應(yīng)在距焊縫始端0～5mm處。

2）對于焊縫較長或圓形工件焊接，為保證焊接質(zhì)量，要求首先進行定位焊。定位焊點應(yīng)符合工藝要求且不準有缺陷，對稱焊接以減少焊接變形.

3）保證焊絲潔凈，若發(fā)現(xiàn)焊絲被污染，應(yīng)及時停止焊接，進行清理或調(diào)換焊絲。

4）對于瓶裝普通CO2保護氣體，氣壓低于0.98MPa，應(yīng)停止使用。對于管道氣體，用氣口壓力初設(shè)為0.2～0.6MPa，定時查看，當壓力值不在規(guī)定范圍內(nèi)時，立即停止使用。

5）焊接順序是焊接過程中一個至關(guān)重要的因素，它直接影響到焊接接頭的力學(xué)性能和應(yīng)力分布。由于焊接過程中存在的不均勻加熱，焊接接頭將產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形，這會對接頭的強度和疲勞強度產(chǎn)生不利影響。對接接頭和搭接接頭的應(yīng)力分布通常不均勻，特別是在焊縫中存在工藝缺陷時，應(yīng)力集中現(xiàn)象更為明顯，這將對接頭的承載能力產(chǎn)生顯著影響。為減少焊接變形，可按照相應(yīng)的焊接順序進行焊接，焊接后對精度以及后續(xù)裝配無影響可適當?shù)恼{(diào)整焊接順序。

針對長梁滿焊，多采用從內(nèi)側(cè)向外側(cè)依次對稱段焊。針對短梁段焊，多采用從一側(cè)到另一側(cè)依次焊接。針對圓形焊道，多采用跳焊。若焊接順序發(fā)生變更，通常需重新進行試驗驗證以及焊接變形量。

3.CO2焊接手法

焊接手法是電弧焊程序自動控制的基礎(chǔ)，其中包括多種不同的焊接方法，具體見表3。對于長度超過10mm的規(guī)則焊縫，宜使用左焊法焊接。

1.焊后檢驗

1）焊道檢驗準備工作：清理飛濺、SiO2，MnO等氧化物（生產(chǎn)現(xiàn)場可根據(jù)實際情況及需求進行控制）。

2）規(guī)范：焊縫應(yīng)高低一致，寬窄相等，焊縫表面光滑平整或呈均勻的魚鱗狀焊波，不得有氣孔、裂紋、咬邊、弧坑、焊瘤及焊穿等焊接缺陷。

3）CO2焊接外觀質(zhì)量檢測。

2.常見焊接缺陷

1）氣孔：通常是由于焊接過程中氣體的卷入而形成，可能源自焊件表面的油污、銹蝕或焊接材料的濕氣。

2）裂紋：可能在焊接過程中或焊后由于熱應(yīng)力或材料的淬硬性而產(chǎn)生。

3）未熔合：發(fā)生在焊道與母材之間或焊道之間未完全熔化結(jié)合的部分。

4）咬邊：是由于焊接過程中電流過大或焊接速度過快，導(dǎo)致熔化的金屬被拉入焊縫而形成凹陷。

5）焊縫成形不良：可能由于焊接參數(shù)不當或焊接技術(shù)不佳而導(dǎo)致焊縫外觀不規(guī)則。

3.成因探討

1）氣孔成因：焊接材料的濕度、焊件表面的清潔度不足，以及保護氣體的不充分都可能導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生。

2）裂紋成因：材料的淬硬性、焊接應(yīng)力、熱處理不當以及材料中的硫、磷等雜質(zhì)含量過高都是裂紋形成的潛在原因。

3）未熔合成因：焊接電流過低、焊接速度過快、焊條角度不當或焊件表面不干凈都可能導(dǎo)致未熔合。

4）咬邊成因：焊接參數(shù)選擇不當，如電流過大或焊接速度不適當，是造成咬邊的主要原因。

5）焊縫成形不良成因：焊接技術(shù)、焊接參數(shù)和焊接操作者的技術(shù)水平都會影響焊縫的成形質(zhì)量。

防止對策

為了提高CO2焊接質(zhì)量并減少焊接缺陷，本研究提出了一系列防止對策，包括工藝優(yōu)化、材料選擇、操作培訓(xùn)和質(zhì)量控制等方面。

1.工藝優(yōu)化

焊接參數(shù)調(diào)整：根據(jù)焊件的厚度和材料類型，優(yōu)化焊接電流、電壓、速度和保護氣體流量等參數(shù)。

坡口設(shè)計：合理設(shè)計坡口形狀和尺寸，以確保焊縫的充分熔透和良好成形。

焊接順序：制定科學(xué)的焊接順序，以減少焊接應(yīng)力和變形。

2.材料選擇

焊絲選擇：選擇適合母材的焊絲，以確保焊縫的化學(xué)成分和力學(xué)性能。

保護氣體純度：使用高純度的CO2氣體或混合氣體，以提高保護效果。

3.操作培訓(xùn)

焊工技能培訓(xùn)：定期對焊工進行技能培訓(xùn)，提高其對焊接參數(shù)調(diào)整和焊接缺陷識別的能力。

焊接操作標準化：制定標準化的焊接操作流程，確保焊工按照規(guī)定程序進行焊接。

4.質(zhì)量控制

焊接過程監(jiān)控：實時監(jiān)控焊接過程，及時發(fā)現(xiàn)并調(diào)整異常情況。

焊后檢驗：對焊縫進行嚴格的外觀檢查和無損檢測，確保焊縫質(zhì)量。

缺陷分析與改進：對發(fā)現(xiàn)的焊接缺陷進行原因分析，并制定改進措施。

通過實施上述防止對策，可以顯著降低CO2焊接過程中焊接缺陷的發(fā)生率，提高焊接接頭的性能和結(jié)構(gòu)的安全性。

結(jié)語

本研究對CO2焊接工藝規(guī)范進行了深入的探討，系統(tǒng)地分析了焊接過程中可能出現(xiàn)的缺陷成因，并提出了一系列有效的防止對策。

通過本研究，得出以下主要結(jié)論：合理的焊接工藝參數(shù)選擇對于獲得高質(zhì)量的焊接接頭至關(guān)重要。通過工藝優(yōu)化、操作培訓(xùn)和質(zhì)量控制等措施，可以顯著降低焊接缺陷的發(fā)生率。本研究提出的防止對策在實驗中得到了驗證，證實了其有效性。對于提高現(xiàn)代制造業(yè)中CO2焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和可靠性具有重要意義。通過嚴格執(zhí)行焊接工藝規(guī)范和采取有效的缺陷防止措施，可以確保焊接結(jié)構(gòu)的安全性和耐用性。

盡管本研究取得了一定的成果，但仍有進一步研究的空間。未來的研究可以關(guān)注新型焊接材料的開發(fā)、焊接自動化技術(shù)的進步以及焊接過程的智能化控制。

參考文獻

[1] 唐亞紅，彭勇軍，陳阿海. IGM自動焊熔深不足缺陷的成因及防止對策[J].金屬加工（冷加工），2016（S1）：685-687.

[2] 劉衛(wèi)東.CO2氣體保護焊工藝探討[J].設(shè)備管理與維修，2023（22）：118-120.

[3] 王澤蔭.工業(yè)機器人CO2氣體保護焊焊接工藝研究[J].世界有色金屬，2021（2）：139-140.

[4] 孫登科.焊接機器人CO2氣體保護焊工藝研究實踐教學(xué)設(shè)計[J].焊接技術(shù)，2019，48（11）：75-77.

[5] 孫善乾.CO2氣體保護焊在管道焊接中的工藝探討及應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（23）：36.

[6] 潘燕武.在焊接工藝中二氧化碳保護焊的應(yīng)用[J].建材與裝飾，2017（24）：211-213.