低碳钢薄板的二氧化碳气体保护焊探析

张志丹 程林 王东

摘 要：为了提高低碳钢薄板焊接质量，本文选取二氧化碳气体保护焊作为焊接工艺，依据薄板焊接需求，合理选取设备及材料，设定二保焊参数工作范围及数值，调节电流级性，提出二保焊方案设计研究。另外，针对焊接飞溅问题，制定了一些保障措施，旨在完善低碳钢薄板焊接方案。

关键词：二氧化碳气体保护焊;薄板;焊接

焊接是重金属连接主要方式，对制造业发展至关重要。目前，应用比较多的焊接方式有3种，包括钎焊、压焊、熔焊[1]。其中，熔焊类焊接方式成本较低，能够很好的控制变形量，生产效率较高，因而得到各大生产厂家的青睐。二氧化碳气体保护焊（简称二保焊）属于熔焊类，在车辆制造、矿山机械生产中应用较多，目前关于此项技术的研究集中在低碳钢薄板应用层面。

一、低碳钢薄板材料分析

大部分机械设备焊接的母材料为低碳钢，这种材料厚度仅有4mm，型号为Q235，采用对接平缝焊接工艺制造。此材料塑性较好，含碳量偏低，且淬硬倾向较小，是焊接的最佳材料。由于焊件厚度仅有4mm，如果采用预熱、控制温度、材料热处理等一系列处理工艺，容易导致材料长期处于高温状态，焊接失败[2]。因此，通常情况下，在对此材料进行焊接时，不需要经过复杂的焊接工艺处理，简化了焊接工艺流程，得到了广泛应用。

由于材料融化期间容易受到冷空气侵袭，降低焊接温度，对焊接操作造成影响，因而采取一定保护措施显得尤为重要。二保焊工艺可以解决此问题，利用二氧化碳气流保护电弧和熔池，避免遭受冷空气入侵。

二、二氧化碳气体保护焊原理

二保焊是以二氧化碳气体作为保护工具，使得电弧焊得以顺利进行。其工作原理为：在焊件和焊枪上分别焊接电源输出端，利用送丝机构操控盘状焊丝，通过导电嘴、软管传送电流，形成电弧区域。与此同时，设定焊接作业流量及压力，按照设定参数，向焊枪输送细丝二保焊气体，该气体经过喷嘴，产生保护气流。电弧和熔池受到此气流冲击，不会影响正常作业，而是隔绝了冷空气，达到了保护焊接操作的目的。在作业过程中，焊枪按照某个方向移动，熔池金属温度降低，逐渐固化形成焊缝，成为一体化焊件。

三、二氧化碳气体保护焊方案

1、设备及材料的选取

本研究选取NBC-250型号的半自动焊机作为二保焊设备，采用的焊接材料为 1.2mm焊丝，此材料型号为ER50-6。

2、方案设计

二保焊作业方案设计，依据焊接要求，合理设定各项参数工作范围或者具体数值，确保电压、电流、焊接速度等操控参数能够满足二保焊操作要求。另外，控制焊丝伸长长度，合理设定气体流量数值，调节电流级性，创造良好的焊接环境，使得低碳钢薄板二保焊得以实施。

（1）参数范围设定

二保焊涉及到的参数包括电压、电流、焊接速度3项。其中，焊接电流的设定，需要综合分析熔滴过渡形式、焊接位置、电流直径大小设定，当电流数值逐渐增加时，余高、焊缝宽度及厚度都应该随之增加，才能保证电流参数满足二保焊操作需求。通常情况下，当焊丝直径大小为0.8mm时，焊接电流颗粒过渡为150～250A，短路过渡为60～160A;当焊丝直径大小为1.2mm时，焊接电流颗粒过渡为200～300A，短路过渡为100～175A;当焊丝直径大小为1.6mm时，焊接电流颗粒过渡为350～500A，短路过渡为100～180A;当焊丝直径大小为2.4mm时，焊接电流颗粒过渡为500～750A，短路过渡为150～200A。按照此范围设定原则，根据工程焊丝直径大小，设定焊接电流范围。本项目薄板部分焊丝直径大小为1.2mm，设定电流150A。设定该工作电流数值的原因在于短路过渡，飞溅幅度较小，电弧电压稳定，不需要过高电流，便可以完成焊接操作。

关于电压数值范围的设定，要求该数值与焊接电流配合，以保证焊接操作稳定性。电弧电压与电流之间存在正比关系，当电流数值增加时，电弧电压也将随之增加。当电流处于短路过渡状态时，即60～200A，电弧电压数值范围设定为16～24V;当电流处于细滴过渡状态时，如果焊丝直径范围为1.2～3.0mm，则电弧电压范围设定为25～36V。综合考虑电流取值150A，焊丝直径1.2mm，本研究电弧电压取值为20V。

焊接速度参数的设定，如果设置数值过大，焊缝厚度和宽度就会过小，不仅会降低气体保护效果，而且在焊接处会出现气孔，影响焊接质量。如果设置数值过小，焊接形变量较大，生产效率偏低。通常情况下，二保焊工艺设定的焊接速度范围15～30m/h。本文结合焊接直径、电压、电流数值的设定，选取20m/h作为本研究焊接速度。

（2）焊丝伸长长度控制

焊丝直径决定了焊丝伸长长度，所以关于焊丝伸长长度的控制，按照伸长长度与直径之间的关系进行合理控制。通常情况下，焊丝直径10倍数值记为伸长长度，不得超出15mm。因焊丝直径为1.2mm，所以本研究焊丝伸长长度设定为12mm。

（3）气体流量设定及电流级性调节

二氧化碳气体流量参数值的设定，根据焊丝的粗细确定。通常情况下，焊丝为细丝时气体流量设定范围8～15L/min;焊丝为粗丝时气体流量设定范围15～25L/min。本研究焊丝直径只有4mm，属于细丝，确定设定范围8～15L/min。在此基础上，综合电流、电压等参数值的设定，将气体流量设定为12L/min。

直流反接可以减小焊接材料飞溅，有助于电弧稳定控制，所以，本研究采取直流反接方式控制电流极性。

3、实施保障措施

考虑到二保焊实施过程中容易发生飞溅，导致焊丝熔化大量金属，增加焊接成本，降低焊接生产效率。不仅如此，因二保焊飞溅，还会导致焊缝产生大量气孔，喷嘴内粘贴杂物，大大降低了焊接质量。为了保证二保焊得以顺利实施，本文提出以下保障措施：

第一，焊丝材料的选取，要求材料含有硅、猛脱氧元素，从而控制焊丝中碳含量。

第二，采用直流反接方式接入电源，以此减小飞溅幅度。

第三，根据焊接工艺参数之间的关系，经过综合分析，测试各个参数设定是否符合要求，如果测试期间发生异常，适当调节参数数值，直至飞溅幅度达到允许范围，确定参数设定方案。

总结

本文围绕低碳钢薄板二保焊工艺展开研究，通过分析二保焊应用优势，选取该项技术作为低碳钢薄板焊接技术。依据焊接需求，合理选取设备及材料，设定各项参数工作范围或者具体数值，调节电流级性，形成完整的二保焊方案。为了保证二保焊工艺得以正常实施，本文提出了一些保障措施。

参考文献

[1]洪波，易世洪，庞争林，等.窄间隙CO2气体保护焊的磁控焊缝跟踪方法[J].焊接学报， 2017，38（11）：1-6.

[2]孙景南，吴斌，陈晨，等.斜45°大直径管CO2气体保护焊焊接工艺[J].轨道交通装备与技术，2017（3）：50-52.