生產(chǎn)制造中GMAW焊接飛濺降低實驗

張洪亮

摘要：混合氣體保護焊（GMAW）廣泛應用于重型工程機械的生產(chǎn)制造過程中，焊接飛濺是混合氣體保焊焊接中經(jīng)常遇到的一個焊接問題，焊接飛濺影響著產(chǎn)品外觀與質(zhì)量，如何在經(jīng)濟的基礎上降低焊接飛濺，是焊接加工中需探討與分析的一個問題，本文通過單因素對比實驗驗證，為實際生產(chǎn)中焊接飛濺的研究提供一種實驗方法。

關鍵詞：焊接飛濺 單因子實驗 mintab飛濺實驗 板材狀態(tài)實驗

1.焊接飛濺的危害

焊接飛濺會降低焊絲的熔敷系數(shù)，從而增加焊絲及電能的消耗，降低焊接生產(chǎn)效率，增加焊接成本。飛濺金屬粘著到導電嘴端面和噴嘴內(nèi)壁上，會使送絲不暢和氣體保護不良，同時較大直徑的飛濺粘到焊縫上，后續(xù)焊接如未能完全熔透飛濺，容易造成圓弧狀層間未熔，影響焊縫成形質(zhì)量。此外，飛濺金屬粘著焊縫及焊件表面上，需在焊后進行清理，這將增加焊接的輔助工時。焊接過程中飛濺出的金屬，還容易燒壞焊工的工作服，甚至燙傷皮膚，惡化勞動條件。清理焊接飛濺，致使工人工作空間塵埃飛揚，飛濺的清理導致塵埃污染，影響環(huán)境。在安全規(guī)范執(zhí)行不到位時，焊接飛濺甚至可能引發(fā)安全事故。

如何降低焊接飛濺，是各焊接生產(chǎn)企業(yè)面臨的一個問題。

2焊接飛濺的產(chǎn)生

焊絲在電弧熱等熱源的作用下，液體溶滴在各種作用合力下過度到母材焊縫，形成熔池。焊接時因受各種作用力的影響，熔化焊絲沒有全部過度到焊縫中，其中一部分以金屬飛濺物的形式損失。重工行業(yè)中目前焊接保護氣體大都采用富氬保護，常見碳鋼件焊接以碳鋼焊絲為主，半自動生產(chǎn)中為實現(xiàn)較快的焊接效率，實際生產(chǎn)中常常使用較大焊接電流（送絲速度），GMAW中常見的溶滴過渡形式有：短路過渡、粗滴過渡和噴射過渡，因富氬混合氣體保護焊中，當焊接電流較大時，溶滴過渡可實現(xiàn)噴射過渡，此時焊接過程穩(wěn)定飛濺少，焊縫成型質(zhì)量好。但當操作不當、焊接工藝選取不當、焊接電源電弧波動等情況下，焊接飛濺將增多，嚴重時，混合氣體保護焊接飛濺損失或高達20% [1]。

3.常用降低飛濺方法

影響半自動混合氣體保護焊焊接飛濺的因素包含：人員的操作、焊接電源的性能、焊接電源極性、焊接母材、母材的表面狀態(tài)、焊絲的類別（焊絲成分）、焊接模式、工藝參數(shù)的匹配、保護氣體成分（或流量）、焊接環(huán)境等等，生產(chǎn)實際中焊縫的母材及常用于焊接飛濺降低方法有：

3.1引入新型氣保焊焊接設備：

弧焊技術的不斷提升，新型焊機對焊工操作的經(jīng)驗要求越來越低（如電流電壓自動匹配），新型焊機自動調(diào)節(jié)及焊接電弧維穩(wěn)能力增強。新型焊接設備一方面通過焊接波形控制的優(yōu)化，控制焊接過程中溶滴過渡的穩(wěn)定性，減少焊接飛濺，如OTC ?Welbee系列低飛濺機型，焊接飛濺顯著降低，奧地利伏能士LSC系列焊機，焊機通過周期性焊絲回收，助于短路時溶滴的分離，實現(xiàn)焊接飛濺的降低。對于大型生產(chǎn)企業(yè)，焊機的引入，需要較大的成本投入，不適合大范圍推廣。

3.2使用防飛濺劑或遮蔽件的方法

使用遮蔽件，防止飛濺著落零件上，可用于便于固定遮蔽件的產(chǎn)品中，實際重工行業(yè)中并未廣泛適用;防飛濺劑可降低焊縫周邊飛濺與母材的粘連，從而降低飛濺。此類方法雖然不能從根部上解決飛濺的產(chǎn)生，但能降低產(chǎn)品附著的飛濺、提升產(chǎn)品外觀質(zhì)量、降低飛濺清理打磨的工時與費用方面起到很好的效果。另外，在對飛濺要求較高，單層單道焊縫，防飛濺劑使用較為常見，隨著技術進步，不影響焊接和噴涂質(zhì)量的油性防飛濺劑或能去的飛濺清理的較大提升。

3.3現(xiàn)有條件下優(yōu)化焊接工藝參數(shù)與焊接操作;

焊機型號、焊機電流電壓匹配，焊工操作角度，焊接位置等等都會影響GMAW半自動焊接過程中飛濺的大小。為降低產(chǎn)品飛濺量，通過樣件進行飛濺正交試驗，確定焊接飛濺影響因子，實現(xiàn)降低焊接飛濺，減少焊后清理打磨工作量，保證產(chǎn)品質(zhì)量。具有很大的實際意義。例如可進行DOE試驗，確定實際生產(chǎn)中的飛濺主導因素，進行專項的改進提升。

試驗挑選生產(chǎn)實際中具有可調(diào)整性影響因子：焊機型號、焊接電流、焊接電壓、氣體流量、氣體比例、焊槍前傾角[2]，進行1/4因子試驗，共進行16組試驗，為提高試驗數(shù)據(jù)準確性，進行一次重復試驗。試驗設計圖1所示

樣件采用如圖2所示搭接形式樣件，樣件材質(zhì)：Q345B，焊絲：ER70S-3，保護氣體：復氬混合氣體，所有試驗樣件準備條件相同，試驗前經(jīng)拋丸處理。

樣件焊接后統(tǒng)計飛濺數(shù)量，進行mintab軟件分析，結果如表1所示。

本次Minitab實驗表明，本組試驗因子中，焊機型號與焊接前傾角對焊接飛濺影響作用較大，在不更換焊接設備的前提下，規(guī)范焊接操作，對飛濺降低具有很大意義。試驗后期通過產(chǎn)品驗證，僅在規(guī)范焊工焊接前傾角的情況下，可降低10%清理產(chǎn)品清理工時。

4.板材表面狀態(tài)對焊接飛濺的影響

為驗證不同表面狀態(tài)是否對焊接飛濺有影響，通過相同工藝參數(shù)下不同零件表面狀態(tài)——浮銹面：鋼板來料狀態(tài)刷水靜置24小時處理;原始狀態(tài)：鋼板下料不做處理;拋丸面：進行拋丸除銹&軋制氧化皮，;

焊接完成后，直觀觀察樣件表面飛濺差異：飛濺少且各差異不大;對樣件進行射線探傷機宏觀腐蝕顯示，三種表面狀態(tài)焊縫內(nèi)部質(zhì)量無差異

結束語

混合氣體保護焊飛濺的產(chǎn)生受多方面因素影響，各影響因素之間存在交互影響，生產(chǎn)實際中通過各種實驗方法，準確找到生產(chǎn)中引起焊接飛濺的主要原因，從而實現(xiàn)降低焊接飛濺，降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻：

[1]王宗杰 熔焊方法及設備[M] .北京：機械工業(yè)出版社，2006

[2]曹玲利 張恒 某重型卡車縱梁軸套焊接飛濺問題研究[J].西安：汽車實用技術，2017