第43卷第11期2013年11月
Electric Welding Machine
Vol．43No．11Nov. 2013
邱瑞斌
（华西能源工业股份有限公司，四川自贡643000）
MPM 焊具有高效、优质、节能、自动化程度高、工人劳动强度低等特点，在锅炉膜式壁焊接领域摘要：
应用前景广阔。然而，由于焊接工艺控制不当，焊接过程中极易出现气孔、飞溅等缺陷，一直以来都制约着其发展。针对锅炉膜式水冷壁MPM 焊中出现焊接飞溅过大的缺陷，从焊接材料、保护气体组分、电源特性、熔滴过渡形式等方面进行分析，着重分析了以短路过渡形式进行焊接时，焊接飞溅产生的影响因素。并针对上述影响因素分别阐述了减少飞溅的工艺措施。
MPM 焊；飞溅；影响因素；防止措施关键词：
TG441.7A 中图分类号：文献标志码：10.7512/j.issn.1001-2303.2013.11.35DOI ：
1001－2303(2013) 11－0150-03文章编号：
Influence factors and preventive measures of MPM welding spatter
QIU Rui-bin
（China Western Power Industrial Co. ，Ltd. ，Zigong 643000，China ）
quality ，energy-saving ，Abstract ：MPM welding has broad prospects in the field of boiler membrane welding for its high efficiency ，
high automation and low labor intensity of workers etc.However ，because of inappropriate
control of welding procedure ，blowholes ，welding spatter are easily existed during welding, which always restricts its development. Since there are some defects happened this paper analyzes this problem from welding material ，components of shielding gas ，during MPM welding in membrane water wall ，
characteristics of power source and ways of metal transfer.And it also puts great emphasis on analyzing the influence factors of welding spatter during welding by the way of short-circuiting.Technology measures on reducing welding spatter are stated according to the influence factors above.
spatter ；influencing factors ；prevention measures Key words ：MPM ；
0前言
膜式水冷壁管屏自动焊（以下简称MPM 焊）一
种高效率、低成本的焊接技术，它以CO 2作为保护气体（有时采用CO 2+Ar的混合气体）进行焊接，可
具有适用范围广、抗同时焊接12条或更多的焊缝，
腐蚀能力强、便于监控、且适用于大电流焊接等特点。采用该技术大大提高了焊接质量和生产效率（比
比半自动CO 2气体保护焊高焊条电弧焊高10~15倍，
收稿日期：2013－07－24
作者简介：邱瑞斌（1985—），男，四川广元人，学士，助理工程
师，主要从事锅炉焊接技术开发、创新及推广应用等工作。2~3倍），降低了成本和劳动强度，改善了劳动条件。
因此MPM 焊在推广应用中，创造了良好的经济效益和社会效益。尽管MPM 焊优点众多，但其焊接过程存在的飞溅大、易产生气孔等缺点限制了MPM 焊的进一步推广应用。
1焊接飞溅的特点和危害
焊接飞溅的特点主要表现为：高温铁熔液以点滴状、线段状的形式向外飞溅而出。焊接飞溅的危害主要表现为：烧（烫）伤焊工的皮肤；引起火灾；飞溅物落到焊缝周围母材的表面，降低表面质量；焊后
附着尘土等，若不及时清理，会吸收空气中的水分、
焊接工艺
邱瑞斌：ＭＰＭ焊接飞溅的影响因素及其防止措施第11期
加快金属腐蚀；带走部分金属和能量，造成金属材
料和能源浪费；焊后清理工作量加大[1]。
2MPM 焊产生飞溅的原因
MPM 焊采用短路过渡时，飞溅总是发生在短路小桥破断的瞬间。飞溅的大小决定于焊接条件，它常常在很大范围内改变。一般认为飞溅是短路小
当熔滴与熔池接触时，熔滴成为桥电爆炸的结果。
焊丝与熔池的连接桥梁，所以称为液体小桥，并通过该小桥使电路短路。短路之后电流逐渐增加，小桥处的液体金属在电磁收缩力的作用下急剧收缩，形
随着电流的增加和缩颈的减小，小成很细的缩颈。
桥处的电流密度很快增加，对小桥急剧加热，造成过剩能量的积聚，最后导致小桥发生气化爆炸，同时引起金属飞溅。可见，要想杜绝MPM 焊时的飞溅是不可能的，所以如何减少飞溅是值得研究的问题。
10~20mm ，焊接过程中应尽可能维持焊丝伸出长
度不变。另外，施焊时在不影响焊工操作视线的情况下，应尽可能采用短弧焊接，一般焊丝与熔池的距离（即电弧的长度）为2~8mm 。电弧过长，增大了喷嘴与焊件之间的距离，保护效果变差，易产生气孔；电弧过短，焊丝与母材易碰撞发生短路，飞溅过大，焊接无法正常进行。
2.4由极点压力引起的焊接飞溅
熔滴在极点压力的作用下很容易形成飞溅。MPM 焊采用直流正接时，熔滴会受到正离子的压力（也可以说是冲击力），这一压力比反接时大得多，此时熔滴变得粗大，飞溅明显增加。
2.5熔滴过渡方式引起的飞溅[2]
2.1焊接材料的因素引起的焊接飞溅
焊丝含碳量过高，在焊接过程中会因氧化还原
作用剧烈而引起较大的飞溅，并产生气孔。
目前国内的CO 2气保焊焊丝多采用镀铜作为保护层，并以化学镀为主。化学镀层结合强度低、镀铜层不均匀、易掉铜屑，且镀铜层易生锈、保存时
国内焊丝锈蚀主要是基体与镀铜层界面生锈。间短。
进行短路过渡焊接时，短路电流增长速度过
小，发生大颗粒飞溅，甚至焊丝大段爆断而使电弧熄灭；短路电流增长速度过大，则产生大量小颗粒金属飞溅。为了调节短路电流增长速度，焊接回路中须串接一定数值的电感。目前市场上的一些整流焊机都能够很好的控制这点。
2.6弧焊电源动特性引起的飞溅
2.2保护气体的因素引起的焊接飞溅
由于CO 2气体的氧化性，生成的CO 不能及时
熔滴中的CO 气体在电弧高温逸出熔池，使熔池、
作用下急剧膨胀而激烈爆炸形成飞溅。为了减少飞
）混合气体代替纯CO 2溅的产生，可以采用（Ar+CO2
气体，如加入20%~30%的氩气。由于随着含氩量的增加，电弧形态和熔滴过渡特点发生了改变，燃弧时电弧的弧根扩展，熔滴的轴向性增强。一方面使得短路小桥出现在焊丝和熔池之间，熔滴容易与熔池汇合；另一方面，熔滴在轴向力的作用下，得到较均匀的短路过渡过程，短路峰值电流也不高，有利于减少飞溅率。
2.3焊丝伸出长度引起的焊接飞溅
弧焊电源的动特性是指负载状态发生突然变化时，电流响应的过渡过程。对于MPM 焊短路过渡来说，由于存在金属熔滴短路过渡，使负载状态常
而且，从燃弧到短路以及在燃弧和短路之间切换。
从短路到燃弧的过渡过程对焊接飞溅影响明显。焊机的动特性直接影响焊接的飞溅量，因为焊机的动态响应快慢影响短路电流的增长率和峰值。如果动态响应速度太快，短路电流增长速度较快，峰值电流也高，很容易在短路液桥形成之前就引起爆断和飞溅，这种飞溅的特点是频率较高的小颗粒飞溅；如果动态响应速度太慢，短路电流增长速度较慢，峰值电流也低，电流的收缩力不足以保证短路液桥顺利过渡，短路电流继续增长，当短路电流能量积累到较大时，短路液桥爆断并引起飞溅，这种飞溅的特点是频率较低，颗粒较大[3]。
MPM 焊时，焊丝伸出长度增加，焊丝上电阻增
生产率提高。但过大时，会发加，熔化速度增加快、
生焊丝过热，使焊丝成段熔断、造成飞溅，破坏焊接过程的稳定性，并使气体保护效果下降；伸出长度过小时，不但会阻挡焊工的视线，而且喷嘴易堵塞，同样会破坏过程稳定和降低气体保护效果。通常焊丝伸出长度以10~12倍焊丝直径为宜，一般都在
2.7引起飞溅的其他原因
（1）焊接区域有油、锈、水分等污染会导致较大的
飞溅。
（2）导电嘴与焊丝不匹配或导电嘴磨损严重时，会导致电弧不稳定，焊接飞溅加大。施焊前应注意检查导电嘴与焊丝是否匹配；导电嘴磨损严重时，及时更换导电嘴。
焊接工艺
第43卷
（3）送丝不均匀导致焊接电弧无法稳定，使焊接飞溅加剧。此时应对送丝机构进行检查，如送丝滚轮的压紧度、送丝软管是否被堵塞或存在急弯现象
另外，通过改进送丝系统，采用脉冲送丝代替常等。
规的等速送丝，使熔滴在脉动送进的情况下与熔池发生短路，使短路过渡频率与脉动送丝的频率基本一致，每个短路周期的电参数的重复性好，短路峰值电流均匀一致，其数值也不高，从而降低飞溅。
3
3.1
减少MPM 焊接飞溅的措施
正确选择工艺参数
法等可降低飞溅率，但飞溅量仍然较大。在CO 2气体
是减少颗粒过渡焊金属中加入一定数量的Ar 气，
飞溅最有效的方法。
在CO 2气体中加入Ar 气后，改变了纯CO 2气体的物理性质和化学性质。随着Ar 气比例增大，
CO 2+Ar混合气体不仅克服了飞溅，飞溅逐渐减少。
也改善了焊缝成型，对焊缝溶深、焊缝高度和余高都有影响[5]。
当φ（Ar ）=60%时可明显减小过渡熔滴尺寸，甚至得到喷射过渡，改善了熔滴过渡特性，减小金属飞溅。
（1）焊接电流和电压。在CO 2电弧中，对于每种直径的焊丝，其飞溅
在小电流区率和焊接电流之间都存在一定的规律。
域（短路过渡区域）飞溅率较小，进入大电流区域后（细颗粒过渡区域）飞溅率也较小，而中间区的飞溅率最大。电流小于150A 或大于300A 时飞溅率都较小，介于两者之间的飞溅率较大[4]。
在选择焊接电流时，尽可能避开飞溅率高的电流区域。电流确定后再匹配适当的电压，以确保飞溅率最小，MPM 焊采用直流反接有利于减少飞溅。
（2）焊枪角度。
焊枪垂直时飞溅量最小，倾斜角度越大，飞溅越多。焊枪前倾或后倾最好不要超过20°。
（3）焊丝伸出长度。
焊丝伸出长度对飞溅也有影响。焊丝伸出长度要适当，通常焊丝伸出长度以10~12倍焊丝直径为
焊接过程中应尽可能维宜，一般都在10~20mm ，
持焊丝伸出长度不变。电弧过长，增大了喷嘴与焊件之间的距离，保护效果变差，易产生气孔。电弧过短，焊丝与母材易碰撞发生短路，飞溅过大，焊接无法正常进行。
（4）电源外特性。
MPM 焊的弧焊电源应具有适当的动特性。
3.4短路过渡焊接时限制金属液桥爆断能量
在短路过渡焊接时，合理选择焊接电源特性并匹配合适的可调电流，当采用不同直径的焊丝焊接时均可调得合适的短路电流增长速度。
3.5采用低飞溅率焊丝
（1）对于实芯焊丝，在保证机械性能的前提下，尽可能降低其中含碳量，并添加适量的钛、铝等合金元素。无论颗粒过渡焊接或短路过渡焊接都可显著减少由CO 等气体引起的飞溅[6]。
（2）采用以Cs 2CO 3、K 2CO 3等物质活化处理过的焊丝，进行正极性焊接。
（3）采用药芯焊丝。采用药芯焊丝的金属飞溅率约为实芯焊丝的1/3。
4结论
MPM 焊时产生飞溅的因素是多方面的。为了减少
性能优飞溅的产生，除选择合适的焊接工艺参数、
良的焊机及过硬的操作技能外，在焊接过程中应注意观察，积极分析飞溅产生的原因，遵循本研究提及的几点措施，便能有效地控制飞溅缺陷，提高焊缝一次合格率，获得满意的焊接质量。
参考文献：
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3.2选用合适的焊丝材料和保护气体成分
（1）尽可能选用含碳量低的钢焊丝，以减小焊
接过程中生成的CO 气体。实践表明，当焊丝中含碳
可大大减少飞溅。量降低到0.04%时，
（2）
采用管状焊丝进行焊接。由于管状焊丝的药芯中含有脱氧剂、稳弧剂等造成气-渣联合保护，使焊接过程中非常稳定，飞溅可明显减小。
3.3
在长弧焊时采用CO 2混合气作保护气
虽然通过合理选择规范参数以及采用潜弧方