CO2焊在KP3500钻杆上的应用等多篇.docx

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CO2焊在KP3500钻杆上的应用等多篇

CO2焊在KP3500钻杆上的应用

　　　　　　　　　　　　　　　　金牛集团郑州勘察机械有限公司（450007）付龙

　　　　　　　　　　　　　　　　哈尔滨锅炉厂有限责任公司（150046）季文波

　　我公司自行开发研制的KP3500全液压式工程钻机获得国家"九五"计划科技进步奖。

钻机在施工中所需要的钻杆数量大，焊接质量要求高，而我们传统的焊接方法是手工电弧焊，劳动强度大，工作效率低，焊接质量也不稳定，工地时有钻杆断裂的现象。

为了发挥CO2焊的优势，扩大其在生产中的应用，提高工作效率，我们采用了半自动CO2焊。

焊接结构如图1所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1焊接结构示意图

1焊前准备

（1）钻杆管体为Ф325×25mm的20钢，法兰为35钢，选用φ1.2mm的H08Mn2SiA焊丝，CO2气体纯度不低于99.5%，其含水量不超过0.005%。

为了消除气体中的水分和杂气，应使用倒置过的甁装气体（翻转架上进行），使用前将瓶内杂气放净（一般2~3min）。

采用NBC-450型焊机。

（2）焊前对坡口形式及尺寸按图纸规定要求进行检查，正确无误后再组合点固。

钻杆采用U形坡口，坡口形式及尺寸见图2。

（3）将坡口及周围10~20mm范围内清理干净，不得有铁锈、油污、水和涂料等异物。

（4）定位焊缝应保证焊透，无夹渣、气孔、裂纹等缺陷，焊缝应有足够的强度。

定位焊缝所用焊丝和正式焊缝所用焊丝相同。

（5）在钻杆管两端孔内填塞保温材料，一是起保温缓冷作用，二是堵住管内穿堂风。

2焊接工艺

（1）将组合定位好的钻杆一端放置在转台上，另一端卡在变位器转盘上。

焊接时须在焊接工艺最佳位置"O"点起焊。

"O"点偏离中心15~30mm，（即采用下坡焊方式），见图3。

（2）焊接工艺参数见表1，正面焊5层，背面焊一层。

气体流量为18~25L/min。

（3）先焊外环缝。

因为管内已填有保温材料，这样先焊外环缝能起到缓冷保温作用。

层间必须用角向磨光机清理飞溅物，如发现有夹渣、气孔、裂纹等缺陷需铲除后再焊，以免影响焊接质量。

（4）每层焊完后应立即清除喷嘴和导电嘴上的飞溅物及夹杂物，并涂抹防飞溅液以确保良好的效果。

为减小内外圈温差影响，采用石棉保温。

焊内焊缝时管内保温材料往里推进。

清理内焊缝步骤同外环缝。

焊完后将保温材料移回到焊缝上继续保温。

焊完一端后掉头以同样的方法焊接另一端的焊缝。

（5）焊接第2~5层焊缝时需进行摆动。

（6）焊后进行热处理或振动时效处理。

（7）每个焊口约需焊接50min。

3焊后检验

　　焊缝要平整光滑，弧坑应填满，清除表面飞溅物。

焊工在规定处打上焊工代号，然后做X光探伤检验。

达到GB3323-87标准二级以上的要求，并对相同焊接参数的试件进行力学性能试验达到母材的强度要求。

4结论

　　经过几年的实际应用，工地钻杆断裂现象大大减少。

采用此种工艺完全可以取代传统的手工电弧焊。

手工电弧焊飞溅大，焊材消耗多，需层层清渣且易夹渣。

而CO2焊避免了层层清渣，飞溅也少，降低了焊工的劳动强度，提高经济效益，保证了焊接质量。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作者简介：

付龙，1969年生，焊接技师。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　选自《焊接》2002年第2期

焊接工艺指导书（CO2焊）

一、  基本原理

CO2气体保护焊是以可熔化的金属焊丝作电极，并有CO2气体作保护的电弧焊。

是焊接黑色金属的重要焊接方法之一。

二、  工艺特点

1.  CO2焊穿透能力强，焊接电流密度大（100-300A/m2　　），变形小，生产效率比焊条电弧焊高1-3倍

2.  CO2气体便宜，焊前对工件的清理可以从简，其焊接成本只有焊条电弧焊的40%-50%

3.  焊缝抗锈能力强，含氢量低，冷裂纹倾向小。

4.  焊接过程中金属飞溅较多，特别是当工艺参数调节不匹配时，尤为严重。

5.  不能焊接易氧化的金属材料，抗风能力差，野外作业时或漏天作业时，需要有防风措施。

6.  焊接弧光强，注意弧光辐射。

三、  冶金特点

CO2焊焊接过程在冶金方面主要表现在：

1.  CO2气体是一种氧化性气体，在高温下分解，具有强烈的氧化作用，把合金元素烧损或造成气孔和飞溅等。

解决CO2氧化性的措施是脱氧，具体做法是在焊丝中加入一定量脱氧剂。

实践表明采用Si-Mn脱氧效果最好，所以目前广泛采用H08Mn2SiA/H10Mn2Si等焊丝。

四、  焊接材料

1.  保护气体CO2

  用于焊接的CO2气体，其纯度要求≥99.5%，通常CO2是以液态装入钢瓶中，容量为40L的标准钢瓶可灌入25Kg的液态CO2，25Kg的液态CO2约占钢瓶容积的80%，其余20%左右的空间充满气化的CO2。

气瓶压力表上所指的压力就是这部分饱和压力。

该压力大小与环境温度有关，所以正确估算瓶内CO2气体储量是采用称钢瓶质量的方法。

（备注：

1Kg的液态CO2可汽化509LCO2气体）

  CO2气瓶外表漆黑色并写有黄色字样

  市售CO2气体含水量较高，焊接时候容易产生气孔等缺陷，在现场减少水分的措施为：

1）  将气瓶倒立静置1-2小时，然后开启阀门，把沉积在瓶口部的水排出，可放2-3次，每次间隔30分钟，放后将气瓶放正。

2）  倒置放水后的气瓶，使用前先打开阀门放掉瓶上面纯度较低的气体，然后在套上输气管。

3）  在气路中设置高压干燥器和低压干燥器，另外在气路中设置气体预热装置，防止CO2气中水分在减压器内结冰而堵塞气路。

2.  焊接材料（焊丝）

1.）焊丝要有足够的脱氧元素

2.）含碳量Wc≤0.11%，可减少飞溅和气孔。

3.）要有足够的力学性能和抗裂性能。

焊丝直径及其允差（GB/T8110-1995）

焊丝直径mm  允许偏差

φ0.5；φ0.6  +0.01，-0.03

φ0.8，φ1.0

φ1.2，φ1.6，  +0.01，-0.04

φ3.0；φ3.2  +0.01，-0.07

五．焊接设备（略）

六．焊接工艺

序号  型号  牌号  规格  适用范围

1  ER49-1  H08Mn2SiA  φ1.2  Q235.20#.20g.2OR、16MnR间焊接

2  ER50-6  /  φ1.2  Q345.16MnR等间焊接

3  ER49-1  H08Mn2SiA  φ1.2  Q235.20#.20g.2OR

Q345.16MnR间焊接

对接平焊（I型坡口）

板厚mm  焊丝

直径  焊接电流A  焊接电压

V  焊接速度

Cm/min  焊丝干伸长mm  气流量L/min  层数

6  φ1.2  120-140  20-22  50-60  10-12  10-15  2

8  φ1.2  130-150  21-23  45-50  10-12  10-15  2

10  φ1.2  200-250  24-26  45-50  10-12  10-15  3

14  φ1.2  280-320  28-34  35-45  10-12  12-18  5

20  φ1.2  360-400  34-38  35-40  10-12  15-20  7

角焊（（I型坡口）

板厚mm  焊丝

直径  焊接电流A  焊接电压

V  焊接速度

Cm/min  焊丝干伸长mm  气流量L/min  层数

6  φ1.2  150-180  22-25  50-60  10-12  10-15  1

10  φ1.2  200-250  24-26  45-50  10-12  10-15  2

14  φ1.2  280-320  28-32  35-45  10-12  12-18  2

20  φ1.2  360-400  34-38  35-40  10-12  15-20  3

备注:

对接间隙为1-1.5毫米

缺陷名称  产生原因

气孔  1.CO2气体不纯或供气不足

2.焊接时候卷入空气

3.预热器不起作用

4.焊接区域风大，气体保护不好

5.喷嘴被飞溅物堵塞，不通畅。

喷嘴与工件距离过大

6.焊件表面油污、锈蚀处理不彻底

7.电弧过长，电弧电压过高

8.焊丝中Si-Mn含量不足

咬边  1.电弧过长，电弧电压过高

2.焊接速度过快、焊接电流过大

3.焊工摆动不当

焊缝成型不良  1..工艺参数不合适

2.焊丝矫正机构调节不当

3.送丝轮中心偏移

4.导电嘴松动。

电弧不稳  1.外界网络电压影响

2.焊接参数调节不当

3.导电嘴松动。

4.送丝机构、导电嘴堵塞等。

飞溅  1..焊接电参数调节不匹配

2.气流量过大

3.工件表面过于粗糙

4.焊丝伸出长度过长

未焊透  1.焊接电流太小，送丝不当

2.焊接速度过快或过慢

3.坡口角度太小，间隙过小

4.焊丝位置不当，对中性差

5.焊工技能水平

七．CO2焊常见缺陷及其产生原因

编制：

***      审核：

***    日期：

***

CO2气体保护焊焊接工艺设计及在工程机械中的应用

湖南衡阳财经工业职业技术学院（421008）邱葭菲　

邱葭菲湖南重型汽车配件厂（421000）　王立　　

【摘要】通过对CO2气保焊、富氩气保焊、焊条电弧焊3种焊接方法进行焊接接头试验和对比分析,以及在工程机械中的应用,证明了CO2气保焊具有成本低,效率高,焊接质量好等优点。

介绍了CO2气保焊焊接操作技术及需注意的一些问题,对CO2气保焊焊接工艺设计及其应用具有一定的指导作用。

关键词:

　CO2气保焊；焊接工艺；工程机械　

　某制造厂为一大型工程机械公司生产100多米高的塔式起重机等工程机械部件,这些部件均为焊接件,焊接工作量大,焊接质量要求较高,技术难度较大。

原采用焊条电弧焊,焊接变形大且难以控制,生产率低。

通过对CO2气保焊、富氩气保焊及焊条电弧焊进行对比工艺试验及评定,决定除对个别有外观要求的焊缝采用富氩气体保护焊外,其余均采用CO2气保焊。

生产实践证明,这样既保证了焊接质量,又提高了劳动生产率,降低了成本,取得了较好的经济效益。

1焊接接头情况及焊缝技术要求　　

1）焊接接头形式有对接接头、角接接头、T形接头及搭接接头,其中绝大部分是T形接头。

2）焊缝形式有对接焊缝及角焊缝,大部分为角焊缝,由于板厚不同,焊脚分别为6mm,8mm,10mm,12mm,15mm不等。

3）母材主要为碳素结构钢板Q2352A,规格有6mm,8mm,10mm,12mm,20mm,25mm等几种。

4）焊缝外观要求　焊缝及热影响区表面不得有裂纹、气孔、夹渣、未熔合等缺陷。

焊缝形状尺寸符合图样要求,焊缝与母材平滑过渡。

部分焊缝要求超声波探伤合格。

2　焊接试验　　参照JB4708-2000《压力容器焊接工艺评定》,进行CO2气保焊、富氩气保焊、焊条电弧焊对接接头力学性能试验,T形接头角焊缝试验及CO2气保焊、富氩气保焊飞溅成形工艺性能,进行对比分析。

2.1　对接接头力学性能试验　　

1）试验材料　Q235-A,300mm×125mm×10mm,2块；焊条电弧焊开60V形坡口,CO2气保焊、富氩气保焊开45V形坡口,单面焊双面成形。

2）焊接方法及焊接材料　焊条电弧焊,E4303,φ3.2mm,φ4mm；CO2气保焊、富氩气保焊焊丝ER50-6,5φL2；富氩气:

80%Ar+20%CO2。

3）检验内容　外观检查,RT检验,力学性能试验（拉力试验、弯曲试验）。

2.2T形接头角焊缝试验　　

1）材料　Q235-A,300mm×125mm×10mm,2块,不开坡口,单道焊。

2）焊接方法及焊接材料　焊条电弧焊,焊条E4303,φ3.2mm；CO2气保焊、富氩气保焊,焊丝ER50-6,φL2mm；富氩气:

80%Ar+20%CO2。

3）检验内容　外观检查,切取5个截面进行金相宏观检查。

要求断面无裂纹,无未焊透,无未熔合缺陷。

2.3　T形接头角焊缝成形、飞溅试验试验条件同2.2,通过对比试验对CO2气保焊、富氩气保焊进行外观成形及飞溅大小进行评定。

3　焊接试验结果分析　　

1）从对接接头焊缝力学性能试验可知,3种焊接方法的焊接接头外观检查符合要求,RT检验均高于Ê级合格,焊接接头的抗拉强度以富氩气保焊最高,CO2气保焊次之,焊条电弧焊最低,这是因为富氩气保焊氧化性较少,合金元素烧损较少所致,但它们均高于母材规定的最小值。

按规定的弯曲角,每个试件面弯、背弯各2个,弯曲试验合格。

这说明3种焊接方法及焊接工艺的焊接接头力学性能试验合格。

但富氩气保焊、CO2气保焊坡口角度较少,钝边较大,比焊条电弧焊生产率高,节省材料,成本低,焊接变形少。

这是因为气体保护焊焊丝较细,电流密度大,熔深大,电弧穿透力强,易焊透所致。

2）从T形接头角焊缝试验可知,3种焊接方法的熔深大小分别为:

富氩气保焊熔深略大于CO2气保焊,大于焊条电弧焊,每个试件的5个断面根部均未出现裂纹、未熔合、未焊透缺陷,宏观金相检验合格。

3）从T形接头角焊缝飞溅、成形试验可知,富氩气保焊的飞溅较小,最大飞溅颗粒直径大小为φ1.5mm～φ2mm,CO2气保焊飞溅稍大,最大飞溅颗粒直径为φ3mm～φ4mm；富氩气保焊焊缝表面较CO2焊波纹细密,成形美观。

　综上所述:

3种焊接方法及焊接工艺均能满足力学性能要求及宏观金相要求。

但CO2气保焊、富氩气保焊,焊丝较细,电流密度大,热量集中,电弧穿透力强,熔深大,可以减少坡口角度,增加钝边厚度,节省材料,提高劳动生率,降低焊接应力与变形。

富氩气保焊较CO2气保焊成形美观,飞溅小,但成本较高。

所以除了对极小数外观要求较高的焊缝采用富氩气保焊外,其余均采用CO2气保焊。

4　焊接工艺　　

4.1　焊前准备　　

1）清除待焊部位及两侧10～20mm范围内的油污、锈迹等污物,并在焊件表面涂上一层飞溅防粘剂,在喷嘴上涂一层喷嘴防堵剂。

2）将CO2气瓶倒置1～2h,使水分下沉,每隔0.5h放水1次,放2～3次。

3）根据焊接工艺试验编制焊接工艺。

焊丝ER5026,φ1.0mm,φL2mm,焊机KRII350。

4）采用左焊法。

4.2　焊接操作工艺　　

4.2.1　对接焊缝操作工艺　　

1）由于CO2气保焊熔深大,在板厚小于12mm时均可用工形坡口（不开坡口）双面单道焊接。

对于开坡口的对接接头,若坡口较窄,可多层单道焊;若坡口较宽,可采用多层多道焊。

2）焊接过程中,焊枪横向摆动时,要保证两侧坡口有一定熔深,使焊道平整,有一定下凹,避免中间凸起,这样会使焊缝两侧与坡口面之间形成夹角,产生未焊透、夹渣等缺陷。

3）要控制每层焊道厚度,使盖面焊道的前一层焊道低于母材1.5～2.5mm,并一定不能熔化坡口两侧棱边,这样盖面时可看清坡口,为盖面创造良好条件。

4）盖面焊焊接时,焊前应将前一层凸起不平的地方磨平,焊枪摆动的幅度比填充层要大一些,摆动时幅度应一致,速度要均匀,要特别注意坡口两侧熔化情况,保证熔池边缘超过坡口两侧棱边,并不大于2mm,以避免咬边。

5）若每层用多道焊时,焊丝应指向焊道与坡口、焊道与焊道的角平分线位置,并且焊道彼此重叠不小于焊道宽度的1ö3。

4.2.2　角焊缝操作工艺　　

1）角焊缝焊接时,易产生咬边、未焊透、焊缝下垂等缺陷,所以应控制焊丝的角度。

等厚板焊接时,焊丝与水平板的夹角为40°～50°。

不等厚板时,焊丝的倾角应使电弧偏向厚板,板厚越厚,焊丝与其夹角越大。

2）对于焊脚为6～8mm的角焊缝,采用单层单道焊,焊枪指向（焊丝）距根部1～2mm处。

对于焊脚为6mm的焊缝,采用直线移动法焊接,对于焊脚为8mm的焊缝,焊枪应作横向摆动,可采用斜圆圈形运丝法焊接。

3）对于焊脚为10～12mm的角焊缝,由于焊脚较大,应采用多层焊,焊2层。

焊接时第1层操作与单层焊相同,焊枪与垂直板夹角减少并指向距根部2～3mm处,这时,电流比平常时稍大,目的是为了获得不等焊脚的焊道;焊接第2层时,电流比第1层稍少,焊枪应指向第1层焊道的凹陷处,直至达到所需的焊脚。

4）对于焊脚为15mm的角焊缝应采用多层多道焊,即焊接3层。

需要注意的是:

操作时,每道的焊脚大小应控制在6～7mm左右,否则,焊脚过大,易使熔敷金属下垂,在水平板上产生焊瘤,在立板上产生咬边。

焊枪角度及指向应保证最后得到等脚和光滑均匀的焊缝。

5　焊接工艺中需注意的问题　　

在生产中我们发现有不少人,不仅是焊工、检验员,甚至还有焊接技术员混淆了焊脚与焊脚尺寸及焊缝厚度3者之间的关系。

焊工把焊脚误认为焊脚尺寸,检验员把焊缝厚度当焊脚来测量检验,使得实际焊脚超过设计要求的尺寸,在质量记录中又把其当成焊脚尺寸加以记录。

还有的技术人员在焊接工艺文件中要求焊脚尺寸为多少等,这些都是错误的。

实际上,焊脚是指角焊缝的横截面中,从一个直角面上的焊趾到另一个直角面表面的最小距离,焊脚尺寸为在角焊缝横截面中画出的最大等腰直角三角形中直角边的长度,而焊缝厚度则是在焊缝横截面中,从焊缝正面到焊缝背面的距离。

因此,工艺文件上、焊缝符号中要求的角焊缝外形尺寸是焊脚而不是焊脚尺寸,更不是焊缝厚度。

6　结语　　

1）经过试验及生产实践证明,CO2气保焊焊接头的力学性能、宏观金相检验均符合要求,而且CO2气保焊较焊条电弧焊坡口角度较小,钝边较大,焊接热影响区较窄,节省了材料和能源,提高了劳动生产率,提高了焊接质量,应大力推广使用。

2）富氩混合气体保护焊较CO2气保焊焊波细密,焊道平滑,成形美观,飞溅小,熔深较大,但成本相对较高,故适宜用于焊缝外观要求较高的焊缝。

富氩气保焊操作工艺与CO2气保焊操作工艺相似。

3）分清焊脚、焊脚尺寸及焊缝厚度之间的关系,且应注意工艺文件上要求的和焊缝符号中标注的是焊脚而非焊脚尺寸、焊缝厚度。

来源：

作者：

邱葭菲,王立

CO2气体保护焊

 一、CO2电弧焊的特点和应用

CO2电弧焊是一种高效率的焊接方法，以CO2气体作保护气体，依靠焊丝与焊件之间的电弧来熔化金属的气体保护焊的方法称CO2焊。

这种焊接法都采用焊丝自动送丝，敷化金属量大，生产效率高，质量稳定。

因此，在国内外获得广泛应用，与其它电弧焊相比有以下特点：

1、生产效率高 CO2电弧焊穿透力强，熔深大、而且焊丝熔化率高，所以熔敷速度快、生产效率可比手工电弧焊高3倍。

2、焊接成本低 CO2焊的成本只有埋弧焊与手工电弧焊成本的40%-50%。

3、消耗能量低 CO2电弧焊和药皮焊条相比3mm厚钢板对接焊缝，每米焊缝的用电降低30%，25mm钢板对接焊缝时用电降低60%。

4、适用范围宽 不论何种位置都可以进行焊接，薄板可焊到1mm，最厚几乎不受限制（采用多层焊）。

而且焊接速度快、变形小。

5、抗锈能力强 焊缝含氢量低抗裂性能强。

6、焊后不需清渣，引弧操作便于监视和控制，有利于实现焊接过程机械化和自动化。

我国在CO2焊接设备、焊接材料、焊接工艺方面已取得了很大的成就。

CO2电弧焊接在我国的造船、机车、汽车制造、石油化工、工程机械、农业机械中获得广泛应用。

二、焊机的型号和连接方法

1、我公司CO2焊机型号（见文字说明表）

2、面板上的旋钮作用与调节方法，（见说明书）

3、连接方法 水、电、气、焊枪（见说明书）

4、焊枪的构造及软管、导电嘴、喷嘴。

5、焊机可能发生的故障及排除方法（见说明书）

三、焊接材料

1、  CO2保护气体

CO2有固态、液态、气态三种状态。

瓶装液态CO2是CO2焊接的主要保护气源。

液态CO2是无色液体，其密度随温度变化而变化。

当温度低于-11℃时密度比水大，当温度高于-11℃时则密度比水小。

由于CO2由液态变为气态的沸点很低为-78℃，所以工业焊接用CO2都是液态。

在常温下能自己气化。

CO2气瓶漆成黑色标有“CO2”黄色字样。

2、  焊丝 

CO2气体保护焊对焊丝化学成分的要求：

（1）焊丝必须含有足够数量的脱氧元素以减少焊缝金属中的含氧量和防止产生气体。

（2）焊丝的含碳量要低，通常要求＜0.11%，这样可减少气孔和飞溅。

（3）保证焊缝金属具有满意的机械性能和抗裂性能。

目前生产中应用最广的焊丝为H08Mn2SiA焊丝，该焊丝有较好的工艺性能、机械性能及抗热裂纹能力，适用于焊接低碳钢、屈服极限＜500Mpa的低合金钢和经焊后热处理抗拉强度＜1200Mpa的低合金高强钢。

焊丝表面的清洁程度影响到焊缝金属中含氢量。

焊接重要结构应采用机械、化学或加热办法清除焊丝表面的水分和污染物。

3、药芯焊丝

（1）由于药芯成分改变了纯CO2电弧的物理化学性质，因而飞溅小且飞溅颗粒容易清除，

又因熔池表面盖有熔渣，焊缝成形类似手工弧焊。

焊缝较实芯焊丝电弧焊美观。

（2）与手工焊相比由于CO2电弧耐热效率高加上电流密度比手工弧焊大，生产效率可为手工弧焊的3—5倍。

（3）调整药芯成分就可焊不同的钢种，而不象冶炼实芯丝那样复杂。

（4）由于熔池受到CO2气体和熔渣二方面的保护，所以抗气孔能力比实芯焊丝能力强。

四、焊接规范选择

1、  短路过渡焊接

CO2电弧焊中短路过渡应用最广泛，主要用于薄板及全位置焊接，规范参数为电弧电压焊接电流、焊接速度、焊接回路电感、气体流量及焊丝伸出长度等。

（1）电弧电压和焊接电流，对于