CO2气保焊在船舶中的应用毕业要点.docx

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CO2气保焊在船舶中的应用毕业要点

重庆长航东风船舶工业公司

论文

题目：

CO2气保焊在船舶中的应用

专业：

焊接技术及自动化

单位：

船台车间

姓名：

传奇人生

指导教师:

年月日

目录

前言………………………………………………………………4

第一节：

CO2的使用特点…………………………………………………5

第二节:

船用低碳合金钢co2焊的冶金特点……………………………6

第三节：

船舶生产采用CO2焊存在问题及解决办法……………………7

3.1:

气孔的产生及防止措施………………………………………………7

3.2裂纹及应力的处理……………………………………………………8

3．2．1:

热裂纹产生与预防措施……………………………………10

3．2．2:

冷裂纹产生与预防措施……………………………………10

第四节:

CO2焊的操作技巧………………………………………………12

第五节co2气保焊到后期之所以得到广泛的应用和推广………………13

4.1:

实际操作中焊接焊缝的成型……………………………………12

4.2使用脱氧剂消除CO2气体氧化作用……………………………12

4.3：

船舶用焊丝直径…………………………………………………12

第六节:

结论………………………………………………………………14

参考文献……………………………………………………………………15

《金属熔焊原理》王晓江

《焊接检验》戴建树

《焊接方法与设备》雷世明

《焊接结构生产》邓洪军

《焊接概论》薛迪甘机械工业出版社1979

《谈船舶焊接中的常见缺陷的成因和防止措施-》电子机械

《内河钢船建造规范》中华人民共和国船舶检验局1991

《船舶焊接工艺》 王鸿斌 人民交通出版社2003

CO2气保焊在船舶中的应用

------毕业设计论文

前言

船舶是当今各国技术和文化的浓缩和交融，高级别的船舶更多地体现了文化的多样性与实用性，，其设计研究是建立在深厚的美学伦理之上而又真正解决实际的问题。

高科技的普及和应用使得船舶产品更新换代的步伐越来越快，也使得中国船舶工业的自主研发水平和技术水平与国际上的差距越来越大，加入WTO给中国船舶敲响警钟，同时也带来无限的机遇，所以新技术的引进与研发也是刻不容缓的，船舶船体生产以焊接为主，质量要求甚高，这里我们介绍一种高效实用的焊接方法——二氧化碳气体电弧焊。

二氧化碳气体电弧焊是在二十世纪50年代初出现的一种熔化焊方法，现已被迅速的推广使用，已经成为一种重要的熔化焊方法。

我国从1964年开始批量生产co2焊机，自推广应用以来，在汽车制造、特别是在船舶制造等方面应用越来越广泛。

起初，co2气体保护焊并不能在船舶中得到广泛的应用和推广，主要有以下几个方面的原因:

a.由于co2气体的氧化性问题，难以保证焊接质量.

b.在船舶生产实践过程中，在对船体焊缝施焊时容易产生气孔，易造成焊缝的渗漏。

c.由于当时经验不多，在用co2气体保护焊施焊时，飞溅较大，焊缝表面粗糙，造成焊缝成形不好，影响焊缝质量，以至船舶业发展的缓慢。

随着二氧化碳气体电弧焊技术的进步，工艺的不断完善，焊接质量逐渐提高，现在已能很好地应用于船舶生产中，满足对船舶生产质量的要求，保证船舶航行的安全性。

我在东风船舶工业公司学习及工作过程中，经过认真观察，反复实践，不断总结，收集相关资料，总结出船舶生产采用CO2焊存在问题及解决办法。

第一节：

CO2的使用特点

船舶焊接是保证船舶密性和强度的关键，是保证船舶质量的关键，是保证船舶安全航行和作业的重要条件。

如果焊接存在着缺陷，就有可能造成结构断裂、渗漏，甚至引起船舶沉没。

据对船舶脆断事故调查表明，40%脆断事故是从焊缝缺陷处开始的。

在乡镇船舶造船中，船舶的焊接质量问题尤为突出。

在对船舶进行检验的过程中，对焊缝的检验尤为重要。

因此，应及早发现缺陷，把焊接缺陷限制在一定范围内，以确保航行安全。

船舶焊接缺陷种类很多，按其位置不同，可分为外部缺陷和内部缺陷。

常见缺陷有气孔、夹渣、焊接裂纹、未焊透、未熔合、焊缝外形尺寸和形状不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑等。

第二节：

船用低碳合金钢co2焊的冶金特点

1．在co2气保焊中，co2是保护气。

它在高温时要分解，具有强烈的氧化作用，会使船体部件合金元素烧损，同时，氧化性也是co2气保焊产生气孔和飞溅的一个重要原因。

co2气体在电弧的高温作用下进行如下分解：

        co2  →co﹢o2

在高温的焊接电弧荡区域里，因co2分解，上述的三种气体（co2、co和o2）往往同时存在。

随着温度的增高，co2气体的分解也就越激烈。

在这三种气体当中，co气体在焊接条件下，不溶解于金属，也不与金属发生作用。

但是，co2和o2却能与铁和其他合金元素发生化学反应而使金属烧损。

焊接时，尽管作用的时间很短，但液体金属与气体相互作用也发生强烈的化学反应。

这是因为焊接区域处于高温，且气体与金属有较大的比接触表面积（单位体积的金属与气体所具有的接触表面积），尤其是焊丝端头的熔滴的比接触表面积更大，增加了合金元素的氧化烧损。

从上述可见，co2及其在高温下分解出的o2都具有很强的氧化性。

随着温度提高，氧化性增强。

当温度为3000k时，co2分解出近20%的o2，这时的氧化性已超过了空气。

由于氧化作用生成的氧化铁能大量熔于熔池金属中，会使得焊缝金属产生气孔及夹渣等缺陷。

其次，锰、硅等元素氧化生成的sio2与mno虽然可以形成熔渣浮到熔池表面，但却减少了焊缝中这些合金元素的含量，使焊缝金属的力学性能下降。

因而在co2气保焊时，为了防止大量生成feo和合金元素的烧损，避免焊缝金属产生气孔和降低力学性能，通常要在焊丝中加入足够数量的脱氧元素。

由于脱氧元素与氧的亲合力比铁强，在焊接过程中可阻止铁被大量的氧化，从而可以消除或削弱上述有害影响。

当然co2气体保护焊同其它的焊接方法相比也有一定的局限性，例如：

co2气体保护焊和手工电弧焊及埋弧焊相比，也存在一些不足之处：

（1）是焊接过程中金属飞溅较多，焊缝外形较为粗糙，特别是当焊接参数规范匹配不当时，飞溅就更严重；

（2）是不能焊接易氧化的金属材料，且不适于在有风的地方施焊；（3）是焊接过程弧光较强，尤其是采用大电流焊接时，电弧的辐射较强，故要特别要重视对操作人员的劳动保护；（4）是设备比较复杂，需有专业队伍负责维修。

第三节：

船舶生产采用CO2焊存在问题及解决办法

3．1气孔的产生及防止措施

气孔的产生主要是氢气孔的产生，氢气孔产生的原因主要是高温时有杂质和有害气体熔入熔池，在熔池凝固时来不及溢出而产生氢气孔，氢气孔的来源是多方面的：

（1）是co2气体中含有水份；

（2）是船体工件表面上的油、水、漆、绣等杂质。

记得刚到厂时跟着老师去外场焊接单个船部件时，当时正下着小雨，由于施工队老板赶进度，要求照常施焊，当时的焊缝就产生了很多气孔，之后进行了焊补，虽说焊缝美观不复重在。

最重要的是焊件钢结构受到了影响。

往后，雨天里施焊，多数时候都遭到厂里检查人员的罚款和屡次强调的禁令（雨天禁止施焊）；

（3）是焊丝与焊道的角度不合理等。

为克服氢气孔，我首先将co2气瓶倒立一段时间后打开阀门先将co2气体中的水份去除。

对于多数工厂也只是做到了把CO2气瓶正立，直接使用。

其实，最主要的是刚到厂实习，刚离开课堂，只了解些理论知识，不懂得实践的重要性。

有一次，帮老师做焊前清理时，没做彻底（焊缝坡口里面的一些铁土没扫干净）以致老师施焊后出现了针孔，除了老师的指责与再指导，自己也还是懂得了实践与理论结合的重要。

在焊接前应尽可能的将工件上的油污、漆、水、铁锈等杂质清理干净，焊接时选用合理的焊接规范和焊接角度。

如焊枪喷嘴与工件保持10mm左右,焊枪与焊件垂直方向形成10°—20°角，当焊接收尾时打开焊枪上的微动开关，焊枪不要立即离开焊缝，使之在熔池凝固前仍有保护气体流出等。

通过采取对氢气防护措施后，使气孔大大的减少，从而减轻了渗漏的现象。

3.2裂纹及应力的处理

焊接裂纹是一种非常严重的缺陷。

结构的破坏多从裂纹处开始，在焊接过程中要采取一切必要的措施防止出现裂纹，在焊接后要采用各种方法检查有无裂纹。

一经发现裂纹，应彻底清除，然后给予修补。

焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹。

焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹，其特征是焊后立即可见，且多发生在焊缝中心，沿焊缝长度方向分布。

热裂纹的裂口多数贯穿表面，呈现氧化色彩，裂纹末端略呈圆形。

焊缝金属在冷却过程或冷却以后，在母材或母材与焊缝交界的熔合线上产生的裂纹称为冷裂纹。

这类裂纹有可能在焊后立即出现，也有可能在焊后几小时、几天甚至更长时间才出现。

3．2．1:

热裂纹产生与预防措施：

产生的主要原因：

（1）焊接熔池中存有低熔点杂质（如FeS等）。

由于这些杂质熔点低，结晶凝固最晚，凝固后的塑性和强度又极低。

因此，在外界结构拘束应力足够大和焊缝金属的凝固收缩作用下，熔池中这些低熔点杂质在凝固过程中被拉开，或在凝固后不久被拉开，造成晶间开裂。

（2）焊件及焊条内含硫、铜等杂质多时，也易产生热裂纹。

防止措施：

（1）严格控制焊接工艺参数，减慢冷却速度，适当提高焊缝形状系数，尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹；

（2）二是认真执行工艺规程，选取合理的焊接程序，以减小焊接应力。

焊缝金属在冷却过程或冷却以后，在母材或母材与焊缝交界的熔合线上产生的裂纹称为冷裂纹。

这类裂纹有可能在焊后立即出现，也有可能在焊后几小时、几天甚至更长时间才出现。

3．2．2:

冷裂纹产生与预防措施

产生的主要原因：

（1）在焊接热循环的作用下，热影响区生成了淬硬组织；

（2）焊缝中存在有过量的扩散氢，且具有浓集的条件；

（3）接头承受有较大的拘束应力。

防止措施：

（1）选用低氢型焊条，减少焊缝中扩散氢的含量；

（2）严格遵守焊接材料（焊条、焊剂）的保管、烘焙、使用制度，谨防受潮；

（3）仔细清理坡口边缘的油污、水份和锈迹，减少氢的来源；

（4）根据材料等级、碳当量、构件厚度、施焊环境等，选择合理的焊接工艺参数和线能量，如焊前预热、焊后缓冷，采取多层多道焊接，控制一定的层间温度等；

（5）紧急后热处理，以去氢、消除内应力和淬硬组织回火，改善接头韧性；（6）采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，以减少焊接应力。

在船舶的焊接中，大多焊接的地方都是钢板弯曲而开的坡口，因此接头承受的应力大。

又由于焊接方法及工艺参数选择不当等原因，易产生裂纹。

一次，在学习老师焊接过程找中，老师在焊接一个环形焊缝时留了一个小孔，在接下来的几次添层、以致盖面也没有补上那个孔，直至休息了好久才把那个孔补上，事后才知道，那是收缩孔。

目的是为了消除应力，以免产生裂纹，造成焊后花费人力、物力来修补，严重的时候甚至会造成船件报废。

第四节CO2焊的操作技巧

4.1、实际操作中焊接焊缝的成型

改变co2气体保护焊焊缝成形，特别是在船舶焊接中，主要是通过选择合适的电流、电压、电孤、药芯焊丝的选择和焊丝外伸长度等工艺参数。

通过调整焊接规范得出来的经验是：

焊接电流在300a左右，电孤电压在30v左右时，看不到焊丝表端有熔滴存在，在送丝稳定时，焊接过程相对稳定，熔滴过渡频率高，声音清脆飞溅少，焊缝成形中间稍凸。

为了降低焊缝余高，使焊缝两侧与母材更好的熔合，我把电压提高1伏，这时可见焊丝末端有比焊丝稍大的熔滴，熔滴过度的频率有一些降低，调整焊枪角度，焊接厚板时将焊丝作适当横向摆动，用减少作度和增加熔宽等手段来获取外形美观的焊道。

在实习过程中，我初步实践了焊枪角度与焊缝成型的因果、焊接电流电压与焊接时运条的匹配（对于单面焊双面成型我们厂还引进了陶质垫）

4．2、使用脱氧剂消除CO2气体氧化作用

在焊接船舶金属时，采用含有一定量脱氧剂的焊丝或采用带有脱氧剂成份的药芯焊丝，使脱氧剂在焊接过程中参与冶金反应进行脱氧，就可以消除co2气体氧化作用的影响。

加之co2气体还能够分隔空气中氮对熔化金属的作用，更能促使焊缝金属获得良好的冶金质量。

因此，co2目前除不适于焊接容易氧化的有色金属及其合金外，可以焊接碳钢和合金结构钢构件，甚至用来焊接不锈钢也取得了较好的效果。

4.3、船舶用焊丝直径（我们厂采用焊丝直径为1.2mm）

co2气体保护焊通常是按采用的焊丝直径来分类。

当焊丝直径小于或等于1.6mm时，称为细丝焊，主要用短路过渡形成焊接薄板材料。

在运用于船舶中时，我们厂采用直径为1.2mm的药芯焊丝，通常焊接厚度小于3mm的低碳钢和低合金结构钢；当然焊接厚板时开坡口，然后在进行多层多道焊接。

当焊丝直径>1.6mm时，称为粗丝co2焊，一般采用大的焊接电流和高的电弧电压来焊接中厚板，熔滴以颗粒形式过渡，这种方法我们厂很少用到。

按操作方法，co2焊可分为自动焊及半自动焊两种。

对于较长的直线焊缝和规则的曲线焊缝，可采用自动焊。

而对于不规则的或较短的焊缝，则采用半自动焊，也是现在生产中用得最多的形式。

第五节：

co2气保焊到后期之所以得到广泛的应用和推广

co2气体电孤焊到后期之所以得到广泛的应用和推广，主要也是由它自身所具有的特点决定，其主要特点有以下几个方面：

（1）   co2气体保护焊是一种高效节能的焊接方法。

例如：

水平对接焊10mm厚的低碳钢板时，co2气体保护焊的耗电量比手工电弧焊低2/3左右，就是与埋弧自动焊相比也略低些。

同时考虑到高生产率和材料价格低廉等特点，co2气体保护焊的经济性是很高的。

（2）    用粗丝（焊丝直径>ф1.6mm）焊接时可以使用较大的电流，实现射滴过渡，电流密度可高达100－300a/mm2,所以焊丝的熔化系数大，可达15－26ɡ/（ah）.ojf焊件的熔深也很大，可以不开或开小坡口。

另外，该法基本上没有熔渣，焊后不需要清渣，节省了许多工时，因此可以较大地提高焊接生产率。

用细丝（焊丝直径≤1.6mm）焊接时可以使用较小的电流，实现短路过渡方式。

这时电弧对焊件是间断加热，电弧稳定，热量集中，焊接线能量小，适合于焊接薄板。

同时变形也很小，甚至不需要校正工序，还可以用于全位置焊接，适用性很高。

（3）   co2气体保护焊是一种低氢型焊接方法，抗锈能力较强，焊缝的含氢量极低，所以焊接低合金钢时，不易产生冷裂纹，同时也不易产生氢气孔。

（4）   co2气体保护焊所使用的气体和焊丝价格便宜，来源广泛。

焊接设备在国内已定型生产，为该法的推广应用创造了十分有利的条件。

（5）   co2气体保护焊是一种明弧焊接法，这样，就便于监视和控制电弧和熔池，有利于实现焊接过程的机械化和自动化。

用半自动焊来焊接曲线焊缝和空间位置焊缝十分便利。

第六节：

结论

未来船舶设计的发展必然随着船舶技术的进步而日新月异，众多设计师，工程师的艺术风格也会更广泛更强烈地体现在船舶研究之中，而给予传播业更加广泛的选择。

高科技下，个性鲜明、更加实用化、更加可靠化的船舶将是21世纪船舶产业发展的必然，因为它符合人类对文化、个性的追求和需要。

因此，加大对概念传播的更深入研究的重视和投入，将对我国船舶产业的发展起到极大的推进作用，通过这些年国民生产的实践与我在船厂的实习认识到，保障co2气体保护焊质量的关健是：

co2气体的纯度是否能够达到焊接用气的要求，选择的焊接规范是否合理，焊前的准备措施是否到位，焊丝的质量是否达到标准等。

这些对于co2气体保护焊的焊接质量起着至关重要的作用。

综上所述，可见co2气体保护电弧焊应用前景十分广阔。

未来的发展没有任何一种焊接方法能像co2焊那样在工业界，特别是在船舶生产得到如此迅速的发展。

如果焊接机器人及其智能化方面发展也能深入结合。

那么co2焊接不仅在船舶界，甚至在整个工业界的前景也将是不可估计的。

参考文献：

《金属熔焊原理》王晓江

《焊接检验》戴建树

《焊接方法与设备》雷世明

《焊接结构生产》邓洪军

《焊接概论》薛迪甘机械工业出版社1979

《谈船舶焊接中的常见缺陷的成因和防止措施-》电子机械

《船舶焊接工艺》 王鸿斌 人民交通出版社2003