二氧化碳气体保护焊焊接工艺及应用剖析.docx

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二氧化碳气体保护焊焊接工艺及应用剖析

二氧化碳气体保护焊焊接

工艺及应用

广西送变电建设公司铁塔厂

二氧化碳气体保护焊焊接工艺及应用

XX送变电铁塔厂XX

【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。

【引言】二氧化碳气体保护焊在焊接过程稳定，飞溅嘴角，焊缝外形美观，无气孔、裂缝及咬边等缺陷。

对双面焊或单面焊双面成型的焊缝能保证焊透，具有最高生产率。

例如：

某制造厂为一大型工程机械公司生产一百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，这样即保证了焊接质量，又提高了劳动生产率，降低了成本，取对了较好的经济效益。

一、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，焊缝与母材平滑过度。

部分焊缝要求超声波探伤合格。

二、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。

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ER50-6，5Φ1.2；富氩气：

80%Ar+20%CO2。

③检验内容外观检查，RT检查，力学性能试验（拉力试验、弯曲试验）。

2、T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,E4303，Φ3.2mm；CO2气保焊、富氩气保焊，焊丝ER50-6，Φ1.2mm；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。

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。

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E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：

三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。

所以除了对极少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。

三、焊接工艺

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济，在喷嘴上涂一层喷嘴防堵济。

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，Φ1.2mm，焊机KRII350。

④采用左焊法。

四、焊接操作工艺

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。

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10～12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；焊接每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.

五、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者之音的关系。

焊工把焊脚认为焊脚尺寸，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三角形中直角边的长充，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。

六、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。

设计移动通迅管直焊接架

2003年我们铁塔厂承接广西移动通迅管焊任务以来到2004年4月已经是第3批移动管焊接任务，经观察每批任务一施工，焊工们就都会在自己的平台上架好架子，拿起焊把就焊，结果焊到了另一头就架不住，原因是移动管还有脚钉和拉线角钢把架子卡住，拿东西垫造成管材受力倾斜晃动，产生事故隐患及焊接产品质量不稳定，而且平台操作人员架的架子不统一，使整个焊接场地乱七八糟。

到处都有架子，行车工吊工件都提心吊胆，如此拆了装，装了拆，浪费大量人力物力财力。

我与小组成员发现这一问题后，为了保证焊工能安全生产，减少劳动强度，提高工作进度，节约车音占地面积，经过研究探讨，摸索后，改造成统一的移动通迅管直立焊接胎具（见附图）。

制作固定架将焊接管材直立固定，使焊接状态处于平焊位置，使焊工不需行车辅助的情况下能够对两端内、外焊缝施焊成形。

易固定，翻转焊另一端也不会磁对架子，减少事故陷患及管材占地面积，使焊工更加容易施焊。

这种焊接胎具，只花很少费用就成功地解决了问题，为厂里节省了购买焊接胎具的费用。

此胎具架也可以使用在各类管支架上，提高了工作效率约40%，既省时又省力，还保证了安全。

为此次移动通迅管焊接加工任务的完成赢得了大量的时间。

概述90度坡口连板、减小焊接变形

2005年7月，我们铁塔厂做一工程是500KV天广四回，工程是有坡口组焊件。

组装后的开坡口组焊件刚好满足设计要求，焊接变形是造成难以满足要求的主要原因，需矫正处理。

我当时采用圆钢点固定，对减小变形很有效（厚度小的板），且焊接时不必过分考虑焊接顺度，只是有些板不易固定，角度要求精确，焊后撤除固定还有超标。

在500KV天广四回焊接加工中，连板组焊件多达7595件，板厚C-8、C-10，C-12，C-4，C-16mm。

品种多，形状复杂，每块连板用3根圆钢固定（Φ12×200mm）且焊后还需人工用火割撤除圆钢，再打磨，需安排人员进行矫正处理，预计费用10000元，且延缓工程工期。

为了不浪费大量人力，物力，财力。

节省这笔巨额开支，我与小组人员通过和技术科、组装班相关人员研讨，在设计、组装均不能解决焊后变形的情况下，技术科决定给班组负责攻克变形超标这一难题。

我和小组成员经过分析、讨论、实践等过程，最后决定从改进焊接工艺去实现（见附图）。

通过焊接顺序及工艺来预防焊后变形，经使用于7595件开坡口连板组焊件当中，整个焊接工程中只有10件（-16mm）开坡口连板组焊件需要矫正（变形超标）这一业绩得到厂里的肯定，为厂里节约了人力、物力、财力。

并对焊接这道工序进上步细化，根据工艺评定内容编写《焊接作业指导书》。