CO2氣體保護焊焊接工藝及應用

(舟山船舶工業學校，浙江 舟山 316000)

焊接質量是反映船體建造質量優劣的重要指標，因此，研究發展機械化、自動化的高效焊接技術成為企業提高造船質量的關鍵。CO2氣體保護焊已在國內修造船企業得到推廣應用，但還沒有發揮最大效用，生產中工藝方面還存在一些問題。

1 對比試驗

對CO2氣體保護焊與焊條電弧焊進行對比焊接試驗。

1.1 焊接接頭情況及焊縫技術要求

1) 焊接接頭形式有對接接頭、角接接頭、T形接頭及搭接接頭,其中船廠所涉及的絕大部分是對接接頭和T形接頭。

2) 焊縫形式有對接焊縫及角焊縫,船廠焊所用大部分為角焊縫,由于板厚不同,焊腳分別為6、8、10、12、15 mm。

3) 母材主要為碳素結構鋼板Q235A,規格有6、8、10、12、20、25 mm等幾種。

4) 焊縫外觀要求。焊縫及熱影響區表面不得有裂紋、氣孔、夾渣、未熔合等缺陷。焊縫形狀尺寸符合圖樣要求,焊縫與母材平滑過渡。部分焊縫要求超聲波探傷合格。

1.2 焊接試驗

參照JB4708—2000《壓力容器焊接工藝評定》,進行CO2氣體保護焊和焊條電弧焊對接接頭力學性能試驗及T形接頭角焊縫試驗進行對比分析。

1.2.1 對接接頭力學性能試驗

1) 試驗材料。Q235-A,300 mm×125 mm×10 mm,2塊;焊條電弧焊開60 V形坡口,CO2氣體保護焊開45 V形坡口,單面焊雙面成形。

2) 焊接方法及焊接材料。焊條電弧焊,E4303,直徑3.2、4.0 mm。

CO2氣體保焊焊絲MG49-G,直徑1.2 mm。

3) 檢驗內容。外觀檢查,RT檢驗,力學性能試驗(拉力試驗、彎曲試驗)。

1.2.2 T形接頭角焊縫試驗

1) 試驗材料。Q235A,300 mm×125 mm×10 mm,2塊,不開坡口,單道焊。

2) 焊接方法及焊接材料。焊條電弧焊,焊條E4303,直徑3.2 mm;CO2氣體保護焊焊絲MG49-G,直徑1.2 mm。

3) 檢驗內容。外觀檢查,切取5個截面進行金相宏觀檢查。要求斷面無裂紋,無未焊透,無未熔合缺陷。

1.3 焊接試驗分析

1) 從對接接頭焊縫力學性能試驗可知,2種焊接方法的焊接接頭外觀檢查符合要求,RT檢驗合格,接頭的抗拉強度CO2氣體保護焊高于焊條電弧焊。按規定的彎曲角,每個試件面彎、背彎各2個,彎曲試驗合格。這說明兩焊接方法及焊接工藝的焊接接頭力學性能試驗合格。但CO2氣體保護焊坡口角度較少,鈍邊較大,比焊條電弧焊生產率高,節省材料,成本低,焊接變形少。這是因為氣體保護焊焊絲較細,電流密度大,熔深大,電弧穿透力強,易焊透所致。

2) 從T形接頭角焊縫試驗可知,2種焊接方法的熔深大小為: CO2氣體保護焊大于焊條電弧焊,每個試件的5個斷面根部均未出現裂紋、未熔合、未焊透缺陷,宏觀金相檢驗合格。

上述2種焊接方法及焊接工藝均能滿足力學性能要求及宏觀金相要求。但CO2氣體保護焊焊絲較細,電流密度大,熱量集中,電弧穿透力強,熔深大,可以減少坡口角度,增加鈍邊厚度,節省材料,提高勞動生產率,降低焊接應力與變形。

1.4 試驗結果

1) CO2氣體保護焊由于熔池小、熱影響區窄，因此焊后工件變形小，焊縫質量好。生產率高，焊后不需清渣，故生產率可比手工電弧焊高1～4倍。

2) 焊接成本低，CO2來源廣，價格低，CO2氣體保護焊的成本只有手工電弧焊的40%～50%。

3) CO2氣體保護焊適用范圍廣，可進行各種位置的焊接。操作性能好，因其為明弧焊，可以看清電弧和熔池情況，便于掌握。

2 CO2氣體保護焊焊接工藝

下面介紹修造船企業實際生產中常見的對接焊縫和角接焊縫的CO2氣體保護焊焊接工藝。

2.1 焊前準備

1) 清除待焊部位及兩側10～20 mm范圍內的油污、銹跡等污物,并在焊件表面涂上一層飛濺防粘劑,在噴嘴上涂一層噴嘴防堵劑。

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

3) 根據焊接工藝試驗編制焊接工藝。焊絲MG49-G,直徑1.2 mm,焊機YM-355KEV。

4) 采用左焊法。

2.2 焊接操作工藝

2.2.1 對接焊縫操作工藝

1) 由于CO2氣體保護焊熔深大,在板厚小于12 mm時均可用工形坡口(不開坡口)雙面單道焊接。對于開坡口的對接接頭,若坡口較窄,可多層單道焊;若坡口較寬,可采用多層多道焊。

2) 焊接過程中,焊槍橫向擺動時,要保證兩側坡口有一定熔深,使焊道平整,有一定下凹,避免中間凸起,這樣會使焊縫兩側與坡口面之間形成夾角,產生未焊透、夾渣等缺陷。

3) 要控制每層焊道厚度,使蓋面焊道的前一層焊道低于母材1.5～2.5 mm,并一定不能熔化坡口兩側棱邊,這樣蓋面時可看清坡口,為蓋面創造良好條件。

4) 蓋面焊焊接時,焊前應將前一層凸起的地方磨平,焊槍擺動的幅度比填充層要大一些,擺動時幅度應一致,速度要均勻,要特別注意坡口兩側熔化情況,保證熔池邊緣超過坡口兩側棱邊,并不大于2 mm,以避免咬邊。

5) 若每層用多道焊時,焊絲應指向焊道與坡口、焊道與焊道的角平分線位置。

2.2.2 角焊縫操作工藝

1) 角焊縫焊接時,易產生咬邊、未焊透、焊縫下垂等缺陷,所以應控制焊絲的角度。等厚板焊接時,焊絲與水平板的夾角為40°～50°。不等厚板焊接時,焊絲的傾角應使電弧偏向厚板,板厚越厚,焊絲與其夾角越大。

2) 對于焊腳為6～8 mm的角焊縫,采用單層單道焊,焊槍指向(焊絲)距根部1～2 mm處。對于焊腳為6 mm的焊縫,采用直線移動法焊接,對于焊腳為8 mm的焊縫,焊槍應作橫向擺動,可采用斜圓圈形運絲法焊接。

3) 對于焊腳為10～12 mm的角焊縫,由于焊腳較大,應采用多層焊,焊2層。焊接時第1層操作與單層焊相同,焊槍與垂直板夾角減少并指向距根部2～3 mm處,這時,電流比平常時稍大,目的是為了獲得不等焊腳的焊道;焊接第2層時,電流比第1層稍少,焊槍應指向第1層焊道的凹陷處,直至達到所需的焊腳。

4) 對于焊腳為15 mm的角焊縫應采用多層多道焊,即焊接3層。需要注意的是:操作時,每道的焊腳大小應控制在6～7 mm,否則,焊腳過大,易使熔敷金屬下垂,在水平板上產生焊瘤,在立板上產生咬邊。焊槍角度及指向應保證最后得到等腳和光滑均勻的焊縫。

3 結束語

CO2氣體保護焊幾乎能適應任何部位的焊接，如船體構件對接，舷側分段組合件及縱橫構件角焊等，但它也有缺陷，如實芯焊絲的焊接速度與電流較難協調，飛濺大；藥芯焊絲的渣多、煙塵多，不符合環保要求等，這些都是今后要解決的問題和方向。