CO2氣體保護焊在煙風道焊接中的應用

曹軍輝

(天津電力建設公司，天津市，330027)

0 引言

中國電力投資集團四川福溪電廠2×600 MW超臨界發電機組煙風道包括煙道、一次熱風道、二次熱風道、一次冷風道、二次冷風道，結構較為復雜。鋼板材質為Q235，板厚一般為4 mm。如采用傳統焊接方法，焊出的焊縫在根部易產生夾渣、未熔合等缺陷，且焊接變形較大。為此，采用CO2氣體保護焊提高煙風道焊接質量。

1 CO2氣體保護焊的工藝特點

氣體保護焊是利用保護氣體(氬、CO2氣體等)將空氣和熔化金屬機械隔開，防止熔化金屬氧化和氮化，以燃燒于工件與焊絲間的電弧作熱源的焊接方法。根據保護性介質的不同又分為氬氣保護電弧焊和CO2氣體保護電弧焊。CO2氣體保護焊是利用CO2氣體作為保護介質的電弧焊，可焊碳鋼、低合金鋼及耐熱鋼。根據焊絲直徑的差別，CO2氣體保護焊可分為粗絲焊和細絲焊2類，焊絲直徑在0.5～1.2 mm之間的稱為細焊絲，焊絲直徑在1.6 mm以上的稱為粗焊絲。本現場煙風道焊接全部采用細焊絲。

1.1 CO2氣體保護焊的優點

(1)生產效率高。由于CO2氣體保護焊具備焊接電流密度較大，電弧熱量利用率較高，熔透能力強，熔敷速度快，且焊后無須進行清渣處理等特點，因此生產效率可以得到有效的提高。

(2)焊接成本低。CO2氣體及CO2氣體保護焊焊絲價格便宜，而且施焊過程中電能消耗量不大，CO2氣體保護焊所需成本為焊條電弧焊的37%～42%。

(3)焊接質量好。由于焊縫含氫量少，所以抗裂性好，且電弧加熱較集中，焊接變形和內應力少，所以焊接接頭的綜合力學性能好。

(4)操作簡便。焊接時可以觀察到電弧和熔池的變化情況，便于監視及控制，操作者較易掌握其操作技能，有利于實現焊接過程機械化和自動化。

1.2 CO2氣體保護焊的缺點

(1)CO2氣體保護焊時，飛濺較大，易產生氣孔。

(2)操作環境中CO2氣體含量較大，對工人健康不利，應特別重視對操作人員勞動保護。

(3)施焊過程中要求風速適當，不能在風速較大的地點進行操作。

1.3 本工程采用CO2氣體保護焊的難點

(1)煙風道組合焊接采用CO2氣體保護焊在天津電力建設公司屬首次采用，施工管理經驗少。

(2)焊工雖然都取得相應資質證書，但大多數焊工此種焊接方法操作時間短。

(3)CO2保護焊焊接工器具不如手工電弧焊焊接工器具移動方便。

2 焊接材料

(1)CO2專用焊機:NBC-500(CPXD-500)。

(2)焊絲:H08Mn2SiA(ER50-6)，采用直徑1.2 mm焊絲。

(3)CO2保護氣體:無色、無味、無毒，純度大于99.5%，氣瓶涂銀白色，寫有“CO2”標記。

3 焊接工藝參數

CO2保護氣體焊接工藝參數見表1。

表1 CO2保護氣體焊接工藝參數Tab.1 Technological parameter of CO2shielded arc welding

(1)電流:電流決定熔化速度，電流越大，熔化速度越快。

(2)電弧電壓:20～24 V。

(3)電壓適當時，為均勻密集的短路聲。

(4)電壓較小時，飛濺增加，焊道變窄，易出現頂絲。

(5)電壓過大時，弧長變長，飛濺顆粒度變大，易產生氣孔，焊道變寬，熔深和余高變小，有較強的爆破聲。

(6)氣體流量:一般與噴嘴大小一致，為10～15 L/min。

(7)焊接速度:速度過慢時，焊縫變寬;而焊速過快時，易出現凸形焊道。通常焊接速度為300～600 mm/min。

(8)電流極性:采用直流反極性，這時電弧穩定，焊接過程平穩，飛濺小。若采用直流正極性，則熔深較淺，余高較大和飛濺很大。

(9)焊絲干伸長L=10 d，d為焊絲直徑，mm。

當焊絲干伸長增加時，焊絲熔化速度增加，這時電流減小，將使熔滴與熔池溫度降低，造成熱量不足而引起未焊透;另外，電弧不穩，難以操作，飛濺大，成形差，易產生氣孔。

(10)當焊絲干伸長變短時，電流增大，弧長變短，熔深變大，飛濺易黏附到噴嘴內壁，不易觀察熔池，甚至燒壞導電嘴。

4 焊接工藝措施實施

4.1 施工工藝流程

坡口加工打磨(機械加工或砂輪機修磨)—對口檢查—定位焊—煙風道焊接—焊縫清理、自檢(外觀質量)—(修補復檢)—質檢員專檢—滲油試驗—質量評定—報監理—資料移交。

4.2 焊接工藝要求

(1)板材下料時要采用半自動切割或者等離子切割的方式，產生的氧化鐵要清理干凈，切割不整齊的地方要打磨整齊。

(2)對口前將焊口表面及附近母材內、外壁每側各10～15 mm范圍內的油、漆、垢、銹等雜物清理干凈，直至發出金屬光澤。

(3)煙風道對接板的焊縫錯口值不宜超過壁厚的10%，且不大于2 mm;加強筋與風道薄板的間隙不得大于2 mm，加強筋應做成閉合環狀，其閉合接頭位置應在風道垂直截面。加強筋的對接焊縫應與風道縱向焊縫錯開，其間距不應小于100 mm。

(4)進行CO2氣體保護焊焊接時，宜采用小電流、快速焊，嚴格控制焊接的熱輸入量，防止焊接變形，同時盡量減小焊絲伸出長度，使得焊接時產生的熔池在氣體的保護范圍之內。

(5)利用CO2氣體保護焊進行立焊時，應該從上向下焊接，進行其他位置焊接的時候應該采取左向焊法。

(6)每道焊縫焊接完畢后，應用砂輪機或鋼絲刷將焊渣、飛濺等雜物清理干凈(尤應注意中間接頭和坡口邊緣)，仔細檢查根部及填充層的焊接質量，如發現表面缺陷立即用機械加工法清除、補焊。

(7)焊工操作技術要熟練，認真觀察熔化狀態，注意熔池和收弧接頭質量，避免出現弧坑裂紋，同時注意盡量焊得平滑，避免出現“死角”。

(8)由于該地區雨水較多，一定要保證焊縫焊前干燥，防止焊接產生氣孔，還要保證焊后焊縫在熱量未散盡前干燥，防止發生淬火及焊接區域的冷卻速度過快而發生形變，從而影響焊接質量及側板表面質量。

4.3 加強肋焊接

煙風道的加強肋在其基礎平臺上組合拼裝，拼裝前仔細檢查水平度、外形尺寸及對角線尺寸等確保平整，而后點焊加固，點固長度為40～60 mm，待點固后再進行焊接，焊接方法是從中間由2名焊工同時向兩邊焊接時采用兩側交替分段逆向焊法，如圖1所示。

圖1 加固肋焊接示意圖Fig.1 Sketch of reinforcement rib welding

4.4 煙風道拼板焊接

煙風道拼板焊縫和內貼角鋼與板的焊縫，焊縫層道采用兩側交替分段逆向焊法從中間由2名焊工同時向兩邊焊接，焊接完成后再從中間采用相同的方法補焊完畢。焊縫焊接順序如圖2，焊角高度嚴格執行圖紙要求。

圖2 拼板焊縫和內貼角鋼與板焊接順序Fig.2 Welding sequence of welded seam of contact joint and angle iron with armor plate

5 效果驗證

效果1:通過采用CO2氣體保護焊，有效降低了焊接藥皮、焊條頭造成的環境污染。

效果2:節能、增效，通過采用CO2氣體保護焊節約成本29.33%。

效果3:焊縫平直、過度圓滑、焊接變形小。

由表2可以得出，CO2氣體保護焊的焊接速度是手工電弧焊的4～5倍，CO2氣體保護焊比手工電弧焊每小時節約電量0.4～0.73 kW(比使用φ3.2 mm焊條節能)，0.8～1.23 kW(比使用φ4.0 mm焊條節能)。

從表3可以看出，采用CO2氣體保護焊，比采用手工電弧焊，節約成本29.33%。

表2 手工電弧焊與CO2氣體保護焊節能增效對比Tab.2 Contrastive table of energy saving efficiency between electrode welding technology and CO2shielded arc welding technology

表3 CO2氣體保護焊與手工電弧焊焊接成本對比Tab.3 Contrastive table of welding cost between electrode welding technology and CO2shielded arc welding technology

6 結語

在本次煙風道焊接過程中，實現了應用CO2氣體保護焊對薄壁板的焊接，不僅有效地控制和降低了薄壁板的焊接變形，保證了工程施工質量。與傳統手工電弧焊相比較，較好地解決了采用焊條電弧焊時焊縫易產生根部夾渣及未熔合的缺陷問題，而且加快了施工進度，降低了施工成本，CO2氣體保護焊在鋼結構焊接中得到很好的應用。

［1］DL/T 869—2004火力發電廠焊接技術規程［S］.

［2］電力工業部華北電業管理局.火電施工質量檢驗及評定標準:焊接篇1996版［S］.北京:電力工業部華北電業管理局，1996.

［3］DLT 678—1999電站鋼結構焊接通用技術條件［S］.

［4］劉云龍.CO2氣體保護焊技術［M］.北京:機械工業出版社，2009.