二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊在不銹鋼焊接中的優(yōu)勢(shì)

姚海龍，張恩濤，劉勝合，張乃霖

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)

1 不銹鋼焊接過程存在的問題

在日常不銹鋼焊接過程中，我車間基本延用焊條電弧焊方法進(jìn)行焊接施工，焊接過程中發(fā)現(xiàn)存在以下幾點(diǎn)問題：

1)焊接煙塵大，對(duì)焊工身體健康造成影響

電焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。焊接時(shí)焊芯傳導(dǎo)電流將電能轉(zhuǎn)化成熱能，然后將焊芯本體熔化作為金屬填充物與母材熔合，形成焊道。藥皮涂在焊芯外面，對(duì)電弧引燃有催化作用，同時(shí)對(duì)焊接金屬進(jìn)行保護(hù)防止被氧化。藥皮中含有氧、氫、硫、磷等有害的雜質(zhì)和和合金劑，在電弧高溫作用下，產(chǎn)生較大的金屬煙塵及有害氣體。

2)勞動(dòng)強(qiáng)度大

不銹鋼焊條由于其藥皮的特性，焊接熔化后形成一層堅(jiān)硬的熔渣殼。熔渣殼在剛剛焊接成形時(shí)較易清理，但是容易造成焊工燙傷。等焊縫冷卻后，熔渣殼冷卻固化，特別堅(jiān)硬，極難清理。尤其是在焊接打底層、填充層時(shí)，由于熔渣夾在坡口夾角內(nèi)，更加不易清理。熔渣殼的存在使焊工勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度加強(qiáng)。

3)轉(zhuǎn)熔系數(shù)低，成本高

焊條電弧焊所用焊條一般為350 mm一根，由于焊條端夾持部分不能使用，每根電焊條都會(huì)廢棄40～50 mm長(zhǎng)度不等的焊芯及藥皮，造成材料損失。另外在焊接過程中產(chǎn)生的飛濺，造成電焊條焊芯轉(zhuǎn)熔到焊縫熔池的比例降低，相對(duì)增加了成本。

4)氣孔降低了焊縫質(zhì)量

為了提高焊縫質(zhì)量，不銹鋼焊條在使用前經(jīng)過嚴(yán)格烘干，以達(dá)到最好的使用狀態(tài)。但是焊條在使用時(shí)仍然發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了氫氣孔、氧氣孔、氮?dú)饪椎膯栴}。氣孔對(duì)焊縫的直接影響就是降低了焊縫有效截面積，減小了承載能力，氫氧氣孔還能造成焊縫脆化、合金元素?zé)龘p的危害。為了減少氣孔的產(chǎn)生，我們?cè)诤附訒r(shí)采用了調(diào)整焊接參數(shù)、改變電源極性、清理焊件表面等措施，但是效果仍然不盡人意。

2 焊接方法的選擇

針對(duì)焊接工作中發(fā)現(xiàn)的各種問題，同時(shí)結(jié)合公司現(xiàn)有焊接設(shè)備及焊接技術(shù)水平，推薦可以改善焊接現(xiàn)狀的焊接方法有埋弧焊和氣體保護(hù)焊。由于埋弧焊的使用條件較為苛刻，所以選擇氣體保護(hù)焊。

我們以車間現(xiàn)用的松下焊機(jī)作為焊接設(shè)備，通過查閱Panasonic使用說明書，不銹鋼焊接中氣體保護(hù)焊使用范圍特性如表1所示。

表1 不銹鋼焊接中氣體保護(hù)焊使用范圍特性

表中可見不銹鋼焊接氣體保護(hù)焊的兩種選擇：

實(shí)芯焊絲[SUS]+富氬氣體保護(hù)

藥芯焊絲[SU.F]+CO2氣體保護(hù)

由于不銹鋼種類繁多，分類方法各異，我們通常按正火狀態(tài)的組織分馬氏體鋼，其與耐熱鋼大都在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用；鐵素體鋼，使用狀態(tài)下以鐵素體為主，主要用作抗氧化鋼；奧氏體鋼，是不銹鋼及耐熱鋼中最重要的鋼類，主要用在耐腐蝕條件下；雙相鋼，這類鋼是在超低碳鐵素體基不銹鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的雙向不銹鋼，該鋼有磁性，不能淬硬，屈服強(qiáng)度可達(dá)奧氏體鋼的兩倍。而基于生產(chǎn)現(xiàn)狀與設(shè)備、管線使用情況，我公司常用不銹鋼為304、316L奧氏體不銹鋼。以上兩種不銹鋼在常用板材焊接、管材焊接時(shí)采用相同氣體保護(hù)焊時(shí)參數(shù)不變，故而本次采用厚度為6 mm的常用304不銹鋼板為例作為焊接母材，針對(duì)兩種選擇分別進(jìn)行焊接試驗(yàn)。

1)實(shí)芯焊絲[SUS]+富氬氣體保護(hù)焊接時(shí)要求：

①采用平特性焊接電源，直流時(shí)采用反極性；

②氬氣純度要求較高，一般采用純氬氣；

③焊接時(shí)在噴射過渡的條件下施焊，弧長(zhǎng)要求在4～6 mm范圍內(nèi)；

④注意防風(fēng)措施，保護(hù)焊接質(zhì)量。

2)藥芯焊絲[SU.F]+CO2氣體保護(hù)焊接時(shí)要求：

①采用平特性焊接電源，直流時(shí)采用反極性；

②保護(hù)氣體選擇CO2,氣體流量以20～25 L/min較為合適；

③焊嘴與焊件之間間隔15～25 mm較為適宜；

④焊接電流在250 A以下時(shí)干伸長(zhǎng)度約15 mm，250 A以上時(shí)約20～25 mm較為適宜。

表2 兩種方式焊接參數(shù)

試驗(yàn)結(jié)論：

在試驗(yàn)過程中，兩種焊接方法焊接參數(shù)不能完全相同，只能將焊接參數(shù)變化控制在盡可能小的范圍內(nèi)。通過多次試驗(yàn)，焊接樣板的基本情況如下：

1)實(shí)芯焊絲獲得的焊縫顏色烏亮，在焊接過程中飛濺較少，熔合性稍差，工作效率高，氣孔產(chǎn)生率低。

2)藥芯焊絲獲得的焊縫顏色光亮，焊縫清晰，第一層熔透焊時(shí)便于操作，熔透效果好，在焊接過程中基本無飛濺，熔合性好，填充與蓋面焊時(shí)，效率比實(shí)芯焊絲稍高，氣孔產(chǎn)生率極低。

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊與藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊都能滿足焊縫質(zhì)量要求。但是藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊比實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊的焊接質(zhì)量更穩(wěn)定，效率也略高于同時(shí)實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊。CO2氣體比富氬氣體成本更加低廉。綜上所述，CO2氣體保護(hù)焊在不銹鋼焊接中更具優(yōu)勢(shì)。

3 CO2氣體保護(hù)焊的特點(diǎn)

在過去，由于施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、惡劣，現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)以及小型備件制作焊接多以手工電弧焊為主。隨著公司現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境治理以及焊接技術(shù)培訓(xùn)的推進(jìn)，CO2焊接以其焊接成本低、生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量高、焊接變形小、焊接應(yīng)力小、適用范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸被人們接受并在重要焊接作業(yè)場(chǎng)合中使用。

CO2氣體保護(hù)焊的優(yōu)點(diǎn)：

1)焊接成本低。CO2氣體來源廣泛，價(jià)格低，熔敷率遠(yuǎn)高于手工電弧焊，其成本比傳統(tǒng)手工電弧焊降低40%左右。

2)生產(chǎn)效率高。電弧穿透力強(qiáng)，焊絲熔化率高，所以焊接效率要比傳統(tǒng)手工電弧焊高很多，尤其是在大型備件制作、管道焊接配合轉(zhuǎn)胎時(shí)效果尤為明顯。

3)焊接質(zhì)量高。不易產(chǎn)生氣孔，抗裂性也優(yōu)于手工電弧焊。同時(shí)由于二氧化碳的吸熱反應(yīng)和直流電源小電流穩(wěn)定的原因，在薄板焊接時(shí)焊接變形小，不容易擊穿。

4)適用范圍廣。可適用于空間各種位置的焊接，同時(shí)比手工電弧焊更適合立焊和仰焊位置，熔化的金屬不易流淌。

CO2氣體保護(hù)焊的缺點(diǎn)：

1)在電壓電流調(diào)節(jié)不匹配時(shí)焊接飛濺較大，電壓電流的調(diào)節(jié)不易掌握，同時(shí)焊接環(huán)境有所要求，不能在有風(fēng)的地方施焊。

2)送絲比實(shí)心焊絲困難，芯料易吸潮，需對(duì)藥芯焊絲嚴(yán)加保存和管理。