二氧化碳氣體保護焊機全角度焊接技術在井架制造安裝中的應用

楊峰

摘 要：通過對平煤神馬建工集團有限公司安裝處的井架加工過程中所采用的手工電弧焊機進行焊接加工的勞動方式進行分析研究，并結合現有的焊接設備及能力，經過研究及創新，運用CO2氣體保護焊機進行包括仰焊在內的全方位焊接加工，以滿足井架在基地加工過程中及在現場組裝過程中的各類焊接問題，從而提高勞動效率和產品質量，實現高效率、高質量、低成本、低能耗的加工方式，使企業在井架加工及安裝過程中更加具有核心競爭力，為企業的發展做出切實有效的技術應用。

關鍵詞：大型鋼構井架；CO2氣體保護焊機；仰焊；全角度焊接；取代；新技術應用

平煤神馬建工集團有限公司安裝處屬于機電安裝類企業，每年都要承擔許多大型鋼結構制作安裝工程，現如今，隨著機械加工自動化程度的提高，現有手工焊接技術已經很難滿足工期時間要求和技術指標性能，特此提出使用CO2氣體保護焊機進行全角度焊接技術運用到型鋼井架加工中，以實現低成本、低能耗、高質量、高效率的加工方式，為企業的發展做出切實有效技術應用。

1 二氧化碳焊接方式概述與應用

1.1 二氧化碳焊接方式的優勢與問題

使用二氧化碳氣保焊機進行焊接加工，由于采用自動化送進焊絲，焊絲的送進移動全部是靠焊接送絲機控制，無需頻繁更換焊條，焊接電流、焊接電壓、焊接速度等參數可穩定精確的控制；CO2氣保焊穿透力高，含氫量低，焊縫抗銹能力強，焊接電流密度大（100-300A/m2），焊接冷裂紋傾向小，可以有效避免因高溫焊接所產生的焊接形變；二氧化碳氣體便宜，焊接成本比較低，焊前對工件的清理可以從簡；焊接速度快，成形好，節省加工時間，有利于提高焊接質量和生產率；其焊接成本只有焊條電弧焊的40%-50%，生產效率比焊條電弧焊高1-3倍。

但同時使用二氧化碳氣保焊機進行焊接加工時也會產生一系列的問題，要想不影響加工質量，就必須要去解決所產生的問題。首先由于二氧化碳氣體保護焊接飛濺大，在焊接過程CO2氣體分解，生成C，使焊縫中含碳量增大，易生成氣孔等缺陷，因此焊接前清理干凈焊縫表面污漬，可采用直流反接技術，可明顯減小飛濺；CO2氣體保護焊不僅產生煙霧和金屬粉塵，而且還產生CO、NO3等有害氣體；運用CO2氣體保護焊接時由于電流密度大，電弧溫度高，弧光輻射比手工電弧焊強得多，應特別注意加強職工安全防護，佩戴好安全勞保防護措施后方可操作，防止電光性眼炎及裸露皮膚灼傷；由于焊接過程中采用CO2氣體保護，不能焊接易氧化的金屬材料，抗風能力差，野外作業時或漏天作業時，需要有防風措施，在施焊四周做好遮風板，以免影響到CO2氣體的輸送保護層。

1.2 二氧化碳焊接方式的具體應用

運用CO2氣體保護焊機進行大型鋼結構井架全方位焊接作業時，焊接難度最大的當屬仰角焊接，其次為立面焊接，最后為平面焊接。焊接用的CO2氣體應選用較高的純度，一般技術標準規定是：O2濃度小于0.1%；H2O濃度小于1～2g/m3；CO2濃度>99.5%。焊接時對焊縫質量要求越高，則對CO2氣體純度要求也越高。一瓶液態CO2可以汽化成12725L的CO2氣體。若焊接時氣體消耗量為20L/min，則一瓶液態CO2可連續使用10小時左右。CO2氣體保護焊所使用的焊絲必須含有足夠數量的Mn、Si等脫氧元素，從而減少焊縫金屬中的含氧量和防止產生氣孔。通常要求焊絲碳含量小于0.11%，這樣可減少氣孔與飛濺。進行焊接組裝時，要先對焊接坡口進行充分預熱處理，否則，在焊件冷卻時易產生水珠，進而影響焊接質量。

采用CO2氣體保護焊機進行仰角焊接是四種基本焊接位置中最困難的一種焊接。由于熔池位置在焊件下面，焊條熔滴金屬的重力會阻礙熔滴過度，熔池金屬也受自身重力作用下墜，熔池體積越大溫度越高，則熔池表面漲力越小，故仰焊時焊縫背面容易產生凹陷，正面焊道出現焊瘤，焊道形成困難。因此，進行仰角焊接時需要采用短弧焊接，仰焊時由于焊槍和電纜的重力等作用，操作人員容易出現持槍不穩等現象，一定要注意保持正確的操作姿勢，需要雙手持槍，焊接點要處于人的上方偏前，且焊縫偏向操作人員的右側，后撤步焊接方法，焊槍走向與焊縫呈75度左右夾角，依焊工個人習慣可略作增減，使終保持焊絲溶液頂著前期溶液后退進行焊接；采用遞增法疊壓進行焊接，第一道打底焊時，板材連接焊時采取中間直線快速連接焊法，迅速施焊連接，使板材連接；第二道填充焊接時，采用橫向小擺動后退法進行焊接，第三道時采用疊壓法進行補充焊接，以此類推，直到焊縫填充完畢。以板厚12mm焊絲直徑為Ф1.2mm為例，第一遍直線焊接時，焊接電流為130A∽180A，焊接電壓為19V∽24V；橫向擺動焊接時，焊接電流為120A∽150A，焊接電壓為19V∽23V。

采用CO2氣體保護焊機進行平焊時，可采用小幅度鋸齒形擺動方式，橫焊時擺幅不要過大，否則容易造成焊液下淌；一般采用左焊法，在離工件右端定位焊焊縫約20mm坡口的一側引弧，然后開始向左焊接，焊槍角度為0∽10度并控制電弧在離底邊約2∽3mm處燃燒；焊道采用疊壓法進行焊接，第一道打底焊時，電弧始終在坡口內做小幅度橫向擺動，并在坡口兩側稍作停頓，使熔孔深入坡口兩側各0.5∽1mm；焊接以板厚12mm焊絲直徑為Ф1.2mm為例，根部間隙在0∽1.2mm，電流控制在420A∽480A之間，電壓控制在38V∽41V之間，速度控制在40∽50cm/min，導電嘴與工件之間的距離為20∽25mm之間，氣體流量為20L/min。

采用CO2氣體保護焊機向下立焊技術，焊槍角度與焊縫之間呈60∽80度夾角；在工件的頂端引弧，觀察熔池，待工件底部完全熔合后，開始向下立焊；焊接過程中采用直線焊接法，焊槍不做橫向擺動，打底焊結束后，填充焊采用疊壓法進行補充焊接，直至焊縫填充完畢；由于焊接金屬液的重力影響，為避免溶液流淌，在焊接過程中應始終對準熔池的前方，對熔池起到上托的作用；第一層焊時電流控制在100A∽150A之間，電壓控制在18V∽22V之間，速度控制在35∽45cm/min；第二層電流選擇電流控制在170A∽200A之間，電壓控制在22V∽24V之間，速度控制在25∽35cm/min，。采用向上立焊時，由于熔深較大，容易焊透，為防止熔液在重力作用下自淌，必須采用比平焊稍小的電流，焊槍的擺動頻率應稍快，采用鋸齒形節距較小的擺動方式進行焊接，使熔池小而薄，采用短路過度方式進行熔滴過度；電流控制在100A∽200A之間，電壓控制在18V∽24V之間，速度控制在25∽35cm/min。由于水平固定全位置焊接難度較大，要求焊工水平較高。坡口加工時，采用上進焊接法，第一層焊接時電流控制在100A∽140A之間，電壓控制在18V∽22V之間，速度控制在20∽35cm/min，第一層焊接時電流控制在120A∽160A之間，電壓控制在19V∽23V之間，速度控制在20∽35cm/min。

2 二氧化碳焊接方式產生的經濟效益

平煤股份十三礦己四采區副井提升系統采用CO2氣體保護焊全角度焊接技術縮短了井架加工及現場組裝過程中的加工時間，焊接完成后對焊縫進行射線探傷，檢驗合格并由檢驗單位出具合法檢驗報告，符合圖紙設計要求。在保證施工安全的前提下加快了施工進度，保證了施工質量，降低了施工成本，提高了生產效率，縮短了總工期，加快了主井提升系統設備安裝的總體進度，使實際施工工期比計劃工期提前了20天。安裝處單項工程項目直接經濟效益成本節約：施工人員共40人，每天工資100元/人，工期提前20天完成。節約人工工資：40人*100元/人*20=8萬元。施工機械費用：由每月設備租賃費合計為5.4萬元，提前20天交設備，可計算節約機械費：3.6萬元；節支總額：8萬元+3.6萬元=11.6萬元。獲得了良好的社會效益和經濟效益，具有廣泛的市場前景和推廣價值。

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