CO2氣體保護(hù)焊在設(shè)備制造焊接中的應(yīng)用

王玉亮

【摘 要】近年來，隨著石化裝置規(guī)模的不斷擴(kuò)大，需要現(xiàn)場制作的大型設(shè)備也顯著增多，焊接工作在工程成本、進(jìn)度及質(zhì)量方面的影響程度也在不斷加深，因此選擇更加經(jīng)濟(jì)、快速的焊接方法既是滿足工程管理的需要，也是技術(shù)進(jìn)步的趨勢。CO2氣體保護(hù)焊具有高效、節(jié)能的的特點(diǎn)，且焊接速度和效率都比手工電弧焊有明顯提高。通過在實(shí)際應(yīng)用中與手工電弧焊對比后，其優(yōu)勢也是顯而易見的，因此值得在設(shè)備焊接中加以推廣應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】CO2氣體保護(hù)焊；設(shè)備；焊接；再生器

1 CO2氣體保護(hù)焊的特點(diǎn)

CO2氣體保護(hù)電弧焊是利用CO2作為保護(hù)氣體的熔化極電弧焊方法。這種方法以CO2氣體作為保護(hù)介質(zhì)，使電弧及熔池與周圍空氣隔離，防止空氣中氧、氮、氫對熔滴和熔池金屬的有害物質(zhì)，從而獲得優(yōu)良的機(jī)械保護(hù)性能。生產(chǎn)中一般是利用專用的焊槍，形成足夠的CO2氣體保護(hù)層，依靠焊絲與焊件之間的電弧熱，進(jìn)行自動(dòng)或半自動(dòng)熔化極氣體保護(hù)焊接。這種焊接法采用焊絲自動(dòng)送絲，敷化金屬量大、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定。

1.1 CO2氣體保護(hù)焊的優(yōu)點(diǎn)

1）焊接生產(chǎn)率高。由于焊接電流密度較大，電弧熱量利用率較高，以及焊后不需清渣，因此提高了生產(chǎn)率。CO2焊的生產(chǎn)率比普通的焊條電弧焊高2～4倍。[1]

2）焊接成本低。CO2氣體來源廣，價(jià)格便宜，而且電能消耗少，故使焊接成本降低。通常CO2焊的成本只有埋弧焊或焊條電弧焊的40%-50%。

3）焊接變形小。由于電弧加熱集中，焊件受熱面積小，同時(shí)CO2氣流有較強(qiáng)的冷卻作用，所以焊接變形小，特別適宜于薄板焊接。

4）焊接質(zhì)量較高。對鐵銹敏感性小，焊縫含氫量少，抗裂性能好。

5）適用范圍廣。可實(shí)現(xiàn)全位置焊接，并且對于薄板、中厚板甚至厚板都能焊接。

6）操作簡便。焊后不需清渣，且是明弧，便于監(jiān)控，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化焊接。

1.2 CO2氣體保護(hù)焊的缺點(diǎn)

1）飛濺率較大。金屬飛濺是CO2焊中較為突出的問題，這是主要缺點(diǎn)。

2）很難用交流電源進(jìn)行焊接，焊接設(shè)備比較復(fù)雜。

3）抗風(fēng)能力差，給室外作業(yè)帶來一定困難。

4）不能焊接容易氧化的有色金屬。

CO2氣體保護(hù)焊的缺點(diǎn)1、2條可以通過提高技術(shù)水平和改進(jìn)焊接材料、焊接設(shè)備加以解決，目前的焊接設(shè)備和材料基本可以解決這兩項(xiàng)缺點(diǎn)帶來的影響，第3條可以適當(dāng)采取一定的防風(fēng)措施進(jìn)行改進(jìn)，而第4條在設(shè)備焊接應(yīng)用中基本不存在，目前大部分的石化裝置設(shè)備用材料還是以碳鋼或低合金鋼為主，很少存在有色金屬材質(zhì)。而其優(yōu)點(diǎn)卻是其他焊接方法所不能比的。因此，可以認(rèn)為CO2氣體保護(hù)焊在設(shè)備焊接中是一種高效率、低成本的節(jié)能焊接方法。下面將闡述CO2氣體保護(hù)焊在催化裂化裝置兩器制造中的實(shí)際應(yīng)用。

2 實(shí)際應(yīng)用工程簡介

催化裂化裝置的兩器制造是大型設(shè)備現(xiàn)場制造的典型代表，尤其以再生器的制造更為突出，其焊接工作量大、質(zhì)量要求高、制造周期短，給施工管理中工期和質(zhì)量目標(biāo)都帶來了一定挑戰(zhàn)，而選擇CO2氣體保護(hù)焊可以更好的完成此項(xiàng)任務(wù)。下面就以2011年九江石化I#催化裂化裝置改造項(xiàng)目中再生器的制造為例，說明CO2氣體保護(hù)焊在設(shè)備制造焊接中的應(yīng)用。

本項(xiàng)目屬于改造項(xiàng)目，催化裝置的核心—兩器系統(tǒng)需異地新建，新的再生器參數(shù)為：設(shè)備規(guī)格？準(zhǔn)9300/6300×45137×34/28/24，主體材質(zhì)Q245R。再生器設(shè)計(jì)壓力0.35MPa、設(shè)計(jì)溫度750℃、介質(zhì)性質(zhì)為第二類介質(zhì)、設(shè)備為第Ⅰ類壓力容器（D1級）。焊接接頭系數(shù)為1.0，A/B類焊縫進(jìn)行100%的衍射時(shí)差法超聲波檢測（TOFD），結(jié)果符合JB4730.10-2010中Ⅰ級為合格；表面進(jìn)行100%磁粉探傷復(fù)驗(yàn)，結(jié)果符合JB4730.4-2005中Ⅰ級為合格。C、D類焊縫表面進(jìn)行100%磁粉探傷復(fù)驗(yàn)，結(jié)果符合JB4730.4-2005中Ⅰ級為合格。

Φ6300筒體在預(yù)制場預(yù)制成單節(jié)，現(xiàn)場組對成段，Φ9300筒體分片現(xiàn)場組對，現(xiàn)場需組焊成三大段以滿足吊裝要求，焊縫總體長度約620米（見后附排版圖）。因?yàn)槭歉脑祉?xiàng)目，工期非常緊張（原計(jì)劃制造工期僅為4個(gè)半月，包括全部內(nèi)構(gòu)件安裝完畢），在綜合考慮工期、質(zhì)量、成本因素后，項(xiàng)目部選用了CO2氣體保護(hù)焊（FCAW）作為主要焊接方法（主要焊接筒體環(huán)縫、縱縫、封頭及錐段焊縫）。

3 焊接工藝

1）焊機(jī)選用的是NB-500型號的CO2氣體保護(hù)焊焊機(jī)，該焊機(jī)采用電子電抗器控制，焊接過程穩(wěn)定，飛濺小，熔池深，成型美觀，特殊的波形控制技術(shù)，可使飛濺量明顯降低。焊絲選用CHT711藥芯焊絲，CO2氣體的純度要不小于99.5%。

2）焊接過程如下：

A.焊前用FCAW點(diǎn)焊定位；

B.第1層FCAW打底，第2-5層FCAW填充、蓋面，打底層采用分段退步焊，分段長度為500mm-600mm，其余各層可一次焊接完。層間應(yīng)清理干凈，接頭錯(cuò)開，焊后焊工自檢外觀合格；

C.內(nèi)側(cè)焊完后外側(cè)進(jìn)行碳弧氣刨清根，打磨出金屬光澤，第6-9層FCAW填充、蓋面，打底層采用分段退步焊，500mm-600mm，其余各層可一次焊接完。層間應(yīng)清理干凈，接頭錯(cuò)開，焊后焊工自檢外觀合格；

D.焊接完成后對現(xiàn)場焊縫（不具備射線檢測條件）進(jìn)行100%衍射時(shí)差法超聲波檢查（TOFD）， 結(jié)果符合JB/T4730.10-2010 Ⅰ級為合格；表面進(jìn)行100%MT檢測，結(jié)果符合JB/T4730.4-2005 Ⅰ級為合格。對在預(yù)制場焊接的焊縫進(jìn)行100%RT檢測，結(jié)果符合JB/T4730.2-2005 Ⅱ級為合格；完成后再進(jìn)行20%的超聲波復(fù)測，結(jié)果符合JB/T4730.3-2005 Ⅰ級為合格。

3）環(huán)縫的焊接工藝參數(shù)與縱縫基本相同，為達(dá)到更好的效果，也可以采用手工電弧焊（SMAW）進(jìn)行蓋面，兩種焊接工藝相結(jié)合，可以使得焊縫表面成形更加美觀。

4 焊接質(zhì)量

4.1 焊接質(zhì)量的控制措施

1）焊工必須經(jīng)過培訓(xùn)和一定的經(jīng)驗(yàn)積累才能掌握CO2氣體保護(hù)焊的特點(diǎn)，因此在設(shè)備焊接之前要選定合格的有經(jīng)驗(yàn)的CO2氣體保護(hù)焊焊工，這是控制好焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

2）縱縫焊接：先焊接大坡口側(cè)、后焊小坡口側(cè)。焊接時(shí)先焊內(nèi)側(cè)，背面清根后焊接外側(cè)，底層焊道采用分段退步焊，分段長度大約為500mm-600mm。其他各層可一次焊完。在焊接過程中每焊接一層用弧度樣板檢查焊縫的棱角度，如果符合要求可繼續(xù)焊接，如果出現(xiàn)變形，必須調(diào)整焊接順序，棱角向外則焊內(nèi)側(cè)，棱角向內(nèi)焊外側(cè)。焊接過程盡可能使筒體處在自由狀態(tài)，通過改變焊接的順序控制焊接變形。

3）環(huán)縫焊接：先焊接大坡口側(cè)、后焊小坡口側(cè)。焊接時(shí)先焊內(nèi)側(cè)，背面清根后焊接外側(cè)，焊接環(huán)縫時(shí)采用多人沿同一方向?qū)ΨQ分布焊接。大筒體用4名焊工均布沿著同一方向同時(shí)焊接，有利于減少焊接變形。

4.2 焊接質(zhì)量檢測結(jié)果及常見缺陷分析

1）本次再生器制造過程中的焊縫外觀質(zhì)量按下表標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，焊縫外形成形美觀，外觀質(zhì)量合格，說明CO2氣體保護(hù)焊的質(zhì)量是有所保證的。

2）無損檢測結(jié)果

本次再生器焊縫進(jìn)行無損檢測結(jié)果如表1所示：

從表1所列檢測結(jié)果可以看出，CO2氣體保護(hù)焊的焊接質(zhì)量是相當(dāng)高的，因此從質(zhì)量要求方面是非常適合設(shè)備制造焊接的。

3）CO2氣體保護(hù)焊常見缺陷及分析

在以上的無損檢測結(jié)果中，RT檢測不合格的6張片子中，氣孔缺陷有5張，而且都相對集中在同一時(shí)間段內(nèi)，經(jīng)分析主要原因是因?yàn)楹附赢?dāng)天風(fēng)速過大，而防護(hù)措施不到位導(dǎo)致的；未焊透1張，原因是焊工焊接速度過快導(dǎo)致。TOFD檢測中的缺陷也主要是氣孔缺陷，由此可見氣孔缺陷是CO2氣體保護(hù)焊的重要防范點(diǎn)。

5 焊接效率

根據(jù)本次再生器制造的焊接記錄和現(xiàn)場的實(shí)際情況統(tǒng)計(jì)，以直徑Φ6300mm的環(huán)縫為例，每道焊縫長度約20米，厚度為24mm，采用四名焊工均布，沿同一方向焊接，一天時(shí)間可以完成一道（包括背面清根時(shí)間），整體效率是手工電弧焊所不能完成的。從CO2氣體保護(hù)焊在鋼結(jié)構(gòu)焊接中的一個(gè)對比的例子也可以看出它的焊接效率是非常高的，以H型鋼的平角焊縫為例，焊腳高度K為12mm，焊縫長度L為5米，其比較結(jié)果如下：

表2

由此可見CO2氣體保護(hù)焊不論在鋼結(jié)構(gòu)還是設(shè)備焊接中都是一種高效的焊接方法，其高效、省時(shí)的特點(diǎn)很有可能會(huì)取代傳統(tǒng)焊接方式的地位。

【參考文獻(xiàn)】

[1]邱言龍，聶正斌，雷振國.二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊技術(shù)快速入門[M].上海科技出版社，2011.

[2]孫景榮.二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊在輕型鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用[J].