板對接立位實芯焊絲CO2氣體保護焊焊接工藝研究

賈 東，劉增峰，郭建明，都宏海，劉永慶

（大慶油田工程建設培訓中心，黑龍江 大慶163712）

板對接立位實芯焊絲CO2氣體保護焊焊接工藝研究

賈 東，劉增峰，郭建明，都宏海，劉永慶

（大慶油田工程建設培訓中心，黑龍江 大慶163712）

為保證培訓選手在“嘉克杯”國際焊工大賽中取得較好成績，針對該比賽的實芯焊絲CO2氣體保護焊比賽項目，即板對接立位實芯焊絲CO2氣體保護焊展開了研究，通過工藝參數的細化調整，操作手法的改進，包括改進對口間隙、焊槍角度、擺動方式及控制熱輸入等措施，改善了焊縫根部及蓋面成形，提高了接頭質量，達到了提高選手焊接操作水平、控制焊縫外觀成形和內部缺陷的目的。

焊接；CO2氣體保護焊；焊接工藝；實芯焊絲

近年來隨著焊接技術的發展，CO2氣體保護焊的應用越來越廣泛，在石油、石化、電力、造船和機車等行業的建設中起著重要的作用。隨著CO2氣體保護焊接方法的廣泛應用，在國內、國際比較有代表性的焊工比賽中，如全國工程建設系統焊工比賽、全國總工會職工職業技能焊工競賽、“嘉克杯”國際焊工比賽以及世界技能大賽等都設置了CO2氣體保護焊的比賽項目。

CO2氣體保護焊與傳統的焊條電弧焊和鎢極氬弧焊相比，焊接電流大，焊接速度快，生產效率高，但也會加大成形控制難度。如何調整焊接工藝，在比賽規定的施焊時間內，使所焊工件成型美觀，內部質量優良，從而適應現代焊工比賽的發展，成為大賽培訓工作中亟待解決的問題。通過對板對接立位CO2氣體保護焊項目的焊接工藝參數和操作手法的研究，反復試驗，并不斷調整工藝參數，最終達到了在規定焊接時間內使焊件成型美觀、內部質量優良的要求。

1 CO2 氣體保護焊接設備及焊接特點

CO2氣體保護焊接設備較焊條電弧焊復雜，除焊接電源外，還包括氣路部分和送絲系統、設備的連接及調節復雜，因此，要求參賽選手要熟練掌握設備的連接、調節以及各工藝參數的調試，這是保證焊接質量的前提條件。

對于不同類別的比賽，組委會指定的焊機品牌也不一樣，所以參賽選手需要熟悉不同類型的焊接設備。如“嘉克杯”國際焊接大賽使用多功能電焊機，該焊機可分別為手工鎢極氬弧焊、焊條電弧焊和CO2氣體保護焊提供焊接電源。與專用的CO2氣體保護焊機差異較大，調試比較復雜，因此需要熟練掌握其調試方式。

立位焊接時，熔滴和熔池的熔化金屬受重力作用容易下墜，導致成形不良甚至產生焊瘤。焊接時，要選擇適當的坡口角度、組對間隙和鈍邊大小，并保持正確的焊接姿勢、適當的焊槍角度和運弧方法，選擇較小的焊接熱輸入，控制好干伸長度，促進熔滴過渡，以保證焊縫成形。

2 焊前準備

2.1 焊接設備及材料

焊接電源選用北京嘉克新興科技有限公司的ARC-UP400M焊機，焊接母材為Q235，焊絲選用AWS ER70S-6。

2.2 坡口形式

試樣尺寸為300 mm×100 mm×12 mm，坡口角度為60°，如圖1所示。打磨鈍邊至1～2 mm，鈍邊過厚易產生未焊透和內凹等缺陷，鈍邊過薄易產生焊瘤或導致焊件燒穿。

圖1 坡口形式

2.3 焊前清理

焊前清理坡口及其兩側20 mm范圍內的油、銹及其他污物，打磨干凈直至露出金屬光澤，防止在焊接過程中產生氣孔等焊接缺陷，影響焊縫質量。

3 焊接工藝參數

3.1 組對間隙

為防止焊接過程中的收縮，造成終焊端坡口間隙變小而影響施焊，要求焊縫終焊端的間隙要大于始焊端間隙約0.5 mm，即最終組對間隙的始焊端為2 mm，終焊端為2.5 mm，具體數值也可根據焊接參數進行適當的微調。

3.2 焊接熱輸入

對于低碳鋼板對接立位的CO2氣體保護焊，如果焊接熱輸入過大，高溫停留時間過長，焊后冷卻速度慢，會導致晶粒粗大，產生過熱組織，嚴重影響焊縫和熱影響區的力學性能，無法達到有些比賽規定的斷口試驗要求，影響最終比賽成績。同時，溫度過高，將造成熔池體積大，下墜趨勢明顯，不利于保證最終的焊縫成形質量。如果焊接熱輸入過小，焊后冷卻速度過快，則容易產生淬硬組織。另外，不當的熱輸入還會導致未熔合和焊瘤的形成。因此，要控制適當的焊接熱輸入，掌握用焊接時的溫度來控制熔池從液態向固態轉變的速度。

3.3 焊槍角度

立焊時，焊槍與焊接方向的角度過大會導致電弧向上的推力過小，由于熔池自身重力的作用，使熔化狀態下的鐵水流淌，形成焊瘤；焊槍的角度過小，保護區域變小，容易使空氣侵入熔池，形成氣孔。根據反復試驗驗證，最適宜的焊接角度在65°～75°之間，焊槍角度為 75°。仰焊和立焊的焊槍角度如圖2所示。

圖2 仰焊和立焊的焊槍角度

3.4 試樣組對

定位焊的位置在試樣背面的兩端10～15 mm處。始焊端可適當增加定位焊的長度，防止定位焊過短在起弧的過程中產生電弧偏吹，但不要超過20 mm；終焊端必須定位牢固，以防止因焊接產生的收縮，造成終焊端坡口間隙變小而影響施焊。焊縫終焊端的間隙要大于始焊端約0.5 mm，始焊端和終焊端的間隙按規定的工藝參數組對。反變形為3°，錯邊量≤1 mm。

綜上所述，對待焊試樣制定了焊接工藝參數，具體見表1。

表1 焊接工藝參數

4 焊接操作

4.1 打底焊

打底焊之前應先將始焊端的點焊點用磨光機打磨呈緩坡形。采用連弧焊法打底，焊槍角度與焊縫夾角為65°～70°，采用小幅度鋸齒形橫向擺動，焊接中在坡口兩側稍作停留。為了防止熔池金屬在重力的作用下下墜，應采用較小的焊接電流，還要有合適的焊槍角度和正確的焊接姿勢，焊槍上下擺動幅度不能超過10°。焊接過程中，焊工要在焊接引弧中克服焊絲向外的作用力，習慣性地將焊槍抬高或降低，這樣會使焊絲的干伸長度發生變化，隨之焊接參數也會發生變化。如果焊接參數波動較大，這種不穩定電流、電壓易導致焊縫產生未熔合、未焊透或成形不良等缺陷。焊接時焊槍的擺動速度及在坡口兩側的停留時間根據熔孔大小來確定，焊道中間過渡時要稍快，防止焊道背面產生咬邊現象。

熔孔的大小決定背面焊縫的寬度和余高，焊接過程中要盡量控制熔孔的大小，一般熔孔直徑比對口間隙大0.5～1 mm。焊接過程中要隨時觀察熔孔大小，并根據熔孔大小的變化及時調整焊槍角度、擺動幅度和焊接速度，盡可能地維持熔孔大小不變。接頭時，應先將收弧處打磨呈緩坡形，便于接頭，然后用尖嘴鉗將焊絲氧化端頭去除，便于引弧。在離熔池后方約10 mm處引弧，焊槍做橫向擺動向前施焊。最后收弧時采用反復滅弧直至填滿弧坑，讓熔池溫度緩慢冷卻，防止焊道背面產生縮孔，當弧坑填滿，電弧熄滅后，也要讓焊槍在收弧處停留幾秒鐘后方能移開，保證熔池在凝固時CO2氣體繼續保護焊道，防止產生氣孔。

4.2 填充焊

填充焊之前應先用角向磨光機清除打底焊道的各個接頭凸起和坡口表面的飛濺熔渣等，將焊道磨平，調試好填充焊的焊接工藝參數，清理干凈焊槍護罩內部的飛濺。焊槍橫向擺幅比打底時稍大，采用鋸齒形運條法。電弧在坡口兩側稍停留，保證焊道兩側熔合良好，防止夾渣和未熔合。填充焊道比試板上表面低1.0～1.5 mm，不允許燒壞坡口的棱邊。

4.3 蓋面焊

清理填充焊道及坡口上的飛濺、熔渣，打磨掉焊道上局部凸起過高部分的焊肉，調整好蓋面焊接工藝參數后進行焊接，擺動幅度較填充焊時稍大，采用月牙形運條法。超過坡口邊緣0.5～1.0 mm，盡量保持焊接速度均勻，焊絲干伸長度一致，使焊縫外形美觀。焊道頂端反復滅弧直至填滿弧坑，待電弧熄滅，熔池凝固后，才能移開焊槍，以免局部產生氣孔，防止產生弧坑裂紋。

5 焊后清理

焊后保持焊道原始表面，用扁銼去除焊道周圍的熔渣及飛濺，這是由于飛濺中易存在氣孔和焊渣等缺陷，造成探傷時誤判扣分。清理干凈飛濺后，再用鋼絲刷清理整個焊道，清理后焊道外觀如圖3所示。

圖3 清理后焊道外觀

6 結 論

采用此種焊接方法和工藝對所焊試樣的外觀成形有很大提高，內部缺陷探傷合格率達到99.8%以上，力學性能也滿足比賽要求。在已經舉行的“嘉克杯”國際焊工大賽、全國工程建設系統焊工比賽和全國總工會職工職業技能焊工比賽中，選手使用這種焊接方法均取得了優異成績。

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Vertical Position Solid Core Wire CO2Gas Shielded Welding Technology Research for Plate Butt Joint

JIA Dong,LIU Zengfeng,GUO Jianming,Du Honghai,LIU Yongqing
（Daqing Oil Field Engineering Construction Training Center,Daqing 163712,Heilongjiang,China）

In order to gurantee training players acquire good achievements in “JIA KE CUP” competition,it studied the competition item of CO2gas shielded welding,that is vertical position solid core wire CO2gas shielded welding for plate butt joint.Through adjusting process parameters,improving operating methods,including improving the interface gap,welding gun angles,swing mode and controlling heat input,it improved root of weld and cover forming,increased welding joint quality,enhanced the welding operation level of player,and controlled weld appearance shape and internal defects.

welding;CO2gas shielded welding;welding process;solid core wire

TG444.73

A

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.06.006

賈 東（1979—），男，高級技師，DVS國際焊工指導教師，現主要從事各級別焊工的焊條電弧焊、鎢極氬弧焊和二氧化碳氣體保護焊等工藝方法的培訓工作，尤其擅長各類大賽的賽前集訓工作，同時從事油氣田地面建設中使用的新工藝、新材料的焊接工藝研究。

2016-03-17

謝淑霞