富氬二氧化碳氣體保護焊在制冷承壓設備焊接生產中的應用

高云

摘要：文章采用Ar+CO2混合氣體保護焊焊接Q235-A和16MnR鋼，焊接接頭拉伸、冷彎性能均不低于母材，與C02焊接時相似，而焊縫沖擊韌性卻明顯優于C02焊接，尤其是對于Q235-A鋼，隨著混合氣體中氬氣比例的增加，沖擊韌性明顯提高，但氬氣含量需達到一定值時才有效果。按照電弧形態和熔池形態實驗研究、分析的結果，確定的45°～50°。坡口能夠有效地保證焊接接頭的綜合性能（彎曲實驗一次合格率均為100%），同時也大大降低了熔敷金屬的填充量。焊縫表面成形良好，且飛濺較少，但弧光較大。

關鍵詞：富氬；承壓；設備；焊接

CO2焊接成本低，其成本只有埋弧焊、焊條電弧焊的40%～5 0%：生產效率高，其生產率是焊條電弧焊的1～4倍；操作簡便，明弧，對工件厚度不限，可進行全位置焊接而且可以向下焊接；焊后變形較小。因此，在制冷壓力容器行業得到了普遍的應用，但是一般只作為焊接C、D類焊縫，主由由于CO2焊接方法應用于A、B類主焊縫時，機械性能一次合格率低，特別是背彎及沖擊。本研究主要分析富氬混合氣體焊接方法在制冷壓力容器主焊縫中的應用。富氬混合氣體配比為80 %Ar+20%C02時稱為富氬混合氣體。用富氬混合氣體作為保護氣體，無論是焊接工藝性，還是焊接接頭機械性能，均不亞于熔化極氬弧焊，但富氬混合氣體中氬氣比例很高，與二氧化碳保護焊相比，大大提高了焊接成本。

1 制冷壓力容器焊接要求

制冷壓力容器主要是指以液化氣體為制冷劑、設計壓力不高于4.0 MPa、設計溫度不高于200℃的制冷裝置。

容器主要受壓部分的焊接接頭分為A、B、C、D4類（見圖1）。

焊縫表面不得有裂紋、未熔合、氣孔、弧坑等缺陷和飛濺物。焊縫不得有焊瘤存在，若出現焊瘤時則必須用砂輪打磨致消除為止。焊縫寬窄差應控制在1～2mm。焊縫直線度2.0mm。焊縫凸出或凹陷應小于1.5mm，且不低于母材，不高出焊縫允許高度。其他容器焊縫表面的咬邊深度不得大于0.5mm，咬邊連續長度不得大于100mm，焊縫兩側咬邊的總長度不得超過該焊縫長度的10%。

A、B類接頭焊縫（縱焊縫和環焊縫）的余高：材料為Q235～B，20R，Q345R，20等焊縫的余高不管采用單面坡口還是雙面坡口，余高都應不超過板厚的15%，并且小于等于4mm，對于10mm以下鋼板焊縫余高最大可為1.5mm。

C、D類接頭（接頭和接管、管板及附件）要求與母材呈圓滑過渡。焊腳在圖樣無規定時，取焊件中較薄者之厚度，補強圈的焊腳，當補強圈的厚度不小于8 mm時，其焊腳等于補強圈厚度的70%，且不小于8mm。

2 實驗方法、設備

2.1實驗方法

材料：Q345R板材300*350*6。

焊絲：伊薩ER70S-6（Φ1.2）。

2.2實驗設備

焊機：山大奧太NBC-500。

3實驗過程

富氬二氧化碳氣體保護焊在實際焊接過程中，焊接接頭質量受到諸多因素的影響，其中選擇合理的焊接工藝是焊接接頭質量得以保證的前提，而在具體焊接實驗過程中，坡口型式和焊接參數對焊接接頭質量影響較大。

3.1母材坡口加工、組對、焊接

母材Q345R的坡口加工、組對、焊接如圖2所示。

3.2實驗用焊接工藝參數

實驗用焊接工藝參數，如表1所示。

4 實驗分析

采用Ar+CO2混合氣體保護焊焊接Q235-A和16MnR鋼，焊接接頭拉伸、冷彎性能均不低于木材，與C02焊接時相似，而焊縫沖擊韌性卻明顯優于C02焊接，尤其是對于Q235-A鋼，隨著混合氣體中氬氣比例的增加，沖擊韌性明顯提高，但氬氣含量需達到一定值時才有效果。

5 結語

（1）按照電弧形態和熔池形態實驗研究、分析的結果，確定的45°～50°坡口能夠有效地保證焊接接頭的綜合性能（彎曲沖擊實驗一次合格率均為100%）；同時也大大降低了熔敷金屬的填充量。

（2）實驗過程中發現，采用（79%～80%）A r+（21%～20%） CO2混合氣體保護焊+實心焊絲相結合的焊接工藝，焊縫表面成形良好，且飛濺較少；但弧光較大。

（3）采用上述的焊接工藝參數所焊的試件，經過焊接工藝評定，符合壓力容器的相關安全技術規范要求，表明此工藝方法可以應用于壓力容器的焊接生產中。

（4）采用了小坡口（45°～50°）焊縫形式，大大降低了熔敷金屬的填充量；提高了焊接工作效率，縮短了產品焊接生產周期。

（5）有效提高了焊接接頭的無損檢測一次合格率，降低了焊接接頭的返修成本。

（6）該批產品的制造質量符合《壓力容器安全技術監察規程》、GB150-2011《壓力容器》、JB/T4730-2005《承壓設備無損檢測》及設計圖紙的規定要求。

[參考文獻]

[1]宋光輝.混合氣體保護焊對焊縫金屬組織與性能的影響[J].林業機械與木工設備，2000 （6）：32