CO2氣體保護焊在管道焊接中的工藝探討及應用

摘 要：二氧化碳氣體保護焊的應用現在已經十分普遍，在船舶、建筑和新能源領域以及重工企業隨處都能見到它的身影。二氧化碳氣體保護焊的普遍使用也對其焊接工藝和質量提出了更高的要求。

關鍵詞：焊前準備；工藝；焊接操作

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.029

1 焊前準備

（1）保護氣體的選擇。在管道焊接的施工中，由于管道的直徑較小，無法進入管道內部施工作業，所以在現場施工要采用單面焊雙面成型工藝。在施工中一般采用溶深大，成本低，方便單面焊雙面成形的100%的CO2 作為保護氣體。為確保優秀的焊接質量，減少氣孔出現的可能性，在使用之前需將保護焊氣瓶倒置1，2h后使水分下沉，開啟閥門，進行放水1次，之后每隔0.5h再次進行放水共需3次左右。

（2）焊接材料的選擇。為了減少CO2氣體保護焊接反應過程中產生的CO氣體導致的焊接的氣孔，一般會選擇親氧能力優于親碳能力的合金元素，一般采用H08MnSiA焊絲焊接低碳鋼，而焊接低合金鋼時則采用H08Mn2SiA焊絲，來達到硅錳聯合脫氧的目的以減少焊接過程中氣體導致的焊接氣孔。焊絲的直徑的選擇也對電弧穩定、焊接時金屬的飛濺程度等有著明顯的影響，隨著焊絲直徑的增加，熔滴的速度則會相應的減慢，隨著熔滴速度的減慢也需要減少焊接送絲的速度。同時如果使用的焊絲直徑過大時，焊接的電流和電壓也會隨著增大，導致電弧不穩定，焊接時飛濺的顆粒物和廢氣也會增加，焊縫成型也會比較差。

（3）焊接坡口的選擇。焊接生產中電弧能不能深入到焊縫的底部，從而使管道焊透，進而獲得良好的焊縫成形和質量這都與焊接坡口的選擇緊密相關。在保證電弧能夠深入到焊縫根部的前提下，應盡量選擇較小的坡口角度，以達到減小溶寬，避免破壞性焊接變形，減少填充金屬節約成本的目的。1）坡口形勢的選擇。坡口形勢的選擇則需要根據需焊的管道的直徑大小進行選擇，管道直徑和板厚都比較小時可以采用單面V型坡口；管道直徑小和大板厚的情況則優先考慮單U型坡口；管道在大直徑和大板厚的情況下可以選擇雙面X型或U型坡口。2）管道焊接位的選擇。管道焊接位熔透的深度直接受鈍邊的大小影響，鈍邊越大，容易出現焊不透的情況；鈍邊越小或沒有鈍邊則容易出現焊穿的現象。（由于CO2保護焊的熔深大在板厚小于12mm時鈍邊一般采用1-2mm，坡口角度一般為60o±5o）

（4）待焊管道的清理。焊接前需要對待焊坡口及坡口周圍（一般10mm-20mm）進行油污的清洗，對保護漆，金屬氧化皮進行打磨清理。由于CO2保護焊對焊接前污漬不是很敏感。即，只需粗略對待焊部位進行清理。以減少焊前的清理成本。

2 焊接工藝參數的選擇

（1）焊接電流參數的選擇。焊接電流的大小是直接影響焊接質量的重要因素，一般在管道焊接中為了可以增加熔深，提高焊接的效率，一般希望采用大的焊接電流，但是過分追求大的焊接電流會產生咬邊、熔池脫落等焊接缺陷，故不能一味的追求大的焊接電流，而選取過小的焊接電流也是不可取的，采用過小的焊接電流會造成電弧不能穩定燃燒，從而容易導致焊接未熔合、未焊透等焊接缺陷的出現，直接影響焊縫成型。因此焊接電流要在一個限定范圍采取合理的電流值。焊接電流的大小也要取決于焊接速度（送絲的速度），送絲的速度越快，二氧化碳保護焊焊接的電流是和送絲速度成正比的。具體可根據個人焊接送絲的速度來決定。

（2）焊接電壓的選擇。焊接電壓的大小也反映了弧長的大小，焊接過程中一個重要因素就是保持一個合理的弧長，它是保證焊接過程中穩定的短路過度，和減少飛濺的基礎。在焊接過程中選用的電壓參數過低時，直接導致電弧的長度變低，從而迫使焊絲于熔池之間的距離變短，直接影響焊接操作者對熔池焊接情況的觀察，熔池金屬容易被污染。電壓大小一般有一個界點，在焊接電流為200A以下時一般用U=0.04L+16±2（V），焊接電流在200A以上是則用U=0.04L+20±2（V）來計算。選擇合適的電壓之前應確定好電流的大小。

（3）焊接的速度。焊接的速度對焊接的正反面的外觀和質量都有著重要的影響，在電壓和電流都穩定正常的情況下，加快焊接速度會導致焊道呈現凸形，如果焊接的速度再加快則會出項駝峰形的焊道。相反降低焊接速度的情況下則會出現焊接時溶化的金屬將會流到電弧的前方，電弧不在焊件上燃燒而是在溶化的液態金屬上面燃燒，最終會導致焊縫熔合不好，單面焊雙面成形失敗的未焊透的焊接缺陷出現。為了保持焊槍的均勻移動，焊槍也可以準確的對準焊接線，在管道焊接中速度一般為40cm/min左右。

（4）焊絲的伸出長度。焊絲的伸出長度是焊槍噴嘴到焊件之間的距離，其對焊接過程中的影響也是比較大的。焊絲伸出的長度變長時焊絲的熔化速度就加快，生產效率就隨之提高，但是由于電阻熱的作用會導致電弧不穩定，焊接時飛濺物的量也會提高，隨著噴嘴離焊件的距離的增加氣體的保護會有一定的損失，焊縫會有氣孔和熔化不完全等一些的焊接缺陷的產生。

（5）保護氣體的流量。二氧化碳保護焊是通過二氧化碳氣體的屏蔽效果來實現保護作用的。在焊接操作中氣體流量、焊槍與焊件之間的距離、以及現場施工環境風速都會影響實際的保護效果。氣體流量與焊接時電流的大小是成正比的，操作中使用的是大電流則氣體的流量也需要相應的增加，一般在管道焊接的操作中在使用的大電流的情況下一般使用25L/min的氣流量。

3 焊接的具體操作

（1）焊槍與焊件的傾斜角度。在氣體保護焊的施焊過程中，當焊槍與焊件的角度垂直時，由于運條時產生的空氣阻力，使焊槍噴嘴噴射出來的保護氣體會出現角度偏離的現象，導致飛濺物多和電弧不穩定等問題的出現，所以一般情況下采用左向焊接的方法，噴嘴前傾與焊件之間的角度保持85o-90o。這樣不僅可以規避保護氣體角度偏離的缺點，同時也可以增大施焊者觀察熔池的視角，更容易的觀察和控制熔池。

（2）打底焊接頭的處理。打底焊時管道焊接的關鍵，要注意熔接時的接頭的方法，減少焊接缺陷的產生，在實際管道焊前打磨處理中坡口的角度會存在差異，在焊接中也應根據坡口角度的散熱面積進行調整，大坡口對應小散熱面積，對應小電流。不然容易又焊接塌陷或者管道內咬邊等焊接缺陷的出現。?；』虼虻缀附Y束時，焊槍不要立即離開弧坑，以防止縮孔和氣孔等焊接缺陷的出現。

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作者簡介：孫善乾（1972-），男，山東濟寧人，研究生，副教授，主要從事海洋工程等教學研究。