CO2氣體保護焊在設備制造焊接中的應用

王玉亮

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

【關鍵詞】CO2氣體保護焊；設備；焊接；再生器

1 CO2氣體保護焊的特點

CO2氣體保護電弧焊是利用CO2作為保護氣體的熔化極電弧焊方法。這種方法以CO2氣體作為保護介質(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)良的機械保護性能。生產(chǎn)中一般是利用專用的焊槍，形成足夠的CO2氣體保護層，依靠焊絲與焊件之間的電弧熱，進行自動或半自動熔化極氣體保護焊接。這種焊接法采用焊絲自動送絲，敷化金屬量大、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定。

1.1 CO2氣體保護焊的優(yōu)點

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CO2氣流有較強的冷卻作用，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?？蓪崿F(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，有利于實現(xiàn)機械化和自動化焊接。

1.2 CO2氣體保護焊的缺點

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。

2）很難用交流電源進行焊接，焊接設備比較復雜。

3）抗風能力差，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氣體保護焊的缺點1、2條可以通過提高技術水平和改進焊接材料、焊接設備加以解決，目前的焊接設備和材料基本可以解決這兩項缺點帶來的影響，第3條可以適當采取一定的防風措施進行改進，而第4條在設備焊接應用中基本不存在，目前大部分的石化裝置設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)點卻是其他焊接方法所不能比的。因此，可以認為CO2氣體保護焊在設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氣體保護焊在催化裂化裝置兩器制造中的實際應用。

2 實際應用工程簡介

催化裂化裝置的兩器制造是大型設備現(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)量目標都帶來了一定挑戰(zhàn)，而選擇CO2氣體保護焊可以更好的完成此項任務。下面就以2011年九江石化I#催化裂化裝置改造項目中再生器的制造為例，說明CO2氣體保護焊在設備制造焊接中的應用。

本項目屬于改造項目，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：設備規(guī)格？準9300/6300×45137×34/28/24，主體材質(zhì)Q245R。再生器設計壓力0.35MPa、設計溫度750℃、介質(zhì)性質(zhì)為第二類介質(zhì)、設備為第Ⅰ類壓力容器（D1級）。焊接接頭系數(shù)為1.0，A/B類焊縫進行100%的衍射時差法超聲波檢測（TOFD），結(jié)果符合JB4730.10-2010中Ⅰ級為合格；表面進行100%磁粉探傷復驗，結(jié)果符合JB4730.4-2005中Ⅰ級為合格。C、D類焊縫表面進行100%磁粉探傷復驗，結(jié)果符合JB4730.4-2005中Ⅰ級為合格。

Φ6300筒體在預制場預制成單節(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）。因為是改造項目，工期非常緊張（原計劃制造工期僅為4個半月，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，項目部選用了CO2氣體保護焊（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）焊機選用的是NB-500型號的CO2氣體保護焊焊機，該焊機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，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。層間應清理干凈，接頭錯開，焊后焊工自檢外觀合格；

C.內(nèi)側(cè)焊完后外側(cè)進行碳弧氣刨清根，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。層間應清理干凈，接頭錯開，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）進行100%衍射時差法超聲波檢查（TOFD）， 結(jié)果符合JB/T4730.10-2010 Ⅰ級為合格；表面進行100%MT檢測，結(jié)果符合JB/T4730.4-2005 Ⅰ級為合格。對在預制場焊接的焊縫進行100%RT檢測，結(jié)果符合JB/T4730.2-2005 Ⅱ級為合格；完成后再進行20%的超聲波復測，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，為達到更好的效果，也可以采用手工電弧焊（SMAW）進行蓋面，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)過培訓和一定的經(jīng)驗積累才能掌握CO2氣體保護焊的特點，因此在設備焊接之前要選定合格的有經(jīng)驗的CO2氣體保護焊焊工，這是控制好焊接質(zhì)量的關鍵。

2）縱縫焊接：先焊接大坡口側(cè)、后焊小坡口側(cè)。焊接時先焊內(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)。焊接時先焊內(nèi)側(cè)，背面清根后焊接外側(cè)，焊接環(huán)縫時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)量按下表標準進行控制，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氣體保護焊的焊接質(zhì)量是相當高的，因此從質(zhì)量要求方面是非常適合設備制造焊接的。

3）CO2氣體保護焊常見缺陷及分析

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間段內(nèi)，經(jīng)分析主要原因是因為焊接當天風速過大，而防護措施不到位導致的；未焊透1張，原因是焊工焊接速度過快導致。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氣體保護焊的重要防范點。

5 焊接效率

根據(jù)本次再生器制造的焊接記錄和現(xiàn)場的實際情況統(tǒng)計，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，一天時間可以完成一道（包括背面清根時間），整體效率是手工電弧焊所不能完成的。從CO2氣體保護焊在鋼結(jié)構(gòu)焊接中的一個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氣體保護焊不論在鋼結(jié)構(gòu)還是設備焊接中都是一種高效的焊接方法，其高效、省時的特點很有可能會取代傳統(tǒng)焊接方式的地位。

【參考文獻】

[1]邱言龍，聶正斌，雷振國.二氧化碳氣體保護焊技術快速入門[M].上?？萍汲霭嫔?，2011.

[2]孫景榮.二氧化碳氣體保護焊在輕型鋼結(jié)構(gòu)工程中的應用[J].