李隆駿，古朋贊，洪君華

（1.臺(tái)州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心，浙江 臺(tái)州 318000；2.臺(tái)州龍江化工機(jī)械科技有限公司，浙江 溫嶺 317500）

不同氣體及熔滴過(guò)渡方式對(duì)氣體保護(hù)焊熔敷金屬的影響

李隆駿1，古朋贊2，洪君華1

（1.臺(tái)州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心，浙江 臺(tái)州 318000；2.臺(tái)州龍江化工機(jī)械科技有限公司，浙江 溫嶺 317500）

對(duì)CO2焊、富氬焊的短路過(guò)渡與非短路過(guò)渡熔敷金屬進(jìn)行試驗(yàn)，研究表明，富氬焊飛濺小，焊工操作體驗(yàn)好，熔敷金屬綜合性能優(yōu)異，焊縫含氧量較低。去應(yīng)力熱處理后強(qiáng)度降低，沖擊吸收能量有所提高。同等條件下短路過(guò)渡沖擊吸收能量高于非短路過(guò)渡，但強(qiáng)度及化學(xué)成分與熔滴過(guò)渡形式關(guān)系不大。熔敷金屬的硫、磷含量與焊絲有關(guān)，與保護(hù)氣體無(wú)關(guān)。

氣體保護(hù)焊；熔敷金屬；熔滴過(guò)渡形式；化學(xué)成分；力學(xué)性能

0 前言

目前，熔化極氣體保護(hù)焊已廣泛應(yīng)用于各種金屬和結(jié)構(gòu)中。對(duì)于常用的50 kg級(jí)氣保焊絲ER50-6，保護(hù)氣體有純CO2和富氬混合氣，熔滴過(guò)渡形式有短路過(guò)渡與非短路過(guò)渡，使用狀態(tài)有焊態(tài)與焊后去應(yīng)力熱處理態(tài)，焊絲廠(chǎng)家質(zhì)保書(shū)均按GB/T 8110-2008《氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》提供特定工藝下的熔敷金屬試驗(yàn)結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)中雖然指出生產(chǎn)時(shí)不限于使用其他焊接條件和保護(hù)氣體，但實(shí)際中的工藝多種多樣，如熔敷金屬的成分、力學(xué)性能、彎曲性能及含氧量的變化等。針對(duì)這些問(wèn)題，通過(guò)試驗(yàn)研究了不同保護(hù)氣體、不同熔滴過(guò)渡形式及焊后是否熱處理對(duì)熔敷金屬成分及性能的影響，對(duì)氣體保護(hù)焊在實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)不同需要合理選擇工藝具有積極意義。

1 焊接試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)設(shè)備、母材及焊材

試驗(yàn)焊機(jī)選用山大奧太NBC-500，焊絲選用某公司生產(chǎn)的ER50-6焊絲，直徑φ1.2 mm。試件母材為GB/T 700-2006的Q235B，厚度20 mm，保護(hù)氣體為CO2或富氬混合氣（φ（Ar）80%+φ（CO2）20%），熔滴過(guò)渡形式有短路過(guò)渡和非短路過(guò)渡（TSG Z6002-2010《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》及NB/T 47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》對(duì)熔化極氣體保護(hù)焊的劃分均按熔滴過(guò)渡形式分為短路過(guò)渡和非短路過(guò)渡，本研究也做如此歸類(lèi)，CO2焊大電流非短路過(guò)渡實(shí)為滴狀排斥過(guò)渡，富氬焊則為射滴過(guò)渡），焊后狀態(tài)有焊態(tài)及熱處理態(tài)。焊絲ER50-6熔敷金屬力學(xué)性能見(jiàn)表1，焊絲化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表1 焊絲的熔敷金屬力學(xué)性能

表2 焊絲化學(xué)成分%

1.2 焊接試件編排方案

試件按GB/T 8110-2008的要求施焊，挑選優(yōu)秀焊工，試件焊前做反變形，焊后角變形量不大于5°，焊接工藝見(jiàn)表3，每種工藝做2塊試件。短路過(guò)渡電流160～180 A，電壓21～23 V，焊速25～30 cm/min，非短路過(guò)渡的電流260～280 A，電壓31～33 V，焊速30～35 cm/min，焊接線(xiàn)能量平均分別為10 kJ/cm和16 kJ/cm，層間溫度小于200℃。

2 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析

2.1 焊前反變形、焊接過(guò)程體驗(yàn)及表面成形

試驗(yàn)證明，試件焊前做反變形易操作且焊后角變形很小，均在3°以?xún)?nèi)，符合標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。

小電流短路過(guò)渡焊接時(shí)，為保持熔滴呈短路過(guò)渡形式，電壓盡量低，以縮短弧長(zhǎng)，使熔滴未長(zhǎng)成大滴前就與熔池短路，在表面張力及電磁收縮力的作用下過(guò)渡[1]。大電流非短路過(guò)渡則盡量提高電壓及弧長(zhǎng)，使熔滴自由過(guò)渡，再配合調(diào)整其他焊接參數(shù)，直到電弧穩(wěn)定燃燒。

表3 焊接試件編排

圖1 焊接反變形示意

焊接過(guò)程中，熔滴呈短路過(guò)渡時(shí)的兩種氣體保護(hù)焊電弧均能穩(wěn)定燃燒，富氬焊飛濺比CO2焊少。大電流非短路過(guò)渡時(shí)，CO2焊由于熔滴底部有電磁排斥力，產(chǎn)生非軸向大滴過(guò)渡，飛濺大且成形不良[2]。富氬焊的電弧燃燒穩(wěn)定，形態(tài)呈現(xiàn)鐘罩形的射滴過(guò)渡形式，飛濺較小，且焊后容易去除，焊工體驗(yàn)最好。熔敷效率方面小電流短路過(guò)渡均表現(xiàn)為速度慢、熔池小、效率低，大電流非短路過(guò)渡則相反，產(chǎn)生的熔池大、熔敷效率很高。

焊后觀(guān)察焊縫表面，CO2焊的焊縫表面成形粗糙，富氬焊則相對(duì)光滑，成形美觀(guān)。這是由于富氬混合氣既具有氬弧的特點(diǎn)，電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺小，又具有氧化性，克服了純氬保護(hù)時(shí)的表面張力大、液體金屬粘稠、易咬邊和斑點(diǎn)漂移等問(wèn)題，同時(shí)改善了焊縫成形[2]。

2.2 射線(xiàn)檢測(cè)

試件外觀(guān)經(jīng)檢驗(yàn)合格，去除墊板后按NB/T47013-2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》進(jìn)行RT射線(xiàn)檢測(cè)，CO2焊內(nèi)部無(wú)缺陷，富氬混合氣有單個(gè)的小氣孔，但都滿(mǎn)足RT-Ⅰ級(jí)。

2.3 熔敷金屬力學(xué)性能、彎曲試驗(yàn)、化學(xué)成分試驗(yàn)結(jié)果及分析

試件的熔敷金屬力學(xué)性能和彎曲試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，熔敷金屬化學(xué)成分見(jiàn)表5。

2.3.1 拉伸試驗(yàn)

表4 試件熔敷金屬力學(xué)性能及彎曲試驗(yàn)結(jié)果

表5 試件熔敷金屬化學(xué)成分%

由表4可知，無(wú)論是CO2焊還是富氬焊，短路過(guò)渡與非短路過(guò)渡的拉伸性能相差無(wú)幾，富氬焊的強(qiáng)度數(shù)值高于CO2焊，相應(yīng)的伸長(zhǎng)率則低于CO2焊。對(duì)照表5可知，富氬焊的C含量略低于純CO2，但合金元素Si及Mn含量較高，這是因?yàn)楦粴咫娀〉难趸员菴O2弱，同等條件下合金元素的氧化燒損較少，強(qiáng)度較高，在晶粒度一定的情況下，強(qiáng)度越高則伸長(zhǎng)率降低。

2.3.2 沖擊試驗(yàn)

由表4得出富氬焊的沖擊吸收能量明顯高于CO2焊，而試樣的沖擊吸收能量是強(qiáng)度、塑性、斷裂韌性的綜合反映[3]，并且還與焊縫的含氧量有關(guān)。在氧化性混合氣體中隨著CO2含量的增加，氧化性增強(qiáng)，焊縫中非金屬夾雜物和氧的含量增加[4]。由表5可知，富氬焊含氧量較低，強(qiáng)度較高，表現(xiàn)為沖擊吸收能量高。短路過(guò)渡的沖擊吸收能量略高于同樣氣體保護(hù)的非短路過(guò)渡，這與短路過(guò)渡時(shí)線(xiàn)能量較小、鐵素體晶粒細(xì)小有關(guān)[4]。

2.3.3 縱向彎曲試驗(yàn)

縱向彎曲試驗(yàn)彎軸直徑是4倍試樣厚度，對(duì)應(yīng)延伸率為20%[5]。此次所有的熔敷金屬縱向彎曲試驗(yàn)均合格，延伸率28%～38.5%，說(shuō)明熔敷金屬完好性及塑性良好。

2.3.4 熱處理前后力學(xué)性能及沖擊吸收能量變化

富氬焊非短路過(guò)渡熔敷金屬試件經(jīng)過(guò)620℃×1 h的焊后熱處理，內(nèi)部彈性變形基本消除，塑性變形增加，焊接應(yīng)力降低，抗拉強(qiáng)度比焊態(tài)略有下降。當(dāng)碳、錳含量低時(shí)，焊后熱處理有益于塑韌性。本次試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度下降了9.5%，屈服強(qiáng)度下降了14%，屈強(qiáng)比下降，焊縫金屬軟化，延伸率上升了27%，沖擊吸收能量上升了10.7%，焊縫金屬的綜合性能得到改善。

2.3.5 P、S、O含量

焊縫中的硫容易使焊縫產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，還會(huì)降低沖擊韌性，P也能增加焊縫金屬的冷脆性，因此應(yīng)盡量減少焊縫中的S、P含量。焊縫中的S主要來(lái)源有兩個(gè)方面：一是母材，母材中的S幾乎全部過(guò)渡；二是焊絲，有70%～80%過(guò)渡[3]，熔敷金屬試驗(yàn)?zāi)覆膶?duì)焊縫影響不大，而焊絲中含S量為0.017%，熔敷金屬中約為0.014%，證實(shí)了這個(gè)結(jié)論。P主要來(lái)源于母材和焊絲，熔敷金屬含量與焊絲基本相同。由此可見(jiàn)，S、P含量與保護(hù)氣體無(wú)關(guān)。

焊縫中的氧含量高也會(huì)降低沖擊韌性，含氧量一般指總含氧量，包括溶解的氧和非金屬夾雜物中的氧。由表2可知，盡管焊絲中的含氧量很低，但是金屬與氣體相互作用，焊縫金屬的含氧量是增加的，此次試驗(yàn)焊絲中含氧量為0.012%，熔敷金屬中含量約為0.06%，與文獻(xiàn)[4]描述的0.02%～0.07%一致。

3 結(jié)論

熔敷金屬的綜合性能及化學(xué)成分與熔滴過(guò)渡類(lèi)型關(guān)系不大，與保護(hù)氣體的氧化氣氛強(qiáng)弱有關(guān)。大電流的非短路過(guò)渡形式可以發(fā)揮氣保焊熔敷效率高的優(yōu)點(diǎn)，但大電流的CO2焊飛濺較大，成形粗糙。熔滴過(guò)渡為非短路過(guò)渡時(shí)，可以采用富氬保護(hù)避免飛濺大，短路過(guò)渡則既可以選擇富氬保護(hù)，也可以選擇CO2保護(hù)。

[1]姜煥中.電弧焊及電渣焊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993：56.

[2]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接分會(huì).焊接手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：199-221.

[3] 王禮梅，喬寶峰.10#鋼管沖擊韌性的探究[J].工業(yè)，2016，12（3）：00091.

[4]周振豐，張文鉞.焊接冶金與金屬焊接性[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993：66-114.

[5]劉傳玉，郭軍，李衛(wèi)東.關(guān)于修訂彎曲試驗(yàn)有關(guān)規(guī)定的依據(jù)[J].東北電力技術(shù)，2004，26（3）：24-26.

Effect of different gas and droplet transfer modes on the deposited metal of gas shielded arc welding

LI Longjun1，GU Pengzan2，HONG Junhua1
（1．Taizhou Special Equipment Supervision and Inspection Center，Taizhou 318000，China；2.Taizhou Longjiang Chemical Machinery Technology Co．Ltd．，Wenling 317500，China）

Through the experimental study on CO2 welding，short circuit transition of argon rich welding and non-short circuiting transition of deposited metal，the result shows low spatter of the argon rich welding，the good welding operating experience，excellent comprehensive properties of weld metal，and low oxygen content of welds.After heat treatment of stress relieving，the strength decreases and the impact energy increases.Under the same conditions，the impact absorbed energy of short circuit transition is higher than that of the non-short circuit transition，but the strength and chemical composition are not related to the droplet transfer form.The content of sulfur and phosphorus in the deposited metal is related to the welding wire but not related to the shielding gas.

gas shielded welding；deposited metal；droplet transfer form；chemical composition；mechanical properties

TG457.6

A

1001－2303（2017）08－0124－03

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.08.25

2017-04-27；

2017-05-23

李隆駿（1971—），男，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事承壓類(lèi)特種設(shè)備的監(jiān)督檢驗(yàn)與檢測(cè)技術(shù)研究工作。E-mail：13857677129@163.com。

本文參考文獻(xiàn)引用格式：李隆駿，古朋贊，洪君華.不同氣體及熔滴過(guò)渡方式對(duì)氣體保護(hù)焊熔敷金屬的影響[J].電焊機(jī)，2017，47（08）：124-126.