氣體保護(hù)焊在壓力容器設(shè)備上的應(yīng)用

謝學(xué)峰

（廣東省韶關(guān)韶鋼工程技術(shù)有限公司，廣東韶關(guān) 512122）

0 引言

CO2氣體保護(hù)焊是工程機(jī)械中應(yīng)用最為廣泛的焊接方法之一，從1950 年代誕生開始，逐漸發(fā)展，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)愈加突出，目前在國(guó)內(nèi)外都得到了有效應(yīng)用。CO2氣體保護(hù)焊利用噴嘴中噴射的CO2氣體來(lái)隔絕空氣的干擾，保護(hù)熔池，是現(xiàn)今極為先進(jìn)的一種焊接方法。CO2氣體保護(hù)焊在焊接工作中準(zhǔn)確度較高，不會(huì)出現(xiàn)明顯變形，而且成本較低，整個(gè)焊接過(guò)程容易控制，相較傳統(tǒng)焊接工藝的優(yōu)勢(shì)明顯。

1 CO2 氣體保護(hù)焊的優(yōu)勢(shì)

1.1 氣體獲取方便

CO2氣體本身的獲取較為方便，而且成本并不高，在應(yīng)用過(guò)程中CO2電弧穿透力極強(qiáng)，焊絲熔化率較高，可以起到較快的熔敷速度，生產(chǎn)率明顯較高。

1.2 焊接過(guò)程穩(wěn)定

正常溫度下，CO2氣體極為穩(wěn)定，但在高溫電弧中會(huì)分解出原子態(tài)氧。電弧在高溫下具有較強(qiáng)的氧化性，這種氧化性會(huì)導(dǎo)致合金元素受損，金屬飛濺現(xiàn)象明顯，出現(xiàn)CO2氣孔等。針對(duì)這一問(wèn)題，往往需要在其中增加一些脫氧元素的焊絲，CO2氣體保護(hù)焊一般都會(huì)選擇焊接碳鋼或黑色金屬。

1.3 焊接效率較高

CO2氣體保護(hù)焊本身的焊接過(guò)程效率較高，而且能源消耗較低，和其它的焊接方式相比，生產(chǎn)率很高，消耗的成本并不高，因此經(jīng)濟(jì)效果較好。

1.4 適用范圍廣

選擇初次進(jìn)行焊接時(shí)，可以進(jìn)行大電流操作，完成射滴過(guò)渡電流密度較高，因此焊絲熔化系數(shù)較大，相應(yīng)的焊接熔深也很大，可以不用開坡口。同時(shí)CO2氣體保護(hù)焊在應(yīng)用時(shí)不會(huì)出現(xiàn)熔渣，在焊接完成之后也不需要清理殘?jiān)?，?jié)約工作時(shí)間，也能夠提高焊接效率。對(duì)細(xì)絲進(jìn)行焊接時(shí)電流較小，實(shí)現(xiàn)短路過(guò)渡。這一焊接過(guò)程能夠?qū)讣M(jìn)行間接性加熱，熱量集中，尤其是焊接一些較薄的板材，并不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的變形，適用范圍較廣。

2 CO2 氣體保護(hù)焊與焊條電弧焊對(duì)比

CO2氣體電弧的穿透力較強(qiáng)，并且焊接速度較快，和焊條電弧焊相比生產(chǎn)率明顯提高。CO2氣體獲取較為方便，價(jià)格較低，和一般的焊條電弧焊相比，成本不到后者的一半。CO2氣體保護(hù)焊和手工電弧焊相比，還是存在一些不足之處：在焊接過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)金屬飛濺的情況，焊接的外形也過(guò)于粗糙，尤其是焊接參數(shù)不匹配時(shí)，飛濺現(xiàn)象更為嚴(yán)重。在焊接過(guò)程中不能在有風(fēng)的地方進(jìn)行焊接，需要的設(shè)備較為專業(yè)，而且大電流焊接會(huì)有一點(diǎn)的危險(xiǎn)性，需要相關(guān)人員做好安全防護(hù)。不斷發(fā)展CO2焊接設(shè)備，優(yōu)化焊接材料，進(jìn)一步提升焊接工藝，使得CO2氣體保護(hù)焊在不斷發(fā)展，目前這一焊接手段在我國(guó)多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

3 CO2 氣體保護(hù)焊的熔滴過(guò)渡

3.1 細(xì)顆粒狀過(guò)渡

CO2氣體保護(hù)焊選擇大電流焊接時(shí)，電壓相應(yīng)較高，熔滴呈顆粒狀，顆粒尺寸增加時(shí)焊縫會(huì)受到影響，電弧并不穩(wěn)定。焊接電流加大時(shí)，熔滴過(guò)渡頻率增加，采用細(xì)顆粒狀進(jìn)行過(guò)渡時(shí)，應(yīng)該選擇較大的焊接電流。選擇直流癥結(jié)石，由于正離子的質(zhì)量和電子質(zhì)量相比較大，因此正離子撞擊焊絲熔滴的力大于其電子撞擊焊絲熔滴的力，會(huì)導(dǎo)致熔滴過(guò)渡困難產(chǎn)生飛濺。CO2氣體保護(hù)焊一般會(huì)選擇直流反接，選擇細(xì)顆粒過(guò)渡，電弧燃燒極為穩(wěn)定，并且不會(huì)出現(xiàn)較大范圍的飛濺，焊接的縫隙也不會(huì)惡化。

3.2 短路過(guò)渡

CO2氣體保護(hù)焊選擇較小的電流，在低壓情況下焊接操作時(shí)，熔滴呈現(xiàn)短路過(guò)渡狀態(tài)，熔滴較小，并且頻率較高。這一情況下，焊接的縫隙外表美觀，適用于一些厚度較薄的元件中。短路過(guò)渡時(shí)，焊接電流和電弧電壓呈現(xiàn)周期性變化規(guī)律。

4 CO2 氣體保護(hù)焊設(shè)備組成

4.1 焊接電源

焊接電源是CO2氣體保護(hù)焊焊接應(yīng)用過(guò)程中重要的電源供給，CO2氣體保護(hù)焊在應(yīng)用中，周圍有冷態(tài)的CO2氣流，保證焊接過(guò)程不會(huì)受到空氣影響，但不可避免地帶走了電弧熱量。為了保證電弧的正常燃燒，需要升高電弧電壓，因此，電弧靜特性從其特征來(lái)說(shuō)是一條上升曲線，也需要有類似的電源。

4.2 送絲系統(tǒng)

CO2氣體保護(hù)焊在應(yīng)用過(guò)程中，通常選擇的是等速的送絲系統(tǒng)，如果粗絲能自動(dòng)控制的情況下，也可以選擇可調(diào)節(jié)的送絲系統(tǒng)。送絲系統(tǒng)能穩(wěn)定地給送焊絲，保證正常焊接工作的進(jìn)行，而且給送過(guò)程要保證方便，一般選擇推絲式、拉絲式和推拉式三種方式。推絲式的焊槍和送絲結(jié)構(gòu)并不直接連接，而是由送絲機(jī)構(gòu)來(lái)推送焊絲，經(jīng)過(guò)軟管進(jìn)入到焊槍部位，使焊槍不會(huì)有太多的連接配合，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。不過(guò)受到軟管長(zhǎng)度和內(nèi)部阻力的影響，距離焊機(jī)距離不能太遠(yuǎn)，只有4 mm 左右的活動(dòng)空間，送絲過(guò)程也會(huì)受到軟管的阻力影響。

4.3 焊槍

焊槍的主要功能是將焊接電流傳導(dǎo)至焊絲處，方便后續(xù)的CO2保護(hù)。

4.4 供氣系統(tǒng)

供氣系統(tǒng)的主要功能是控制鋼瓶?jī)?nèi)的液態(tài)CO2，使其符合焊接要求，并且控制氣體流量，均勻地從焊槍中噴射出來(lái)，保護(hù)焊接區(qū)域不會(huì)受到空氣影響。在系統(tǒng)組成上，一般只選擇高壓干燥器，如果對(duì)于焊接過(guò)程的質(zhì)量要求不是特別高，或者鋼瓶?jī)?nèi)的液態(tài)CO2含水量并不高時(shí)，并不需要干燥器。

4.5 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是控制整個(gè)過(guò)程，包括供氣、供電、送絲等，同時(shí)在自動(dòng)焊時(shí)，控制系統(tǒng)還需要控制焊件的運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 在壓力容器焊接中的具體應(yīng)用

借助一系列的焊接試驗(yàn)，逐漸掌握CO2氣體保護(hù)焊工藝要點(diǎn)，并在壓力容器設(shè)備中得到了有效應(yīng)用，用于制造壓力容器和壓力管道，效果較好。

5.1 焊接要求

為了進(jìn)一步分析CO2氣體保護(hù)焊的應(yīng)用效果，需選擇在具體的壓力容器設(shè)備上加以應(yīng)用，制作試件。選擇尺寸為5003008 mm 的筒節(jié)，進(jìn)行焊縫組對(duì)操作，分析其焊接效果和力學(xué)性能。

5.2 焊接方式選擇

對(duì)于壓力容器的生產(chǎn)制造，一般選擇手工電弧焊和埋弧自動(dòng)焊方式，能夠滿足壓力容器的正常焊接需求，但是部分壓力容器產(chǎn)品板材較薄、直徑較小，選擇傳統(tǒng)方式很難控制焊接變形，也會(huì)受到埋弧焊設(shè)備的限制。焊條電弧焊針對(duì)這一情況會(huì)由于勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大和板材厚度過(guò)小，導(dǎo)致焊接出現(xiàn)較為嚴(yán)重的變形，提高了生產(chǎn)成本，降低焊接效率，很難廣泛地應(yīng)用在生產(chǎn)制造中。隨著壓力容器設(shè)備制造要求的不斷提升，原有的焊接方法已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)今的生產(chǎn)需求，因此綜合考慮選擇CO2氣體保護(hù)焊方式進(jìn)行焊接。

5.3 焊接難點(diǎn)分析

5.4 焊接工藝

選擇氬弧打底，以松下WP-300 氬弧焊機(jī)，焊絲為H08Mn2Si，按照現(xiàn)有焊接工藝結(jié)果，選擇電流I=120 A、電壓U=15 V、焊接速度v=7 cm/min，CO2氣體保護(hù)焊蓋面為ZPT-400。通過(guò)不斷地調(diào)節(jié)不同焊接參數(shù)下的效果分析，最終確定焊接電流I=98 A、焊接電壓U=30.8 V，焊絲伸長(zhǎng)10～15 mm，選擇CO2作為保護(hù)氣體。

5.5 性能測(cè)試

對(duì)試件進(jìn)行射線探傷處理分析探傷結(jié)果，可以看出縱縫的缺陷較少，探傷結(jié)果全部合格，環(huán)縫探傷結(jié)果合格率和縱縫相比較低。對(duì)比分析，CO2氣體保護(hù)焊在壓力式容器設(shè)備中的應(yīng)用，相同焊接條件下縱縫和環(huán)縫的焊接效果并不相同，主要是縱縫焊接并不需要滾動(dòng)筒體，而環(huán)縫焊接在人工輔助的前提下很容易受到滾動(dòng)速度的影響，無(wú)法保證送氣均勻，進(jìn)而出現(xiàn)大量的氣孔。針對(duì)這一問(wèn)題，將直徑增加至1000 mm，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，加工結(jié)果符合要求。通過(guò)對(duì)力學(xué)性能試驗(yàn)報(bào)告和射線探傷報(bào)告的分析可以看出，和傳統(tǒng)的焊接方式相比，縱縫焊接在現(xiàn)有的CO2氣體保護(hù)焊設(shè)備技術(shù)條件下，焊接速度就夠能夠滿足焊接要求，并且可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化焊接。通過(guò)這一應(yīng)用過(guò)程也可以看出，CO2氣體保護(hù)焊的焊接效果較好，能滿足壓力容器設(shè)備生產(chǎn)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

CO2氣體保護(hù)焊的焊接效果較好，在壓力容器設(shè)備上得到了有效應(yīng)用，通過(guò)具體應(yīng)用過(guò)程探究可以看出，焊機(jī)性能良好、焊絲質(zhì)量符合要求、各種焊接參數(shù)都在理想狀態(tài)下時(shí)，選擇CO2氣體保護(hù)焊的應(yīng)用效果最為接近力學(xué)理想性能，可以在壓力容器設(shè)備的接縫處焊接使用，滿足焊接要求。CO2氣體保護(hù)焊的焊接效果較好，并且焊接的成品外觀良好，保證了焊接質(zhì)量，也降低了生產(chǎn)成本，優(yōu)勢(shì)較為突出，在壓力容器設(shè)備中可以推廣應(yīng)用。