在壓力容器中實(shí)心焊絲熔化極氣體保護(hù)焊工藝的應(yīng)用探究

【摘要】 實(shí)心焊絲在焊接工作中廣泛使用，是作為填充金屬或同時作為導(dǎo)電用的金屬絲焊接材料，與藥芯焊絲相比其成本低、抗潮性高。熔化極氣體保護(hù)焊是目前應(yīng)用較多的一種焊接方式，廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，其中壓力容器生產(chǎn)中大都選擇該焊接方式。但是其工藝的質(zhì)量受到保護(hù)氣體種類、焊接材料等因素的影響，本文通過對保護(hù)氣體種類、焊接材料等方面來闡述在壓力容器中實(shí)心焊絲熔化極氣體保護(hù)焊工藝的應(yīng)用情況，并與手工焊條電弧焊進(jìn)行比較。

【關(guān)鍵詞】壓力容器;實(shí)心焊絲;熔化極氣體保護(hù)焊;工藝研究

前言

從我國“十二五”計(jì)劃開始，工業(yè)生產(chǎn)速度突飛猛進(jìn)，市場競爭趨近于白熾化，降低生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率是企業(yè)爭奪市場的發(fā)力點(diǎn)。而熔化極氣體保護(hù)焊作為生產(chǎn)效率高、能源消耗少、易操作、工業(yè)化可實(shí)現(xiàn)程度高的一種焊接方式，且其工藝不受板材厚度影響，最薄可以做到1mm，不規(guī)定上限，被廣泛應(yīng)用于造船、汽車制造、電站設(shè)備、石油化工設(shè)備以及橋梁建設(shè)等。熔化極氣體保護(hù)電弧焊根據(jù)保護(hù)氣體可以分為CO2氣體保護(hù)焊、惰性氣體保護(hù)焊（MIG：Metal Inert Gas Arc Welding）、混合氣體保護(hù)焊（MAG：Metal Active Gas Arc Welding），通常惰性氣體選擇為氬氣，混合氣體保護(hù)焊一般選擇氣體為氬氣+二氧化碳、氬氣+氧氣。但其也有著技術(shù)缺點(diǎn)，本研究通過對焊接材料的選擇、焊接接頭成型與力學(xué)性能研究等方面對壓力容器中實(shí)心焊絲熔化極氣體保護(hù)焊工藝的應(yīng)用進(jìn)行探究，同時與手工焊條電弧焊進(jìn)行了對比。

1.材料選擇

焊接過程中的兩個主體是焊接材料以及保護(hù)氣體的選擇，基于降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，在母材確定的基礎(chǔ)上，選擇合適的焊絲材料與保護(hù)氣體，是工藝研究重要的基礎(chǔ)。

1.1 焊絲材料選擇

金屬材料壓力容器工藝中均包括焊接過程，是金屬材料壓力容器加工過程中的重要環(huán)節(jié)，接頭焊接的質(zhì)量是壓力容器在承壓過程中保證其整體安全性的重要部件。而影響焊接工藝的質(zhì)量穩(wěn)定性的因素很多，其中焊接材料（填充金屬）的選擇是關(guān)鍵因素之一。《壓力容器焊接規(guī)程》Ⅲ中也規(guī)定焊接材料的選用原則為焊縫金屬的力學(xué)性能應(yīng)高于或等于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值，因此，在壓力容器制造行業(yè)，焊接材料通常采用等強(qiáng)匹配或高強(qiáng)匹配[1]。本研究通過以低合金鋼板（Q345R）為母材，焊絲材料為ER50-6（φ1.2mm）、ER309（φ1.2mm）、YG1CM（φ1.2mm）

1.2 保護(hù)氣體及比例的選擇

在應(yīng)用中，Ar、CO2 及其混合氣體通常作為采用熔化極氣體保護(hù)焊方式焊接低合金鋼（Q345R）的保護(hù)氣體，其各有優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)采用純惰性氣體氬氣做為保護(hù)氣體時，其不會與熔融金屬發(fā)生化合，也不會向熔滴和熔池金屬溶解，焊縫金屬純凈度高、氣孔少、缺陷少，但存在熔深淺及指狀熔深的缺陷。CO2作為保護(hù)氣體，氣源易獲得，且由于工藝研究起步早，在應(yīng)用上較為成熟，電弧穿透力相對較高，焊絲融化率較高，整個焊接過程的熔敷速度也較為快速，但在高溫條件下，電弧將生成較強(qiáng)的氧化性，直接導(dǎo)致合金元素受到嚴(yán)重干擾，造成金屬發(fā)生飛濺現(xiàn)象，進(jìn)而形成 CO 2 氣孔[2]。而采用氬氣+二氧化碳混合氣體作為保護(hù)氣體來進(jìn)行焊接低合金鋼時，可以結(jié)合當(dāng)采用上述純氣體時焊接的優(yōu)點(diǎn)，同時避免二氧化碳?xì)怏w保護(hù)時發(fā)生的金屬發(fā)生飛濺現(xiàn)象以及焊縫氧化皮厚等問題，且消除了熔深淺及指狀熔深的缺陷。在本研究過程中采用Ar+CO2 混合氣體作為焊接低合金鋼（Q345R）的保護(hù)氣體。

Ar+CO2 混合氣體的混合比例對焊接質(zhì)量有著關(guān)鍵的作用，當(dāng)混合氣體中的大比例趨近于某種氣體時，該混合保護(hù)氣體焊接的質(zhì)量就會趨近于某種氣體單獨(dú)使用時，當(dāng)組合氣體中隨著氬氣比例的占多，焊接過程中的飛濺率下降、氣孔與雜質(zhì)表少，而當(dāng)二氧化碳比例增加時，焊接電流增加、焊縫質(zhì)量改善。通過過往數(shù)據(jù)的積累，本研究采用的比例為VAr：VCO2 =80：20。

2.焊接接頭成型與力學(xué)性能研究

焊接接頭成型與力學(xué)性能是評價(jià)實(shí)心焊絲熔化極氣體保護(hù)焊焊接質(zhì)量的的關(guān)鍵指標(biāo)，而這一過程通過熔滴過渡過程實(shí)現(xiàn)。通常熔滴過渡包括粒狀熔滴過渡、短路熔滴過渡、旋轉(zhuǎn)熔滴過渡和射流過度等。其中短路過渡和射流過渡是焊接低合金鋼（Q345R）的主要形式。

短路過渡適用于薄板或全位置焊接，而射流過渡的優(yōu)點(diǎn)是過程穩(wěn)定、飛濺小、熔深大、焊縫成形美觀。本研究通過采用射流過渡方式對低合金鋼（Q345R）與三種焊絲材料進(jìn)行焊接試驗(yàn)，考察期其焊接接頭成型與力學(xué)性能。

2.1 焊接接頭形式

本次試驗(yàn)采用日常產(chǎn)品中經(jīng)常出現(xiàn)的經(jīng)典坡口形式（圖1）。

2.2 焊接工藝

采用相同的工藝參數(shù)對3種焊絲材料進(jìn)行試驗(yàn)，其中母材[低合金鋼（Q345R）]厚度為8mm，具體焊接工藝參數(shù)見下表（表2）

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)完成后，對比了3種材料焊縫外觀、力學(xué)性能、焊接過程飛濺情況以及焊縫含碳量參數(shù)，結(jié)果見表3。試驗(yàn)結(jié)果表明，3種材料焊縫外觀的美觀性均較好，焊接過程飛濺情況少，但ER50-6的含碳量不變，而ER309、YG1CM的含碳量增加，ER50-6的力學(xué)性能也明顯優(yōu)越于其余兩種材料。

3.在壓力容器中實(shí)心焊絲熔化極氣體保護(hù)焊與手工焊條電弧焊的對比

為進(jìn)一步了解熔化極氣體保護(hù)焊的優(yōu)勢，本研究通過采用厚度為8mm的低合金鋼（Q345R）作為母材，焊絲材料為ER50-6（φ1.2mm）分別采取熔化極氣體保護(hù)焊與手工焊條電弧焊兩種工藝進(jìn)行坡口焊頭的制作，并通過焊縫外觀、力學(xué)性能、焊接過程飛濺情況進(jìn)行二者工藝上的比較。試驗(yàn)結(jié)果表明熔化極氣體保護(hù)焊焊縫美觀、力學(xué)性能達(dá)標(biāo) 的同時并優(yōu)于手工焊條電弧焊的產(chǎn)品，并且在焊接過程中飛濺情況小，焊接效率高。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

4.結(jié)語

通過本次研究，對比了三種焊接材料在相同的熔化極氣體保護(hù)焊工藝下其焊接接頭成型性與力學(xué)性能的指標(biāo)，結(jié)果表明材質(zhì)ER50-6其成型性好、接縫含碳量無變化、焊接過程飛濺小、力學(xué)性能指標(biāo)優(yōu)的特點(diǎn)，適合做低合金鋼（Q345R）的焊絲材料。同時在使用相同母材和焊絲材料的情況下，比較了熔化極氣體保護(hù)焊與手工焊條電弧焊的產(chǎn)品質(zhì)量及工作效率，試驗(yàn)結(jié)果表明，熔化極氣體保護(hù)焊其產(chǎn)品的成型性與力學(xué)性能均優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，且效率更高，操作簡便，更容易實(shí)現(xiàn)自動化。

參考文獻(xiàn)：

1熊從貴，何靜，陳送送. 氨制冷壓力容器的焊接材料匹配[J].焊接技術(shù)，2018，47（10）：70-73.

2謝學(xué)峰.氣體保護(hù)焊在壓力容器設(shè)備上的應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修，2020，（17）：129-130.

作者簡介：楊文武（1983.2—）男，漢，籍貫-湖南岳陽，學(xué)歷-本科，單位-湖南工貿(mào)技師學(xué)院，研究方向-焊接技術(shù)應(yīng)用。