CO2保护焊

CO2保护焊（精选十篇）

CO2保护焊 篇1

关键词：CO2气体保护焊,对接焊缝成型,焊接工艺参数

0 引言

焊接技术是制造业重要的组成部分, 现代制造技术的发展离不开焊接技术, CO2气体保护焊以其独特的优势在工业生产中发挥着极其重要的作用。对接焊缝是最好的接头形式, 它在钢结构件承受静载和动载时安全可靠, 疲劳强度较高, 应力集中和变形较小。所以, 对接焊缝是制造业当中选用最多的接头形式, 也是焊接质量要求较高的焊缝。

1 CO2气体保护焊的特点

CO2气体保护焊的电弧热量集中、电流密度大、穿透力强、受热面积小、对铁锈敏感度低, 焊件焊后变形小, 不易出现氢气孔和氢致冷裂纹, 适用于焊接低碳钢和低合金高强度结构钢, 尤其在焊接低合金高强度结构钢时, 比手工电弧焊有质量保证。

CO2气体保护焊是气体保护, 明弧焊接, 没有熔渣, 焊缝成型后表面会出现一层灰色渣皮 (焊缝金属高温冷却过程中形成的氧化物) , 可用钢丝刷清理后露出金属光泽。熔池可见性好, 焊工在施焊时便于根据熔池形状和温度控制熔焊过程, 焊缝的宽度和余高容易把握, 焊缝的外部成型效果良好。

2 CO2气体保护焊相关工艺参数及准备过程

2.1 对焊单面焊双面成型坡口形式及装配要求

CO2气体保护焊一般采用V形坡口, 装配质量要求较高, 包括坡口角度、钝边和装配间隙, 以及对接不错边, 点焊定位牢固等。

坡口角度大小对电弧能否深入到焊缝的根部影响较大, 因为CO2气体保护焊喷嘴较粗, 焊丝刚露出喷嘴, 如果坡口角度过小, 喷嘴伸不进去, 电弧很难达到, 根部就不易焊透, 再加上喷嘴遮挡弧光, 容易出现焊偏、熔合不良等缺陷。实践证明, 要想获得较好的单面焊双面成型效果和焊接质量, 选择60°±5°型坡口角度是最合适的。

CO2气体保护焊钝边比手工电弧焊稍大, 宜选用2mm~3mm的钝边, 装配间隙稍小, 为0mm~2mm, 间隙过大时容易烧穿和焊漏, 给背面焊道成型带来难度, 须打磨清根。为了保证起头和收尾焊接质量, 可选择两块厚度、材质、坡口形式和母材相同的废钢板做引弧板和熄弧板, 焊于焊道两端。

2.2 焊接电流

焊接电流应根据焊件厚度、焊丝直径、施焊位置及熔滴过渡形式确定。焊接电流决定了熔深及生产效率, 对焊缝成型效果有决定作用。过大的焊接电流, 会增大飞溅, 产生气孔、烧穿、焊瘤等焊接缺陷;过小的焊接电流, 会造成电弧燃烧不稳定, 焊道未熔合等缺陷。在实际生产和实习教学法中一般选用半自动焊接, 它的送丝方式为等速送丝, 焊接电流由焊丝送丝速度决定, 当送丝速度快时, 会出现顶丝现象, 说明焊接电流太大;当送丝速度慢时, 焊丝时断时续, 说明焊接电流太小。实践表明, 当选用直径为1.2mm焊丝时打底层焊接电流在180A~200A范围内选择, 其它各层焊道宜采用200A~250A的焊接电流。

2.3 电弧电压

为保证焊接过程的稳定性和良好的焊缝成型, 电弧电压必须与焊接电流配合适当。因为CO2气体保护焊电弧静特性呈上升特性, 所以电弧电压应随焊接电流增大而增大或减小而减小。如果在两者不匹配的情况下拉长电弧, , 则熔深变小;压低电弧, 焊丝插入熔池, 电压过低或出现负值, 电弧燃烧极其不稳定, 焊缝成型效果极差。因此电弧电压一定要选择合适, 只有与焊接电流合理匹配, 才能达到良好的焊接效果。焊接电流与电压可参照表1数据合理调节:

2.4 焊接速度

在一定的焊丝直径、焊接电流和电弧电压条件下, 焊缝的熔深、宽度和余高都会随着焊接速度的变化而变化。如果焊接速度增加, 容易产生咬边、未熔合等缺陷, 气体的保护作用也受到破坏, 焊缝冷却快, 焊缝外观粗糙, 而且易出现氮气孔。如果焊接速度太慢, 焊缝的宽度和余高都会增加, 熔池的热量过分集中, 合金元素也会过多的烧损, 对热影响区的组织性能也有一定影响。实践证明, 选择20cm/min~40cm/min的焊接速度比较合适。

3 操作要领

CO2气体保护焊是明弧焊接, 熔池的可见度好, 可操作性强, 出现问题能及时调整处理。由于CO2气体保护焊自动化程度较高, 中间不需要更换焊丝, 接头少, 出现缺陷少。但因技能不熟练或操作不当也会影响焊接质量, 所以在操作时应当做到心中有数, 规范操作。

3.1 焊丝伸出长度

焊丝伸出长度也称为干伸长, 是指从导电嘴到焊丝端部的距离。焊丝干伸长影响电弧的稳定性。焊丝干伸长过长, 飞溅严重, 电弧燃烧不稳定, 气体保护效果变差, 严重时会因焊丝电阻值过大而导致焊丝成段熔化;当焊丝干伸长过小, 喷嘴与焊件的距离缩短, 飞溅物易粘住或堵塞喷嘴, 影响气体的流通, 也影响保护效果。因此, 焊丝干伸长度一般选择焊丝直径的十倍左右为最佳, 且不超过15mm。

3.2 焊枪角度

焊枪与母材及焊道的角度也是保证焊道成型质量的关键, 焊枪与焊道两侧母材的夹角一般为90°左右, 前倾角为10°~15°左右。

3.3 焊缝接头

焊缝接头容量出现缺陷的地方, 应尽可能少, 而且多层多道焊时, 接头尽可能错开10mm以上。接头时, 为了使接头不超高或脱节, 可用手动角磨机把弧坑部位打磨成缓坡形, 保留坡口边缘, 焊丝对准坡顶内侧面起弧, 当观察到熔池与坡顶边缘熔合为一体时小幅摆动缓缓回焊至缓坡最薄的位置, 然后正常摆动。注意, 起弧前必须将焊丝前端小球用克丝钳剪掉, 以免影响焊道质量。

3.4 焊接操作过程

打底焊是对接焊缝单面焊双面成型的关键, 也是操作的重难点。熟练掌握操作要领, 选择合理的焊接电流, 平稳耐心地操作, 才能保证焊接质量。

打底焊时应选用月牙形摆动, 在焊缝边缘作1秒左右的停留, 摆动时保证焊道顺直, 焊枪把握平稳。

打底焊前应检查导电嘴的内径是否合适, 喷嘴内部的飞溅物是否堵塞喷嘴, 焊丝是否够用, CO2气瓶是否打开, 气体流量合适与否等相关问题, 尽可能规范操作, 减少打底层的缺陷。

中间熄弧或打底焊焊完时, 立即松开焊枪开关, 但不要马上抬离焊枪, 防止产生缩孔、气孔及弧坑裂纹等。

中间填充层的操作同打底焊基本一样, 焊层之间的氧化物和飞溅及时清除。最后一道填充焊层要预留1 mm深度 (可用砂轮修磨平滑) , 为盖面焊打好基础。

盖面焊时也可选用月牙形摆弧, 关键要控制好熔池大小一致、摆弧幅度大小一致及焊接速度的一致, 余高要控制在1 m m左右。使焊缝与母材能平缓过渡, 降低应力集中。

3.5 接头组织对比

通过试验得出, CO2气体保护焊采用H08Mn2Si A焊丝与E5015手工电弧焊焊接接头组织对比见表2:

试验结果表明:CO2气体保护焊采用H08Mn2Si A焊丝进行单面焊双面成型对接焊时, 与E5015手工电弧焊焊接接头的性能相近 (焊缝组织主要都是铁素体和珠光体) , 但手工电弧焊焊接接头性能略高于CO2气体保护焊焊接接头的性能, 其原因在有两点:一是CO2的强氧化性烧掉了焊缝中大部分合金元素, 焊丝中的硅锰难以弥补;二是E5015焊条中的碳及合金含量较高, 其强度高于国家规定标准。

4 焊缝质量

1) 焊缝外观成型良好, 过渡平滑整齐, 焊缝宽度和余高附和对接焊缝尺寸公差要求。

2) 焊缝内部质量经X射线探伤及超声波探伤检验表明, 合格率都高于手工电弧焊。

参考文献

[1]李淑华, 王申.焊接技师技术问答.北京:国防工业出版社, 2005.

[2]胡宝良.新编, 高级焊工.简明读本, 上海科学技术出版社, 2006.

[3]冯明河.焊工技能训练.3版, 北京:中国劳动社会保障出版社, 2005.

[4]王文河, 项晓林.高级焊工工艺与技能训练.2版, 北京:中的国劳动社会保障出版社, 2011.

[5]宋彬.焊管的单面焊双面成形焊接工艺改进.民营科技, 2007.

[6]龚雪群.Q390厚板的CO2气保全熔透焊接技术的应用.焊接技术, 2007.

CO2保护焊 篇2

山东聚力焊接材料有限公司

程付朋

［摘要］ 本文主要介绍了CO2气体保护焊气孔缺陷产生的原因和防止CO气孔、H2气孔和N2气孔缺陷应采取的具体措施。

［关键词］ CO2气保焊；气孔缺陷；防止措施

CO2气体保护焊的主要特点是，电弧的穿透力强、熔敷速度快、适应各种位置和不同板厚的焊接、抗锈能力强。

CO2电弧焊主要用于焊接低碳钢及低合金钢等黑色金属。对于不锈钢，由于焊缝有增碳现象，因此只能用于对焊缝质量要求不高的不锈钢焊件。目前CO2电弧焊已在我国机车车辆、汽车、造船、石油化工、工程机械、农业机械等工业部门中获得日益广泛的应用。

由于CO2气体的物理化学性质，给焊接带来一些问题，例如：合金元素烧损、CO气孔、飞溅是CO2电弧焊中三个主要问题，而这三个方面的问题都和CO2气体的氧化性有关。对于合金元素的烧损，通过选择合适的焊丝就可以得到弥补，目前，国产焊丝基本都具有这个能力。而气孔和飞溅是CO2 电弧焊中常见的两个缺陷。下面就气孔产生的原因及采取的措施做一浅析：

CO2电弧焊时产生气孔的主要原因是，焊接时熔池表面没有熔渣覆盖，CO2气流又有冷却作用，因而熔池凝固较快，容易在焊缝中产生气孔。可能产生的气孔有3种：即CO、H2以及N2气孔。

（1）CO气孔：产生CO气孔的原因主要是熔池中的FeO和C会进行下列反应：

FeO+C

Fe+CO

这个反应在熔池处于结晶温度时, 进行得比较剧烈。由于这时熔池已经开始凝固，CO气体不容易逸出，于是在焊缝中形成气孔。

对于防止CO气孔来说主要是正确地选择焊丝，如果焊丝中含有足够的脱氧元素Si和Mn，以及限制焊丝中的含C量（一般都限制在0.15%以下），就可以抑制熔池中的FeO和C生成CO的反应，从而有效地防止了CO气孔的产生。所以，在CO2电弧焊中，只要焊丝选择适当，产生CO气孔的可能性是很小的。

（2）H2气孔：电弧区中的氢主要来自CO2气体中的水分以及来自焊丝、工件表面的油污及铁锈，他们在电弧的高温下都能分解出氢气。如果熔池在高温下吸收了大量的氢，那么在它结晶时由于氢的溶解度突然下降，使氢处于过饱和的状态，这将促使如下反应得到发展：

2[H]=H2

反应生成的分子氢不溶于金属，于是在液体金属中形成气泡。当气泡外逸速度小于结晶速度时就形成了气孔。

为防止氢气孔的产生，应着重做好如下几个方面的工作：

①作好焊前的清理工作：焊前要适当的清除工件和焊丝表面的油污、铁锈等脏物；

②使用高纯度的CO2气体：CO2气体中主要的有害杂质是水分和氮气，氮气含量一般较小，危害大的还是水分；

③控制焊接规范：采用直流反接时，可减小产生氢气孔的倾向。许多实践表明，氢是以质子的形式溶解在液体金属中，在形成质子的同时，由原子释放出一个电子：

H

[H+]+e

当液体金属的表面上电子过剩时, 可使上述反应向左进行，即阻碍氢向金属中溶解，直流反接时，因工件是负极，熔池表面上的电子过剩，不利于发生H

[H+]+e的反应，阻止氢离解成质子，因而减小了生成气孔的倾向；此外，在电弧功率不变的情况下, 适当放慢焊接速度，可以使熔池的存在时间增长，有利于气体的逸出，可减小气孔的倾向。

（3）N2气孔：CO2气体保护焊时, 电弧区中的N2来自两个方面：一是空气入侵焊接区；二是CO2气体不纯。而正常的CO2气体中N2的含量很少，最多不超过1%（按体积），所以由CO2气体不纯而引起氮气孔的可能性不大。焊缝中产生氮气孔的主要原因是由于保护气层遭到破坏，大量空气侵入焊接区所致。造成保护层失效的原因有：过小的CO2气体流量；喷嘴被飞溅物部分堵塞；喷嘴与工件的距离过大；以及焊接场地有侧向风等。工艺方面的原因有电弧电压太高、焊接速度过大等，均可造成气体保护层失效。

为防止N2气孔的产生可采取以下具体措施：

①保证CO2气体有足够的流量，不能过小。一般情况下，细丝气体流量的范围通常为：5~15L/min；中等规范焊接时通常约为：20L/min；粗丝自动焊时通常为：25~50L/min。

②喷嘴应畅通无阻，避免飞溅物等堵塞喷嘴。

③喷嘴与工件间的距离不应过大, 一般都在10~20mm。

④在侧向风较大的场合下施工时应设挡风板。

⑤采用直流反极性可减小焊缝中的含氮量，这主要是与氮的溶解机构有关。

⑥在同样的规范下，增加焊丝直径可使焊缝含氮量下降，这是由于熔滴变粗的缘故。

⑦增加焊丝中的含碳量可以减低焊缝中的含氮量，这是因为碳能减低氮在铁中的溶解度。

CO2保护焊 篇3

【关键词】药芯焊丝；CO2气体保护焊；单面焊双面成形

20世纪50年代末、60年代初美国已开始使用药芯焊丝，并被广泛地用于重型机械、建筑机械、桥梁、石油、化工、核电站设备、大型发电设备及采油平台等制造业中，并取得了很好的效果。

近年来，随着社会经济的不断发展，我国生产药芯焊丝的技术和质量得到了不断提高，应用范围也不断地扩大，以船舶制造和海洋结构行业使用药芯焊丝量为最大。药芯焊丝是继焊条电弧焊和实芯焊丝CO2气体保护焊的又一个被广泛应用的焊接方法。

药芯焊丝的单面焊双面成形操作技术，近年来被世界技能大赛、国内各类技能大赛列为竞赛的考核项目之一，它是电弧焊难度较大的一种操作技术。尽快地掌握单面焊双面成形技术的操作要领和技巧，这也是每个参加技能考试、技能竞赛的指导教师及学生十分关心的问题。

2.药芯焊丝电弧焊的特点及应用

药芯焊丝也称为管状焊丝，是利用薄钢板卷成圆形钢管或异形钢管，或用无缝钢管，在管中填满一定成分的药粉，经拉制而成的焊丝。可通过调整药芯添加物的种类和比例，很方便地设计各种不同用途的焊接材料，因为它的合金成分可灵活方便的调整，所以药芯焊丝的许多品种是实芯焊丝无法冶炼和轧制的。

2.1特点

药芯焊丝电弧焊与气体保护焊非常相似，差别在药芯焊丝采用的是管状焊丝，其中装有粒状的焊剂。药芯焊丝是很有发展前途的新型焊接材料，与实芯焊丝相比药芯焊丝有如下优缺点。

2.1.1优点：

⑴ 采用气渣联合保护，焊缝成形美观，电弧稳定性好，飞溅少易脱渣、焊道成形美观。

⑵ 焊丝熔敷速度快，熔敷效率（大约为85%～90%）和生产效率都较高（比焊条电弧焊高3～5倍）。

⑶ 焊接各种钢材的适应性强，通过调整焊剂的成分与比例可提供要求的焊缝金属化学成分。

2.1.2缺点：

⑴ 焊丝制造过程复杂。

⑵ 烟雾大，焊接时烟雾较实芯焊丝大。

⑶ 焊絲外表容易锈蚀，粉剂易吸潮，因此对焊丝的保存-管理的要求更为严格。

⑷ 焊渣多，较实芯焊丝CO2气体保护焊多，故多层焊时要注意清渣、防止产生夹渣缺陷。

2.2应用

药芯焊丝电弧焊即可用于半自动焊，又可用于自动焊，但是通常用于半自动焊。采用不同的焊丝和保护气体相配合可以进行平焊、立焊、仰焊和全位置焊。

药芯焊丝可用于焊接各类的结构钢，包括低碳钢、低合金高强钢、低温钢、不锈钢、耐热钢及耐磨堆焊等。

3.药芯焊丝立焊的单面焊双面成形焊接工艺

单面焊双面成形技术是在重要焊接结构制造过程中，即要求焊接接头完全焊透，以满足受压部件的质量和性能要求。但由于构件尺寸和形状的限制，如小直径容器、管道等在背面无法进行施焊，只能在容器或管道外侧施焊。单面焊双面成形技术，以特殊的操作方法，在坡口的正面进行焊接，焊后保证坡口正反两面都能得到均匀整齐、成性良好，符合质量要求的焊缝。主要操作方法有断弧焊和连弧焊。

3.1焊前准备

3.1.1焊接材料

焊材选用二氧化碳气体保护焊药芯焊丝（FCAW136），E501T-1规格Φ1.2mm；

母材：Q235A，尺寸300mm×125mm×12mm，V型坡口60°，如图2-1所示；

焊接电源：NB-350（A160-350）；

3.1.2坡口的清理

首先用手锤将两块试件校平，再用电动角向磨光机将坡口和靠近坡口上、下两侧20mm内的钢板上的油、锈、水分及其它污物打磨干净，至露出金属光泽为止。打磨范围如图2-1所示。

3.1.3装配及定位焊要求

钝边的大小可以直接影响电弧是否能深入到焊缝的根部，使根部焊透，获得较好的焊缝成形和焊接质量，

装配间隙是背面焊缝成型的关键参数，间隙过大，容易烧穿，间隙过小不易焊透。

装配尺寸及要求（表2-1）

表2-1装配尺寸

坡口角度（0）装配间隙（mm）钝边

（mm）反变形量（0）错边量（mm）

60 始焊端 35

终焊端 400～0.52～3≤0.5

定位焊所用药芯焊丝与正式焊接时牌号相同。定位焊位置应在正面的两端处，长度为8～10mm，为防止在焊接过程中收缩，始焊端可少焊一些，终焊端应多焊一些，防止造成未焊段坡口间隙收缩变窄而影响焊接。

定位焊缝质量要求：必须焊牢，保证熔合良好，无气孔、夹渣、裂纹等缺陷，焊道不易太高。因此，定位焊所用电流可比焊接电流大10%～15%。如图2-3所示定位焊的位置。

为了保证焊件焊后没有角变形，焊前焊件要预置反变形，反变形角量θ=2°～3°

3.2工艺参数的选择

根据焊接工艺参数选择的原则，钢板厚度为12mm开V型坡口，焊接层次分为三层：打底层、填充层、盖面层。具体参数如表2-2。

表2-2 CO2气保焊（药芯焊丝）立焊焊接工艺参数

焊道层次焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊丝伸出长度/mm气体流量/（L/min）

打底层Φ1.2145-15020-20.58-1012-15

填充层 145-15020-20.5

盖面层 160-17022-22.5

3.3焊接要点

3.3.1打底层焊接

打底层的焊接是单面焊双面成形技术焊接操作的关键，操作不当易造成背面成形凹陷和咬边等缺陷。

打底层焊接按操作方法不同分为：连弧焊和断弧焊两种方法。

⑴连弧焊打底：采用较小的工艺参数，始终保持电弧连续施焊。对焊工的操作技能要求较高，操作过程中要运条平稳、均匀，操作不当，焊缝背面易造成未熔合、未焊透等现象。另外，对坡口加工及装配质量要求也较高，在实际生产中有一定的局限性。

⑵断弧焊打底：采用工艺参数较连弧焊大一些，焊接过程中，通过电弧反复交替燃烧与熄灭，从而控制熔池的温度、形状和位置，以此获得良好的背面成形和内部质量。断弧焊采取的坡口钝边、间隙都略大于连弧焊，施焊过程中更显得灵活和适用，也易掌握。

断弧焊操作要领归纳为：一看、二听、三准：

看：观察熔池形状和熔孔大小、形状，并保持一致。

听：注意听电弧击穿坡口根部发出的“噗噗”声，如没有这种声音则表示没焊透。

准：施焊时熔孔的端点位置要把握准确，使后一个熔池与前一个熔池搭接2/3左右，用电弧的1/3部分打开新的熔孔，以加热和击穿坡口根部。

打底层焊时应注意以下事项：

⑴焊接前应对焊接规范进行检查，防止焊接过程中出现问题；

⑵检查喷嘴内部的飞溅物是否堵塞喷嘴，做到及时清理；

⑶断弧或焊接完成后，不要马上将碰嘴离开熔池或弧坑，防止产生气孔和缩孔；

⑷焊枪角度略向下。焊丝在熔池的最顶端，断弧频率不宜过快。

3.3.2填充层焊接

打底和盖面之间的焊缝，依据板厚及坡口的要求，填充焊的焊缝可以是一层或多层焊缝。填充层焊接前应将打底层焊缝及坡口表面飞溅物清理干净。

填充层焊接采用连弧焊，焊枪摆动方法采用锯齿形或反月牙形运条，中间快两边停留，以保证焊缝两边熔合，填充焊的厚度不易过高，距焊件表面相差2.0～2.5mm为宜，有利于盖面焊。

3.3.3盖面层焊接

焊前将填充层焊缝表面的熔渣及飞溅物清理干净。

盖面层焊接可采用连弧焊或断弧焊。

⑴采用连弧焊时，焊接电流可适当小一些，运条方法和填充层焊基本相同。焊接时将坡口边缘线熔合0.5mm，坡口两边稍作停留，防止咬边产生。

⑵采用连弧焊时，焊接电流、电压适当大一些，从坡口边缘一边向另一边摆动，然后熄弧，迅速再引燃电弧，从熄弧这一边向另一边摆动，使熔池呈椭圆形，向上幅度不宜过大，如此反复断弧焊接完成焊缝。收弧时，待电弧熄灭，熔池凝固后，才能移开焊枪，避免产生气孔。

4.药芯焊丝单面焊双面成形常见的缺陷及防止措施

4.1工艺因素对单面焊双面成形焊接缺陷的影响

4.1.1焊接电流

焊接电流大小的选择是保证焊接质量的关键，焊接电流过大容易造成咬边、焊瘤、烧穿等缺陷，特别是在立位和仰位焊接时焊接熔池难以控制，容易产生焊缝余高超高、焊瘤等缺陷。焊接电流过小使焊缝熔深减小，容易造成未熔合、未焊透、夹渣等缺陷。

4.1.2焊接速度

正确的控制焊接速度对保证焊接质量尤为重要。焊接速度过快，使焊接熔池温度不够，容易造成未熔合、未焊透、焊缝成形性不良等缺陷；焊接速度太慢，使焊接熔池温度过高，容易造成烧穿、焊瘤、背面焊缝余高超高等缺陷。

4.1.3焊丝伸出长度

焊丝伸出长度对焊缝质量起着决定性的作用，焊丝伸出长度过长，飞溅严重，氣体保护效果较差；伸出长度过短，容易造成飞溅物堵塞喷嘴，影响气体保护效果，也影响操作者视线。

4.1.4焊接层次选择不当

药芯焊丝CO2气体保护焊单面焊双面成形焊接层次的选择对焊缝质量也有一定的影响，每层厚度过大，对焊缝金属的塑性有不利的影响，而且焊接过程中熔渣容易倒流产生夹渣和未熔合等缺陷，但是每层厚度过小，却容易造成焊缝两侧熔合不良。

4.1.5焊丝的直径

焊丝直径过大，在进行打底层焊接是焊接熔池难以控制，容易产生焊瘤等缺陷。

4.1.6焊丝角度

焊丝与焊道见得夹角大小容易事背面焊缝产生未焊透、夹渣、脱节、超高、焊瘤、烧穿等缺陷。

4.2操作不当引起的缺陷

4.2.1气孔

由于CO2气体的纯度较低，周围环境有风，气体流量调节太小或太大，喷嘴被飞溅物堵塞，焊枪倾角过大，焊丝伸出长度太长或喷嘴太高，焊接区域油迹、锈迹或氧化皮未清理干净等原因，均可产生气孔。

4.2.2未焊透

由于坡口加工或装配不当，即坡口角度太小、钝边太大、间隙太小、错变量太大等都会引起未焊透。

焊接参数不合适，即焊接电流太小，焊枪的倾角太大都会引起未焊透。

焊接电弧位置不对，未对准坡口中心，焊枪摆动时电弧偏向一侧，电弧在坡口面上停留的时间太短，引起未焊透。

4.3预防措施

4.3.1认真做好焊前准备工作，焊前正确调整好保护气体的流量、使保护气体能均匀地、充分地保护好焊接熔池，防止空气渗入，避免产生气孔。

4.3.2彻底清理坡口边缘油迹、锈迹、污迹和水分等；合理选择焊接电流和焊接速度；严格按规定保管焊材，不使用锈蚀的焊丝。

4.3.3选择合理的焊接工艺参数，焊接过程中注意焊枪倾角及焊丝伸出长度的控制，防止气孔、未焊透等缺陷的产生；做好层间焊道的清理工作。

4.3.4正确选择焊件坡口尺寸、装配间隙、钝边。为防止未熔合，坡口度数600为宜；合理选择焊接电流和焊接速度，防止未焊透或未熔合等缺陷产生。掌握正确的运条方法，仔细观察坡口两侧的熔合。

5.小结

通过焊接实习反复操作训练，证明药芯焊丝CO2气体保护焊立焊单面焊双面成形操作技术是可行的。同时我们也看到了药芯焊丝焊接的质量是由焊接过程的稳定性决定的，而焊接过程的稳定性，除通过调节设备选择合适的焊接参数保证外，更主要的是取决于焊工实际操作的技术水平。因此要求焊工必须掌握扎实的焊接基本操作手法，根据不同情况，灵活地运用技能，从而获得满意的焊接效果。

参考文献

[1]焊工取证上岗培训教材.机械工业出版社.2008.

CO2保护焊 篇4

CO2气体保护焊具有焊接效率高、抗锈能力强、焊接变形小、冷裂倾向小、熔池可见性好、以及适用于全位置焊接等优点。究其不足主要是:很难使用交流电源, 焊接飞溅多。特别是采用短路过渡形式时, 在焊接过程会产生大量的金属飞溅。造成大量金属的损失, 使熔敷率降低, 焊后清理工作量增加。同时, 飞溅的产生降低了电弧的稳定性, 严重影响焊接质量。此外采用短路过渡的CO2体保护焊还存在焊缝成形差的工艺缺点。主要表现为焊缝表面不光滑、熔深浅、焊缝成形窄而高, 容易出现未熔合的焊接缺陷。所以要使CO2气体保护焊在工业生产中得以广泛推广和应用, 则必须解决和控制这些工艺问题。

1 CO2气体保护焊焊接工艺

1.1 焊前准备

1.1.1 清除待焊部位及两侧10～20m m范围内的油污、锈迹等污物, 并在焊件表面涂上一层飞溅防粘剂, 在喷嘴上涂一层喷嘴防堵剂。

1.1.2 将CO2气瓶倒置1～2h, 使水分下沉, 每隔0.5h放水1次, 放2～3次。

1.1.3 根据焊接工艺试验编制焊接工艺。焊丝ER 5026, φ1.0mm, φL2mm, 焊机KRII350。

1.1.4 采用左焊法。

1.2 焊接操作工艺

1.2.1 对接焊缝操作工艺

(1) 由于CO2气保焊熔深大, 在板厚小于12mm时均可用工形坡口 (不开坡口) 双面单道焊接。对于开坡口的对接接头, 若坡口较窄, 可多层单道焊;若坡口较宽, 可采用多层多道焊。 (2) 焊接过程中, 焊枪横向摆动时, 要保证两侧坡口有一定熔深, 使焊道平整, 有一定下凹, 避免中间凸起, 这样会使焊缝两侧与坡口面之间形成夹角, 产生未焊透、夹渣等缺陷。 (3) 要控制每层焊道厚度, 使盖面焊道的前一层焊道低于母材1.5～2.5mm, 并一定不能熔化坡口两侧棱边, 这样盖面时可看清坡口, 为盖面创造良好条件。 (4) 盖面焊焊接时, 焊前应将前一层凸起不平的地方磨平, 焊枪摆动的幅度比填充层要大一些, 摆动时幅度应一致, 速度要均匀, 要特别注意坡口两侧熔化情况, 保证熔池边缘超过坡口两侧棱边, 并不大于2m m, 以避免咬边。 (5) 若每层用多道焊时, 焊丝应指向焊道与坡口、焊道与焊道的角平分线位置, 并且焊道彼此重叠不小于焊道宽度的1/3。

1.2.2 角焊缝操作工艺

(1) 角焊缝焊接时, 易产生咬边、未焊透、焊缝下垂等缺陷, 所以应控制焊丝的角度。等厚板焊接时, 焊丝与水平板的夹角为40°～50°。不等厚板时, 焊丝的倾角应使电弧偏向厚板, 板厚越厚, 焊丝与其夹角越大。 (2) 对于焊脚为6～8mm的角焊缝, 采用单层单道焊, 焊枪指向 (焊丝) 距根部1～2mm处。对于焊脚为6mm的焊缝, 采用直线移动法焊接, 对于焊脚为8mm的焊缝, 焊枪应作横向摆动, 可采用斜圆圈形运丝法焊接。

1.2.3 对于焊脚为10～12m m的角焊缝, 由于焊脚较大, 应采用多层焊, 焊2层。

焊接时第1层操作与单层焊相同, 焊枪与垂直板夹角减少并指向距根部2～3mm处, 这时, 电流比平常时稍大, 目的是为了获得不等焊脚的焊道;焊接第2层时, 电流比第1层稍少, 焊枪应指向第1层焊道的凹陷处, 直至达到所需的焊脚。

1.2.4 对于焊脚为15m m的角焊缝应采用多层多道焊, 即焊接3层。

需要注意的是:操作时, 每道的焊脚大小应控制在6～7m m左右, 否则, 焊脚过大, 易使熔敷金属下垂, 在水平板上产生焊瘤, 在立板上产生咬边。焊枪角度及指向应保证最后得到等脚和光滑均匀的焊缝。

2 CO2焊飞溅的控制

在CO2焊中, 大部分焊丝熔化金属可过渡到熔池, 有一部分焊丝熔化金属飞向熔池之外, 飞到熔池之外的金属称为飞溅。特别是粗焊丝CO2气体保护焊大参数焊接时, 飞溅更为严重, 飞溅率可达20%以上, 这时就不可能进行正常焊接工作了。飞溅是有害的, 它不但降低焊接生产率, 影响焊接质量, 而且使劳动条件变差。

由于焊接参数的不同, CO2焊具有不同的熔滴过渡形式, 从而导致不同性质的飞溅。其中, 可分为熔滴自由过渡时的飞溅和短路过渡时的飞溅。

2.1 熔滴自由过渡时的飞溅熔滴自由过渡时的飞溅主要形式, 在CO2气氛下, 熔滴在斑点压力的作用下上挠, 易形成大滴状飞溅。

这种情况经常发生在较大电流焊接时, 如用直径1.6mm焊丝、电流为300～350A, 当电弧电压较高时就会产生。如果再增加电流, 将产生细颗粒过渡, 这时飞溅减小, 主要产生在熔滴与焊丝之间的缩颈处, 该处的电流密度较大使金属过热而爆断, 形成颗粒细小的飞溅。在细颗粒过渡焊接过程中, 可能由熔滴或熔池内抛出的小滴飞溅。这是由于焊丝或工件清理不当或焊丝含碳量较高, 在熔化金属内部大量生成CO等气体, 这些气体聚积到一定体积, 压力增加而从液体金属中析出, 造成小滴飞溅。大滴过渡时, 如果熔滴在焊丝端头停留时间较长, 加热温度很高, 熔滴内部发生强烈的冶金反应或蒸发, 同时猛烈地析出气体, 使熔滴爆炸而生成飞溅。另外, 在大滴状过渡时, 偶尔还能出现飞溅, 因为熔滴从焊丝脱落进入电弧中, 在熔滴上出现串联电弧, 在电弧力的作用下, 熔滴有时落入熔池, 也可能被抛出熔池而形成飞溅。

2.2 熔滴短路过渡时的飞溅短路过渡时的飞溅形式很多。

飞溅总是发生在短路小桥破断的瞬时。飞溅的大小决定于焊接条件, 它常常在很大范围内改变。产生飞溅的原因目前有两种看法, 一种看法认为飞溅是由于短路小桥电爆炸的结果。当熔滴与熔池接触时, 熔滴成为焊丝与熔池的连接桥梁, 所以称为液体小桥, 并通过该小桥使电路短路。短路之后电流逐渐增加, 小桥处的液体金属在电磁收缩力的作用下急剧收缩, 形成很细的缩颈。随着电流的增加和缩颈的减小, 小桥处的电流密度很快增加, 对小桥急剧加热, 造成过剩能量的积聚, 最后导致小桥发生气化爆炸, 同时引起金属飞溅。另一种看法认为短路飞溅是因为小桥爆断后, 重新引燃电弧时, 由于CO2气体被加热引起气体分解和体积膨胀, 而产生强烈的气动冲击作用, 该力作用在熔池和焊丝端头的熔滴上, 它们在气动冲击作用下被抛出而产生飞溅。试验表明, 前一种看法比较正确。飞溅多少与电爆炸能量有关, 此能量主要是在小桥完全破坏之前的100～150μs时间内积聚起来的, 主要是由这时的短路电流 (即短路峰值电流) 和小桥直径所决定。

根据不同熔滴过渡形式下飞溅的不同成因, 应采用不同的降低飞溅的不同成因, 应采用不同的降低飞溅的方法:

2.2.1 在熔滴自由过渡时, 应选择合理的焊接电流与焊接电压参数, 避免使用大滴排斥过渡形式;

同时, 应选用优质焊接材料, 如选用含C量低、具有脱氧元素Mn和Si的焊丝H08Mn2SiA等, 避免由于焊接材料的冶金反应导致气体析出或膨胀引起的飞溅。

2.2.2 在短路过渡时, 可以采用 (Ar+CO2) 混合气体代替CO2以减少飞溅。

如加入φ (Ar) =20%～30%的Ar。这是由于随着含氩量的增加, 电弧形态和熔滴过渡特点发生了改变。燃弧时电弧的弧根扩展, 熔滴的轴向性增强。这一方面使得熔滴容易与熔池会合, 短路小桥出现在焊丝和熔池之间。另一方面熔滴在轴向力的作用下, 得到较均匀的短路过渡过程, 短路峰值电流也不太高, 有利于减少飞溅率。

在纯CO2气氛下, 通常通过焊接电流波形控制法, 降低短路初期电流以及短路小桥破断瞬间的电流, 减少小桥电爆炸能量, 达到降低飞溅的目的。

通过改进送丝系统, 采用脉冲送丝代替常规的等速送丝, 使熔滴在脉动送进的情况下与熔池发生短路, 使短路过渡频率与脉动送丝的频率基本一致, 每个短路周期的电参数的重复性好, 短路峰值电流也均匀一致, 其数值也不高, 从而降低了飞溅。

摘要：由于CO2资源丰富、价格低廉等原因, 在现代生产和工程中应用已经很普遍。CO2气体保护焊机的工艺性能 (电弧的稳定性、焊接飞溅和焊缝成形等) 都直接受焊接电源特性的影响。所以CO2气体保护焊要求使用平硬特性的直流电源, 并具有良好的动特性, 是有科学依据的。本文主要介绍了CO2气保焊焊接操作技术及需注意的一些问题, 对CO2气保焊焊接工艺设计及其应用具有一定的指导作用。

CO2保护焊 篇5

如何从技术方面提高焊接外观质量、降低焊接成本？有没有新型焊接技术，既能提高焊缝外观质量又能降低焊接成本呢？经过深思熟虑、反复琢磨，从埋弧焊技术上面得到启发，能否利用气体保护自动焊小车实施埋弧焊呢？经过实践，得出结论可行。

二氧化碳焊机半自动埋弧焊，也称之为“气体保护自动焊机改进式细丝埋弧焊”，采用（KRⅡ500型）二氧化碳焊机，并将二氧化碳气保焊枪弯管更换为直管，取消保护咀，只保留1.2mm或1.6mm导电咀，并增加CS-5A型半自动焊接小车和焊剂漏斗，组成焊接成套设备。其技术原理是采用气体保护自动焊机头作为焊接运行动力及焊接参数可调装置，将气保焊枪经过改进，并在焊接过程中通过漏斗自动施加焊剂保护熔池，形成“埋弧”，从而连续施焊，达到异型母材连接的目的。利用气保自动焊机导向轮的导向作用，在细丝埋弧焊过程中，不需要铺设焊接小车运行轨道，同时还可以适应非直线度单元件的焊接需要，即焊接小车可以根据焊缝直线度变化而改变小车的行走轨迹，从而保证焊抢始终处在最佳焊接角度，避免焊偏、咬边、焊瘤等缺陷。

CO2气保焊机埋弧焊，1）从工艺操作上来看，不比普通气体保护焊复杂，焊接区域的焊前打磨处理，低温状态下厚板的焊前预热控制，重点在焊丝的选用和焊枪的设置。焊丝选用CJQ-3焊丝，焊丝规格为φ1.2mm或φ1.6mm；焊枪向后倾斜，使焊咀向前倾斜产生一个α=15°左右的推角，焊咀离工件15mm左右；焊剂敷设应均匀，厚度控制在25mm左右。2）CO2气体自动焊机埋弧焊主要焊接参数，焊接电流控制在280A~340A，电压控制在28V~36V，焊接速度控制在220mm~280mm/min，电流与电压的数学关系式为：I=8.9*V。

CO2气保焊机半自动埋弧焊，重点控制好焊接小车行走的稳定性、轨迹一致性，焊枪的改进，焊剂敷设的均匀性、同步性。1）选用气体保护自动焊小车作为细丝埋弧焊的焊接小车，不需要重新设计焊接行走小车，只需适当改进就可以，保证行走小车匀速、行走平稳。2）焊枪选用CO2气保焊枪，但须将气保焊枪弯管改为直管，同时将原气保焊枪保护钢套取消，仅剩导电嘴即可。3）CO2气保焊机半自动埋弧焊焊接质量控制关键一环就是控制好焊剂敷设的均匀性、同步性，焊剂敷设均匀可以减少焊缝缺陷，如气孔等，可以通过增设焊剂撒播漏斗，让焊剂敷设和焊接同步，解决人工敷设焊剂不均匀问题。

电缆滑行不匀速性是导致焊接小车走偏的重要因素，可根据焊接路径或轨迹灵活设置简单滑行支架，保证焊接小车行走稳定、匀速。

CO2气保焊机半自动埋弧焊，使用该项技术具有操作简单、改装成本低、人工劳动强度降低、机械故障少、焊接速度快、焊丝熔敷率高、无飞溅、焊缝成形美观、焊接缺陷少等优点。如南京大胜关长江大桥决大部分钢梁板单元件焊接都有相似之处，采用 “气体保护自动焊机改进式细丝埋弧焊”这一种全新的单元件制造新焊接技术，焊接质量大幅提高，施工成本降低，同时在焊接直线度渐变的各类钢梁单元件预制中发挥了巨大作用。CO2气保焊机半自动埋弧焊需要解决的问题：1）经过对气体保护自动焊机细丝埋弧焊的观察分析，焊剂敷设厚薄、宽窄不均匀将导致焊缝缺陷气孔缺陷偏多，焊剂敷设不能人工撒播，须用焊剂漏斗均匀撒播。2）目前，气保焊机细丝埋弧焊焊接位置受限于平焊、船型焊、小角度爬坡焊、缓弯转角焊等，待后期改进行走机构来解决多位置焊接问题。3）钢梁单元件成批量生产时，可以定点根据焊接走行线路增加环行或线行滑动电缆架，解决电缆走线不均问题。

CO2保护焊 篇6

【关键词】大直径管道；结构钢焊条；CO2半自动焊；应用

1、焊前准备

1.1设备选用：手工电弧焊焊封底设备选用国产奥太ZX7-400焊机。CO2半自动焊设备选用北洋世纪NBR-350，送丝机构LN-23P。

1.2焊接材料的选择

1.2.1焊条选用大西洋牌J422。直径为3.2mm，此类焊条焊接工艺性能好，抗风能力强，对气孔敏感性差，焊接成型美观，能适应全位置焊接。1.2.2自保护焊丝是金桥H08MnSiA。直径为1.6mm，此类焊丝使用方便，受环境制约的条件少，焊接过程中容易控制，具有优良的焊接工艺性能，电弧稳定、飞溅小、挺度适中、运丝顺畅、焊缝平整美观。其化学成分见表一。

表一

CMnSiSPNi

≤0.111.8～2.10.65～0.95≤0.03≤0.03-≤0.30

1.2.3焊条的化学成分、机械强度应与母材相同且匹配，兼顾工作条件和工艺性。

2、焊接工艺及操作方法

2.1焊接材料的保管、烘干、使用

2.1.1焊条保管时严防潮湿、生锈。使用前严格按规定烘干，烘干温度为150-250度，烘焙时间为1-2小时，使用时应放在焊条保温桶内，随用随取。

2.1.2焊丝：尽可能封闭保管，不可使用带锈斑的焊丝，以免产生气孔。

2.2焊口装配组对

2.2.1对于采用氧乙炔焰切割及加工坡口必须除去坡口表面的氧化皮、熔渣及影响接头质量的表面层，并应将凹凸不平处打磨平整。

2.2.2坡口型式及尺寸见图一。坡口均采用V型坡口，坡口角度60°土5°。组对前应彻底清理坡口附近内外侧的油、水锈等污物，对口间隙为2.0-4.0毫米，钝边为1.6土0.4毫米，钝边太大及对口间隙过小易产生未焊透缺陷。

2.2.3点固焊：管道组对合格后，方可进行定位焊，定位焊应与正式焊接要求相同，焊缝厚度为2-4mm，且不超过管壁厚度的2/3，定位焊不应小于三处，沿圆周均匀分布。定位焊长度应为10-15mm。

2.2.4焊前预热：冬季焊接时，当焊件温度低于0℃时，所有钢材应在施焊处100mm范围内预热到15℃以上。

2.3焊接操作方法

2.3.1封底焊道采用J422焊條，采用直流反接法，开始从底部即6点钟位置施焊，焊接电流一般为100-120A，一般采用断弧焊法，焊接时要求单面焊双面成型，背面焊缝要求焊波均匀，不可脱节，接头均需打磨。封底是整个焊接过程中最重要的一道焊缝，必须保证根部焊透。封底全部完成后，用钢丝刷及角向磨光机把表面焊渣及突出部分彻底的清理，避免产生死角，以免在下道焊接时产生夹渣。

2.3.2填充焊道的焊接：填充采用CO2半自动焊，填充焊道的焊接是为盖面打基础的，填充几次多取决于母材的厚度，填充时的焊接电压在18-20V之间，送丝速度为60-110in/min，丝干伸出导电嘴长度为19-21mm左右，填充焊时即要有一定的熔深，又要保证不被烧穿，应保持焊缝均匀平整及坡口两侧熔合良好，为防止气孔及夹渣的产生接头越少越好。

2.3.3层间接头应错开，每一层焊接结束，都要彻底清除焊渣、飞溅，检查有无缺陷，将突出部分及高低不平处进行打磨，以利于下一层的焊接，层间形状应为平滑凹形，其它形状均成形不良。

2.3.4盖面焊道的焊接：盖面前的填充焊道的高度，以低于母材0.5mm的高度为最佳，盖面焊时，要保证焊缝具有良好的成型，为防止咬边、气孔等缺陷的产生。焊接电压与焊接电流应比填充时稍低一点。焊缝表面余高应控制在0-1.6mm之间，不宜超高过多，但底部允许余高可比平面及立面稍高一些。

2.4焊接时的注意事项

2.4.1所有焊接引弧应在坡口内，不得在坡口以外的母材上有电弧擦伤，对于收弧处产生的缩孔缺陷，必须打磨干净后再进行施焊。

2.4.2层间接头应错开，每一层焊接结束，都要彻底清除焊渣、飞溅，检查有无缺陷，将突出部分及高低不平处进行打磨，以利于下一层的焊接，层间形状应为平滑凹形，其它形状均成形不良。

2.4.3每层焊缝的厚度不能太厚，熔池中的铁水太多或焊接速度太慢，都可能造成铁水下淌或产生气孔等缺陷。对于厚度较大且坡口宽度太宽的焊缝，可采用多层多道的焊接方法，以达到所要求的焊缝宽度及高度。

2.4.4气体流量不易过大或过小，焊丝直径Ф不大于1.2mm，流量为8-15L/min，焊丝直径Ф大于1.2mm，流量为15-25L/min。

2.4.5防气孔：

A、焊丝含Mn、Si量要比钢材高好，含碳量小于0.1%，可减少CO气孔。

B、清除焊丝板材表面杂质油污等，提纯干燥二氧化碳气体，可以减氢气孔。

C、流量不能太小和太大、焊速不能太快、嘴不能堵塞等，否则气体保护不好，会把空气卷入或带进焊接区。二氧化碳纯度要高，气管不要漏气，这样可以防氮气孔。

D、室外进行CO2气体保护焊时，如果风力影响焊接作业应当采取必要的防风措施。

2.4.6焊接操作的组合：在焊接较大直径管口时为提高效率及保证层间温度可采用3人组合。

2.4.7焊接结束后，应仔细清理焊缝表面的飞溅。检查有无气孔、未熔合等缺陷。如有，及时处理。

3、总结

3.1焊接效率比手工焊提高2倍以上。以供热管道Φ1016×12管口焊接为例。每人每天平均可焊接两道焊口以上。与手工焊相比可明显降低焊工劳动强度，改善了劳动条件，提高了生产率。

3.2可保证焊接质量。

4、结束语

CO2保护焊 篇7

在现实焊接工作中, 总是由于各种原因造成焊接中出现焊接缺陷, 而焊接构件中焊接缺陷的出现会令构件的质量、安全性等都大打折扣, 所以我们需要对焊接缺陷产生的原因进行深入的研究分析, 找出解决办法, 从而令我们的焊接工作能够高质、高效的进行下去, 减少焊接缺陷的发生率。

1 焊接缺陷的外部表现、产生的原因、缺陷的处理方法以及防止缺陷产生的方法

焊缝缺陷的产生会影响人们对焊缝的外部观感, 同时对焊接后的连接强度产生很大的影响, 且焊接产生的应力分布不均匀, 从而使焊件结构的安全性明显下降。焊缝缺陷产生的原因可能有以下几个方面:焊接时参数选择正确、焊件坡口角度不合乎规范、拼装时焊件的间隙不均匀或者是焊接时电流不平稳忽大忽小、焊枪喷焰距离焊件高度过高、焊件摆放位置不当、焊接速度不均匀忽快忽慢等, 二氧化碳 (CO2) 气体主要用于防止焊缝的内部出现缺陷, 缺陷的主要类型有:焊缝产生蛇形焊道、弧坑、烧穿、咬边、焊瘤、严重飞溅等。

下面对焊接缺陷的类型进行分析说明及防止措施:

1.1 蛇形焊道

产生的主要原因:焊工焊接不熟练;干活时焊丝伸长过长, ;焊丝的校正机构调整不正确;导电嘴磨损严重。防止措施如下:将干伸长调整到位, 更换新的导电嘴。

1.2 弧坑

弧坑通俗的将就是焊接后表面留有凹坑或凹坑, 而在弧坑处容易产生裂纹或缩孔。弧坑产生主要是由于在焊接快完成时没有把握好焊枪抬起的时机造成过快或过早, 从而导致焊液未能全部将焊缝填满从而造成弧坑, 或者是焊接人员对收弧电流与电压不熟悉控制不到位等。防止措施如下:收弧时要注意时机, 等待填满弧坑后再熄弧从而防止弧坑, 对收弧电流、电压的控制应将它们调到I=150A、U=19~21V范围内, 在焊缝还剩余约10mm~20mm时用将电流、电压调整到收弧范围进行焊接。

1.3 烧穿

烧穿是由于焊接时电流或电压过大造成局部温度过高、焊接速度慢造成焊接时热量堆积及焊缝根部之间的间隙过大、焊接无法填满焊缝容易烧穿等。防止措施如下:严格控制焊缝的间隙, 而根据焊接构件的厚度, 根据标准选择适当的电流与电压等。

1.4 咬边

咬边主要是由于如焊接速度过高、电流过大、电弧电压太高、停留时间不足或焊枪角度不正确等, 对于由于焊枪角度不正确、焊接构件位置安放不当等造成的咬边, 如咬边较轻微或咬边较浅的可用锉修边, 使其过渡平滑;而如果咬边严重则应进行补焊。防止措施:根据焊接构件的厚度、焊缝的间隙、焊接位置等适当减慢焊接的速度、选择合适的焊接电流、电压, 角缝焊接时要掌握好焊枪角度, 焊接构件摆放要正确, 同时要注意用焊接时产生的电弧力来推动金属流动。

1.5 焊瘤

焊瘤产生的原因是焊接时焊接工艺参数选用不当, 技术不熟练, 焊件位置摆放不当等。一旦出现焊瘤, 可用铲、锉、磨等手工方式或机械除焊瘤。防止措施:选择正确的焊接工艺、对焊缝间隙较大的应采用较小电流、施加工艺垫板、焊件摆放正确、焊丝对准焊缝等都可避免产生焊瘤。

1.6 飞溅

当采用二氧化碳气体保护焊时如飞溅达到40%左右时, 则认为焊接产生了焊接缺陷, 飞溅极大的降低了焊丝的利用率会造成焊接耗时的增加等, 产生飞溅过大的原因可归纳为:电弧电压不稳定或高或低、送丝不均匀、导电嘴磨损过度等。防止措施是:根据电流仔细调节电压使之相匹配, 送丝要均匀, 采用能够使用的导电嘴。

2 焊缝内部的缺陷和缺陷产生的原因以及缺陷处理方法及应采取的防止措施

二氧化碳气体保护焊对焊缝内部造成的缺陷主要有未熔合、未焊透、内里有裂纹、内部有气孔、夹渣等, 如果焊接不合格在焊缝内部产生了缺陷则会形成极大的安全隐患, 尤其当内部缺陷是裂纹时 (含冷裂纹及热裂纹) 则尤为严重。

2.1 未熔合、未焊透的原因及防止方法

未熔合、未焊透产生的主要原因如下:焊缝区表面生锈或含有氧化膜, 接头的设计不合理, 热输入不足, 坡口加工不合适以及焊接技术不过关等。未熔合或未焊透在焊缝中绝对是不允许的, 因为未熔合、未焊透会造成焊缝处的承载横截面积减小, 当焊件承载后, 极易产生裂纹。防止的措施:当接头设计不合理造成未熔合时应将坡口角度增大;使电弧直接加热在底部。选择正确坡口形式使焊融直接发生在底部, 当焊缝区表面生锈或含有氧化膜时应在焊接前对焊缝区和坡口进行处理去除表面氧化层或锈皮。严格按照焊接工艺的规范进行操作, 接头处应注意热量的分布均衡;防止受热不均, 焊接时应注意调整焊枪的角度, 多层焊时应注意各层间温度控制, 焊接时更应注意控制每层焊缝的厚度, 从而造成未融合。一旦发生焊缝未熔合则只能是铲除未熔合处的焊缝金属后再进行焊补, 而对于未焊透的处理则是如下:如果是开敞性好的结构单面未焊透可直接在焊缝背面直接补焊即可, 而对于不能直接焊补的重要焊件, 则应铲去未焊透处的焊缝金属, 重新进行焊接。

2.2 气孔

气孔是由于在二氧化碳气体保护焊焊接中保护气覆盖不足、焊接时速度过快或喷嘴与工件距离过大、工件表面不干净等造成的。防止措施是:采用清洁而干燥的焊丝、做好二氧化碳气体的保护、正确选择焊接工艺参数、对工件进行清洁去除焊件上的油污与杂质等、焊丝的深处长度要适中。

2.3 夹渣

在使用二氧化碳 (CO2) 气体保护焊进行焊接时, 不同于普通的焊条电弧焊, 其焊渣相对较少, 则产生夹渣的可能性也小, 夹渣产生的主要原因如下:采用多道焊短路电弧、高的行走速度。防止措施:在焊接后续焊道之前要清除焊缝边上的渣滓, 减少行走速度, 采用含脱氧剂较高的焊丝提高电弧电压。

2.4 焊接裂纹

焊接裂纹通常可分为热裂纹和冷裂纹, 焊接裂纹是最为严重的焊接缺陷, 造成焊接裂纹的原因非常复杂, 热裂纹产生的主要原因是焊件的材料抗裂性能差、焊接工艺参数选择不当或焊接内应力过大等;而冷裂纹产生的主要原因是焊接的结构设计不合理、焊缝布置不当或焊接工艺不合理等。产生焊接裂纹后的补救办法通常是在裂纹两端钻出止裂孔或铲除裂纹处的焊缝金属, 进行补焊。防止措施:检测工件和焊丝的化学成分焊缝中硫、碳量要低锰含量要高, 增大电弧电压或减小焊接电流, 以加宽焊道而减小熔深, 减慢行走速度以加大焊道的横截面, 采用衰减控制以减小冷却速度;适当的填充弧坑, 在完成焊缝的顶部采用分段退焊技术, 一直到焊缝结束, 此外还有其他防止焊缝金属裂纹的方法这里就不详细表述了。

3 结束语

焊接缺陷的产生是一个复杂的、动态的过程, 上述缺陷虽然是分开来阐述的, 但实际焊接中, 焊接缺陷的产生往往是几种或多种原因的复合。例如:焊接中的冷裂纹和热裂纹可能同时发生;气孔和裂纹也有可能同时产生等等, 以上讲述的防止措施大多是单一的, 但在实际操作时由于产生缺陷的原因大多是两种或多种的复合, 因此应根据实际的情况制定相应的防止措施, 唯有如此, 才能最大限度地保证焊缝质量, 只有对焊接缺陷有一个系统的认识, 从焊接缺陷产生的原因及机理进行分析, 再结合实际生产过程中遇到缺陷, 进行认真地总结、分析, 找出规律, 我们才能制造出符合设计要求的、合格的、满足顾客要求的焊接产品。

摘要：目前, 二氧化碳气体保护焊在焊接生产中的应用越来越广泛, 但二氧化碳气体保护焊在实际焊接中如果焊接材料使用不当、焊接方法不合理、焊接工艺参数不正确和对焊接设备的相关性能不了解等, 都会造成焊接缺陷。文章主要从内外部缺陷的种类、造成缺陷的原因、对缺陷的处理补救方法及预防措施等进行阐述。

关键词：焊接,缺陷,二氧化碳

参考文献

[1]陈祝年.焊接工程师手册[M].机械工业出版社, 2010.

CO2保护焊 篇8

榆林某化工厂造气车间对裂化气进行氢变换时, 采用中温变换和低温变换两种过程进行。低温变换时的温度大约在150℃～240℃, 压力大约在3 Mpa左右, 该反应在低变炉内进行。该厂造气车间原有几套低变系统, 系统中使用的低变炉的尺寸为:炉体直径3 200 mm, 壳体长度6 300 mm, 壁厚46 mm, 炉体所用为材料16 MnR (相当于Q345R) 。炉内直接装有触媒, 变换气在其中发生氢变换反应, 炉体外壳用保温材料保温。

2013年为扩大合成氨产能, 确定新增一台低变炉。在工艺条件相同的情况下, 设计单位按新标准设计时, 只能采用15Cr Mo钢板作为壳体材料, 导致制造费用大大增加。最后经协商, 壳体材料仍采用Q345R, 但须在低变炉内内衬一定厚度的保温材料, 保温材料表面用1 mm厚的不锈钢板作为衬里。而且炉内上半部分衬里的焊缝要连续焊, 不能漏气, 下半部分的衬里可以采用断续焊的方法进行焊接。

设备安装就位且在炉内内衬了保温材料后, 工厂就开始了不锈钢钢板衬里的安装工作。安装工艺是:根据内衬保温层表面形状下料。上下封头处的衬里采用瓜瓣形式下料, 组装时钢板采用搭接的方法组对, 用氩弧焊点固及焊接。按照工艺要求, 铆工仅用了一个星期时间, 顺利完成了不锈钢衬里的组对和点固任务。

但是搭接焊接时出现了问题:焊接过程中, 尽管焊接电流调整得很小, 但只要焊枪沿焊道移动, 就出现穿孔问题, 无法焊缝成形。可见虽然氩弧焊有热输入量小、焊接电流小、熔池易于控制等优点, 但用氩弧焊焊接方法不能完成此任务。

2 原因分析

(1) 操作规程是否到位:反复尝试后, 排除操作过程的不规范、技艺有缺陷等问题。

(2) 焊接方法是否科学:经过实验比对, 普通电弧焊对于1 mm厚的钢板来说, 由于不能形成稳定熔池, 不能保证焊接质量。而氩弧焊由于电弧电压只有焊条电弧焊的一半, 在同样的焊接电流时 (焊接电流决定着能否焊透) , 热量输入较小, 因而适用于薄板的焊接。可以从设备衬板的顺利组装、点固加以佐证。

(3) 焊缝成形困难原因:经过查找资料, 可能有如下原因:钢板太薄, 导热性差, 热量不易传导出去, 接头处过热, 导致焊穿;由于衬板材料是不锈钢, 不锈钢板的热导率仅为碳钢板的1/3, 相同条件下不锈钢板更易焊穿;衬板外侧贴有保温材料, 阻挡热量从焊缝背面发散, 导致出现穿孔现象。

综合上述分析, 焊接材质及结构影响了焊接成型的过程, 因此应从焊接方法上进行改进。

3 问题解决

调查发现该厂现有埋弧自动焊、焊条电弧焊、钨极氩弧焊和CO2气体保护焊。

CO2气体保护焊是利用CO2气作为保护气体的一种熔化极气体保护焊接方法。由于CO2比空气重, 因此从喷嘴喷出的CO2气体可以在电弧区形成有效的保护层, 防止空气进入熔池;CO2焊根据焊丝直径不同可分为细丝CO2焊 (焊丝直径≤1.2 mm) 及粗丝CO2焊 (焊丝直径≥1.6 mm) , 由于细丝CO2焊的工艺比较成熟, 因此应用最为广泛。CO2气体保护焊的特点:生产率高、成本低, 焊接变形和应力小, 焊缝质量高, 操作简单, 但是飞溅较大, 弧光较强, 很难用交流电源焊接, 焊接设备比较复杂, 在风速大于2 m/s时不易施焊。

CO2焊时, 焊丝既作为填充材料又作为电弧的一个电极, 其端部在焊接过程中不断受热熔化、形成熔滴并陆续脱离焊丝过渡到熔池中去。而熔滴过渡形式主要有两种, 一种是短路过渡, 另一种是粗滴过渡 (喷射过渡是很难出现的) 。当CO2焊采用细丝时, 一般都是短路过渡, 短路频率很高, 每秒可达几十次到一百多次。每次短路完成一次熔滴过渡。而在粗丝CO2焊时, 往往是以粗滴过渡的形式出现, 因此飞溅较大, 焊缝成形也差些, 但由于电流比较大, 所以电流穿透力强, 母材熔深大, 这对中厚板的焊接是有利的。

CO2气体保护焊与氩弧焊两种焊接方法相比有以下异同点:都是采用气体对焊接过程的熔池进行保护;钨极氩弧焊时电极不熔化, 焊接过程可采用加填焊丝或不加填焊丝的方法焊接, CO2气体保护焊焊丝既作为电极又作为填充金属熔化进入焊缝;氩弧焊的氩气是单原子惰性气体, CO2气体保护焊的气体是以分子的形式存在而且是比较活跃的气体。由于两种气体的性质差别, 对焊接电弧及焊缝的影响也不同。二氧化碳气体作为保护气体对焊接电弧有很强的冷却作用, 使得电弧受到压缩而热量集中, 带来的结果就是熔池小、热影响区窄、焊后变形小。同时当二氧化碳气体从焊缝表面向四周扩散时, 也会带走大量的热量, 有助于焊缝迅速凝固。通过资料论证, 由于CO2气体保护焊电流可以进行大范围调节, 因此主要用于焊接厚板及角焊缝, 企业未进行薄板焊接实验, 在排除其他焊接方法后, 决定利用CO2气体保护焊进行尝试。

在经过工艺讨论后, 首先在厚度为1 mm的碳钢板上焊接, 采用和实际衬里相同的搭接焊缝形式进行试焊, 但焊接时采用平焊。将电流调至70 A、电压调至18 V进行试焊, 此时焊缝成型顺利, 未发生焊穿现象。此后将电流调至80 A、电压调至18.5 V进行试焊, 焊缝成型效果良好。薄碳钢板试焊成功后即改变采用不锈钢进行了试验, 也取得了较为满意的效果。随即开始了低变炉衬里焊缝的CO2气体保护焊焊接。当然, 试验时焊缝处于平焊位置, 实际衬里的焊缝各种位置都有, 大大增加了焊接难度。如立焊缝的焊接, 焊接时都是由下向上焊接, 此时发现:若电流大时, 铁水下坠形成焊瘤, 且多烧穿;电流小, 母材不能和焊肉很好地熔合, 造成未熔合、焊肉不连续等缺陷。遂改变焊接方法, 由上向下焊, 电流85 A, 电压19 V, 焊枪左右夹角90°, 枪头向上与未焊的焊缝夹角60°～80°, 以较快速度试焊, 得到了很好的立焊缝。经过多次试验, 对于不同的焊接位置, 获得了一些相应的焊接工艺参数。焊接电压选择在17～19 V、焊接电流为60～90 A, CO2气体保护焊在这种条件下可以较理想地实现搭接缝焊接。最后, 只用5 d, 即顺利完成了该衬板的焊接任务。

4 结语

通过这次用CO2气体保护焊焊接厚度为1 mm的不锈钢薄钢板的尝试, 增加和扩展了CO2气体保护焊在该单位的使用范围, 使机动处员工对CO2气体保护焊的工艺特性及试验方法有了更加深入的认识。由于笔者第一次帮助企业完成实际工作任务, 因此, 也鼓励了笔者继续参与校企合作, 更好地增加自身对于焊接工艺方法的钻研学习。

摘要：该文主要从工厂实际中遇到的问题出发, 研究焊接技术中的一种常用方法, 即CO2气体保护焊在薄衬里焊接中的推广应用。通过反复地调研与试验, 文章中介绍了具体的试验情况以及试验后所得的一些感悟, 从而为读者自行利用气体保护焊对于薄件及超薄件焊接提供参考。

关键词：气体保护焊,穿孔,薄板

参考文献

[1]气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口 (GB/T985.1-2008) [S].

[2]范绍林.焊工操作技巧100问[M].北京:化学工业出版社, 2008.

CO2保护焊 篇9

焊接是一种将材料永久连接使其成为具有特定功能结构的制造技术, 其产品具有重量轻、成本低、质量稳定等优点, 故该技术已应用到制造业的各领域。目前, 钢材仍是我国焊接行业主要的结构材料, 据统计我国现阶段焊接用钢总量已占钢材表观消费量的50%以上, 经焊接的钢材总数超过3亿吨, 总量居世界第一[1];2002年焊材生产总量 (仅计算焊条和焊丝) 为144.9万吨[2], 2006年就增长到320万吨, 可见, 焊接是一个物料资源消耗巨大的行业。另一方面, 它也是一种高能耗行业, 一台常用的电弧焊机功率就达10~100kW。因此, 实现焊接工艺的碳排放特性建模分析对焊接行业甚至制造业都有着重要意义。

目前, 焊接过程碳排放减量化理论和技术研究正得到学术界及产业界广泛关注[3,4,5,6,7]。Sakano等[8]设计了新型FSW点焊系统, 该系统能在原有RSW成本条件下显著降低能耗;Liu等[9]针对能量流失问题提出一种新的混合焊接技术, 与激光电弧混合焊相比, 该技术降低了成本和能耗;王元良[10]则从不同角度讨论了低碳焊接问题。现有研究大多是从新技术或宏观角度出发, 对企业实践指导较弱。目前, 国内大多数企业仍采用常见的传统焊接方法, 焊接参数往往根据经验确定, 具有很大的人为因素, 不确定性较大。而焊接实施过程中, 资源消耗及产生的碳排放量受焊接电流、电压、材料用量等参数的影响, 存在高度的复杂性和非线性关系。因此, 在保证焊接质量和成本的前提下, 使得焊接碳排放量最小化, 必然需要一种相对客观和定量的模型来确定焊接参数。由于CO2气体保护焊是当前应用最广泛、碳排放构成相对复杂的一种工艺, 本研究以此为研究对象, 针对焊接工艺参数选择开展研究, 引入广义回归神经网络建立焊接参数与碳排放、成本和质量的关系模型, 并利用遗传算法进行求解。

1 CO2气体保护焊碳排放特性分析

1.1 碳排放源及评估边界

CO2气体保护焊是将CO2作为保护气体的一种气体保护焊接方法。焊接过程中, CO2气体可直接排向环境, 是焊接现场直接的碳排放源。此外, 由于焊接过程还包含了各种物料消耗和电能消耗, 会间接导致碳排放, 因此该部分碳排放成为间接碳排放。文中的碳排放是指在工艺过程中直接和间接排放的各种温室气体 (greenhouse gas, GHG) 总量, 并以二氧化碳当量 (carbon dioxide equivalent, CO2eq) 衡量, 根据碳排放来源, 可划分为物料碳排放、能源碳排放和工艺碳排放三类。物料碳排放是焊接生产过程中各种物料消耗造成的间接碳排放;能源碳排放是焊接生产过程中各种能源造成的间接碳排放;工艺碳排放是焊接生产过程中为满足工艺要求而采用的辅料造成的碳排放。

以CO2气体保护焊接工艺为研究对象, 其碳排放源及评估边界如图1所示。由图1可知, 典型焊接过程包括焊前处理、焊接实施及焊后处理三个阶段, 各阶段均以不同形式产生碳排放, 但碳排放最主要的还是发生在焊接实施阶段。该阶段受到焊丝直径、焊接电流、电弧电压及焊机速度等参数的影响, 从而导致该阶段碳排放机理较为复杂, 因此处理好施焊过程的参数选定和碳排放的关系成为问题关键。

1.2 碳排放特性函数及综合评价优化模型

根据上文分析的各类碳排放源, 施焊过程中产生的碳排放量主要由能源碳排放、物料碳排放及工艺碳排放三类碳排放组成, 因此, 其碳排放特性函数的计算模式为

式中, CE为焊接过程的碳排放量;CE1、CE2、CE3分别为能源碳排放量、物料碳排放量和工艺碳排放量;Eij (i=1, 2, 3;j=1, 2, …, n) 为计入第i类碳排放中所消耗的第j种能源消耗量;fj为第j种能源的转化系数, 在此采用标煤作为统一的能耗计量依据;α1、α2、α3分别能源、物料及工艺碳排放系数;M2k、M3k (k=1, 2, …, m) 为计入物料碳排放和工艺碳排放中所消耗的第j种物料量;Cd为施焊过程的CO2气体消耗量, 由于是直接排向环境, 称其为直接碳排放量。

由式 (1) 可知, 决定碳排放量的主要变量是能源消耗量Eij, 物料消耗量M2k、M3k, CO2气体消耗量Cd。施焊过程中, 与它们相关的工艺参数较多, 本文选择了其中最主要的7个参数: (1) 焊丝直径φ, 因为不同直径的焊丝适用不同电流, 而焊丝直径直接与物料消耗量相关; (2) 焊接电流I, 电流决定能源消耗量, 也影响焊丝的熔化速度和母材的熔深; (3) 电弧电压U, 电弧电压会对焊接过程焊滴过渡的特点产生影响, 与焊接电流有一定的匹配关系, 共同影响能耗; (4) 焊接速度v, 速度直接决定生产率, 但速度增加的同时电流会增加, 同时焊缝质量也将受到较大的影响; (5) 气体流量q, 它决定了直接碳排放量, 一般根据电流大小、焊接速度、焊丝伸出长度等选择; (6) 直流回路电感L, 回路电感的作用是控制短路电流上升速度及电流峰值, 控制颗粒飞溅, 不同的焊丝直径需要不同的电感; (7) 焊丝伸出长度l, 长度主要与焊丝直径、电流及电压有关, 对熔滴过渡、电弧稳定性及焊缝成形有重大影响。上述参数间的关系比较复杂, 且与焊接过程碳排放成高度的非线性关系, 不易用精确的函数式明确表达, 为此, 建立了如下的黑箱函数以表达各参数与碳排放的关系:

其中, X={φ, I, U, v, q, L, l}为焊接过程中所选用的焊接参数集。同时, 这些参数的选择也直接决定了焊接的最终成本和产品质量, 其关系可以表达如下:

其中, C (X) 为成本, Q (X) 为产品质量 (以合格率表示) 。在焊接过程中, 提高焊接速度可以降低成本, 减少碳排放, 但会影响产品质量;提高质量会减少废品的出现, 但会带来相关技术、管理成本的增加。单纯以降低碳排放为目的参数选择并无实际意义, 应综合考虑碳排放、成本及质量的关系, 因此本文建立如下的碳排放综合评价优化模型:

约束条件中, φ (mm) 给出的是焊丝常用直径, 质量Q (X) 和成本C (X) 出现在约束条件中主要是考虑质量和成本在达到要求的前提下降低碳排放值, 从而实现整体最优, 其限定范围主要根据企业的实际情况和对产品的要求进行设定。其中, 质量Q (X) 采用产品合格率来度量, 因此式 (5) 中处于分母位置, 对焊接产品合格的界定应根据自身生产和使用情况, 采用相适应的标准进行, 如文中的油箱根据标准JB/T 7158-2010, 采用清洁度标准界定产品质量, 达到清洁度指标的即为合格产品, 然后利用统计方法得到产品合格率 (反映油箱的质量情况) 。这样, 在保证质量和成本要求的前提下, 使碳排放量达到最小时, 所选参数值即为最优值。

对于黑箱函数问题, 神经网络是一种较好的解决方法, 广义回归神经网络 (general regression neural network, GRNN) 的突出特点是训练速度快, 在样本数据量少和噪声较多时优势明显。该网络是径向基网络的一种变式, 建立在数理统计的基础上, 能够根据样本数据逼近其隐含的映射关系, 即使样本数据稀少, 网络的输出结果也能够收敛于最优回归表面, 其结构如图2所示。相对于常用的传统BP神经网络, 它能以更短的训练时间和更少的样本实现更好的功能。

该GRNN模型包括输入层、径向基层和输出层。输入层有Q组向量, 每组向量的元素个数为R, 节点函数为高斯函数, ‖dist‖为输入权值矩阵LW1, 1和输入层阈值向量P的乘积, b1为隐层阈值向量。输出层有7个线性神经元, 权值函数为归一化点积权函数, 相应的权值矩阵为LW2, 1, 将径向基层的输出与本层权值的点积作为权输入进入传递函数normprod环节, 利用函数normprod计算出输出向量n, 再将n提供给线性传递函数purelin (n) , 最后输出计算结果。

2 焊接碳排放参数优化选择

针对式 (5) 所示的碳排放综合评价优化模型, 需要解决的关键问题是如何选择一组最优参数, 在保证质量和成本的同时, 将焊接碳排放降到最低。本文将遗传算法作为优化选择器来解决上述问题, 具体流程如图3所示。首先将GRNN和传统的遗传算法有机结合, 利用网络建立各关系模型, 然后以综合评价函数模型为遗传算法的适应度函数, 将参数限定范围作为初始种群的参考选择范围, 进行遗传算法运算。该遗传算法流程可以利用MATLAB7.1的遗传算法工具箱来实现。

3 应用实例及分析

本实例为某公司的装载机燃油箱。该燃油箱采用Q235钢板焊接而成, 外形尺寸为917mm×766mm×548mm, 总容积为300L, 焊接要求是油箱在总成装配后, 能达到JB/T7158-2010测定清洁度的指标, 否则不能成为合格产品。采用CO2气体保护焊, 所用焊机型号为NBC-350TSMI, 焊丝型号为金桥JQ.MG50-6。按照该公司产品生产流程及工艺卡内容, 所有焊缝结构的焊接过程共需要经过三次拼搭装配和施焊方可完成。

根据焊接工艺的机理分析和生产实际经验, 确定GRNN的输入变量为2.2节所述的7个影响参数, 输出为焊接的碳排放、成本和产品合格率。根据训练用的样本数据, 对典型工艺段参数进行搜集处理, 如表1所示。采用交叉验证的实验方式, 每次轮流取出30组数据作训练样本, 另2组作验证。

表1中的各数据单位不同且数值跨度较大, 因此在网络学习前先进行数据归一化处理, 使其在0~1之间变化, 归一化式子为x= (xixmin) / (xmax-xmin) , 其中x为归一化处理后的元素, xi为待处理元素, xmax、xmin分别为待处理元素的最大值和最小值。处理过程可由MATLAB实现, GRNN利用函数newgrnn创建, 其函数调用格式为

将光滑因子r的值分别设置为0.1, 0.2, …, 0.5, 并对创建好的网络进行训练和测试, 可得图4所示的网络逼近误差和图5所示的预测误差。

图4中, 当r=0.1时, 逼近误差最小, 随着r的增大, 逼近误差也增大;图5中, 随着r的增大, 预测误差也逐渐增大, 所以r取0.1是较理想的。

利用GRNN能较好地拟合出输入参数和输出结果的关系, 模型的拟合响应面输出接近于期望值。表2所示为利用GRNN得到的碳排放、合格率和成本, 并将其与样本进行了比较。

表2中相近的数据表明, 可以通过GRNN拟合使输出结果接近于最优回归面。按照文章综合考虑各目标的思路, 结合本实例的生产情况对式 (5) 中各条件的参数范围取值如下:90A≤I≤250A, 20V≤U≤29V, 43cm/min≤v≤162cm/min, 0.08mH≤L≤0.7mH, 9mm≤l≤15mm, 12L/min≤q≤30L/min, φ={0.8, 1.0, 1.2, 1.6}mm, 0<C (X) ≤72元, Q (X) ≥94%。

基于遗传算法解决该问题时, 可使用遗传算法工具, 首先建立适应度函数Fitness function, 并以M文件的形式编写, 待优化的变量个数设为7。遗传算法的初始参数设置如下:种群尺度为20, 选择概率采用随机均匀分布, 交叉概率为0.8, 变异参数采用高斯函数, 迭代次数为100。根据优化情况对参数仔细调试, 直到达到最好效果。迭代停止时, 确定最佳适应度值为6.8027, 如图6所示。

目标函数的优化结果为6.803, 此时得到各焊接参数的值分别为φ=1.2mm, I=167A, U=21V, v=50cm/min, L=0.15mH, l=12mm, q=20L/min。将以上参数通过训练好的GRNN模型后, 作为输入参数, 从而直接得到输出, 即CE (X) =10.168, C (X) =63.883, Q (X) =95.426%。从另一角度看, 若视该问题为多目标优化问题, 在保证质量和成本的条件下, 碳排放的Pareto解为10.168kg CO2eq。

4 结语

本文以CO2气体保护焊施焊过程为重点研究对象, 对焊接工艺的碳排放源及碳排放特性进行了分析。通过综合考虑物料、能耗、工艺排放等因素, 建立了该工艺碳排放特性函数及碳排放综合评价优化模型, 利用GRNN实现了各输入参数与质量、成本、碳排放的模型关系表达。采用遗传算法对综合评价模型进行求解, 可得最优焊接参数值, 在该条件下实施的焊接工艺, 可以在满足质量和成本要求下实现碳排放量最小化。然而由于神经网络和遗传算法的性能有赖于控制参数的设计, 本文暂时只采用了常用的参数设置, 后续的研究中将进一步丰富参数设置。

参考文献

[1]李午申, 唐伯钢.中国钢材、焊接性与焊接材料发展及需要关注的问题[C]//第十二次全国焊接学术会议论文集.北京:机械工业出版社, 2008:1-12.

[2]林尚扬.我国焊接生产现状与焊接技术的发展[J].船舶工程, 2005, 27 (S1) :15-24.Lin Shangyang.Present Situation of Welding Production and Development Trend of Welding Technology in Chi-na[J].Ship Engineering, 2005, 27 (S1) :15-24.

[3]Chiu M C, Alsaffar A J, Haapala G E.Reducing Supply Chain Costs and Carbon Footprint during Product De-sign[C]//2010IEEE Symposium on Sustainable Sys-tems and Technology.Arlington, VA, USA, 2010:17-19.

[4]Letete T C M, Mungwe N W, Guma M, et al.Carbon Footprint of the University of Cape Town[J].Journal of Energy in Southern Africa, 2011, 22 (2) :2-12.

[5]Kumara S.Conceptual Foundations of Energy Aware Manufacturing[C]//Proceedings of the9th Workshop on Performance Metrics for Intelligent Systems.New York, NY, USA, 2009:32-37.

[6]Jeswiet J, Kara S.Carbon Emissions and CES in Manu-facturing[C]//15th International Conference on Life Cycle Engineering.Sydney, 2008:9-18.

[7]Wiedmann T.Editorial:Carbon Footprint and Input-output Analysis-an Introduction[J].Economic Sys-tems Research, 2009, 21 (3) :175-186.

[8]Sakano R, Murakami K.Development of Spot FSW Ro-bot System for Automobile Body Members[C]//Third International Symposium on Friction Stir Welding.Ko-be, Japan, 2001:27-28.

[9]Liu Liming, Hao Xinfeng, Song Gang.A New Laser-arc Hybrid Welding Technique Based on Energy Conservation[J].Materials Transactions, 2006, 47 (6) :1611-1614.

CO2气电垂直焊 篇10

船体大接缝焊接质量是整个船体建造质量的关键内容之一。生产中, 手工电弧焊常存在耗材耗能、工序较为复杂、焊接过程可见度较差等缺陷, 而埋弧自动焊虽工艺性强、效率高, 节约焊接材料和电能, 却只适用于平焊位置的焊接。在船舶分段合拢环缝焊接时, CO2气电垂直焊以其高效、节能、高质量等优点, 目前正逐渐在被大量使用。

2 气电垂直焊原理和工艺

2.1 焊接原理

CO2垂直自动焊由日本神钢, 主要用于船舶建造分段合拢时的垂直立焊对接焊, 其工艺示意图见图1所示。该工艺使用的焊接材料为φ1.6mm的药芯焊丝, 主要牌号为DWS-43G, 与型号为KL和JN两种陶质衬垫配合使用。

焊接过程中, 用CO2气体作保护, 由铜滑块和衬垫形成的空间对焊接熔池强制一次成形来完成, 焊缝的前后面分别用水冷铜滑块和带有梯形凹槽衬垫, 以保持熔池稳定和成形良好。

2.2 CO2气电垂直自动焊在船舶建造中的应用及特点

垂直自动焊焊接工艺是目前船厂建造大型船舶时, 船台和船坞大合拢阶段的高效焊接方法。尤其适用于焊缝长度在10m以上的船体舷侧、隔舱壁的垂直焊接缝。焊接过程中利用轨道式的焊接辅助小车, 采用CO2多层多道焊工艺, 通过对坡口、喷嘴、导电嘴等焊接参数的选用, 获得优良的焊接质量。并可免于密性试验。除此外, 还有其他优点:

1) 熔敷效率高。采用DWS-43G药芯焊丝焊接时, 熔敷效率可以达到180g/min。

2) 焊接装置小型化。采用了小型化的SG-2焊接装置。其体积小, 重量只有19KG, 便于移动。

3) 焊接质量好。熔池和成形都由水冷铜滑块自控监视进行, 焊接成型优良, 焊缝可免于密性试验。

4) 方便掌握。焊工劳动强度底, 短期培训即可掌握也能充分确保焊接质量。

2.3 焊接设备

以板厚为22mm的AH32低合金高强钢焊接为例, 垂直自动焊工艺采用的焊接设备包括:SG-2型焊接装置, 二氧化碳焊接电源, 分控制箱, 送丝机构, 水冷却装置, 导轨以及供气系统等。

SG-2焊接装置是一种高效能的焊接装置, 机内配有焊接速度自动控制和摆动器, 焊接装置沿着固定的导轨上移动, 焊炬和铜滑块以及操作箱装在移动小车上, 焊丝则由放置在附近的送丝机构输送到焊炬。

水冷却装置采用CS-400型水冷系统, 水压为0.3~0.5mpa, 每台装置使用一台焊机工作。

供气系统采用FCK-803 OH流量计, 其中二氧化碳流量在0~50L/m in范围内进行调整。每台焊机要确保焊接过程气体供应的连续性。

2.4 焊丝种类

实芯焊丝在船舶焊接中也有使用, 但实芯焊丝的因飞溅大、成型美观性差, 焊丝表面无防锈、润滑能力等使其工艺性能较差。目前, 实芯焊丝一般用于焊接普通构件或不承受较大冲击的结构, 常见的牌号是E49-1、E50-6焊丝。

药芯焊丝焊道成形美观、电弧稳定、飞溅小, 焊接熔敷速度快、生产率高等工艺优点, 适合全位置施焊。目前药芯焊丝是CO2气体保护焊的主要焊材, 当与与各种类型的衬垫配合使用可以实现单面焊一次成形。工艺性较好。

3 焊接施工过程

3.1 焊接参数的选择

3.1.1 坡口角度 (带钝边V型坡口) 和滑块选择

板厚t=10mm~18mm时, 一般为θ=45°, 选用24~28#滑块;t=18mm~26mm, θ=40°, 选用28#滑块;t=28m m~33m m, t=35°, 选用36#滑块。

3.1.2 电流、电压和焊速选择

焊接参数的选择和板厚相关, 当板厚t<18mm时, 一般焊接电流为290~350A, 电压29~35V, 焊速约10~12cm/min;当板厚18m m

3.2 焊前准备

因焊缝的重要性, 在焊接前严格按照流程仔细调整焊接参数, 主要是:

1) 焊前测量船体外板。焊接前仔细测量板材厚度, 便于选择焊接参数。

2) 焊接材料的选择。根据船舶外板板厚选择合适的药芯焊丝和衬垫。母材厚度18~22mm时, 选用DWS-43G, 直径1.6mm药芯焊丝和KL-4GT型号的衬垫进行搭配使用。二氧化碳气体纯度在99.5%以上。

3) 焊接设备的检验与调试。检查水箱中的水位, 二氧化碳气体管路连接等。

4) 焊缝坡口的准备。依据“WPS”要求, 根据板厚选定合适的坡口尺寸。坡角度40度。

5) 装配要求。将垂直自动焊设备吊在甲板上合适的位置;并将装好的气管, 水管, 控制线和电缆放入船舷边的吊篮车内, 长度应能够满足整条焊缝的长度需要。利用升降吊篮将导轨安装在距离焊接起弧点200m m处, 并确保导轨与导轨之间的可靠连接;将垂直自动焊机安放在焊道的起始点后用离合器锁住待用。垂直接缝装配时应该在坡口背面装上门状马, 马板间距约为为350mm, 每只衬垫至少要有两只马板。安装衬垫时必须保证成形槽与坡口中心一致, 衬垫之间推紧无间隙, 衬垫紧贴钢板背面。

6) 焊接前确定坡口打磨见白, 坡口边缘两侧50m m范围内应用风动砂轮清除气割毛刺、马脚、金属飞溅物等确保小车行走方向没有障碍, 焊接面光滑确保正面水冷铜滑块顺利滑移和反面衬垫贴紧。

3.3 焊接过程

在起弧前, 保证各焊接参数正确有效, 水、电、气、焊丝能正常供应。起弧后, 焊接能平稳进行。在焊接过程中, 还应注意:

1) 将电弧电压电位器、焊接电流电位器、焊丝伸出长度控制电位器等调到预定位置之后按启动按钮。

2) 开始焊接, 如果板厚要摆动焊接, 则需要在熔池建立之后再按焊丝摆动按钮。

3) 焊接过程中, 根据实际坡口和间隙随时观察焊丝对中和焊缝热量分布情况, 修正焊接规范。

4) 随时通过机械装置将电弧调整到正确位置。

5) 要注意焊接电压和导电嘴的位置, 随时观察焊道成型状。

4 焊接缺陷及处理

焊接过程中可能因电流大小不当、衬垫宽度突变、滑块松动、CO2导气管漏气等原因, 在焊缝中可能出现气孔、裂纹、焊缝成形不佳等缺陷, 在缺陷出现后, 需要用气刨刨清缺陷后再用手工电弧焊或者二氧化碳气体保护焊修补。中间起弧、熄弧及接头处均应用气刨刨清后修补, 修补大约100mm左右。

5 结语

气电垂直焊在76000DWT散货船的合拢中发挥了巨大作用, 其中三条船可用使用气电垂直焊的焊缝总长约1200m, 经实际测算, 单位长度焊缝和同手工电弧焊相比节省约12.03元, 一共节省材料和工时费用约14000元;同时, 每艘船节省坞期六天, 大大提升了船坞的利用率, 节省的船坞费用支出十分可观。但在当前的焊接施工中还存在焊接辅材多等缺点, 在今后的工艺开发中尚有较大空间。

参考文献

[1]程秀虎, 黄润恒.金属焊接与切割作业.气象出版社, 2006.

[2]苪树祥.船舶高效焊接.上海出版社, 2007.