CO2气体保护焊焊接工艺及应用

(舟山船舶工业学校，浙江 舟山 316000)

焊接质量是反映船体建造质量优劣的重要指标，因此，研究发展机械化、自动化的高效焊接技术成为企业提高造船质量的关键。CO2气体保护焊已在国内修造船企业得到推广应用，但还没有发挥最大效用，生产中工艺方面还存在一些问题。

1 对比试验

对CO2气体保护焊与焊条电弧焊进行对比焊接试验。

1.1 焊接接头情况及焊缝技术要求

1) 焊接接头形式有对接接头、角接接头、T形接头及搭接接头,其中船厂所涉及的绝大部分是对接接头和T形接头。

2) 焊缝形式有对接焊缝及角焊缝,船厂焊所用大部分为角焊缝,由于板厚不同,焊脚分别为6、8、10、12、15 mm。

3) 母材主要为碳素结构钢板Q235A,规格有6、8、10、12、20、25 mm等几种。

4) 焊缝外观要求。焊缝及热影响区表面不得有裂纹、气孔、夹渣、未熔合等缺陷。焊缝形状尺寸符合图样要求,焊缝与母材平滑过渡。部分焊缝要求超声波探伤合格。

1.2 焊接试验

参照JB4708—2000《压力容器焊接工艺评定》,进行CO2气体保护焊和焊条电弧焊对接接头力学性能试验及T形接头角焊缝试验进行对比分析。

1.2.1 对接接头力学性能试验

1) 试验材料。Q235-A,300 mm×125 mm×10 mm,2块;焊条电弧焊开60 V形坡口,CO2气体保护焊开45 V形坡口,单面焊双面成形。

2) 焊接方法及焊接材料。焊条电弧焊,E4303,直径3.2、4.0 mm。

CO2气体保焊焊丝MG49-G,直径1.2 mm。

3) 检验内容。外观检查,RT检验,力学性能试验(拉力试验、弯曲试验)。

1.2.2 T形接头角焊缝试验

1) 试验材料。Q235A,300 mm×125 mm×10 mm,2块,不开坡口,单道焊。

2) 焊接方法及焊接材料。焊条电弧焊,焊条E4303,直径3.2 mm;CO2气体保护焊焊丝MG49-G,直径1.2 mm。

3) 检验内容。外观检查,切取5个截面进行金相宏观检查。要求断面无裂纹,无未焊透,无未熔合缺陷。

1.3 焊接试验分析

1) 从对接接头焊缝力学性能试验可知,2种焊接方法的焊接接头外观检查符合要求,RT检验合格,接头的抗拉强度CO2气体保护焊高于焊条电弧焊。按规定的弯曲角,每个试件面弯、背弯各2个,弯曲试验合格。这说明两焊接方法及焊接工艺的焊接接头力学性能试验合格。但CO2气体保护焊坡口角度较少,钝边较大,比焊条电弧焊生产率高,节省材料,成本低,焊接变形少。这是因为气体保护焊焊丝较细,电流密度大,熔深大,电弧穿透力强,易焊透所致。

2) 从T形接头角焊缝试验可知,2种焊接方法的熔深大小为: CO2气体保护焊大于焊条电弧焊,每个试件的5个断面根部均未出现裂纹、未熔合、未焊透缺陷,宏观金相检验合格。

上述2种焊接方法及焊接工艺均能满足力学性能要求及宏观金相要求。但CO2气体保护焊焊丝较细,电流密度大,热量集中,电弧穿透力强,熔深大,可以减少坡口角度,增加钝边厚度,节省材料,提高劳动生产率,降低焊接应力与变形。

1.4 试验结果

1) CO2气体保护焊由于熔池小、热影响区窄，因此焊后工件变形小，焊缝质量好。生产率高，焊后不需清渣，故生产率可比手工电弧焊高1～4倍。

2) 焊接成本低，CO2来源广，价格低，CO2气体保护焊的成本只有手工电弧焊的40%～50%。

3) CO2气体保护焊适用范围广，可进行各种位置的焊接。操作性能好，因其为明弧焊，可以看清电弧和熔池情况，便于掌握。

2 CO2气体保护焊焊接工艺

下面介绍修造船企业实际生产中常见的对接焊缝和角接焊缝的CO2气体保护焊焊接工艺。

2.1 焊前准备

1) 清除待焊部位及两侧10～20 mm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。

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

3) 根据焊接工艺试验编制焊接工艺。焊丝MG49-G,直径1.2 mm,焊机YM-355KEV。

4) 采用左焊法。

2.2 焊接操作工艺

2.2.1 对接焊缝操作工艺

1) 由于CO2气体保护焊熔深大,在板厚小于12 mm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1.5～2.5 mm,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2 mm,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。

2.2.2 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°。不等厚板焊接时,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6～8 mm的角焊缝,采用单层单道焊,焊枪指向(焊丝)距根部1～2 mm处。对于焊脚为6 mm的焊缝,采用直线移动法焊接,对于焊脚为8 mm的焊缝,焊枪应作横向摆动,可采用斜圆圈形运丝法焊接。

3) 对于焊脚为10～12 mm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2～3 mm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。

4) 对于焊脚为15 mm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6～7 mm,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。

3 结束语

CO2气体保护焊几乎能适应任何部位的焊接，如船体构件对接，舷侧分段组合件及纵横构件角焊等，但它也有缺陷，如实芯焊丝的焊接速度与电流较难协调，飞溅大；药芯焊丝的渣多、烟尘多，不符合环保要求等，这些都是今后要解决的问题和方向。