气体保护焊在压力容器设备上的应用

谢学峰

（广东省韶关韶钢工程技术有限公司，广东韶关 512122）

0 引言

CO2气体保护焊是工程机械中应用最为广泛的焊接方法之一，从1950 年代诞生开始，逐渐发展，应用优势愈加突出，目前在国内外都得到了有效应用。CO2气体保护焊利用喷嘴中喷射的CO2气体来隔绝空气的干扰，保护熔池，是现今极为先进的一种焊接方法。CO2气体保护焊在焊接工作中准确度较高，不会出现明显变形，而且成本较低，整个焊接过程容易控制，相较传统焊接工艺的优势明显。

1 CO2 气体保护焊的优势

1.1 气体获取方便

CO2气体本身的获取较为方便，而且成本并不高，在应用过程中CO2电弧穿透力极强，焊丝熔化率较高，可以起到较快的熔敷速度，生产率明显较高。

1.2 焊接过程稳定

正常温度下，CO2气体极为稳定，但在高温电弧中会分解出原子态氧。电弧在高温下具有较强的氧化性，这种氧化性会导致合金元素受损，金属飞溅现象明显，出现CO2气孔等。针对这一问题，往往需要在其中增加一些脱氧元素的焊丝，CO2气体保护焊一般都会选择焊接碳钢或黑色金属。

1.3 焊接效率较高

CO2气体保护焊本身的焊接过程效率较高，而且能源消耗较低，和其它的焊接方式相比，生产率很高，消耗的成本并不高，因此经济效果较好。

1.4 适用范围广

选择初次进行焊接时，可以进行大电流操作，完成射滴过渡电流密度较高，因此焊丝熔化系数较大，相应的焊接熔深也很大，可以不用开坡口。同时CO2气体保护焊在应用时不会出现熔渣，在焊接完成之后也不需要清理残渣，节约工作时间，也能够提高焊接效率。对细丝进行焊接时电流较小，实现短路过渡。这一焊接过程能够对焊件进行间接性加热，热量集中，尤其是焊接一些较薄的板材，并不会出现严重的变形，适用范围较广。

2 CO2 气体保护焊与焊条电弧焊对比

CO2气体电弧的穿透力较强，并且焊接速度较快，和焊条电弧焊相比生产率明显提高。CO2气体获取较为方便，价格较低，和一般的焊条电弧焊相比，成本不到后者的一半。CO2气体保护焊和手工电弧焊相比，还是存在一些不足之处：在焊接过程中会出现金属飞溅的情况，焊接的外形也过于粗糙，尤其是焊接参数不匹配时，飞溅现象更为严重。在焊接过程中不能在有风的地方进行焊接，需要的设备较为专业，而且大电流焊接会有一点的危险性，需要相关人员做好安全防护。不断发展CO2焊接设备，优化焊接材料，进一步提升焊接工艺，使得CO2气体保护焊在不断发展，目前这一焊接手段在我国多个领域得到了广泛应用。

3 CO2 气体保护焊的熔滴过渡

3.1 细颗粒状过渡

CO2气体保护焊选择大电流焊接时，电压相应较高，熔滴呈颗粒状，颗粒尺寸增加时焊缝会受到影响，电弧并不稳定。焊接电流加大时，熔滴过渡频率增加，采用细颗粒状进行过渡时，应该选择较大的焊接电流。选择直流症结石，由于正离子的质量和电子质量相比较大，因此正离子撞击焊丝熔滴的力大于其电子撞击焊丝熔滴的力，会导致熔滴过渡困难产生飞溅。CO2气体保护焊一般会选择直流反接，选择细颗粒过渡，电弧燃烧极为稳定，并且不会出现较大范围的飞溅，焊接的缝隙也不会恶化。

3.2 短路过渡

CO2气体保护焊选择较小的电流，在低压情况下焊接操作时，熔滴呈现短路过渡状态，熔滴较小，并且频率较高。这一情况下，焊接的缝隙外表美观，适用于一些厚度较薄的元件中。短路过渡时，焊接电流和电弧电压呈现周期性变化规律。

4 CO2 气体保护焊设备组成

4.1 焊接电源

焊接电源是CO2气体保护焊焊接应用过程中重要的电源供给，CO2气体保护焊在应用中，周围有冷态的CO2气流，保证焊接过程不会受到空气影响，但不可避免地带走了电弧热量。为了保证电弧的正常燃烧，需要升高电弧电压，因此，电弧静特性从其特征来说是一条上升曲线，也需要有类似的电源。

4.2 送丝系统

CO2气体保护焊在应用过程中，通常选择的是等速的送丝系统，如果粗丝能自动控制的情况下，也可以选择可调节的送丝系统。送丝系统能稳定地给送焊丝，保证正常焊接工作的进行，而且给送过程要保证方便，一般选择推丝式、拉丝式和推拉式三种方式。推丝式的焊枪和送丝结构并不直接连接，而是由送丝机构来推送焊丝，经过软管进入到焊枪部位，使焊枪不会有太多的连接配合，整体结构简单。不过受到软管长度和内部阻力的影响，距离焊机距离不能太远，只有4 mm 左右的活动空间，送丝过程也会受到软管的阻力影响。

4.3 焊枪

焊枪的主要功能是将焊接电流传导至焊丝处，方便后续的CO2保护。

4.4 供气系统

供气系统的主要功能是控制钢瓶内的液态CO2，使其符合焊接要求，并且控制气体流量，均匀地从焊枪中喷射出来，保护焊接区域不会受到空气影响。在系统组成上，一般只选择高压干燥器，如果对于焊接过程的质量要求不是特别高，或者钢瓶内的液态CO2含水量并不高时，并不需要干燥器。

4.5 控制系统

控制系统是控制整个过程，包括供气、供电、送丝等，同时在自动焊时，控制系统还需要控制焊件的运转。

5 在压力容器焊接中的具体应用

借助一系列的焊接试验，逐渐掌握CO2气体保护焊工艺要点，并在压力容器设备中得到了有效应用，用于制造压力容器和压力管道，效果较好。

5.1 焊接要求

为了进一步分析CO2气体保护焊的应用效果，需选择在具体的压力容器设备上加以应用，制作试件。选择尺寸为5003008 mm 的筒节，进行焊缝组对操作，分析其焊接效果和力学性能。

5.2 焊接方式选择

对于压力容器的生产制造，一般选择手工电弧焊和埋弧自动焊方式，能够满足压力容器的正常焊接需求，但是部分压力容器产品板材较薄、直径较小，选择传统方式很难控制焊接变形，也会受到埋弧焊设备的限制。焊条电弧焊针对这一情况会由于劳动强度过大和板材厚度过小，导致焊接出现较为严重的变形，提高了生产成本，降低焊接效率，很难广泛地应用在生产制造中。随着压力容器设备制造要求的不断提升，原有的焊接方法已经不能够满足现今的生产需求，因此综合考虑选择CO2气体保护焊方式进行焊接。

5.3 焊接难点分析

5.4 焊接工艺

选择氩弧打底，以松下WP-300 氩弧焊机，焊丝为H08Mn2Si，按照现有焊接工艺结果，选择电流I=120 A、电压U=15 V、焊接速度v=7 cm/min，CO2气体保护焊盖面为ZPT-400。通过不断地调节不同焊接参数下的效果分析，最终确定焊接电流I=98 A、焊接电压U=30.8 V，焊丝伸长10～15 mm，选择CO2作为保护气体。

5.5 性能测试

对试件进行射线探伤处理分析探伤结果，可以看出纵缝的缺陷较少，探伤结果全部合格，环缝探伤结果合格率和纵缝相比较低。对比分析，CO2气体保护焊在压力式容器设备中的应用，相同焊接条件下纵缝和环缝的焊接效果并不相同，主要是纵缝焊接并不需要滚动筒体，而环缝焊接在人工辅助的前提下很容易受到滚动速度的影响，无法保证送气均匀，进而出现大量的气孔。针对这一问题，将直径增加至1000 mm，经过试验，加工结果符合要求。通过对力学性能试验报告和射线探伤报告的分析可以看出，和传统的焊接方式相比，纵缝焊接在现有的CO2气体保护焊设备技术条件下，焊接速度就够能够满足焊接要求，并且可以实现标准化焊接。通过这一应用过程也可以看出，CO2气体保护焊的焊接效果较好，能满足压力容器设备生产要求。

6 结语

CO2气体保护焊的焊接效果较好，在压力容器设备上得到了有效应用，通过具体应用过程探究可以看出，焊机性能良好、焊丝质量符合要求、各种焊接参数都在理想状态下时，选择CO2气体保护焊的应用效果最为接近力学理想性能，可以在压力容器设备的接缝处焊接使用，满足焊接要求。CO2气体保护焊的焊接效果较好，并且焊接的成品外观良好，保证了焊接质量，也降低了生产成本，优势较为突出，在压力容器设备中可以推广应用。