全面讲解co2药芯焊丝陶瓷衬垫单面焊双面成型工艺(文字版)

co2药芯焊丝陶瓷衬垫焊接工艺

1、概述

此工艺具有通用性，适用于低碳钢、低合金钢及高强度钢的焊接。施焊人员应熟悉掌握本工艺内容，按图施工。生产管理部门可参照本工艺中参数和要求，进行监控。对不符合工艺要求的生产行为，一律禁止施工，确保双面成型的焊缝质量逐步提高。

2、焊接工艺：

2.1 对接平焊、立焊、横焊和平角焊的坡口型式如下图：

为了达到高效焊接的目的，在装配的过程中，装配间隙尽可能满足下限值，减少焊逢金属的熔敷量。坡口面的朝口原则上由分段建造工艺确定，坡口尽量设在方便施焊的一侧。为了方便现场加工，保证坡口角度的准确，经过换算，表1—1给出了板厚与坡口宽度的关系值，供参考选择。

2.2 坡口的加工

坡口的加工应采用半自动火焰切割及机械加工。如果使用手工（乙炔焰）切割，必须采用靠模，保证坡口的光顺，不允许坡口面有突变的凹口或毛边。凹口或毛边严重时（凹口深度大于0.5㎜），必须进行打磨处理。打磨区域：整个坡口面，并在两侧延伸15㎜，如图1所示。焊接前，坡口面及两侧100㎜范围内不允许含有氧化物、油漆、水、锈污等杂质。清除的方法可用砂轮磨，火焰烘靠，以及用钢丝刷清理等。

2.3 焊接材料及设备

  2.3.1、焊丝

      CO2气体保护焊的焊丝包括实芯焊丝和药芯焊丝。实芯焊丝成本低，而且焊接过程中不需要清渣。应加大实芯焊丝的使用比例，以降低建造成本。所采用的实芯焊丝的型号为ER49-1（GB/T8110-1995），对应于旧国标GB/T8110-87的型号：H08Mn2SiA。芯焊丝的特点是焊接电弧比较温和，容易掌握，飞溅少，表面成型光滑，抗风力好，但易挥发有毒烟尘且成本高。通常，分段大合拢焊缝、重要结构的承重焊缝以及低合金钢和高强度钢的焊接，宜采用药芯焊丝。目前，所采用的级别均为3Y级，对碳素钢、低合金钢和高强度钢都适用。焊接前，焊丝须按照产品说明书进行保存和烘干处理。

2.3.2、CO2气体

它是CO2气体保护焊中最重要的材料，焊缝质量很大程度上依赖于它的保护效果。它犹如焊条的药皮，在焊接过程中，形成对熔池的保护氛围。正常焊接一般要求CO2气体的纯度≥99.7%，含水量不超过0.005%（质量）。对于瓶装气体，使用过的CO2气体，必须保证瓶内留有10—15公斤余气的压力，并要求气瓶阀门无漏气现象，保证空瓶不被大气污染。焊接过程中，要求CO2气体应有足够的流量并保持层流，气流需有一定的挺度，不能是软而无力的紊流。这就要求焊工严格按气体流量计调整，并保证气体无泄漏现象，同时应及时清除附在导电嘴和喷嘴上的非溅物，确保良好的保护效果。在室外或风口作业，还需注意风速对焊接区域的干扰，如果风速超过1.0m/s或达到蒲氏3级，则要有挡风装置或相应保护措施。

2.3.3、陶瓷衬垫

它是CO2气体保护焊中确保双面成型的关键材料。目前，我厂使用的是上海耐火材料厂生产的TSHD型和浙江象山焊接衬垫厂生产的JN系列衬垫，其产品型号见表2、表3。衬垫在保护和使用前都保证干燥，最好在60度的干燥房内保管，使用时应随取随用。特别是在潮湿季节，室外露天隔夜衬垫作报废处理。衬垫在贴敷时，要保证衬垫与板材的紧密度，不允许焊缝区域存有油污和水渍。为此，在贴敷衬垫时，接头两侧各50mm范围内，应进行清理和干燥处理，更不要有焊瘤、码脚等凸突部分，否则，应磨平后方能贴敷衬垫。

2.3.4、焊接的设备

目前，使用的CO2焊机多为半自动焊设备，如松下KR-3520型、KR-500型、XIII500PS、COZX-350等。其性能相似，具有两个基本要求：一是在不中断的情况下，电弧能维持稳定，以满足打低焊，横焊和立焊的需要。二是能调节出大小的两种电流，以适应不同的装配间隙和焊接位置，保证背面焊缝成型良好。CO2半自动焊机及附属的设备包括焊枪、送丝机构（包括焊丝盘和送丝软管）、控制装置、焊接电源、气体回路和连接电缆。焊接控制装置应能实现如下焊接程序控制：

启动→提前通气（1—2s）→通电、送丝、引弧（开始焊接）→停止送丝→切断电源（停止焊接）→滞后停气（2—3s）。

应根据焊接施工时需要的焊接电流和实际负载持续率，选用具有合适额定电流的焊机。焊机应有专人维护，定期检修。

2.4 焊缝的装配

由于双面成型焊是预留间隙的，因此不允许在焊缝上搭焊进行定位。接头的两侧板材，是靠邦码(卡码)加以固定的。邦码尺寸的确定有三个准则：一是邦码应有一定的强度，保证装配好的接头不再变形。二是有较大的过焊孔，保证衬垫和焊枪能顺利通过。三是邦码不宜太重，保证安装工人操作方便。邦码间距的确定，原则上在保证板缝平整度和足够刚性的情况下尽可能的加大间距，一般以200-300㎜为宜。邦码厚度不宜小于10㎜。通常邦码和焊缝装配成70夹角。图2为标准邦码图，以供参考。

2.5 焊接规范

CO2单面焊双面成型工艺的焊接规范是比较灵活的，它与焊工的技能和熟练程度有关。选择焊接规范时应注意焊接电流和电压的匹配，确保焊缝的良好成型。熟练的焊工，能够使用较大电流的焊接规范，以提高劳动生产率。焊接电流最大不宜超过230A（焊丝直径ф1.2）。表4、表5所列焊接参数，可供参考选择。

表4 CO2焊接规范表

表5 CO2多层焊接工艺

2.6 操作要领

CO2单面焊是一种技术性很强的焊接方法。尽管影响焊缝双面成型的因素很多，如设备性能、气候、施工空间环境、网路电压、人员素质等，但更重要的是人员素质。焊工素质表现在认知面（理论水平）、技能技巧、熟练程度和工作态度等方面。因此，即便使用了合适的焊接规范参数，想要获得满意的焊缝质量，还必须掌握准确的操作方式和技术要领。

2.6.1 燃弧点的位置

采用单面焊时，燃弧的位置十分重要，如图3所示。由于进行CO2单面焊时，电弧的电流密度较大，在熔池前端的母材上形成半圆孔，随着电弧的前进，熔化金属不断填满此半圆孔。操作时必须使燃弧点处于熔池中心，如果燃弧点太靠前，如图3中B点的位置，则会使铁水过早前淌，使熔宽减小，严重时导致两底边未熔合。若燃弧点太靠后，如图3中A点，使铁水前淌过缓，会增加熔宽，焊缝下垂过多，且容易使焊缝正面形成中间高、两边低的形式，这样在上面一层焊接时会导致两边夹渣。正常的打底焊成形应是焊缝反面增高适当，焊缝正面为中间低，两边成弧状过渡，如图4所示。

2.6.2 焊丝的角度

单面平焊时可以采用左焊法，也可以采用右焊法，如图5所示。右焊法时熔敷金属的厚度较薄，反面成型较美观，但焊强会挡住操作者的视线，影响对熔池前端的观察。采用左焊法时，焊接速度要比右焊法慢，操作者能较好的看到熔池的前方。

立焊时为防止铁水下流，焊丝处于下倾状态，如图6所示，同时焊丝左右摆动，如图7所示，此角度应不小于5º。与水平角度不当，易造成正面和背面焊缝成型不良。焊丝左、右摆动角度不当，易造成焊缝边缘熔合不良和夹渣现象。

横焊时焊丝的位置如图8所示。焊丝偏上会造成焊缝下侧未熔合，偏下会使背面焊缝过分下垂。焊丝略向前倾是为了使铁水的重力、表面张力和电弧吹力三者保持平衡，使铁水不过分前淌，保证焊缝反面有良好的形成。

2.6.3 焊枪摆动方法

单面焊时为了使焊道两侧均匀的熔化，铁水不过分下垂，防止夹渣与未熔合等缺陷，焊枪必须在焊缝两边做均匀的摆动，并在两侧做适当的停留。这样可使母材两边适当的熔化，与过渡的熔滴金属形成左右对称，下垂适量的熔池，冷却后成为合格的焊缝。摆动方式，平焊与立焊一般作月牙形摆动。但在横焊时，一般可不做摆动，焊缝较宽时，作斜三角形摆动。

2.6.4 收弧方式

在CO2陶瓷衬垫单面焊打底焊收弧时，。产生缩孔的主要原因是陶瓷衬垫的导热性比母材小，而熔池上部的熔融金属因散热条件好，先行凝固，而熔池下部的融化金属散热条件差，最后凝固。在凝固时，温度降低引起体积的收缩，而此时其它部分金属均已凝固，无法有金属补充这种收缩，因而形成缩孔。为了消除这种缩孔，首先是采用电流衰减的方法。现在一般的CO2焊机都有填充弧坑衰减规范的调节旋钮。焊接前将此旋钮调节适当的衰减数值上，在要收弧时，二次按压枪上的按钮，此时焊接电流及焊接电压会自动从原来的参数上衰减到较小的数值。当最后的融化金属填满坑后，再将电弧引到已凝固的焊好的焊缝上。此时放开焊枪的按钮，电弧最终熄灭，缩孔也就不会产生，如图9所示：

2.6.5 打低焊和盖面焊

由于船体结构的板材较厚，在采用CO2单面焊双面成型工艺时，通常采用多层多道焊。使用多层焊时，应重点掌握打底焊和盖面焊的操作技能。打底焊是CO2单面焊的关键，因为它关系到接头的背面成型。虽然接头反面有衬垫托住铁水，使铁水不致流失，但也必须有准确的操作方法，才能保证焊缝正反面都有良好的成型。尤其要防止焊缝反面下垂过多或者夹渣，焊缝正面不能形成中间高、两边低的形状，以免为随后的焊接造成困难。对于结构约束度大的焊缝（如大合拢焊缝），打底焊层要连续一次性完成，并应完成第二甚至第三层焊道的焊缝（视板厚而定），保证焊缝有足够的强度。不允许打底焊后长时间放置，以免在焊接应力的作用下，引起焊缝的纵向裂纹。每层的焊接应保持焊分发连续性，不允许焊一段好一段，造成每道卡码出的断头、焊瘤等缺陷。盖面焊时应调整好焊接电流、电压和焊接速度等规范参数，确保焊缝外观的良好成型，减少补焊、打磨的工作量，真正提高焊接生产率。焊缝的余量最好控制在3㎜以下。对于长焊缝，可采用逐段退焊法、跳焊法或分中施焊法。采用分中施焊法时，尽量采取对称施焊以减少焊接变形。在焊接低合金钢、铸钢和高强度钢时，应采取必要的预热措施。具体要求可按照相关的焊接工艺。

2.6.6 通风及安全防护

在采用CO2药芯焊丝或在含有油漆、镀锌层等有毒物质的钢板上施焊时，尤其是在自然通风条件不好的舱内焊接时，应注意通风，防止CO2、烟尘中毒事件发生。如果通风影响到焊接，则需采用焊接和通风交错进行的方法。通风措施一般采用鼓风机向舱内灌风，自由出风，但注意鼓风机风口不能直接对着施焊部位。在密封舱内施焊，必要时应增开工艺孔。在狭小舱室、空间或潮湿环境施焊时，应特别注意防止触电，需严格按照有关安全操作规程进行施工。