焊管CO2 气体保护焊单面焊双面成形焊接工艺

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摘要：着重介绍了焊管CO2 气体保护焊单面焊双面成形的焊接工艺、焊接规范、施焊要点以及必要的试验数据等，所编制的焊接工艺切实可行,且经济可靠，为今后类似的焊管焊接提供了参考依据。

0　引言

　　焊管的单面焊双面成形焊接工艺是在接缝间隙处依靠控制熔池金属的操作技术来实现单面焊接,正、反双面成形。焊接时随着电弧热源的稳定,液态金属熔池沿前线熔化,沿后端线结晶,高温液态熔池处于悬空状态。

　　选用100% CO2 气体保护焊,熔深好,焊缝成形美观,便于单面焊双面成形。

　　焊管的单面焊双面成形焊接工艺焊缝质量好、焊接速度快、节省了焊接材料而且焊缝内部的质量容易达到探伤质量的要求。

1　工艺特点

　　影响熔池存在时间和熔池几何形状的主要因素是被焊金属的热物理性能、坡口角度、尺寸、焊接方法以及焊接规范等。假设基本金属的热物理性能、坡口角度及尺寸为定值时,熔池存在的时间和熔池的几何形状可以用下式表示：

t = M / v =U IJS / v

式中　t—熔池存在的时间, s；
　　　S —散热系数；
　　　v—焊接速度,mm/s；
　　　U—电弧电压,V；
　　　I—焊接电流,A；
　　　J —熔池几何形状系数,mm；
　　　M —熔池几何形状当量外径,mm。

　　由上式可以看出, CO2 气体保护焊具有单面焊双面成形的有利条件。
　　CO2 气体保护焊的电弧热量集中,加热面积小,液体熔池小,熔池几何形状比手工电弧焊、埋弧焊较小,有利于熔池的控制。
　　CO2 气体保护焊电流密度较大,可以达到足够的熔深,由于熔池体积较小,焊接速度快,在CO2 气流的冷却作用下,熔池停留的时间短,因此既有利于控制熔池不下坠,又可以焊透。
　　CO2 气体保护焊熔渣较少,熔池的可见度较好,便于直接观察熔池的形状,焊工可以依据熔孔的大小来控制焊接速度和摆动以保证焊缝成形,易操作且效率高。

2　工艺准备

2.1　坡口形式及组装

　　CO2 气体保护焊对坡口形式和组装的要求较为严格。对接焊缝的坡口形式以及尺寸包括角度、钝边和装配间隙。
　　坡口角度主要影响电弧是否能深入到焊缝的根部,使根部焊透,进而获得较好的焊缝成形和焊接质量。保证电弧能够深入到焊缝根部的前提下,应尽量减小坡口角度。
　　钝边的大小可以直接影响根部的熔透深度,钝边越大,越不容易焊透。钝边小或无钝边时容易焊透,但装配间隙大时,容易烧穿。
　　装配间隙是背面焊缝成形的关键参数,间隙过大,容易烧穿;间隙过小,很难焊透。
　　采用直径为1. 2 mm的H08Mn2 Si焊丝。单面焊双面成形封底焊缝的熔滴过渡形式为短路过渡,通常可以选用较小的钝边,甚至可以不留钝边,装配间隙为2～4 mm,坡口角度依据GB985—1988《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》的标准要求采用V形坡口,坡口角度在60°±5°,对提高坡口精度以及焊接质量,起到了很好的作用。
　　焊接中注意天气的影响,特别是防风措施一定要做到位。

2. 2　焊接电流的选择

　　焊接电流是确定熔深的主要因素,当焊接电流太大时,则焊缝背面容易烧穿、出现咬边、焊瘤,甚至产生严重的飞溅和气孔等缺陷；电流过小时,容易出现未熔合、未焊透、夹渣和成形不好等缺陷。试验表明:当选用直径为1. 2 mm焊丝时,单面焊双面成形的封底焊接电流为85～100 A较为合适。因此,焊接电流的大小直接影响焊缝的成形以及焊接缺陷的产生。

2. 3　焊接电压的选择

　　在短路过渡的情况下,电弧电压增加则弧长增加。电弧电压过低时,焊丝将插入熔池,电弧变得不稳定。所以电弧电压一定要选择合适,通常焊接电流小,则电弧电压低；电流大,则电弧电压高。焊接电流与电弧电压如表1所示。

2. 4　焊接速度的选择

　　当焊丝直径、焊接电流和电压为定值时,熔深、熔宽及余高随着焊接速度的增大而减小。如果焊接速度过快,容易使气体的保护作用受到破坏,焊缝冷却的速度太快,焊缝成形不好；焊接速度太慢,焊缝的宽度显著增大,熔池的热量过分集中,容易烧穿或产生焊瘤。

3　操作方法

　　焊管CO2 气体保护焊是明弧操作,熔池的可见度好,容易掌握熔池的变化,可以直接观察到电弧击穿的熔孔,能够控制熔孔的大小并且保持一致,在这方面要比手工电弧焊优越的多。另外,焊接时接头少,不易产生缺陷,但操作不当也容易产生缺陷。所以,操作时应特别引起注意。

3. 1　干伸长度的控制

　　干伸长度对焊接过程的稳定性影响比较大,当干伸长度越长时,焊丝的电阻值增大,焊丝过热而成段熔化,结果使焊接过程不稳定,金属飞溅严重,焊缝成形不好以及气体对熔池的保护也不好;如果干伸长度过短,则焊接电流增大,喷嘴与工件的距离缩短,焊接的视线不清楚,易造成焊道成形不良,并使得喷嘴过热,造成飞溅物粘住或堵塞喷嘴,从而影响气体流通。因此,干伸长度一般选择焊丝直径的10倍为最佳干伸长度。

3. 2　焊丝与焊管角度的选择[ 1 ]

　　焊丝与焊管纵向以及横向的角度是保证单面焊双面成形封底焊焊接质量的关键,应特别注意,各种焊接位置封底焊时焊丝与焊管的角度。焊管对接横焊时,焊丝与焊管的轴线成下倾斜10°～20°与圆周切线成70°～80°；焊管对接全位置焊时,焊丝与焊管的轴线成90°与圆周切线成60°～80°。

3. 3　打底焊焊缝接头

　　打底焊时,应尽量减少接头,若需要接头时,用砂轮把弧坑部位打磨成缓坡形。打磨时要注意不要破坏坡口的边缘,造成焊管的间隙局部变宽,给打底焊带来困难。接头时,干伸长的顶端对准缓缓焊接,当电弧燃烧到缓坡的最薄的位置时,正常摆动。CO2 气体保护焊的焊接接头方式与手工电弧焊的接头完全不一样。手工焊焊接接头时,当电弧烧到熔孔处时,压低电弧,稍作停顿才能接上；而CO2 气体保护焊只需正常的焊接,用它的熔深就可以把接头接上。

3. 4　打底焊

　　打底焊是焊管焊接接头质量的关键,注意熔接时接头的方法,才能避免焊接缺陷的产生。焊接电流应依据坡口角度的大小作适当的调整,坡口角度大时散热面积小,电流应调小一些,否则容易造成塌陷和反面咬边等缺陷。
　　打底焊时选用短齿形摆动,由于短齿形的间距没有掌握好,焊丝在装配间隙中间穿出,如果在整条焊缝中有少量的焊丝穿出,是允许的；如果穿出的焊丝很多,则是不允许的。为了防止焊丝向外穿出,打底焊时,焊枪要握平稳,可以用两手同时把握焊枪,右手握住焊枪后部,食指按住启动开关,左手握住焊把鹅颈部分就可以了。这样就能减少穿丝或不穿丝,保证打底焊的顺利进行和打底焊的内部质量。
　　要注意的是,在打底焊前应对焊接规范进行检查,避免在施焊的过程中出现问题,检查导电阻的内径是否合适,注意喷嘴内部的飞溅物是否堵塞喷嘴。

　　停弧或打底焊结束时,焊枪不要马上离开弧坑,以防止产生缩孔及气孔。

4　焊缝质量

4. 1　焊缝外观

　　焊管的单面焊缝外观成形良好,平滑整齐,熔宽和加强高符合双面焊尺寸公差要求,焊接缺陷明显少于手工电弧焊单面焊双面成形。

4. 2　焊缝内部

　　焊缝内部质量经X射线探伤检验表明,一级片合格率明显高于手工电弧焊单面焊双面成形。

4. 3　力学性能

　　壁厚为6 mm,直径为325 mm的焊管对接焊时,手工电弧焊与CO2 气体保护焊焊接接头性能对比,见表2。

　　试验结果表明: E5015 手工电弧焊与H08Mn2 Si、CO2 气体保护焊单面焊双面成形焊接接头的性能相近,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,其原因是E5015焊条的强度比国家标准规定的强度要高。

4. 4　接头组织对比

　　E5015手工电弧焊与H08Mn2Si、CO2 气体保护焊焊接接头组织对比见表3。

　　两种焊接方法的金相组织基本相同,主要都是铁素体+珠光体。