某制造厂为一大型工程机械公司生产100多米高的塔式起重机等工程机械部件, 这些部件均为焊接件, 焊接工作量大, 焊接质量要求较高, 技术难度较大。原采用焊条电弧焊， 焊接变形大且难以控制,生产率低。
通过对CO2 气保焊、富氩气保焊及焊条电弧焊进行对比工艺试验及评定, 决定除对个别有外观要求的焊缝采用富氩气体保护焊外, 其余均采用CO2气保焊。生产实践证明, 这样既保证了焊接质量, 又提高了劳动生产率, 降低了成本, 取得了较好的经济效益。
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, 其中绝大部分是T形接头。
2) 焊缝形式有对接焊缝及角焊缝, 大部分为角焊缝, 由于板厚不同, 焊脚分别为6mm , 8 mm , 10mm , 12 mm , 15 mm 不等。
3) 母材主要为碳素结构钢板Q 2352A,规格有6 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm, 20 mm, 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。
2 焊接试验
参照JB4708- 2000《压力容器焊接工艺评定》,进行CO2气保焊、富氩气保焊、焊条电弧焊对接接头力学性能试验, T 形接头角焊缝试验及CO2气保焊、富氩气保焊飞溅成形工艺性能, 进行对比分析。
2.1 对接接头力学性能试验
1) 试验材料 Q235-A , 300 mm ×125 mm ×10mm , 2 块；焊条电弧焊开60V 形坡口, CO2气保焊、富氩气保焊开45V 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,φ3.2 mm , φ4 mm；CO2 气保焊、富氩气保焊焊丝ER50-6, 5 φL2； 富氩气： 80%A r+ 20%CO2。
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)。
2.2 T形接头角焊缝试验
1) 材料 Q235-A ， 300 mm × 125 mm × 10mm，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， φ3.2 mm；CO2气保焊、富氩气保焊, 焊丝ER 50-6, φL2 mm；富氩气: 80%Ar+ 20%CO2。
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。
2. 3 T形接头角焊缝成形、飞溅试验试验条件同2. 2, 通过对比试验对CO2 气保焊、富氩气保焊进行外观成形及飞溅大小进行评定。
3 焊接试验结果分析
1) 从对接接头焊缝力学性能试验可知, 3种焊接方法的焊接接头外观检查符合要求, RT检验均高于Ê级合格, 焊接接头的抗拉强度以富氩气保焊最高, CO2 气保焊次之, 焊条电弧焊最低, 这是因为富氩气保焊氧化性较少, 合金元素烧损较少所致, 但它们均高于母材规定的最小值。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3种焊接方法及焊接工艺的焊接接头力学性能试验合格。但富氩气保焊、CO2气保焊坡口角度较少, 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, 3种焊接方法的熔深大小分别为: 富氩气保焊熔深略大于CO2气保焊, 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。
3) 从T 形接头角焊缝飞溅、成形试验可知, 富氩气保焊的飞溅较小, 最大飞溅颗粒直径大小为φ1. 5 mm～ φ2 mm, CO2 气保焊飞溅稍大, 最大飞溅颗粒直径为φ3 mm～ φ4 mm；富氩气保焊焊缝表面较CO2焊波纹细密, 成形美观。
综上所述: 3 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气保焊、富氩气保焊, 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,提高劳动生率, 降低焊接应力与变形。富氩气保焊较CO2 气保焊成形美观,飞溅小,但成本较高。所以除了对极小数外观要求较高的焊缝采用富氩气保焊外, 其余均采用CO2 气保焊。
4 焊接工艺
4. 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～ 2h,使水分下沉,每隔0.5h 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ER 5026, φ1. 0 mm , φL 2 mm , 焊机KRII350。
4) 采用左焊法。
4. 2 焊接操作工艺
4. 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～ 2.5 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, 并且焊道彼此重叠不小于焊道宽度的1~3。
4. 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～ 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 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。
5 焊接工艺中需注意的问题
在生产中我们发现有不少人, 不仅是焊工、检验员, 甚至还有焊接技术员混淆了焊脚与焊脚尺寸及焊缝厚度3者之间的关系。焊工把焊脚误认为焊脚尺寸, 检验员把焊缝厚度当焊脚来测量检验, 使得实际焊脚超过设计要求的尺寸, 在质量记录中又把其当成焊脚尺寸加以记录。还有的技术人员在焊接工艺文件中要求焊脚尺寸为多少等, 这些都是错误的。
实际上, 焊脚是指角焊缝的横截面中, 从一个直角面上的焊趾到另一个直角面表面的最小距离, 焊脚尺寸为在角焊缝横截面中画出的最大等腰直角三角形中直角边的长度, 而焊缝厚度则是在焊缝横截面中,从焊缝正面到焊缝背面的距离。因此, 工艺文件上、焊缝符号中要求的角焊缝外形尺寸是焊脚而不是焊脚尺寸, 更不是焊缝厚度。
6 结语
1) 经过试验及生产实践证明, CO2 气保焊焊接头的力学性能、宏观金相检验均符合要求, 而且CO2气保焊较焊条电弧焊坡口角度较小, 钝边较大, 焊接热影响区较窄, 节省了材料和能源, 提高了劳动生产率, 提高了焊接质量, 应大力推广使用。
2) 富氩混合气体保护焊较CO2 气保焊焊波细密, 焊道平滑, 成形美观, 飞溅小, 熔深较大, 但成本相对较高, 故适宜用于焊缝外观要求较高的焊缝。富氩气保焊操作工艺与CO2 气保焊操作工艺相似。
3) 分清焊脚、焊脚尺寸及焊缝厚度之间的关系, 且应注意工艺文件上要求的和焊缝符号中标注的是焊脚而非焊脚尺寸、焊缝厚度。
