曲直 柴洋

摘 要：文章介紹了GMAW和SAW在筒體焊接中的設(shè)計(jì)原理，從工藝的合理性和產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益上對(duì)比了新舊兩種工藝。同時(shí)介紹了實(shí)驗(yàn)的過程和試驗(yàn)的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：GMAW；SAW；新工藝

前言

筒體焊接是一個(gè)比較困難的焊接，舊的焊接方式不管從生產(chǎn)效率還是經(jīng)濟(jì)效益等方面都已不再適應(yīng)，文章介紹一種筒體內(nèi)側(cè)坡口采用熔化極氣體保護(hù)焊（英文簡稱GMAW）而外側(cè)采用埋弧焊（英文簡稱SAW）的新工藝，此種工藝能夠提高30%的焊接效率和降低35%的生產(chǎn)耗費(fèi)，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的焊接方式。

1 熔化極氣體保護(hù)焊簡介

熔化極氣體保護(hù)焊（以下簡稱GMAW）采用可熔化的焊絲與被焊工件之間的電弧作為熱源來熔化焊絲與母材金屬，并向焊接區(qū)輸送保護(hù)氣體，使電弧、熔化的焊絲、熔池及附近的母材金屬免受周圍空氣的有害作用。連續(xù)送進(jìn)的焊絲金屬不斷熔化并過度到熔池，與熔化的母材金屬融合形成焊縫金屬，從而使工件相互連接起來。熔化極氣體保護(hù)焊根據(jù)保護(hù)氣體的種類不同可分為：熔化極惰性氣體保護(hù)焊（英文簡稱MIG）、熔化極氧化性混合氣體保護(hù)焊（英文簡稱MAG）和CO2氣體保護(hù)電弧焊三種。

熔化極氧化性混合氣體保護(hù)焊（MAG）：保護(hù)氣體由惰性氣體和少量氧化性氣體混合而成。由于保護(hù)氣體具有氧化性，常用于黑色金屬的焊接。在惰性氣體中混入少量氧化性氣體的目的是在基本不改變惰性氣體電弧特性的條件下，進(jìn)一步提高電弧的穩(wěn)定性，改善焊縫成型，降低電弧輻射強(qiáng)度。

2 埋弧焊簡介

埋弧焊是通過預(yù)先把顆粒狀焊劑散步在焊接的部位，焊絲通過送絲裝置，自動(dòng)連續(xù)地向焊劑中送進(jìn)，在焊絲前端與構(gòu)件間引燃電弧，電弧熱使構(gòu)件、焊絲和焊劑熔化，以致部分焊劑蒸發(fā)，熔化的金屬和焊劑蒸發(fā)的氣體形成了氣泡，電弧在氣泡中燃燒。氣泡上部被一層熔化的焊劑-熔渣所覆蓋，不僅隔絕了空氣與電弧和熔池的接觸，同時(shí)具有穩(wěn)弧和冶金的作用。

3 焊接的原理和工藝

3.1 設(shè)計(jì)原理

由于GMAW使用的熱輸入較小，背面成形能夠得到控制，且易實(shí)現(xiàn)背面成形，針對(duì)GMAW和SAW的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了在內(nèi)側(cè)采用GMAW而在外側(cè)此采用SAW的新工藝。這種新工藝需要解決根部的未焊透的缺陷，使焊縫兩側(cè)的熔合情況良好進(jìn)而保證焊接的可靠，要解決根部未焊透這一困難需要選用適合的坡口形式。

坡口設(shè)計(jì)時(shí)要保證焊接易于操作，成形方便，不能產(chǎn)生焊接無法焊透的情況，又要保證在焊透的基礎(chǔ)上不會(huì)焊穿，這就需要從焊縫的間隙和坡口的角度方面去考慮怎樣選取合適的間隙和坡口角度。這就需要我們?cè)谑煜ぴ淼幕A(chǔ)上進(jìn)行大量的試驗(yàn)來得到最優(yōu)的數(shù)據(jù)。在外側(cè)由于采用埋弧焊的焊接方法，而根據(jù)以上的要求，經(jīng)過大量的研究分析，最終得出了如圖1所示的坡口，這種設(shè)計(jì)可以很好的解決了GMAW關(guān)于根部不易焊透的缺陷又兼顧解決了埋弧焊焊接時(shí)產(chǎn)生焊穿、焊瘤的缺陷。

3.2 保護(hù)氣體選擇

保護(hù)氣體的成分對(duì)短路過渡的熔滴尺寸及過渡頻率有較大的影響，同時(shí)影響電弧特性和熔深。CO2與惰性氣體相比產(chǎn)生較大的飛濺，但熔深較大。在焊接碳鋼和低合金鋼時(shí)常常采用CO2和Ar的混合氣體來降低飛濺和取得較大的熔深。在焊接有色金屬時(shí)為了提高熔深在Ar氣中常加入He氣。短路過渡形成的熔池小，冷卻速度快，適于薄板的全位置以及根部間隙較大的焊縫的焊接。

在試驗(yàn)中我們采用了在惰性氣體中加入一定量的氧化性氣體（活性氣體）配成了CO2和Ar的保護(hù)氣的MAG焊接法，MAG可采用短路過渡、噴射過渡和脈沖噴射過渡進(jìn)行焊接，可用于點(diǎn)焊、立焊、橫焊和仰焊以及全位置焊等。尤其適用于碳鋼、合金鋼和不銹鋼等黑色金屬材料的焊接。

用純氬來焊接不銹鋼、碳鋼等金屬時(shí)，電弧陰極班點(diǎn)不穩(wěn)定，產(chǎn)生所謂陰極飄移現(xiàn)象，加入O2或CO2后陰極飄移現(xiàn)象可被消除。用純Ar焊接不銹鋼、低碳鋼及低合金鋼時(shí)，液體金屬的粘度及表面張力較大，易產(chǎn)生氣孔。焊縫金屬潤濕性差，焊縫兩側(cè)容易形成咬肉等缺陷。由于阻極飄移現(xiàn)象，電弧根部不穩(wěn)定，會(huì)引起焊縫熔深及焊縫成形不規(guī)則。另外，純Ar做保護(hù)氣體時(shí)，焊縫形狀為蘑菇形（亦稱指形），這種熔深的根部往往容易產(chǎn)生氣孔，對(duì)接焊時(shí)還容造成焊縫根部熔透不足的缺陷，采用氧化性氣體，上述問題都能得到解決。在氬氣中加入了CO2后，加劇了電弧區(qū)的氧化反應(yīng)，氧化反應(yīng)放出的這部分熱量，可以使母材這部分熔深增加，焊絲的溶化系數(shù)提高。CO2氣體在電弧中心分解對(duì)電弧有冷卻作用，使電弧放電溫度提高。另外在弧柱高溫區(qū)分解時(shí)吸收了一定的熱量在電弧的斑點(diǎn)附近時(shí)又重新釋放出來。這種物理化學(xué)過程，對(duì)焊接熔池和焊絲起著一種增大輸入熱量的作用。因而提高了電弧的熱功率，從而增加了母材的熔深和焊絲的熔化速度。經(jīng)過試驗(yàn)檢測氬氣和二氧化碳的最佳比例為92%的氬氣和8%的二氧化碳。

3.3 焊接參數(shù)

要實(shí)現(xiàn)熔化極自動(dòng)氣體保護(hù)焊穩(wěn)定的射流過渡，不但要有合理的氣體配比，而且焊接電流必須超過其臨界電流。參數(shù)的選擇要保證熔化極氣體保護(hù)自動(dòng)焊首層的焊透、操作便利、良好的背面成形。

4 試驗(yàn)記錄

4.1 構(gòu)件的材質(zhì)及規(guī)格，使用直徑為1000mm厚度為14mm，長度為300mm的鋼筒。

對(duì)于埋弧焊因板材厚度大于12mm，要用雙Y型，焊縫不能超過1mm，采用交流電源，500-2000A。

4.2 焊接方法筒體內(nèi)側(cè)自動(dòng)熔化極自動(dòng)氣體保護(hù)焊焊接兩層，外側(cè)埋弧自動(dòng)焊。

4.3 焊接保護(hù)氣氣體配比92%Ar+8%CO2，流量為18.5～22.5L/min。

4.4 坡口形式如圖1所示但要對(duì)加工的角度有一定的要求，角度過大的話會(huì)產(chǎn)生根部未焊透，角度過小的話則容易產(chǎn)生塌邊。

4.5 焊接工藝參數(shù)表

焊接工藝如表1所示：

4.6 焊絲直徑

埋弧焊焊絲直徑及使用電流范圍（表2）

氣體保護(hù)焊不同直徑焊絲的短路過渡時(shí)參數(shù)如表：

焊絲直徑（mm）0.81.21.6

電弧電壓（V）181920

焊接電流（A）100-110120-135140-180

5 焊接后結(jié)果檢測

焊接后使用GB3323標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，符合標(biāo)準(zhǔn)，Ⅱ級(jí)合格。

力學(xué)性能試驗(yàn)：按《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》檢驗(yàn)合格，其結(jié)果見表3。

6 結(jié)束語

文章從熔化極氣體保護(hù)焊埋弧焊的開始，介紹了熔化極氣體保護(hù)焊和埋弧焊的概念、分類和適用情況，將他們通過優(yōu)勢互補(bǔ)，應(yīng)用于筒體焊接中，并做了具體的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，這種新的工藝對(duì)于焊接的質(zhì)量的合格率能夠達(dá)到很高的水平。創(chuàng)造性的解決了單獨(dú)使用埋弧焊或熔化極氣體保護(hù)焊埋弧焊所產(chǎn)生的不足，彌補(bǔ)了單獨(dú)應(yīng)用的缺陷，使生產(chǎn)效率大大提高，成本降低了30%，此種新工藝還具有很大的發(fā)展空間，可以更好的解決焊接中遇到的一些問題。

參考文獻(xiàn)

[1]姜煥忠.焊接方法及設(shè)備[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1991年.

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