二氧化碳气体保护焊机全角度焊接技术在井架制造安装中的应用

杨峰

摘 要：通过对平煤神马建工集团有限公司安装处的井架加工过程中所采用的手工电弧焊机进行焊接加工的劳动方式进行分析研究，并结合现有的焊接设备及能力，经过研究及创新，运用CO2气体保护焊机进行包括仰焊在内的全方位焊接加工，以满足井架在基地加工过程中及在现场组装过程中的各类焊接问题，从而提高劳动效率和产品质量，实现高效率、高质量、低成本、低能耗的加工方式，使企业在井架加工及安装过程中更加具有核心竞争力，为企业的发展做出切实有效的技术应用。

关键词：大型钢构井架；CO2气体保护焊机；仰焊；全角度焊接；取代；新技术应用

平煤神马建工集团有限公司安装处属于机电安装类企业，每年都要承担许多大型钢结构制作安装工程，现如今，随着机械加工自动化程度的提高，现有手工焊接技术已经很难满足工期时间要求和技术指标性能，特此提出使用CO2气体保护焊机进行全角度焊接技术运用到型钢井架加工中，以实现低成本、低能耗、高质量、高效率的加工方式，为企业的发展做出切实有效技术应用。

1 二氧化碳焊接方式概述与应用

1.1 二氧化碳焊接方式的优势与问题

使用二氧化碳气保焊机进行焊接加工，由于采用自动化送进焊丝，焊丝的送进移动全部是靠焊接送丝机控制，无需频繁更换焊条，焊接电流、焊接电压、焊接速度等参数可稳定精确的控制；CO2气保焊穿透力高，含氢量低，焊缝抗锈能力强，焊接电流密度大（100-300A/m2），焊接冷裂纹倾向小，可以有效避免因高温焊接所产生的焊接形变；二氧化碳气体便宜，焊接成本比较低，焊前对工件的清理可以从简；焊接速度快，成形好，节省加工时间，有利于提高焊接质量和生产率；其焊接成本只有焊条电弧焊的40%-50%，生产效率比焊条电弧焊高1-3倍。

但同时使用二氧化碳气保焊机进行焊接加工时也会产生一系列的问题，要想不影响加工质量，就必须要去解决所产生的问题。首先由于二氧化碳气体保护焊接飞溅大，在焊接过程CO2气体分解，生成C，使焊缝中含碳量增大，易生成气孔等缺陷，因此焊接前清理干净焊缝表面污渍，可采用直流反接技术，可明显减小飞溅；CO2气体保护焊不仅产生烟雾和金属粉尘，而且还产生CO、NO3等有害气体；运用CO2气体保护焊接时由于电流密度大，电弧温度高，弧光辐射比手工电弧焊强得多，应特别注意加强职工安全防护，佩戴好安全劳保防护措施后方可操作，防止电光性眼炎及裸露皮肤灼伤；由于焊接过程中采用CO2气体保护，不能焊接易氧化的金属材料，抗风能力差，野外作业时或漏天作业时，需要有防风措施，在施焊四周做好遮风板，以免影响到CO2气体的输送保护层。

1.2 二氧化碳焊接方式的具体应用

运用CO2气体保护焊机进行大型钢结构井架全方位焊接作业时，焊接难度最大的当属仰角焊接，其次为立面焊接，最后为平面焊接。焊接用的CO2气体应选用较高的纯度，一般技术标准规定是：O2浓度小于0.1%；H2O浓度小于1～2g/m3；CO2浓度>99.5%。焊接时对焊缝质量要求越高，则对CO2气体纯度要求也越高。一瓶液态CO2可以汽化成12725L的CO2气体。若焊接时气体消耗量为20L/min，则一瓶液态CO2可连续使用10小时左右。CO2气体保护焊所使用的焊丝必须含有足够数量的Mn、Si等脱氧元素，从而减少焊缝金属中的含氧量和防止产生气孔。通常要求焊丝碳含量小于0.11%，这样可减少气孔与飞溅。进行焊接组装时，要先对焊接坡口进行充分预热处理，否则，在焊件冷却时易产生水珠，进而影响焊接质量。

采用CO2气体保护焊机进行仰角焊接是四种基本焊接位置中最困难的一种焊接。由于熔池位置在焊件下面，焊条熔滴金属的重力会阻碍熔滴过度，熔池金属也受自身重力作用下坠，熔池体积越大温度越高，则熔池表面涨力越小，故仰焊时焊缝背面容易产生凹陷，正面焊道出现焊瘤，焊道形成困难。因此，进行仰角焊接时需要采用短弧焊接，仰焊时由于焊枪和电缆的重力等作用，操作人员容易出现持枪不稳等现象，一定要注意保持正确的操作姿势，需要双手持枪，焊接点要处于人的上方偏前，且焊缝偏向操作人员的右侧，后撤步焊接方法，焊枪走向与焊缝呈75度左右夹角，依焊工个人习惯可略作增减，使终保持焊丝溶液顶着前期溶液后退进行焊接；采用递增法叠压进行焊接，第一道打底焊时，板材连接焊时采取中间直线快速连接焊法，迅速施焊连接，使板材连接；第二道填充焊接时，采用横向小摆动后退法进行焊接，第三道时采用叠压法进行补充焊接，以此类推，直到焊缝填充完毕。以板厚12mm焊丝直径为Ф1.2mm为例，第一遍直线焊接时，焊接电流为130A∽180A，焊接电压为19V∽24V；横向摆动焊接时，焊接电流为120A∽150A，焊接电压为19V∽23V。

采用CO2气体保护焊机进行平焊时，可采用小幅度锯齿形摆动方式，横焊时摆幅不要过大，否则容易造成焊液下淌；一般采用左焊法，在离工件右端定位焊焊缝约20mm坡口的一侧引弧，然后开始向左焊接，焊枪角度为0∽10度并控制电弧在离底边约2∽3mm处燃烧；焊道采用叠压法进行焊接，第一道打底焊时，电弧始终在坡口内做小幅度横向摆动，并在坡口两侧稍作停顿，使熔孔深入坡口两侧各0.5∽1mm；焊接以板厚12mm焊丝直径为Ф1.2mm为例，根部间隙在0∽1.2mm，电流控制在420A∽480A之间，电压控制在38V∽41V之间，速度控制在40∽50cm/min，导电嘴与工件之间的距离为20∽25mm之间，气体流量为20L/min。

采用CO2气体保护焊机向下立焊技术，焊枪角度与焊缝之间呈60∽80度夹角；在工件的顶端引弧，观察熔池，待工件底部完全熔合后，开始向下立焊；焊接过程中采用直线焊接法，焊枪不做横向摆动，打底焊结束后，填充焊采用叠压法进行补充焊接，直至焊缝填充完毕；由于焊接金属液的重力影响，为避免溶液流淌，在焊接过程中应始终对准熔池的前方，对熔池起到上托的作用；第一层焊时电流控制在100A∽150A之间，电压控制在18V∽22V之间，速度控制在35∽45cm/min；第二层电流选择电流控制在170A∽200A之间，电压控制在22V∽24V之间，速度控制在25∽35cm/min，。采用向上立焊时，由于熔深较大，容易焊透，为防止熔液在重力作用下自淌，必须采用比平焊稍小的电流，焊枪的摆动频率应稍快，采用锯齿形节距较小的摆动方式进行焊接，使熔池小而薄，采用短路过度方式进行熔滴过度；电流控制在100A∽200A之间，电压控制在18V∽24V之间，速度控制在25∽35cm/min。由于水平固定全位置焊接难度较大，要求焊工水平较高。坡口加工时，采用上进焊接法，第一层焊接时电流控制在100A∽140A之间，电压控制在18V∽22V之间，速度控制在20∽35cm/min，第一层焊接时电流控制在120A∽160A之间，电压控制在19V∽23V之间，速度控制在20∽35cm/min。

2 二氧化碳焊接方式产生的经济效益

平煤股份十三矿己四采区副井提升系统采用CO2气体保护焊全角度焊接技术缩短了井架加工及现场组装过程中的加工时间，焊接完成后对焊缝进行射线探伤，检验合格并由检验单位出具合法检验报告，符合图纸设计要求。在保证施工安全的前提下加快了施工进度，保证了施工质量，降低了施工成本，提高了生产效率，缩短了总工期，加快了主井提升系统设备安装的总体进度，使实际施工工期比计划工期提前了20天。安装处单项工程项目直接经济效益成本节约：施工人员共40人，每天工资100元/人，工期提前20天完成。节约人工工资：40人*100元/人*20=8万元。施工机械费用：由每月设备租赁费合计为5.4万元，提前20天交设备，可计算节约机械费：3.6万元；节支总额：8万元+3.6万元=11.6万元。获得了良好的社会效益和经济效益，具有广泛的市场前景和推广价值。

[参考文献]

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