碳钢实芯焊丝CO2气体保护焊在管道焊接中的应用

N e w P r。 d u c t f 。 r c 。 n s t ru c t i。 n 新技术看台 碳钢实芯焊丝 C O 2 气体保护 焊在管道焊接中的应用 唐元生赵喜平中国石 化集团第十建 设公司 山东淄博2 5 5 4 3 8 摘要结合我公司在工程项 目施工过程 中熔化极气体保护焊采用碳钢 实芯焊 丝进 行封底 、 填 充、 盖面的焊接过程 ， 阐述 了工程施工 中熔化极气体保护焊施焊的优越性 。 关键 词焊接熔化极气体保护焊实芯焊 丝焊接工艺 中图分类号 TU7 2 1 文献标识码 B 文章编 号 1 6 7 2 9 3 2 3( 2 0 1 0 ) 0 4 0 0 2 6 0 3 1焊接优越性分析 ： 碳 钢 实芯焊 丝气 保焊 具有 成本 低 、 焊接效率高、 损耗小等优点， 但焊接时飞 溅大、 熔深 浅等缺点 ， 制约 了在 施工现场 管道、 重要钢结构焊接施工的普及施用。 碳钢 实芯焊丝气保 焊如能在管道施 工 中 得到应用 ， 将会大幅度降低生产成本、 提 高生 产效率 ，所 以开发气保焊 实芯 碳钢 焊 丝 在 管道 中的焊 接 工 艺 是很 有 必 要 的。 我们 采用 以下材料 和工艺进行 了试 验 ： Q 3 4 5 A 管材 ， 规格 do 2 1 9 X 6 1 2 mm； 锦 州 锦泰 碳钢 实 芯 气保 焊 丝 E R7 0 一 Z ， 规格 1 2 mm；保护气体 采用瓶 装 C O 气体 。 2气保焊的碳钢实芯焊丝封底焊 接 2 1各种焊接根焊工艺比较 现场 管道施焊 中 ， 根焊尤 为重要 ， 焊 接难 度最大 ，焊接 过程 中既要保 证根部 焊透 ， 又要避免 根部烧穿 、 出现 内凹和焊 瘤等缺陷， 所以一直是焊接施工的关键。 目前常规使用的根焊方法有： ( 1 )手工钨极氩弧焊根焊方法 。技 2 6 l 石 油 化 工 建 设 1 0 0 4 术 比较成熟 ， 焊缝质量 高 ， 施工现场 比较 普及 ， 但焊接效率 较低 ， 特 别在大 口径 管 道焊接中焊工劳动强度大，并且成本略 高 。 ( 2 )纤维素焊条下向焊根焊方法。 效率较高， 施工现场比较机动灵活， 但焊 缝成形不理 想 ， 封 完底 需要严格 清理 ， 并 且焊条牌号 较少 ， 较难普及 。 ( 3 )手工焊条电弧焊根焊方法。效 率较低 ， 焊工不易操作， 质量很难保障， 需要高水平 的焊 工进行操 作 ，在施工现 场很受局 限。 随着 焊 接 技术 研 发 水 平 的 不 断提 高 ， 能够 采用焊接效率 高、 成 本低的实芯 焊丝气保焊进行打底焊成为理想的焊接 工艺。 2 2 根焊工艺的选择 ( 1 )下向焊技术与传统的向上焊相 比具有焊接 速度快 、熔敷 率高 ，线能量 小 、 热 影响 区小 ， 焊缝 结 晶组织 细小 ， 打 底焊时可 以单面焊双面成 形 ，焊缝成 形 亦美观。且是连续施焊， 不同于向上焊时 的断续灭弧焊 ，与传统的封底焊接工艺 相 比焊接生产率提高 5 0 1 0 0 ，而且 焊缝 宽度和余高 比向上 焊要小 ，因而接 头 的综合 性能 优于 “ 向上焊 ” 工艺 ， 目前 被广泛应用于管道工程建设 中。 ( 2 )新近推出的 RMD 根焊技术是 对短路过渡做 出精确控制的一种技术， 在焊接 过程 中，通 过对 焊丝短路过程 的 检测控 制短路过程 中各个阶段 的电流波 形 ， 从而控 制多余的 电弧 热量 ， 提 高电弧 推力 ，在 根部产生 高质量 的熔深 ，并且 RMD 根焊技术对晶粒细化有明显的提 高作 用。焊接 时相对 于焊条 电弧焊具 有 效率 高成形好 ， 操作简单易学 等优点 ， 在 部分 单位管道及容器焊 接施工 中已得 到 应用 。 因此 ，我们选择气保焊 RMD下向 焊技术进行根焊方法试验，焊接设备选 择米勒 P i p e P r o 4 5 0 RF C焊接系统。 2 3熔化极气体保护焊下向焊根焊技术 2 3 1焊缝组对 将 焊 口 内外 两 侧 1 5 2 5 mm 处 的 锈 、 水 、 油污彻 底 清除干 净 ， 露 出金属 光 泽， 以免在焊接过程中产生气孔等缺陷。 焊 缝加 工 V 型坡 口，坡 口面角度 3 0 2 。 组对时 ， 对 口错边量应小于 1 5 mm， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 定位焊为三 点 ，定位焊缝 长度为 2 0 mm 左 右 ， 焊缝厚 度 为 3 mm， 在正 式焊 接 前 将定位焊缝两端打磨成缓 坡状 ，以利于 接头。定位点如图 1 ： 6点位 6点 位 图 1焊缝定位焊位置 2 3 2焊接工 艺 ( 1 )引弧从管 顶部略超 过 中心 线往 前 1 0 mm 处 引弧 ，将 电弧拉至坡 口间隙 内稍作停 留， 待熔池 热量升高 ， 根部熔 化 形成一定大小 的熔 孔后 ， 开始正常焊接 。 ( 2 )焊接时一般采用直 线运枪 方 法 ， 快速 、 均匀 、 平稳地 向下运动 ， 当间隙 大或 向下拉 的过快 熔孑 L 过 长时可作左右 往返运 弧。 ( 3 )焊接 过程 中注 意听是否 有 电弧 击穿坡口发出的“ 噗噗噗” 的声音 ， 并观 察熔池 的形状和熔 孑 L 大小是否保持 基本 一 致 。熔孔过小说 明焊接速度 过快 ， 容易 造成未焊透、 内凹等缺 陷。熔孔过大说明 焊接速度慢 ，熔 池温度高 ，容易形成烧 穿、 焊瘤等缺陷。 点固点 9 点位 图 2焊接方向及焊枪角度 ( 4 ) 因此 ， 焊接时应根据熔池形状 和 熔孔大小快速调 整焊枪角度 、焊接速 度及运 条方式 ，把铁水 准确地送 到坡 口 根部 ， 以达到单 面焊双 面成型 目的 ， 从 而 防止 内凹 、 焊 瘤 、 未 焊透 、 烧穿 等缺 陷 的 产生。 2 3 3焊接注意 事项 ( 1 )焊缝单边坡 口角度 3 0 。为 宜 ， 间隙一般 3 mm4 mm，宜大 不宜小 ， 否 则感觉铁 水穿不进 去 ，焊枪 角度 宜前倾 5060。 。 ( 2 )1 2点平焊位焊接时， 电弧往坡 口两边稍作停顿， 中间运枪稍快， 以防熔 池热量过高， 造成焊缝背面焊穿和焊瘤 ， 并防止焊缝 正面 成型中间高 ， 两边夹沟 。 ( 3 )f r p 位焊接时焊枪宜继续保持前 倾 5 0 6 0 。 ， 不宜后倾 。 焊接时注意保证 视线 的观察和焊枪 角度 的调 整 ，防止 穿 丝 。 ( 4 )干伸保持 1 0 1 5 mm，不宜太 长， 否则会由于气体保护不良出现气孔。 ( 5 ) 接头 必须 磨 制处 理 ， 焊 接 接 头 时宜在修磨 斜坡前方 打火 ，等 电弧稳 定 后 ， 拉到坡 口处正 式焊接 。 2 4采用气保焊 R MD功能根焊结论 碳钢实心焊丝采用 RMD打底功能， 具有易操作， 效率高 ， 成本低等优点， 具 有较好 的推广 前景。此工 艺主要优点 包 括 ： ( 1 )适用于根焊 ， 整个管 圈从 1 2 点 到 6点之 间的焊接都无须调整规 范。 ( 2 )可以取代 TI G焊， 同样适用于 不锈钢 焊接。 ( 3 ) 采 用 合 理 的焊 缝 间 隙 ，RMD 技术 能有效克服 错边 等焊 接难题 。 ( 4 )飞溅较少 。 ( 5 ) 熔 合性 能好 ， 特 别是 在 管子 底 部( 4点到 6点位置) ， 能够有效解决未熔 合现象。 ( 6 ) 电源 适应性 强 ， 焊工容易掌握 。 碳钢实心焊 丝气保焊 根焊参考 工艺 参数见表 1 。 3气保焊的碳钢实芯焊丝填充、 盖 面焊接工艺 3 1焊接工艺的选择 结合施工现场实际操作习惯，我们 选择 了向上立焊 工艺 ，保 护气 体为 C O 气 体。为保证焊 接质量 ， 填 充前 ， 清理打 底层表面，必须把夹沟、焊接接头起弧 处、 焊瘤等清理干净， 焊前注意喷嘴， 导 电嘴是否清理 干净 ，气体流量 的大小是 否合适 ， 落实好防风措施。 3 2焊丝伸 出长度对焊接质量的影响 焊丝伸出长度的长短对焊接过程的 稳定性影响较大， 焊丝伸出长度越长， 焊 丝 电阻值增大 ， 焊 丝过热而成段 熔化 ， 结 果焊接过程不稳定， 金属飞溅严重， 焊缝 成形不 良， 对熔 池的保护不好 。 焊 丝伸 出长度 过短 ，则 焊接 电流增 大 ， 喷 嘴与工件的距 离缩短 ， 焊接视 线不 清 ， 焊 道成形 不 良， 同时若焊 丝伸 出长度 过短 ， 还会使 喷嘴过热 ， 造成 飞溅物粘住 或堵塞喷嘴， 从而影响气体流量。 3 。 3焊枪角度与摆动 焊 接时 ，焊枪 角度要 根据管 子轴线 位 置随时调 整 ， 这样 才能保证焊 缝质量 ， 避免焊缝 产生气孔、 夹渣等现象 。 ( 1 )仰位焊接时， 焊枪角度宜前倾 1 02 0 。采 用锯 齿 形或 反月 牙 形摆 动 ， 两侧稍作停顿稳弧， 中间速度稍快 ， 这样 可 以避免焊 出的焊缝 凸起 、 不 平整 。 ( 2 )立焊位焊接时， 焊枪宜延管截 面法线方 向， 与焊缝成 9 0 。垂直 ， 锯齿形 或月牙形运枪摆动 。 ( 3 )平焊位焊接时 ， 焊枪前倾 3 O 焊枪 角度 图3填充 釜面焊枪角度示意图 5 0 。 ，采 用月牙形运枪 法 ，焊 肉要尽量 薄 ， 避免铁水 过多摊到焊 道 内， 形成未熔 和夹渣 。上 、 下接头都要越过 中心线 5 1 0 mm 。 ( 4 ) 后半 圈仰 焊 接头 填 充 、 盖 面焊 石 油 化 工 建 设 l o 0 4 l 27 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m N e w P r。 d u c t f 。 r c 。 n s t ru c t i。 n 磊 表 1焊接参考工艺参数 。 焊接 焊丝 焊接 焊机 焊接 电 源 焊丝 焊接工艺参数 直径 电流 电压 喷嘴赢径 气体流量 自 t 体 屡次 牌号 方式 牌号 形式 极性 m m A V m m C mi 件类。 根焊 锦泰 E R T O R MD 美国米勒 下 向焊 D C E P 击1 2 1 1 0 1 3 0 1 4 1 7 击1 0 1 5 2 0 C O 2 P l P E P R 04 5 填充 锦泰E R 7 0 G O 2 焊 向上焊 D C E P 击1 _ 2 1 4 5 1 5 0 1 8 - 一 2 0 击1 6 I 5 02 o 2 O R F C 盖面 锦泰 E R 7 0 C O 2 焊 焊接系统 向上焊 D C E P 击1 2 1 3 5 1 4 5 1 8 -2 0 击1 6 1 5 2 0 C O 2 接 时 ，可把前半 圈弓 I 弧焊接位置 磨一个 缓坡 ， 使 后半 圈接 头时不致于产 生缺陷 。 填 充时 ，要 注意坡 口边缘不 要被 电弧擦 伤 ， 以备 盖面层 焊接 ； 盖面 时 ， 电弧应在 坡口边缘稍作停顿，以保证熔池与坡 口 更好地 熔合 ， 焊接过程 中， 焊枪 的摆动 幅 度和频率要相适应，以保证盖面层焊缝 表面尺寸和边缘熔合整齐。 3 4焊接工艺参数 气保焊填充 、盖面焊接参 考工艺 参 数见表 1 。 4关于 C O 2 汽保焊推广应用的一 些想法和建议 经 过计算 ， 同比情 况下 ， C O： 气体保 护焊综合成本只占焊条电弧焊 3 0 ， ( 实 芯焊丝成本更低) 。近几年各家施工单位 对 焊工进 行 了一些 C O 焊 普及培 训 ， 但 由于培训时 间短 ， 参数 调整不熟练 ， 焊接 设备笨重、 焊工技术不成熟等原因， 并且 施工现 场没 有设 立专 门的 辅导 机构 ， 对 实际施焊过程 中存在的问题不能及时解 决等种种原 因，造成 C O 气体保 护焊 在 各施 工现 场并 没有得 到 真正普 及应 用 ， 设备闲置 ， 造成一定 的资源浪费 。 4 1不能普及的原因 据 分 析 ， C O 气体 保 护焊 在 实 际生 产运 用中还存在 问题 ， 综合有 ： 对 C O 焊 认识的原因；焊工技术不熟练的原因； 焊接设备笨重 、 C O 气体流量 的原 因 ； 焊 丝不合理的原因等。 ( 1 )有些焊工甚至管理人员误认为 C O： 焊将 取代其他 焊接方 式 ，这个观 点 是不正确 的。其实各种焊 接操作工 艺都 2 8 l 石 油 化 工 建 设 1 。 。 4 有一定的局限性，譬如钨极氩弧焊质量 高 、 但 成本高 、 效率 低 ， 只适 合管 道 的封 底 、 小 口径管道 盖面 ， 但 不适合 钢结构焊接 ； 焊条 电弧焊虽 技术 成熟 ， 但在小 口径管道焊接 也不 太适合， 且焊接效率低下， 劳动 强度大。 C O 气体保护焊也有它 的局 限性 ，例 如 C O 气体保 护 焊在 大型 结构 ， 大 口径 、 厚壁 的 管道焊接 时性价 比高 ， 但 高空作 业 时 ， 送丝机 较笨重 ， 操作 不方 便。 所 以大 家应该正确认识各种 焊接 方 法 的特 点 和适 用 范 围 ， C O ： 气体保护焊和焊条 电弧焊 、 外施 工时 ， 容易受风 的影响 ， 制约 了 C O ： 焊 的使 用范 围。 氩弧焊互相不 可取代 ， 各 有所长 ， 应该互 相协调、 补充使用。 ( 2 )常规 C O。 焊 均采用推丝式送 丝 机， 比较笨重 ， 在施工现场移动不方便； 同时， 施工现场一般购进 2 0 k g一盘的焊 丝 。送 丝机本身存在笨重问题 ，再加 2 0 k g焊丝 ， 重 达 2 5 k g ， 在施 工 现场移 动 非常 不方便 。再就是 ， 如果施工任务安排 不紧凑的话，要连续几天才能够使用完 2 0 k g焊丝 ， 焊丝搁置一段时间 ， 不能妥善 保管 ， 一旦生锈 ， 造成整盘焊丝报废 。