二氧化碳气体保护焊在工业中的应用.docx

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二氧化碳气体保护焊在工业中的应用

目录

目录I

摘要III

第一章绪论……………………………………………………………………..4

第一章引言........................................................................................................3

1.1二氧化碳焊接的基本性质............................................................................3

1.2二氧化碳焊接的工艺要求............................................................................4

1.3二氧化碳焊接的应用....................................................................................7

1.4本论文的研究意义、研究内容.....................................................................7

第二章二氧化碳焊机极其设备.........................................................................9

2.1二氧化碳焊机................................................................................................9

2.2二氧化碳机头..............................................................................................16

2.3CO2/MAG焊接技术在压力管道上应用的工艺特点…………………..…20

第三章二氧化碳在工业中应用.......................................................................24

3.1二氧化碳焊接在工业中的发展...................................................................24

3.2二氧化碳焊接在工业中的应用..................................................................25

3.3二氧化碳焊接的主要特点...........................................................................26

3.4二氧化碳气体保护焊和药芯焊丝电弧焊安全注意点…………………….27

第四章结论......................................................................................................28

参考文献............................................................................................................29

附录...................................................................................................................30

致谢...................................................................................................................31

摘要

通过对二氧化碳气保护焊、富氩气保护焊、焊条电弧焊3种焊接方法进行焊接接头实验和对比分析、以及在工程机械中的应用，证明了二氧化碳气体保护焊具有成本低、效率高、焊接质量好等优点。

介绍了二氧化碳气体保护焊焊接操作技术及需注意的一些问题，对二氧化碳气体保护焊焊接工艺设计极其应用具有一定的指导作用。

关键词：

二氧化碳气体保护焊、焊接工艺、工程机械

某机械厂为一大型工程机械公司生产一百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、焊接质量要求高、技术难度大。

原采用焊条电弧焊、焊接变行大且难以控制、生产率低。

通过对二氧化碳气体保护焊、富氩气保护焊、焊条保护焊及对比工艺实验及评定、决定除个别有外观要求的焊缝采用富氩气体保护焊外、其余均采用二氧化碳气体保护焊。

生产实践证明、这样既保证了焊接计量，又提高了劳动生产率，降低了成本，取得了较好的经济效益。

第一章绪论

随着社会的发展与进步的应用二氧化碳气体保护焊现已十分广泛，在建筑、运输和能源等领域都有其身影，二氧化碳气体保护焊的广泛应用也对其焊接质量提出了更高的要求。

二氧化碳气体保护焊在二氧化碳气保护焊、富氩气保护焊、焊条电弧焊3种焊接方法进行焊接接头实验和对比分析、以及在工程机械中的应用，证明了二氧化碳气体保护焊具有成本低、效率高、焊接质量好等优点。

但对其的焊接要求也就有了更加相对严格的要求不仅要适应不同的环境还要运用不同的方法对其进行一定指导。

这就是我写本论文的目的与思想。

1.1二氧化碳焊接的基本性质

一、   基本原理

CO2气体保护焊是以可熔化的金属焊丝作电极，并有CO2气体作保护的电弧焊。

是焊接黑色金属的重要焊接方法之一。

二、   工艺特点

1.   CO2焊穿透能力强，焊接电流密度大（100-300A/m2　　），变形小，生产效率比焊条电弧焊高1-3倍

2.   CO2气体便宜，焊前对工件的清理可以从简，其焊接成本只有焊条电弧焊的40%-50%

3.   焊缝抗锈能力强，含氢量低，冷裂纹倾向小。

4.   焊接过程中金属飞溅较多，特别是当工艺参数调节不匹配时，尤为严重。

5.   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。

6.   焊接弧光强，注意弧光辐射。

三、   冶金特点

CO2焊焊接过程在冶金方面主要表现在：

1.   CO2气体是一种氧化性气体，在高温下分解，具有强烈的氧化作用，把合金元素烧损或造成气孔和飞溅等。

解决CO2氧化性的措施是脱氧，具体做法是在焊丝中加入一定量脱氧剂。

实践表明采用Si-Mn脱氧效果最好，所以目前广泛采用H08Mn2SiA/H10Mn2Si等焊丝。

四、   焊接材料

1.   保护气体CO2

 用于焊接的CO2气体，其纯度要求≥99.5%，通常CO2是以液态装入钢瓶中，容量为40L的标准钢瓶可灌入25Kg的液态CO2，25Kg的液态CO2约占钢瓶容积的80%，其余20%左右的空间充满气化的CO2。

气瓶压力表上所指的压力就是这部分饱和压力。

该压力大小与环境温度有关，所以正确估算瓶内CO2气体储量是采用称钢瓶质量的方法。

（备注：

1Kg的液态CO2可汽化509LCO2气体）

 CO2气瓶外表漆黑色并写有黄色字样

   市售CO2气体含水量较高，焊接时候容易产生气孔等缺陷，在现场减少水分的措施为：

1）   将气瓶倒立静置1-2小时，然后开启阀门，把沉积在瓶口部的水排出，可放2-3次，每次间隔30分钟，放后将气瓶放正。

2）   倒置放水后的气瓶，使用前先打开阀门放掉瓶上面纯度较低的气体，然后在套上输气管。

3）   在气路中设置高压干燥器和低压干燥器，另外在气路中设置气体预热装置，防止CO2气中水分在减压器内结冰而堵塞气路。

2.   焊接材料（焊丝）

1.）焊丝要有足够的脱氧元素

2.）含碳量Wc≤0.11%，可减少飞溅和气孔。

3.）要有足够的力学性能和抗裂性能。

焊丝直径及其允差（GB/T8110-1995）

焊丝直径mm   允许偏差

φ0.5；φ0.6   +0.01，-0.03

φ0.8，φ1.0

φ1.2，φ1.6，   +0.01，-0.04

φ3.0；φ3.2   +0.01，-0.07

五．焊接设备（略）

六．焊接工艺

序号   型号   牌号   规格   适用范围

1   ER49-1   H08Mn2SiA   φ1.2   Q235.20#.20g.2OR、16MnR间焊接

2   ER50-6   /   φ1.2   Q345.16MnR等间焊接

3   ER49-1   H08Mn2SiA   φ1.2   Q235.20#.20g.2OR

Q345.16MnR间焊接

对接平焊（I型坡口）

板厚mm   焊丝

直径   焊接电流A   焊接电压

V   焊接速度

Cm/min   焊丝干伸长mm   气流量L/min   层数

6   φ1.2   120-140   20-22   50-60   10-12   10-15   2

8   φ1.2   130-150   21-23   45-50   10-12   10-15   2

10   φ1.2   200-250   24-26   45-50   10-12   10-15   3

14   φ1.2   280-320   28-34   35-45   10-12   12-18   5

20   φ1.2   360-400   34-38   35-40   10-12   15-20   7

角焊（（I型坡口）

板厚mm   焊丝

直径   焊接电流A   焊接电压

V   焊接速度

Cm/min   焊丝干伸长mm   气流量L/min   层数

6   φ1.2   150-180   22-25   50-60   10-12   10-15   1

10   φ1.2   200-250   24-26   45-50   10-12   10-15   2

14   φ1.2   280-320   28-32   35-45   10-12   12-18   2

20   φ1.2   360-400   34-38   35-40   10-12   15-20   3

备注:

对接间隙为1-1.5毫米

缺陷名称   产生原因

气孔   1.CO2气体不纯或供气不足

2.焊接时候卷入空气

3.预热器不起作用

1.2二氧化碳焊接的工艺要求

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,8mm,10mm,12mm,15mm不等。

　　3）母材主要为碳素结构钢板Q2352A,规格有6mm,8mm,10mm,12mm,20mm,25mm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,300mm×125mm×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,φ3.2mm,φ4mm;CO2气保焊、富氩气保焊焊丝ER50-6,5φL2;富氩气:

80%Ar+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）。

2.2T形接头角焊缝试验

　　1）材料　Q235-A,300mm×125mm×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,φ3.2mm;CO2气保焊、富氩气保焊,焊丝ER50-6,φL2mm;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φ1.5mm～φ2mm,CO2气保焊飞溅稍大,最大飞溅颗粒直径为φ3mm～φ4mm;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10～20mm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ER5026,φ1.0mm,φL2mm,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1.5～2.5mm,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2mm,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1ö3。

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6～8mm的角焊缝,采用单层单道焊,焊枪指向（焊丝）距根部1～2mm处。

对于焊脚为6mm的焊缝,采用直线移动法焊接,对于焊脚为8mm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10～12mm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2～3mm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15mm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6～7mm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。

1.3二氧化碳焊接的应用

随着社会经济以及石油化学工业、煤化学工业、发酵工业的迅速发展，排放到大气中的二氧化

碳量逐年显著增加。

全世界每年仅燃烧煤、石油、天然气等各种矿物燃料排放到大气中的二氧化

量达到240亿吨以上?

。

二氧化碳是工业的主要排放物，是引起全球温室效应的气体之一，更是一种重要的碳资源。

二

氧化碳的活化及利用引起了人们越来越强烈的关注。

但到目前，实际被利用的二氧化碳量非常少，这样不仅造成了二氧化碳资源的浪费，而且加剧

了人类赖以生存的地球温暖化倾向。

因此，控制二氧化碳排放量，对其产生的二氧化碳的回收、利

用及再资源化，已成为世界各国特别是发达国家十分关注的问题。

英、美、德、日等国已经制定了

一系列的对策和措施对二氧化碳综合利用，并取得很大成效。

近年来，中国政府十分重视环境保护

问题，采取了许多有效措施，严格控制二氧化碳的排放，并充分利用二氧化碳，取得了明显成效。

虽然二氧化碳是主要的温室气体，将致使地球平均温度升高，对人类产生严重危害。

同时，二

氧化碳在化工领域又是一种无毒、不易燃的取之不尽和非常重要的碳资源。

目前，全球同收的二氧化碳约40％用于生产化学品、3596用于油田三次采油、10％用于制冷、5％用于碳酸饮料、1096用于机械保护焊接、金属铸造加工、农业施肥等领域，但全球利用二氧化碳生产化学品总的利用量不到2亿吨为了解决能源紧张、消除污染，大力开发二氧化碳资源的化学利用，具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

二氧化碳气体保护焊技术在大型金属结构制造企业中广泛使用，在中、小型企业中局部使用，制造的金属结构种类大大增加。

随着机械行业骨干企业焊接技术改造，二氧化碳气体保护焊技术在大型金属结构中广泛采用。

如：

太原重型机械（集团）有限公司、第一重型机械有限公司、大连重工集团有限公司等企业，二氧化碳气体保护焊完成的焊接金属结构已占其重量的50%~80%，在大型金属结构企业中发挥着不可替代的骨干作用。

在中、小型企业中推广应用与所在地区、所处行业、产品结构特点等因素有较大关系，焊接技术较为发达的地区、焊接结构较多的企业、技术含量较高的产品，二氧化碳气体保护焊推广使用情况较好。

虽然中、小企业中应用情况差别较大，但通过多年宣传、引导，二氧化碳气体保护焊技术已逐渐企业技术改造中主要选着的焊接技术装备。

1.4本论文的研究意义、研究内容

80年代初至80年代中期，我国针对当时Q235、16Mn等主要结构钢生产的490Mpa级二氧化碳气体保护焊实心焊丝，在引进设备、引进技术、开发试制的努力中，已实现部分自给，但处于供不应求状态，而且药芯焊丝基本处于开发研究、试生产状态，大部分二氧化碳气保焊焊接材料主要依靠从欧美、日本等国家进口。

国产焊接材料与进口焊接材料相比在工艺性能、力学性能方面存在着一定差距。

目前我国二氧化碳气体保护焊实心焊丝已经形成一定生产规模，产量和质量也有很大提高。

针对Q235、Q345及16Mn等机构钢的二氧化碳气体保护焊丝，能够满足金属结构制造要求，使用最多的实芯焊丝主要有Ø:

1.2mm,Ø:

1.6mm两种，国内生产状态处于供大于求的状况，但国内各焊丝生产厂家的质量也有较大的差别，特别是在焊丝等化学成分稳定性、焊丝表面渡铜质量、焊丝刚度等主要参数方面仍有明显差异，焊丝质量优良的厂家有天津电焊条厂、上海电力电焊条厂、四川大西洋电焊条厂等厂家。

金属结构行业中二氧化碳气体保护焊技术推广工作是在中国焊接协会和中国机械工程学会焊接分会倡导下，结合金属结构行业中焊接技术人员及焊接工人本着对企业技术进步无私奉献发挥着积极作用。

随着市场经济卓见延伸，金属结构行业的经济效益普遍滑坡，焊接技术人才严重流失，早期从事二氧化碳气体保护焊研究及推广的具有相当经验的技术人员补充不上，使的此项工作受到影响。

这就引发了金属机构行业以及传统产业技术改造中国技术人才的隐患，以及传统产业技术改机制，人才激励制等问题，影响了二氧化碳气体保护焊技术推广速度和相应新型技术的开发。

而这种机制问题还将影响金属行业的其它技术改造及技术革新工作的发展。

第二章二氧化碳焊机极其设备