王维威
陕煤集团神南产业发展有限公司 陕西榆林 719300
摘要：本文综述了Ar—CO2气体保护焊在采煤机牵引块铰接孔修复过程中的应用，避免了用手电弧焊焊接质量及焊接效率差以及用药芯焊丝的全方位自动化焊接设备价格昂贵的弊端，在同类设备铰接孔修复中具有广泛的应用前景。
关键词：Ar；CO2；气体保护焊；采煤机；牵引块；铰接孔
前言
在修复采煤机牵引块铰接孔时，如用手电弧焊，焊接质量直接受焊工技能、环境条件、焊工身体等诸多因素的影响，因而制约了焊接质量及焊接效率的提高。另外，由于焊接经常在高温、高劳动强度下作业，对视力和身体健康都有很大的影响，缩短了焊工职业寿命。为改善焊工的劳动条件，提高焊接施工的效率和焊接质量，可考虑采用药芯焊丝的全方位自动化焊接设备。但由于引进设备费用高，而且目前国内药芯焊丝在工艺和力学性能整体上与进口焊丝相比仍有一定差距，品种、规格也不齐全。同时，自保护型药芯焊丝的产品质量不过关；气保护型尚不能生产中1．2mm以下的细径药芯焊丝，进口药焊丝价格昂贵。因此不可能大面积推广应用。在众多的焊接方法中，我们经过比较分析，认为Ar—CO2混合气体保护焊作为全位置自动化焊接的方法优势明显．并进行装备和工艺的改造试验。通过试板试验和模拟试焊证明：该装备及方法用于矿用设备铰接孔的全位置自动化焊接是可行的。它既可解决全位置焊接装备国产化问题。又可利用国产CO2气体保护焊丝。解决进口药芯焊丝费用高、周期长的问题。现就此焊接方法的工艺焊接性予以论述。
1试验条件
1．1试验装备
半自动CO2气体保护焊机用于提供焊接电源和焊接时完成焊丝的供给。气路系统包括瓶装Ar气和CO2气体、CO2加热减压器、Ar气减压器；气体配比器；气体输送等部分组成。
1.2试验材料
保护气体为瓶装CO2气和Ar气，气体的配比为80％Ar+20％CO2。焊接材料为1．6rmH08Mn2SiA焊丝，焊接时采用直流反接。
1．3焊接工艺参数
首先在铰接孔上进行平、横、立、仰四个位置的工艺参数的优化选择。平焊、立焊、仰焊位置选用之字型的摆动模式，立焊采用立向上焊。整条焊缝要用单道多层焊接工艺方法。横焊采用多层多道焊，电弧不摆动。经过大量的试验筛选出最佳工艺参数如表1所示。
表一 焊接工艺参数表
2试验结果
2．1焊缝外观
从焊缝表面观察，平、立、横、仰四个位置所焊的全位置焊接模拟试验，焊缝与母材之间都能完成圆滑过渡，克服了单一CO2焊接时焊缝表面扩展不良的缺点。焊缝波纹均匀，同时也克服了单一氩弧焊时产生的电弧阴极漂移现象和氩气活性差的问题，焊缝表面光亮、美观。焊接飞溅可减少到单一CO2：气体保护焊接时的1／3以下。焊缝两侧无大颗粒飞溅物易消除。焊接试板变形小。
2．2无损检测
对平、立、横、仰四个位置所焊焊缝进行x射线无损检测，按GB3323--87《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》评判均为I级片，未发现连续密集的气孔及超标杂物。可以看出富氩 二氧化碳混合气体保护焊焊缝内部质量良好，对产生气孔不敏感。
2．3焊接接头的机械性能
按照GB228--87《金属拉伸试验》、GB232--88《金属弯曲试验法》、GB2106（金属夏比（V型确13）冲击试验法》技术标准，对平、横、立、仰四个位置的焊接接头，进行拉伸、弯曲、冲击等机械性能检验，结果如表2所示。可以看出由80％Ar+20％CO2混合气体作为保护气体进行的全位置自动焊接，其焊接接头的机械性能符合国家验收规范要求，焊缝具有较高的强度和较好的常温冲击韧性。四个位置的拉伸试件断裂特征均为塑性焊外断裂。
表 2 焊接接头机械性能
2．4焊缝金属的化学成份
用直径为中1．6mm的H08Mn2SiA焊丝，分别采用CO2气体保护焊和Ar—CO2其焊缝的化学成份如表3
表 3 焊缝的化学成份
由表3可以看出Ar—CO2：气体保护焊由于保护气体的氧化性减少，增大了合金元素的过渡量。焊缝中Mn、Si元素明确高于二氧化碳气体保护焊时的含量。
2．5焊接接头金相组织
母材热轧状态的金相组织为铁素体+珠光体。采用富氩二氧化碳混合气体保护焊进行平、横、水、仰四个位置焊接的焊接接头基金相组织基本相同。金相组织有针状铁素体+先共析铁索体和珠光体组成。
2．6试验结果分析
2．6．1 Ar—CO2混合气体保护焊的保护气中CO2气体高温膨胀作用减弱，对熔池、熔滴的冲击作用也随之减弱。熔滴由单一CO2气体保护焊时的非轴向过渡转变成轴向过渡，而且熔滴变得细小，过渡频率加快，避免了焊丝端部大段爆断和熔滴或溶池中产生气泡及气体从溶滴中流出时的猛烈膨胀等因素引起大量的飞溅。因此采用ArCO2气体保护焊焊接电弧产生的飞溅比单一CO2气体保护焊的飞溅减少，飞溅颗粒也变的细小。
2．6．2 电弧高温下电弧区的CO2气体约有50％左右被分解，分解后产生的原子态氧具有强烈的氧化性，使得碳和其它合金元素被大量氧化（如Mn、Si等合金元素），导致焊接接头的机械性能下降。采用ArCO2混合气体保护焊，由于氩气的加入使保护气体氧化性减弱，被焊金属及焊丝中合金元素烧损量减少，相对的铁素体粒度变细。焊接接头金属组织为细小的先共析铁素体或针状铁素体+微细的铁素体粒度变细，氧化物夹渣减少。焊接接头具有较高的强度和韧性。
3．注意事项
3．1在一定的送丝速度下，随着电弧电压的变化，焊接电流保护基本不变。随着焊丝伸出长度的增加，焊丝阻值急剧增加，使焊丝加速熔化，提高了施焊效率。但当焊丝仲出长度过大时由于电阻的作用使得焊丝发生过热，在没有形成过渡溶滴情况下，焊丝成段熔断，会造成大量的飞溅，焊缝表面有类似夹渣的未熔化的焊丝，使焊缝高低不平。同时过小的焊丝伸出长度，缩短了喷嘴与焊件之问的距离，使飞溅物容易堵住喷嘴。使保护气体产生紊流，从而降低气体保护的效果与单一的CO2：气体保护焊相比，Ar—CO2气体保护焊的焊丝伸出长度略小一些，一般为15mm左右。
3．2焊接时焊枪应上倾一定的角度，一般与水平线的夹角以10°左右为宜。焊枪垂直于焊缝，在横焊时要预先准确的计划好每层的焊道数，确保焊缝有一个良好的表面形状。使焊缝不至于形成无法补焊的沟槽。
3．3平焊时采用左焊法，焊枪与焊件的夹角80。左右，夹角不应过小，否则将影响保护效果。立焊时选择自下而上的手法，焊枪上倾，与焊缝的垂线成10°左右的夹角，气体流量比平焊时要大。仰焊时电流比平焊时要稍小一些，气体流量也要大一些，使焊枪与焊件垂直。
平、立、仰焊时沓件的坡口钝边要小一些，一般为2mm左右，焊件厚度小于20mmmm可以开Y形坡口。焊件厚度大于20ram可以并开不对称双Y形坡口，焊件组对时基本不留间隙，避免焊接时左右摆动的电弧在间隙处息弧，影响打底焊缝的形状，严重时影响焊接工作的正常进行。
3．4 Ar～CO2混合气体保护焊很明确的优点之一就是焊接时飞溅极小，不仅减少了焊工观察电弧时的障碍，减轻焊工清理飞溅物的劳动强度，而且增另了焊丝的熔敷效率和利用率。当混合气体的配合比例逐渐变化到80％Ar+20％CO2气时，飞溅逐渐减少，电弧发出中磁磁声，电弧稳定、焊缝成形美观。气体流量主要对保护性能有影响。保护气流要有一定的挺度、免受空气的污染和破坏。气体流量增加，保护性能提高。但超过一定的限度保护气体中会卷入空气使保护性能下降。
3．5由于焊接是自动进行的。在焊接施工中应合理安排施焊次序．以减少焊接残余变形和应力。
4 结论
4．1混合气体保护焊降低了焊缝的返修率。焊丝、电力利用率高，辅助工作少，改善焊接质量，减轻焊工的劳动强度．其综合成本明显低于气体保护药芯焊丝的全位置焊接，与CO：气体保护焊相近，社会效 益和综合经济效益明显。
4．2采用Ar—CO2混合气体保护焊焊接电弧功率较CO2气体保护焊时功率小、工艺焊接性较好，焊接接头质量稳定，返修率低、飞溅少，焊丝利用率高。已普及CO2气体保护电弧焊的情况下，对焊机稍加改造，配以合适的控制器和行走机构，较易实现全位置自动化焊接，易于推广。
4．3混合气体保护焊焊接接头的抗拉强度、冲击韧性、硬度分布能适合于对焊缝的强度、冲击韧性要求较高的焊件的焊接，能满足压力容器类对焊接接头的要求。
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以利用直尺顶住探头前沿测量，测量33.6mm。一般情况下焊接接头的中心位置就是缺陷位置，在屏幕上可以显示出具体数据。
本文检测的缺陷深度为42.8mm，缺陷当量为φ3*40-11+14.3=φ3*40+3.3.在第三区域，母材厚度约为43.7mm。通过对波形的分析，计算缺陷位置，可以判断该缺陷属于根部没有完全焊透，对该缺陷的反射波幅处于第三区域，无论指示长度怎样，可以判定出缺陷属于四级缺陷。
检测缺陷能够确定回波高度较低位置为缺陷位置，波形稳定时，还需要从多方向检测，确定反射波大小均匀。移动探头，若缺陷对应的反射波会立即消失。使用直尺将探头前沿顶住，屏幕的数据可以显示出，该缺陷深度大约为24.8mm，缺陷当量为φ3*40-11+5.5=φ3*40-5.5。在第二区，母材厚度为43.7mm，通过对波形的分析以及计算缺陷位置，可以判断缺陷是存在单个气孔。
检测缺陷时，将探头左右移动，观察到反射波连续出现，随着波幅的变动，转动探头检验，发现波峰出现上下错动的现象。使用直尺顶住探头，测量79.5mm，可以发现焊接接头位置上的缺陷。通过观察屏幕的数据，可以发现，缺陷深度约为86.1mm，缺陷当量为φ*40-11-3=φ3*40-13，缺陷位于第二区，母材厚度保持在43.5mm。通过对波形进行分析，并计算缺陷的位置，可以对缺陷进行判断，缺陷位置出现了表面裂纹，根据相关标准规定，判断缺陷属于第四级。
结论：
综上所述，通过分析钢焊接接头检测方法、P91钢的声学特性以及横波衰减系数，对火电站P91钢焊接接头超声检测方法展开深入研究。使用双探头测量方法能够对现场钢焊接接头缺陷进行准确定位，要先经过对试块的对比测验，调整参数，对参数进行修正，选择晶片尺寸为10*12mm，K1~K2值，频率2.5MHz探头，可以根据数据和波形的分析，能准确辨别缺陷的种类以及详细位置，进而辅助检修工作的开展，保证火电站设备的稳定应用。
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个意识”、坚信“四个自信”、坚决做到“两个维护”、坚持“政治本色”的重大意义和深远影响。
二是“不忘初心，牢记使命”主题教育突出政治原则教育。历史已经并将继续证明，没有中国共产党的领导，民族复兴必然是空想。“办好中国的事情，关键在党”。增强政治自觉的关键就是要全面贯彻落实党的政治原则，坚持党对一切工作的领导，坚持党中央权威和集中统一领导。进入新时代，我们要坚持习近平新时代中国特色社会主义思想指引下进一步增强政治自觉，为实现“四个伟大”，必须统一全党意志，团结一致，众志成城，攻坚克难，夯实好党的执政根基，努力做到在党言党、在党爱党、在党忧党、在党护党，是非面前分得清、名利面前放得下、关键时刻靠得住。
三是“不忘初心，牢记使命”主题教育突出政治风险教育。我们党从来不回避问题，秉持着直面现实问题的高尚品格。习近平总书记在不同场合多次提到要“防范政治风险”的现实性和紧迫性，概括起来我们党现在所遇风险主要来自两个方面，一方面，从外部来看，以美国为首西方势力“嫉妒羡慕恨”中国经济社会发展的美好态势，加之社会制度的差异等诸多因素，不断挑起冲突，当前对中兴和华为的“责难”就是明证，看似经济摩擦经济问题，其实质是政治问题，为此我们必须保持高度警惕。另一方面，从内部来看，我们党执政的风险主要还是来自于内部，当前我国内部的政治风险主要聚焦在精神懈怠、能力不足、脱离群众、消极腐败四大危险，加之具有新的历史特点的复杂政治斗争形势。四是“不忘初心，牢记使命”主题教育突出涵养政治生态教育。良好的政治生态是提高党的执政能力和水平重要标识，也是保持党的先进性和纯洁性建设、实现中华民族伟大复兴中国梦的政治保证。涵养政治生态是一项系统的基础性工程，更是一项经常性工作，需要我们党浚其源、涵其林，养正气、固根本，锲而不舍地抓下去，努力培养风清气正的良好政治生态。
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论文作者:王维威
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第13期
论文发表时间:2019/12/5
标签：气体论文; 焊丝论文; 缺陷论文; 电弧论文; 位置论文; 政治论文; 焊工论文; 《建筑细部》2019年第13期论文;