摘要：随着科学技术的发展，自动焊技术在生产中得到了广泛的应用。二氧化碳管道自动焊在厚壁管道焊接时采用CO2（20%）+Ar（80%）的混合气作为保护气体，克服了单纯CO2焊飞溅率较大的缺点，具有飞溅小、焊接质量好、生产效率高、焊丝利用率高，降低焊接成本，明弧操作，便于观察熔池，易学习掌握等优点。
本文阐述CO2（20%）+ Ar（80%）的混合气作为保护气体焊接的特点，并结合实际对管道自动焊易产生的缺陷、产生原因进行分析，并参考其焊接工艺制定了防治措施，施工中得以推广。文中还对自动焊的操作方法及注意事项做了简要介绍。
关键词：二氧化碳自动焊；工艺参数；熔池；厚壁；焊接缺陷及防范措施
1、二氧化碳管道自动焊的特点
二氧化碳管道自动焊是一种高效率、低成本、焊接质量好、易操作的新型焊管方法。其缺点是飞溅率较大，可通过正确选择焊接参数，使用性能优良的焊接电源加以改善。在生产中经过不断的实践摸索，使用CO2+Ar混合气体保护，飞溅率明显减少，见图1-1.
注：1变化较大线为直径大于0.8mm飞溅物；
2变化较小线为直径小于0.8mm飞溅物。
2 二氧化碳管道自动焊工艺
2.1 管口组对及坡口形式及尺寸
采用单面V形坡口，手工氩弧打底，管道自动焊填充盖面，如图2-1，每层焊道厚度为焊丝直径的2-4倍，宽度应小于20mm。坡口过大时应多层多道排焊。
图2-1
2.2 焊接电源
自动焊采用等速送丝式焊机配合平特性电源，直流反极性连接。
2.3 焊接材料
采用Ø1.0mmH08Mn2SiA实芯焊丝，Ar气纯度大于99.9%，CO2纯度大于99.5%。
2.4 工艺参数的选择
主要的焊接工艺参数有：焊丝直径，焊接电流，电弧电压，焊接速度，保护气体流量，焊丝伸出长度，摆幅及左右延时，摆动频率等。
（1）焊丝直径 采用Ø1.0mm细焊丝短路过度，其熔化速度快，短路频率高，焊缝成形美观。但焊丝的熔化速度随焊接电流的增加而增加，若使用过大的电流，将引起熔池翻腾，使焊缝成形恶化，根据实践Ø1.0mm焊丝焊接电流应80A-180A。
（2）焊接电流，电弧电压 焊接电流和电弧电压是重要的焊接参数，是决定焊缝厚度和宽度的主要因素。焊接电流和电弧电压之间存在着协调匹配的关系，可用下式计算：
U=0.04I+（16±2）（v）
（3）焊接速度 焊接速度对焊缝成形，接头的力学性能及气孔等缺陷的产生都有影响，焊速过快，会在焊趾部出现咬肉，甚至出现驼峰焊道、脱节。相反，速度过慢时，焊道变宽，在焊趾部成形溢满。熔化的铁水流淌向熔池前方形成未熔合，一般速度为60-100mm/min。
（4）保护气体流量 气体保护焊时，保护气体流量与焊接电流，喷嘴直径及形状，喷嘴高度等有关，一般为10-15L/min。
（5）焊丝伸出长度 焊丝伸出长度大约等于焊丝直径的10倍，伸出长度太大，电弧不稳，难以操作，同时飞溅增大，破坏保护效果而产生气孔。相反，会缩短喷嘴与焊件间的距离，飞溅物容易堵塞喷嘴破坏保护效果，还会妨碍观察电弧，影响操作。
（6）摆幅及左右延时 摆幅是焊丝摆动的宽度，焊丝摆动至前一层焊趾处，如图2-2。不能过宽，摆至坡口面上，也不能过窄，过宽或过窄都容易形成夹渣或未熔合。且摆动宽度小于20mm，当焊缝较宽时进行多层多道排焊，效果图如图2-3：
图2-2
图2-3
左右延时是焊丝摆动至左右侧停留的时间，左右延时根据经验调节，使焊缝表面平整，焊趾处无夹沟为宜。
（7）摆动频率 摆动频率的高低影响电弧的稳定性和焊缝成形，当摆幅较小时，摆动频率高，摆幅较大时摆动频率低。
3 焊接缺陷产生的原因及防治措施
3.1气孔产生的原因及防治措施
气孔主要产生在盖面焊道和找平焊道中，主要原因是保护气层遭到破坏。气孔的产生与环境状态有关，更关键的与焊接操作密切相关。环境风速（平均）并小于1.5m/s，符合标准要求，瞬时风速在2m/s以上时，就保证不了焊缝的质量达到要求，所以我们要求一定要使用防风措施，确保环境风速（平均）小于1.5m/s，符合标准要求。
气孔的产生与工艺参数的大小有密切关系，电流太小，电压过低，结晶速度过快，不利于气孔的浮出，但电流太大，电压过高，使熔池沸腾剧烈，有可能卷进空气，形成密集气孔；电弧电压，焊接电流增大，飞溅随之增大，易堵塞喷嘴，混合气不能顺畅流通，使保护失效产生气孔。还与保护气体流量及喷嘴直径，喷嘴高度等因素相关。因此选择合适的工艺参数很关键。
3.2夹渣产生的原因及防范措施
夹渣的产生与具体操作者及组对质量有关，层间清理时严重地损坏了原有坡口形状，本来是V型的，经打磨之后成了U型或破坏了坡口面使坡口面宽窄不一，这样在焊接时，坡口宽的两侧下角焊丝摆不到位易变成“死角”，焊接时，“死角”位置的熔渣翻不上来，就容易被夹在焊缝内。所以使用砂轮打磨时，尽量不要损坏原有坡口和保持坡口原始角度，打磨成“V型”且宽窄一致，圆滑过渡形状。
焊接规范的选择上，在能保证正常焊接的前提下，焊接电流要尽可能选择靠近规范值下限，避免焊丝熔化速度过快铁水前溢，形成夹渣。
3.3未熔合产生的原因及防范措施
未熔合是焊接中不允许存在的缺陷，也是管道自动焊时容易出现的问题，因此一定要有行之有效的措施进行控制。
（1）焊接位置的影响 如图3-1，管子逆时针旋转时，焊丝应处在距12点位置3-10mm处，太远焊缝成形恶化，焊趾处夹沟较深，后一道焊接易形成未熔合，焊丝超过12点位置时，形成铁水倒流，熔深变浅，易形成未熔合。
图3-1 A为焊接位置，N为管道旋转方向。
（2）焊接电流，电弧电压的影响 其影响较大，根据U=0.04I+（16±2）。
调节焊接电流和电弧电压，使其匹配的比较合适时，才能获得稳定的焊接过程。当焊接电流一定时，若电弧电压过高，弧长增长，熔深变浅，飞溅增加，易形成未熔合，若电弧电压过低，电弧不稳定，熔宽减小，焊趾处形成沟槽较深，下一层焊接易造成未熔合。
（3）焊接速度的影响 在焊接电流和电弧电压一定时，焊接速度影响焊缝的厚度和宽度，焊接速度过慢时，焊缝厚度增大，铁水前流，影响熔深，形成未熔合，焊接速度过快时，使焊缝脱节，焊趾处未熔合。
（4）摆幅及左右延时的影响 摆幅及左右延是比较重要的影响因素，根据焊缝宽度调节摆幅使焊丝始终处在前层焊趾处，并且停留适当的时间，使熔化金属填满焊趾处，形成表面平整的焊缝。摆幅宽度不够，延时时间过短，焊趾处形成未熔合；摆幅宽度过宽，延时时间过长，熔池从坡口面流向焊趾处，形成倒流，熔深变浅，形成未熔合。
4 、二氧化碳管道自动焊操作要领及注意事项
（1）根据不同壁厚和焊接层数预设置焊接电流，电弧电压，焊接速度等工艺参数。焊接电流和电弧电压一定要匹配，且大小适宜，太大易烧穿，飞溅也随之增大，影响焊接质量。
（2）根据坡口宽度预设置焊丝摆幅及左右延时。焊丝应在焊趾处做相应的停留时间，不能超出焊趾处在坡口面上停留，也不能达不到焊趾处停留，都会引起未熔合及夹渣等缺陷。左右停留时间通过观察熔池形状，焊缝表面平整为佳。
（3）打开试气开关调整气体流量。一般细焊丝短路焊接时10-15L/min.
（4）起弧进行焊接，观察预设置工艺参数的正确性，做出相应的调整。
（5）每焊接完成一层要停弧，调整工艺参数，剪去焊丝端头，以便下次起弧的稳定性。
（6）每次停弧后对喷嘴内飞溅物进行清理，以防飞溅物堵塞喷嘴，或飞溅物成块掉入熔池中，影响保护效果及电弧稳定性，使焊缝产生气孔等缺陷。
（7）在焊接过程中，每一项参数都直接影响焊接质量，而且各参数之间又相互影响，相互制约。为了获得优质的焊缝，除了注意各参数对焊缝成形和焊接过程的影响外，还必须考虑各参数的综合影响，即应根据U=0.04I+（16±2）使各项参数合理匹配。
结论：
通过对二氧化碳管道自动焊在生产应用中缺陷易产生的原因分析，结合二氧化碳气体保护焊工艺，制定相应的防范措施，在300万吨／年柴油加氢厚壁（δ=15-38mm）工艺管线焊接中，通过不断的摸索、实践、总结提高，焊接的焊缝探伤一次合格率达到98﹪.生产效率是手工焊的2-5倍。
参考文献：
[1]雷世明主编.焊接方法与设备.北京：机械工业出版社，2007.2
注：本文所用焊机为南京奥特移动式管道自动焊焊机。
论文作者:徐新萍,李晓明,何世军,赵思琪,杨学义
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/27
标签：焊丝论文; 电弧论文; 电流论文; 熔池论文; 气孔论文; 电压论文; 管道论文; 《基层建设》2019年第1期论文;