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摘要：CO2半自动焊应用回顾，试验比较，总结优缺点，大力推广使用
关键词：CO2半自动焊；推广应用
引言
上世纪70年代中期，电建单位就已经开始使用CO2半自动焊（以下简称CO2焊）工艺，但由于早期的焊接设备笨重、性能差，加之受电站安装环境制约，且受当时国产焊丝种类少、进口焊丝成本高等因素影响，因此当时CO2焊工艺在电站施工中没能得到广泛应用。
随着焊接设备生产水平的不断提高，目前国内已生产出体积小、重量轻、性能可靠的逆变数显式CO2半自动焊机，且外接焊线长度可达50米以上，完全能适应电站安装现场的施工需求；再者，近年来国产CO2焊丝的种类、规格及质量均能满足工艺要求，也为CO2焊的推广使用创造了条件。鉴于CO2焊具有效率高、成本低、节能、焊缝成型美观、环境污染小、利于文明施工等优点，我公司于2007年重启CO2焊的推广使用计划；首先在焊机的选择、焊接工艺评定和焊工培训等三方面做了大量准备工作，为推广奠定了良好的资源和技术准备；同年，我们选择部分有代表性的工地进行了试用，如托自300MW机组安装、多伦煤化工工程进行推广性试焊，托电检修等工程中使用，试焊半年用焊丝近3吨。经统计，综合工效较传统的手工焊工艺提高了三倍以上，成本降低了40%，且焊接质量受到了一致好评。
1 CO2焊与焊条电弧焊的对比
为比较CO2焊与手工电弧焊的优劣性，了解CO2焊在电站安装现场使用情况，我们选用多伦煤化工工程动力锅炉的二次密封部件作为试验对象，进行了现场焊接对比。
1.1施工效率
对比试验是在施焊部件、位置、焊缝长度均相同的条件进行的，试验记录如下。
上表数据说明：在同等的条件下，CO2焊在焊材用量和焊接时间上都具有很大的优势。
1.2施工成本
我们按CO2焊1个标准工作日内完成的工作量计算成本，包括人工费、焊材费、电费、焊机台班费。
⑴设焊工实际工作时间为6h/d•人
⑵焊机的电流转换效率取η=0.85。
⑶试验地电价0.97元/（kw•h）
1.2.1 CO2焊成本测算
⑴CO2焊人工费：240元/d•人
⑵焊材：
CO2气体6000L/瓶，38元/瓶；φ1.2mm CO2焊丝7.5元/kg
气体用量=15L/min×360min/d/（6000L/瓶）=0.9瓶/d
焊丝用量=（1.36kg/9m）×90m/d=13.6kg/d
⑶CO2焊机台班费：30元/（台•班）
⑷用电量=（UI/η）×6h/d=（23.9×174/0.85）×6=29.4kw•h/d
⑸工作量=6h/d×60min/h×（9m/36min）=90m/d
⑹CO2焊成本=人工费（240元）+焊材费（38元×0.9瓶+7.5元×13.6kg）+焊机台班费（30元）+电费（0.97元×29.4kw•h）=434.72元/天
1.2.2焊条电弧焊
根据试验数据，焊条电弧焊工艺，每人1个标准工作日内实际工作量为=（9m/116min）×6h/d×60min/h=27.93m/d，同样按日完成90m焊缝需要焊条电弧焊焊工人数=90m/[27.93m/（d•人）]=3.2人。
⑴焊条电弧焊人工费：200元/d•人
⑵焊材：φ3.2mm J507焊条6元/kg，φ3.2mm焊条30支/kg（每支焊条的焊接时间为1.2min）
焊材用量=90m×（1.9kg/9m）=19kg
⑶焊机台班费：18元/（台•班）
⑷用电量=（UI/η）×11.4h=（25V×112A/0.85）×11.4h=37.56kw•h
焊机带负荷工作时间=19kg×30支/kg×1.2min/支/（60min/h）=11.4h
⑸成本=人工费（200×3.2人）+焊材费（6元×19kg）+焊机台班费（18元×3.2人）+电费（0.97元×37.56kw•h）=848.04元
1.2.3成本对比
同样完成90米焊缝，使用CO2焊工艺可节约费用848.04-434.72=413.32元，即每使用1kg CO2焊丝节约成本413.32/13.6kg=30.39元。
注：焊条电弧焊需要3.2倍于CO2焊的焊工、机具，由此而增加的人员、机具、材料的运输费用以及人员食宿等费用还未列入成本中。通过对比可知完成同样的焊缝，焊条电弧焊耗时为CO2焊的3.2倍。
2 对比焊缝质量及力学性能的差异，为CO2焊推广应用提供理论依据
2.1管对接试验
母材为20g，规格φ219×10mm
CO2焊为2G、5G；焊丝：TM-56，规格：φ1.2mm
电弧焊为6G；焊条：E5015，规格：φ3.2/4.0mm
CO2焊焊接速度快，外观成型美观，清洁。
2.2通过以上试验可以看出，严格按照焊接工艺要求进行操作，管对接焊，CO2焊与电弧焊在焊件外观、内部质量、力学性能等指标均合格，由此可见在条件允许情况下使用CO2焊不仅高效而且质优。板对接试验结果亦是如此。
3 CO2焊的主要优点
3.1速度快、效率高
⑴ CO2焊的速度相当于焊条电弧焊的3倍左右，且焊接过程中省去了更换焊条和清理焊渣的时间，即焊接辅助时间比焊条电弧焊少。
⑵ CO2焊为明弧操作，熔池的可见度好，焊缝成型美观。在锅炉顶棚过热器梳形板焊接中，对较大的缝隙和不规则的间隙，通过调整焊枪的摆幅、焊速，得到成型良好的焊缝；对夹角小的焊缝（水冷壁包墙孔门竖板的焊缝）最能体现出CO2焊效率高及焊缝成型好的优势。
3.2焊接变形小、成型美观
CO2焊接时，电弧在保护气体的压缩下热量集中，焊接热影响区窄，焊件变形小，极少出现咬边现象；鉴于上述优点，CO2焊尤其适用薄板焊接。
3.3现场清洁干净
CO2焊没有焊渣，无药皮燃烧烟尘，焊接现场相对整洁，有利于安全文明施工。
3.4熔敷率高、浪费少，可有效节约资源
熔敷效率高：1kg焊条（φ3.2）剩约0.19kg焊条头，焊芯比重占68%，焊条的熔敷系数为55%，20kg焊条熔敷金属量为11kg，而20kg CO2焊丝剩余的焊丝头少于0.2kg，熔敷系数高于97%，即等量的熔敷金属的焊材使用量，20kg CO2焊丝相当于35.3kg焊条。
3.5成本低。
与电焊条相比，完成90m焊缝，使用CO2焊工艺可节约费用413.32元，每使用1 kg CO2焊丝节约成本30.39元左右。能够大幅降低施工成本、提高劳动生产率。
4 CO2焊的主要缺点
4.1焊接位置的局限性
CO2焊主要用于平、立、横焊位的焊接，对于仰焊等困难位置CO2焊的操作有一定难度，仍需采用焊条电弧焊工艺。
4.2焊前准备工作要求高
尽管CO2焊焊前对除锈去污要求较高，但除锈操作比较简单，很容易满足，且无须预热。与焊条电弧焊相比，从全焊接过程的工作量来看，CO2焊的焊前清理工作量较小。
4.3飞溅较大
主要是由于CO2气体分解后具有强烈的氧化性，使碳氧化成CO气体，CO气体受热急剧膨胀，造成熔滴爆破，产生大量细粒飞溅。减少这种飞溅的方法可采用脱氧元素多、含碳量低的脱氧焊丝，以减少CO气体的生成，采用反极性亦可减少飞溅。
4.4飞溅很容易造成导流嘴堵塞
由于飞溅很容易造成导流嘴堵塞，我们采用防飞溅剂，现在接触的有两类：一类是喷雾类，另一种为固体膏类。经现场使用，防飞溅膏使用方便，效果也比较理想。
4.5焊机转运不灵活
焊机转运不灵活。这也是CO2焊广泛使用遇阻的主要原因之一。随着CO2焊接设备生产水平的不断提高，国内许多厂家已经生产出体积小、重量轻、性能可靠的逆变数显试半自动CO2焊机，而且外接焊线长度可达50米以上，可满足电站安装现场的使用需求。
5 CO2焊在工程中的应用范围
锅炉水冷壁和顶棚的密封、张力板的焊接工作相当密集，焊机不需要频繁转移，适当加长控制线缆，即可便于CO2焊的使用。在汽机房的施工中，在凝汽器底板、侧板组合，安装焊接。
6 结论
在综合了CO2焊的优缺点，我们根据电站安装的实际情况，在适宜使用CO2焊的部件积极推广应用，取得良好的效果。
公司为推广CO2焊做了大量工作，培训取证20名焊工，购买焊接设备20台套。从2008年6月正式推广使用至今，在建项目已大量使用了CO2焊工艺，节约了大量成本。主要应用部位有：锅炉水冷壁密封、张力板、拼封、孔门，锅炉顶部梳形板、密封盒、二次密封，磨煤机检修平台，电除尘灰斗，省煤器大灰斗等。
根据电站焊接施工的实际情况，采用CO2焊虽不可能完全替代焊条电弧焊，但是很多部件的焊接是可以采用CO2焊的，如钢结构、烟风道、循环水管、锅炉本体一次及二次密封、张力板、油罐水箱，以及中、低压管道等。
综上所述，CO2焊在电站安装中具有较大的应用价值和推广意义。
论文作者:杨广富
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/16
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