摘 要：CO2气体保护焊在管道焊接中的应用越来越广泛，掌握实际操作中的技术问题是关键所在。重点介绍了CO2气体保护焊的焊接工艺在水平固定管对接焊接中的要领和应用技术情况。
关键词：焊接 管道 水平 固定 对接
中图分类号：TG456 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）002-022-03
随着工业与科学技术的不断发展，CO2气体保护焊的焊接技术在机械制造、化工、电力、船舶等部门的应用越来越普遍，管道的焊接也越来越多，如：供水、供气、压力管道、容器出口等方面常采用CO2气体保护焊的焊接工艺，而水平固定对接接头应用广泛。因此，掌握好CO2气体保护焊的工艺要领十分必要，具有重要意义。
1 CO2气体保护焊焊接工艺特点分析
1.1 CO2气体保护焊焊接的优点
(1)焊接成本低，CO2气体来源广、价格低，消耗电能少。
(2)生产率高，CO2气体保护焊电流密度大，使熔深增大，焊丝的熔化率提高，熔敷速度加大；另外，焊后没有熔渣，特别是在多层焊、多层多道焊节省层间清理的时间，所以生产率比焊条电弧焊高1-4倍。
(3)抗锈能力强，由于CO2气体在焊接过程中分解，氧化性较强，对焊件上的铁锈敏感性小，故对焊前清理的要求不高。
(4)焊接变形小，由于电弧热量集中、CO2气体有冷却作用、受热面积小，所以焊后焊件变形小，特别对薄板的焊接更为突出。
(5)冷裂倾向小，气体保护焊焊缝的扩散氢含量少，抗裂性能好，在焊接低合金高强度钢时，出现冷裂倾向小。
(6)采用明弧焊熔池可见性好，观察和控制焊接过程较为方便。
(7)适用范围广，CO2气体保护焊可进行各种位置的焊接，不仅适用焊接薄板，还常用于中、厚板管的焊接。
1.2 CO2气体保护焊焊接的缺点
(1)使用大电流焊接时，飞溅较多。
(2)由于使用气体保护，不能在有风的地方施焊。
(3)焊接操作中易产生气孔、层间夹杂等焊接缺陷。
2 水平固定对接管焊接操作特点分析
水平对接固定管焊接，包括仰焊、立焊、平焊三种焊接位置，又称全位置焊接，焊接时有如下特点：
(1)管件的施焊空间位置沿环形接缝连续不断地发生变化。焊接过程中，焊枪角度、运丝速度、熔池倾斜的状态都随焊接位置的变化而变化。因此对操作者控制熔池温度和熔池形状以及连续改变焊枪角度的能力有较高要求。
(2)由于管道焊接一般都是采用单面焊双面成形技术进行操作，在焊接过程中，常出现根部焊透程度不均匀，焊道表面凹凸不平的情况。
(3)因为全位置焊接操作难度较大，焊缝中经常出现各种缺陷：如在仰焊位置出现焊瘤或熔透不均匀；斜仰焊位置易出现焊瘤，斜平焊位置焊透程度易过大，背面余高过高。
如何防止出现上述缺陷，并获得外形美观的焊缝、合格的内部质量？现以16MnR 133?水平固定管对接焊为例，结合本人多年实践操作经验和理论基础，提出下述几点工艺措施供大家参考。
3 焊接工艺措施
3.1 焊接前准备
(1)坡口的加工制作所需尺寸如图1所示。
图1 坡口加工、组对图
(2)坡口清理
用角向磨光机对焊接区域10-20mm范围内的铁锈、油污及氧化物打磨，露出金属光泽为止。
(3)焊丝清理
如长时间未用的焊丝应检查其有无锈迹，如有将焊丝盘上外露部分去除。
(4)CO2气体提纯
将气瓶倒置30min,打开瓶阀排水后直立30min后排气30s，方可使用。
(5)焊接设备
采用直流焊机，如NBC-350型。采用直流反接法。
3.2 焊接操作
3.2.1 焊接层次的确定
因管壁厚为8mm,加之焊道余高在2-3mm,由于焊层过高，影响焊缝的塑性大小，一般焊层厚度控制在4mmm左右，所以确定按三层焊接。具体如图2所示。
第一层 打底层 焊层厚度约3mm左右
第二层 填充层 焊层厚度约4mm左右
第三层 盖面层 焊层厚度约4mm左右
图2 焊接层次分布图
3.2.2 确定工艺参数
(1)焊丝型号与焊丝直径
由于焊接管材的厚度为8mm，且水平固定位置焊接，焊接过程中有仰焊位、立焊位、平焊位焊接，故选择 1.2直径的细焊丝，焊接母材为16MnR，选用E50-6型号的焊丝，牌号为H08Mn2SiA。
(2)焊接电流
焊接电流的大小与焊接管的厚度、焊丝直径、施焊位置及焊接层次有关，且焊接要求为单面焊接双面成形。对各层的焊接电流确定如下：
定位焊 90-100A
打底层焊 110-120A
填充层焊 120-130A
盖面层焊 100-110A
(3)电弧电压
焊接电流主要影响焊缝的熔深，电弧电压主要影响焊缝的宽度。为获得良好的焊缝成形，并保证焊接过程的稳定性，需要电弧电压的大小与焊接电流相匹配。电弧电压与焊接电流的关系如下计算公式：
电弧电压（V）=0.04?焊接电流（A）＋ 16?.5
确定大小后，结合实际操作的状况进行微调。初步确定各焊层电弧电压为：
定位焊 18-21V
打底层焊 19-21V
填充层焊 21-23V
盖面层焊 20-22V
(4)其它参数如表1所示
表1 焊接参数表
3.2.3 坡口组对定位
按图1进行预留间隙2.5-3.2mm，上大下小。错边量控制在管壁厚度的10%之内。严格按工艺参数表中的参数范围进行试焊微调，具体操作方法，在坡口内一侧引弧点焊，然后在另一侧再引弧待两焊点间隙变小时连接两点，依次进行点焊，同时观察根部熔合情况，停留时间不可过长，防止产生焊瘤，点固长度为10-15mm。点固完毕后仔细检查点固焊点有无缺陷，确认无缺陷后，用砂轮将焊点两侧打磨出斜坡，为接头创造条件，防止接头未焊透。
定位点的选择：小直径管（＜ 60mm）的定位点一般选择一点；中径管（ 60- 159）的定位点一般选择二点；大径管（＞ 159）一般选择三点，且定位点在坡口内侧。定位点的长度为10-15mm,厚度为2-3mm，在时钟10点、2点位进行定位焊。具体见图3。
图3 管对接定位点示意图
3.2.4 焊接要领
(1)打底焊
采用两个半园自下而上进行焊接。在仰焊位置稍过中心点，位于5点或者7点处引弧焊接，先在一侧坡口根部将电弧引燃，熔化至形成熔池，然后再电弧移至另一侧以同样的方法焊接，将两点连接成功由于刚刚起弧施焊焊件温度较低，采用连弧焊的方法，运用小锯齿运枪法，电弧压在熔池的1/3处快速移动，中间稍快，两侧略作停留，焊接过程中仔细观察根部熔合情况，同时注意和保持焊丝的伸出长度10-15mm，伸出过长飞溅严重，气体保护效果变差，太短易造成飞溅堵塞喷嘴，影响保护效果，还影响焊工视线。
连弧焊接到立焊位置时温度逐渐变高，为防止产生焊瘤，开始采用断弧焊接，用圆圈运枪法进行焊接，当在面罩内看到熔池冷却到还有8mm左右大小时再次引弧。焊接过程中焊丝端头不要向前移动过快防止出现穿丝现象。平焊位置处熔孔要控制的小一些，防止出现焊瘤，超过时钟12点5-10mm时收弧，收弧时焊枪要向坡口两侧多运动一点，使收弧处的液态金属体积增大，防止产生缩孔。与定位焊接头时要注意，与定位焊道相距2-3mm时采用连弧施焊，保证接头焊透打底结束后，仔细清理飞溅及焊接过程中形成的脱氧产物。在焊接另一侧时，用角向磨光机将起头处、收弧打磨出30?的斜坡，另一侧起头时，在事先打磨出的斜坡上起弧运用同前一侧的方法焊接。具体焊枪角度见?所示。
图4 焊枪角度图
(2)填充层
先用角向磨光机将焊接接头处打磨掉过高的焊道，并对焊道表面的氧化物清理干净。填充时采用小锯齿运枪法进行连续焊接。焊道表面应尽量平直，且不得破坏坡口上表面的准线，留有1-2mm的距离。见图5所示。焊枪角度同图4所示。
图5 填充层焊接要求示意图
(3)盖面层
盖面起头部位在仰焊位置稍过中心点处的下坡口起焊并使两侧坡口棱角熔化，最后达到焊缝宽度，进入正常焊接。起头部位留出待接头的良好区域，见图6所示。盖面方法采用连弧或断弧施焊的方法均可，焊接工艺参数见上表，焊枪的摆动方法是反月牙横向摆动，两侧要做停留中间稍快，待形成熔池后进行正常焊接，然后重复这一动作，同时向焊道前方行走，注意两侧熔合情况，并观察层间熔合情况，前半部分的收弧是焊接至平焊中心位置将电弧熄灭。焊接后半部分时，在管子仰焊部位的接头方法是，引弧后将电弧拉至接头待焊处，建立熔池，将接头接好后进入正常焊接操作方法和另一侧相同。平焊接头是焊接到平焊位置的待焊区域时，使熔池逐渐缩小，直到填满弧坑后再收弧。此时应注意控制熔池宽度防止焊缝在平焊位置过宽。还应注意坡口的熔合情况。平焊接头见图7所示，焊枪角度同图4。
图6 盖面层的起头示意图
图7 盖面层平焊接头示意图
4 安全、防护措施
(1)施焊区域进行安全检查，对易燃易爆物品进行隔离，注意安全距离。
(2)为防止焊接区域内有流动风，对焊接管道周围进行防护措施，对管道两端进行封堵，以防有气流影响焊接而产生气孔等缺陷。
5 结论
采用上述操作要点进行对水平固定管焊接，其背面余高控制在2mm以内，熔透程度良好，表面成形美观。在培训工作中，学员施焊的试件基本达95%的是一级片，外观质量评分高达45分以上。说明该试工艺方法是可行的，值得在管道焊接中进行大力推广。
参考文献：
[1] 天津市机电工业总公司.电焊工必读[M].天津科学技术出版社,2001.
[2] 王长忠.焊工工艺与技能训练[M].中国劳动社会保障出版社,2006.