氣保焊焊接的發(fā)展

-.z**機電職業(yè)技術學院畢業(yè)論文CO2焊接技術在金屬構造行業(yè)的應用與推廣姓名：陳明剛指導教師：王耀專業(yè)：焊接技術及自動化班級：焊接1002班CO2焊接技術在金屬構造行業(yè)的應用與推廣陳明剛〔**機電職業(yè)學院材料工程系〕摘要：目前在美國、日本、歐洲等興旺國家及地區(qū)采用焊接金屬構造比例日趨增大，其中CO2氣保焊消耗的焊接金屬材料重量約占全部焊接材料總重量的50%～75%。CO2氣保焊能夠實現較大的焊接電流，φ1.2mm實心焊絲，焊接電流可到達350A；ф2.4mm藥芯焊絲的焊接電流可到達500A，電流密度通常為100A/mm2～300A/mm2，電弧熱量集中、焊絲熔化速度快、熔敷系數高，而且保持連續(xù)焊接，從而提高焊接生產效率，CO2氣保焊可比手工電弧焊提高工作效率1～5倍。CO2氣保焊的電弧密度高，電弧能量大多有效地用于焊接材料熔化及母材金屬的熔合，獲得每千克敷金屬的耗電量較低，ф1.2mm實心焊絲約為1.8～2.0為kWh/kg；ф1.2mm～ф2.4mm藥芯焊絲為2.1～2.4kWh/kg，能源利用率高，因此，CO2氣保焊推廣應用有利于節(jié)省能源，可比手工電弧焊節(jié)電50%～60%，從而減少了能源浪費，有利于人類可持續(xù)開展。關鍵詞：CO2氣保焊；焊接工藝。1引言CO2氣體保護電弧焊是一種先進的焊接方法，它具有焊接質量好、效率高、本錢低等一系列優(yōu)點。但它與手弧焊、埋弧焊相比也存在一些缺點：如焊縫成形不夠美觀，焊接時飛濺大；CO2焊接設備較復雜，要求操作人員具有較高的維護設備的技術能力；抗風能力差，給室外作業(yè)帶來一定困難；弧光較強，焊接時必須注意勞動保護，CO2氣體純度一致性的保證問題等等。由于以上問題，也為CO2氣體保護焊的推廣和應用帶來一定的難度。2、CO2焊接技術開展歷史CO2焊接技術開展與金屬構造制造狀況密不可分。50年代初期，CO2氣保焊技術一經開發(fā)，就應用于金屬構造制造，并伴隨著焊接構造設計、制造技術水平的不斷提高，逐漸成為金屬構造焊接的主要方法。其高效、優(yōu)質、自動化的技術特點，具有良好的應用條件，并且極大地推動了金屬構造焊接技術和相關產業(yè)的開展，在焊接技術開展史上書寫了輝煌的一頁。目前在美國、日本、歐洲等興旺國家及地區(qū)采用焊接金屬構造比例日趨增大，其中CO2氣保焊消耗的焊接金屬材料重量約占全部焊接材料總重量的50%～75%。經過多年的努力，我國CO2氣保焊技術在金屬構造制造業(yè)中的推廣應用，取得了長足進步，并可以總結為三個階段：探索階段、起步階段、開展階段。探索階段是從60年代到80年代中期，國內高校、研究單位及一些廠礦企業(yè)對CO2焊接技術處于研究、開發(fā)、收集、整理國外焊接技術，在這一時期CO2氣保焊技術沒有形成大批量金屬構造的生產能力及相關產品的生產規(guī)模。大多數企業(yè)技術人員不熟悉或根本不了解CO2氣保焊技術及其主要特點?？梢哉f是在借助國外成熟技術和生產工藝，形成了我國大型金屬構造企業(yè)的CO2氣保焊技術的生產能力，從而大大改變了金屬構造制造企業(yè)的裝備水平、制造能力，提高了產品質量和生產效率，改變了傳統(tǒng)的金屬構造焊接工藝，引起了焊接技術的革命，推動了國內CO2氣保焊設備、焊接材料、輔件等領域技術研究和推廣應用工作的開展。開展階段是從90年代初至今的近十年時間，CO2氣保焊技術在金屬構造行業(yè)中應用、推廣工作蓬勃開展。表現在CO2氣保焊技術開發(fā)能力增強，應用工作從大型機械企業(yè)推廣到中、小型企業(yè)，而大型機械企業(yè)的CO2氣保焊應用也從一些合作產品的生產，推廣到各種金屬焊接構造、CO2氣保焊設備、焊接材料及配套輔件，根本實現國內生產供應。一批效勞于CO2氣保焊技術的企業(yè)，把握住了CO2氣保焊技術推廣的市場脈搏，迅速開展起來。3、CO2氣保焊的主要特點通過多年研究與應用實踐，CO2氣保焊技術的主要特點概述為以下幾點：3.1生產效率高CO2氣保焊能夠實現較大的焊接電流，采用ф1.2mm實心焊絲，焊接電流可到達350A，ф2.4mm藥芯焊絲的焊接電流可到達500A，電流密度通常為100A/mm2～300A/mm2，電弧熱量集中、焊絲熔化速度快、熔敷系數高，而且保持連續(xù)焊接，從而提高焊接生產效率，CO2氣保焊可比手工電弧焊提高工作效率1～5倍。采用明弧焊接，熔池可見度好，操作方便，適宜于全位置焊接。并且有利于焊接過程中的機械化和自動化，特別是空間位置的機械化焊接。3.2焊接質量好CO2氣保焊的自動化程度高，電弧自身調節(jié)作用強，焊接過程中電弧穩(wěn)定性好，人為干擾因素少。電弧可持續(xù)燃燒，整條接頭少，金屬組織致密，焊接質量穩(wěn)定。同時CO2氣保焊電弧氣氛氧化性強，對焊件外表油、銹敏感性低，焊縫金屬擴散氫含量低，大大提高了焊接頭力學性能和抗裂性能。3.3CO2氣保焊技術改良了焊接接頭形式CO2氣保焊技術改良了焊接接頭形式和焊接坡口形式。CO2氣保焊接的焊接熔深較大，在T形接頭形式設計時，當熔深增大時，在保證焊縫金屬承載面積保持不變時，焊腳尺寸往往可以減少。在對接接頭設計時，CO2氣保焊與手工電弧焊相比，焊接坡口角度一般可以減少5°～10°，當采用單邊V形坡口對接焊時，坡口角度為45°，采用錐形噴嘴，就可以使根部焊透，并使焊縫熔合很好，從而有效地減少填充金屬量，減少焊接作業(yè)時間和焊接材料消耗。3.4能源利用率高CO2氣保焊的電弧密度高，電弧能量大多有效地用于焊接材料熔化及母材金屬的熔合，獲得每千克敷金屬的耗電量較低，ф1.2mm實心焊絲約為1.8～2.0為kWh/kg；ф1.2mm～ф2.4mm藥芯焊絲為2.1～2.4kWh/kg，能源利用率高，因此，CO2氣保焊推廣應用有利于節(jié)省能源，可比手工電弧焊節(jié)電50%～60%，從而減少了能源浪費，有利于人類可持續(xù)開展。3.5焊接規(guī)*參數調節(jié)*圍大CO2氣保焊同一規(guī)格尺寸的焊絲可采用焊接規(guī)*參數變化*圍較大，如ф1.2mm實心焊絲，其焊接電流調節(jié)*圍可以為80～350A，從而使CO2焊接設備、材料具備較好的適應金屬構造產品的變化能力，減少了儲藏焊接材料規(guī)格和重量，有利于焊接質量控制和管理。4、CO2氣保焊技術應用狀況CO2氣保焊技術在大型金屬構造制造企業(yè)中廣泛使用，在中、小型企業(yè)中局部使用，制造的金屬構造種類大大增加。隨著機械行業(yè)骨干企業(yè)焊接技術改造，CO2氣保焊技術在大型金屬構造制造中廣泛采用。CO2氣保焊完成的焊接金屬構造已占其重量的50%～80%，在大型金屬構造企業(yè)中發(fā)揮著不可替代的骨干作用。CO2氣保焊主要用于制造大型橋式和門式起重機、4m3～23m3機械式挖掘機、1m3～6m3液壓控制機、大型加壓汽化爐和焦爐機械等煤處理設備以及大型減速機、提升機、堆取料機、軋鍛設備、氧氣瓶壓機、衛(wèi)星發(fā)射架等大型設備。在中、小型企業(yè)中推廣應用與所在地區(qū)、所處行業(yè)、產品構造特點等因素有較大關系，在焊接技術較為興旺的地區(qū)、焊接構造較多的企業(yè)、技術含量較高的產品，CO2氣保焊推廣使用情況較好。雖然中、小企業(yè)中應用情況差異較大，但通過多年宣傳、引導，CO2氣保焊技術已逐漸成為企業(yè)技術改造中主要選擇的焊接技術裝備。4.1CO2氣保焊設備應用狀況金屬構造行業(yè)采用CO2氣保焊焊接設備一般要求具有以下性能：電源暫載率高、大電流、工作時間長；施工位置與電源之間的距離長，采用遙控調節(jié)規(guī)*參數，送絲機構及二次電纜重量輕，利于移動；可移動局部的聯(lián)結必須結實可靠等。在CO2氣保焊技術推廣的起步階段，主要由國外進口焊接設備或引進國外技術設備生產，因為國內企業(yè)生產的焊機功能和生產規(guī)模與國外廠商有一定的差距，所以大型企業(yè)在技術改造中大局部選用價格較高、功能好的進口設備。在CO2氣保焊技術推廣的開展階段，經過焊接設備制造廠商的合資或獨資開發(fā)，額定電流350A、500A的CO2氣保焊半自動焊機，根本實現國內組裝制造，都具有較好使用功能和可靠性，并陸續(xù)在金屬構造企業(yè)中成為主要選擇的CO2氣保焊機型，占有一定數量和市場份額，從而改變了大批量進口設備的狀況。目前也有一些金屬構造企業(yè)使用一批CO2氣保焊專業(yè)設備及焊接機器人工作站，但總體規(guī)模和應用數量比較小。這既與金屬構造企業(yè)中成為主要選擇的CO2氣保焊機型，占有一定數量和市場份額，從而改變了大批量進口設備的狀況。目前也有一些金屬構造企業(yè)使用一批CO2氣保焊專業(yè)設備及焊接機器人工作站，但總體規(guī)模和應用數量比較小。這既與金屬構造產品的生產規(guī)模及加工精度有直接聯(lián)系，也與專用設備設計、制造水平有關。CO2氣保焊專用設備多用于金屬零件形狀簡單、規(guī)格相近，生產批量較大的金屬構造產品生產線。4.2CO2氣保焊焊接材料的應用裝況80年代初至80年代中期，我國針對當時Q235、17Mn等主要構造鋼生產的490MPa級CO2氣保焊實心焊絲，在引進設備、引進技術、開發(fā)試制的努力中，已實現局部自給，但是處于供不應求狀態(tài)，而且藥芯焊絲根本處于開發(fā)研制、試生產狀態(tài)，大局部CO2氣保焊焊接材料主要依靠從美國、日本、歐洲等國家進口。國產焊接材料與進口焊接材料相比在工藝性能、力學性能方面存在著一定差距。目前我國CO2氣保焊實心焊絲已經形成一定生產規(guī)模，產量和質量也有很大提高。針對Q235、Q345及Q390等構造鋼的CO2氣保焊焊絲，能夠滿足金屬構造制造的要求，使用最多的實心焊絲主要有ER49-1(H08Mn2SiA)及ER50-6等牌號，規(guī)格主要有ф1.2mm、ф1.6mm兩種，國內生產狀態(tài)處于供大于求的狀況，但國內各焊絲生產廠家的質量也有較大差異，特別是在焊絲化學成分穩(wěn)定性、焊絲外表鍍銅質量、焊絲剛度等主要參數方面仍有明顯差異。600MPa級實心焊絲的幾個生產廠家質量比較穩(wěn)定，700MPa級以上實心焊絲的生產廠家極少，對于其它高強度鋼、特殊鋼種焊絲仍主要依賴進口。在CO2氣保焊藥芯焊絲生產領域，從寶鋼焊業(yè)**公司引進英國技術以來，國內一些單位在引進技術或自我研究開發(fā)，形成一定的生產能力，也局部滿足國內市場需求，品種主要有500MPa和600MPa構造鋼藥芯焊絲、不銹鋼藥芯焊絲、堆焊藥芯焊絲等品種，具有較好焊接工藝性能和力學性能，但仍有待于解決繼續(xù)提高開發(fā)能力、提高質量、形成系列產品、擴大生產規(guī)模、降低生產本錢等問題。CO2氣保焊保護氣體生產方面，主要依賴于各地區(qū)石灰窯生產企業(yè)、化工企業(yè)和釀造企業(yè)的副產品，沒有氣體專業(yè)生產廠家。4.3金屬構造行業(yè)CO2氣保焊技術推廣的人才狀況金屬構造行業(yè)中CO2氣保焊技術推廣工作是在中國焊接協(xié)會和中國機械工程學會焊接分會倡導下，結合金屬構造行業(yè)自身開展要求，逐步推廣應用的。其中金屬構造行業(yè)中焊接技術人員及焊接工人本著對企業(yè)技術進步無私奉獻發(fā)揮著積極作用。隨著市場經濟逐步延伸，金屬構造行業(yè)的經濟效益普遍滑坡，焊接技術人才嚴重流失，早期從事CO2氣保焊研究及推廣的具有相當經歷的技術人員也有許多離開這項工作，新的技術人員補充不上，使得此項工作受到影響。這就引發(fā)了金屬構造行業(yè)以及傳統(tǒng)產業(yè)技術改造中技術人才的隱患，以及傳統(tǒng)產業(yè)技改機制，人才鼓勵機制等問題，影響了CO2氣保焊技術推廣速度和相應新型技術的開發(fā)。而這種機制問題還將影響金屬構造行業(yè)的其它技術改造及技術革新工作的開展。5、CO2氣保焊技術應用研究的新領域5.1CO2氣保焊技術應用向室外開展為拓展CO2氣保焊技術應用領域，一些金屬構造企業(yè)和焊接材料生產單位，根據生產需要，研究開發(fā)在室外環(huán)境中采用自保護藥芯焊絲焊接的技術。太重集團曾采用美國豪伯特公司的自保護藥芯焊絲E7158-K6、ф2.0mm加適量CO2保護氣體，在有風環(huán)境下進展試驗，焊接電流I=180～200A,焊接電壓U=22～25V，CO2保護氣體流量為15L/min，在較強干擾風情況下施焊，電弧穩(wěn)定性較好，焊縫成形美觀，脫渣性能良好，飛濺小，而且經過焊接試板無損探傷，超聲波探傷檢測到達Ⅰ級焊縫，未見焊縫氣孔等缺陷，焊縫熔敷金屬力學性能較好，σb=576MPa，室溫Akv=190J，-40℃Akv=162J。經過橫焊位置焊接試驗，試板超聲波探傷合格，說明CO2氣保焊室外焊接技術的可行性。這項技術為CO2氣保焊在大型建筑、安裝等室外施工中推廣應用打下了根底。5.2CO2氣保焊技術中保護氣體變化由于單一CO2氣保焊時，有焊接飛濺大、成形凸起等缺點，在承受疲勞載荷的金屬構造件或焊縫外觀要求較高以及高強度構造鋼焊接時，大多采用富Ar氣體保護焊，即用不同配比Ar氣和CO2混合氣體做為焊接保護氣體以代替單一的CO2氣體，改善焊接工藝性能，降低保護氣體氧化性，提高焊接韌性。目前最常見的有80%Ar+20%CO2的氣體配比。5.3CO2氣保焊技術向高性能金屬構造領域開展隨著CO2氣保焊技術開展中各保護氣體、焊接材料(藥芯焊絲、實心焊絲)的配套，采用CO2氣保焊技術焊接金屬材料*圍由常見Q235、Q345高強度鋼構造焊接、中碳合鑄鍛件焊接修復、室外高韌性構造件焊接、奧氏體高錳鋼構造焊接及高硬度耐磨堆焊等方面。5.4CO2氣保焊在焊接自動化及焊接機器人領域的應用由于CO2氣保焊技術具有連續(xù)焊接和較高的生產效率、焊縫質量優(yōu)良等特點，從而成為金屬構造自動化生產的主要焊接手段，實現大規(guī)模連續(xù)生產的主要手段。今后在金屬構造制造中仍有很大開展空間。6、CO2氣保焊技術推廣應用中存在的問題思想認識缺乏，技術人才缺乏.對于金屬構造制造企業(yè)的*些領導，往往對CO2氣保焊技術改造的必要性和緊迫性認識缺乏，受資金狀況和企業(yè)經營狀況的困擾，只顧企業(yè)短期任務目標，無視工藝技術裝備改造，滿足于現有產品質量狀況，因而制約CO2氣保焊技術推廣應用。有些企業(yè)在購置CO2氣保焊設備時，由于缺乏必要的技術人員和焊工操作技能，不能正常使用CO2氣保焊裝備，這不僅需要設備供應商提供較好售后效勞，同時也為協(xié)會、學會等群眾性學術組織的工藝咨詢、人員培訓等工作提出要求，如何加強為金屬構造企業(yè)焊接技術效勞，也是行業(yè)和各省、市焊接學術組織面臨的課題。CO2氣保焊技術推廣所需的國產化設備、焊接材料等品種不多、系列化進程比較長遠。目前國內CO2氣保焊技術開發(fā)研究與國外興旺國家還有一定的差距，推廣應用的主要機型根本仍是可控硅電源為主的氣保焊機。國內自行開發(fā)生的CO2氣保焊產品，由于種種原因，難以形成真正生產規(guī)模，開展受到限制。CO2氣保焊焊接材料方面，主要以500MPa左右氣保焊實心焊絲和藥芯焊絲為主，而且實心焊絲生產能力已經根本處于飽和局面，但高強度、高韌性或其它性能實心焊絲和藥芯焊絲又無法滿足國內金屬構造行業(yè)要求，難以形成專業(yè)化強、又具有特色的焊接產品，處于較混亂的低水平重復性競爭中。在保護氣體方面僅有兩家合資公司可以提供系列高純度焊接用氣體。由于CO2氣保焊技術應用時，需要較強的成套產品效勞，即需要設備、材料、工藝等多方面支持，單一功能的售后效勞或咨詢效勞有時不能解決應用中存在的所有問題，這需要在全方位效勞內容里，需建立一定的中心站，進展輻射效勞，形成一條龍的效勞，利用主要供應商或大型金屬構造企業(yè)或地方學會為核心，進展地區(qū)效勞網建立，以最低價格、完備效勞，推廣CO2氣保焊技術。國內焊機和焊材生產企業(yè)在協(xié)會和行業(yè)的統(tǒng)一領導協(xié)調和指導下，打破地區(qū)、行業(yè)壟斷局面，走強-強合作或技術-資金互補的道路，防止在低水平上重