药芯焊丝在金结安装工程中的应用

药芯焊丝在金结安装工程中的应用

辛玉宽 韩洋

中国电建市政建设集团有限公司, 山东 德州 253000 

摘要：近年来各类水工金属结构及管道制安工程中，CO2气体保护焊中一直采用的焊丝为实心焊丝，坡口型式为双面坡口或是单面坡口，正面完成后需反面清根来保证焊缝的质量。该焊接方法具有熔深大，焊接速度快，全位置焊接等优点。此焊接方法与采用药芯焊丝与陶瓷衬垫单面焊双面成型焊接方法相比，仍存在飞溅多、抗气孔能力差、外观成型差等缺点。采用CO2气体保护药芯焊丝与陶瓷衬垫的单面焊双面成型焊接方法，是结合了手工电弧焊与CO2气体保护实心焊的优点，具有飞溅少、焊缝成型美观、抗气孔能力强、熔敷率高、综合成本低等优点，并在实际安装工程中应用得以证实。

关键词：药芯焊丝  陶瓷衬垫  单面焊双面成型  CO2气体保护焊  钢管安装

1、引言

本文研究依托工程为华润曹妃甸电厂二期扩建工程中循环水管道安装工程，主管道规格为DN4200mm，壁厚为24mm，钢板材质为Q235B，工作压力为0.2MP，属于地埋管，埋深地面下2.2m。因地下海水丰富且具有较强的腐蚀能力，所以对钢管的焊接质量和防腐质量要求非常严格，焊缝100%超声波检测，表面无气孔、夹杂、咬边、飞溅等。在船舶制造行业中采用CO2气体保护焊药芯焊丝与陶瓷衬垫的单面焊双面成型焊接方法较为常见，所以经综合比较后我们将此焊接方法应用到本工程钢管的安装中，通过实际应用，验证了此焊接方法的优点，加快了焊接效率、保证了焊接质量。通过本文的介绍，可以将此焊接方法推广应用到其他行业的金属结构及管道工程中。

2、CO2气体保护焊实心焊丝焊接方法存在的问题

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2.1、焊接飞溅多，难以清理，降低施工效率

实心焊丝在实际应用中，飞溅较多，且不可避免。虽可以采取一定措施，但还是难以清理。如焊接前在焊缝两侧各100mm～200mm区域涂刷石灰浆来降低飞溅的目的，可效果不佳。焊接完成后仍需要打磨处理很长时间，方可将焊缝两侧的飞溅清除干净。这本身延长了进入下一道工序的时间，降低了施工效率。

2.2、实心焊丝正面焊接完成后，需反面清根，影响焊缝性能

实心焊丝正面焊接完成后，往往需要进行背面清根后再完成背面的焊接。这增加了焊缝的受热次数，影响焊缝的性能。

2.3、实心焊丝焊接对焊口的对口间隙要求较高

实心焊丝在打底焊时，需要焊口的对口间隙比较均匀，否则将出现打底焊焊不均匀、焊穿等现象。

2.4、焊缝容易出现气孔

实际安装工程施工地理及气候环境复杂多样，较易受大风等因素影响，因此CO2气体保护焊实心焊丝焊接方法容易出现气孔等影响焊缝质量的缺欠。

3、CO2气体保护实心焊丝焊接方法出现问题的原因

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3.1、熔滴过渡形式

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3.1.1、熔滴过渡

焊丝(条)端头的金属在电弧热作用下被加热熔化形成熔滴，并在各种力的作用下脱离焊丝(条)进入熔池，称之为熔滴过渡

3.1.2、熔滴过渡形式

熔滴过渡过程不但影响电弧的稳定性，而且对焊缝成形和冶金过程也有很大的影响。熔滴过渡十分复杂，主要过渡形式有自由过渡、渣壁过渡和接触过渡三种[1]。

CO2气体保护焊中熔滴过渡形式常为自由过渡与接触过渡，而实心焊丝在单一CO2气体保护下容易产生飞溅[2]。飞溅飞出时本身具有能量较高，接触到非坡口面母材时，易粘结到焊口两侧母材表面，难以清除。

3.2、焊缝成型过程

对于安装工程中要求全熔透焊的焊缝，实心焊丝正面打底完成后，因背面成型质量难以保证，常常需要在背面利用碳弧气刨清根，才能保证焊缝的内部质量。因碳弧气刨清根时电流较大，能量较大，焊缝再次受热，增加热影响区的淬性，降低了韧性，影响焊缝的性能。同时，反面清根也会受工件空间位置、工件本身成品保护方面等的影响，带来一定的施工难度。

3.3、坡口制备及对口组装间隙

焊缝坡口在车间制备时存在直线度、钝边尺寸等坡口尺寸不理想问题，现场安装时，经常受各种条件限制导致焊口组装间隙不均匀（过大或过小）。实心焊丝在焊接时线能量较小，在钝边较大或组装间隙过小时，存在根部未焊透情况，在组装间隙过大时容易出现焊穿现象，导致背面出现焊瘤。所以多数情况下，为保证全熔透焊缝质量，需要反面清根后再进行焊接。

3.4、焊接熔池保护形式

实心焊丝焊接时，形成的熔池受单一的CO2气体保护形式，而且受环境影响较大，尤其对于风速因素比较敏感。熔池在冷却过程中，容易受空气氧化而产生气孔不良。

4、CO2气体保护焊药芯焊丝与陶瓷衬垫单面焊双面成型焊接方法

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4.1、本工程应用焊接方法原理

陶瓷衬垫具有材质轻、耐高温等特性。陶瓷衬垫焊接技术，以其优良的成型性能、工艺适应性及生产效率高、成本低等优点被广泛应用。是借助于陶瓷衬垫衬在焊缝背面，利用衬垫的耐高温性作背面焊缝成型的依托，实现单面焊双面成型的一种焊接工艺。

药芯焊丝是将含有稳弧剂、造渣剂和合金粉等成分的粉末裹在金属外皮里面而构成的，由于焊芯中有药粉的存在，使得焊接生产率大大提高。药芯焊丝熔敷速度快，在相同焊接电流下，药芯焊丝的电流密度大，熔化速度快，其熔敷率约为85%-90%。可用较大焊接电流进行全位置焊接，其生产效率是实芯焊丝CO2气体保护焊的1.5～2倍，同时由于飞溅少,焊缝成形美观采用气一渣联合保护，焊接工艺性能好，飞溅率为实心焊丝的1／3左右，且飞溅颗粒细，容易清除，另外焊接适应性强，调整药芯成分，就可焊接不同钢种，不仅可以焊接各种结构钢，也可以焊接不锈钢等特殊材料，由于焊接熔池受到CO2气体和熔渣两方面的保护，所以抗气孔能力比实芯焊丝CO2电弧焊强。

4.2、坡口的制备

药芯焊丝由于采用电流较大，线能量较高，加之耐高温陶瓷衬垫的依托，对于坡口间隙及钝边尺寸要求较小，即使存在尺寸偏差，也可以保证焊缝的熔透及成型质量。

4.3、焊口组装工艺

现场两节管件对接焊口的定位，主要利用凹形定位板进行。利用定位板固定主要有两点作用：一是可以固定陶瓷衬垫，二是焊口组装过程完全取消焊缝位置的定位焊，保证了焊接时的连续性，提高焊缝质量。定位板需安装在粘贴衬垫的一面， 定位板的间隔为(300～40 0 ) m m，当衬垫与衬垫连接时， 为使衬垫与钢板粘合紧密，必要时，可在该连接处增加工艺定位板（仅起固定衬垫的作用）。

4.4、陶瓷衬垫安装

衬垫的安装必须与钢板粘合紧密， 衬垫与衬垫衔接处应相互推紧无间隙。衬垫安装后，必要时 在定位板处用木楔敲紧，以防止衬垫在焊接中受热而松动。

4.5、焊接参数选择

不同的板厚、坡口间隙， 由于其焊道数不同， 则焊接参数的选择也略有不同，下列各表参数仅为经验数值（母材厚度为24mm）。

表1  焊接参数

4.6、工艺过程

1）CO2气保焊打底层焊接时，焊接电流按焊接参数严格控制，以防止产生裂纹。

2）打底层焊接中，坡口两根趾应完全熔透，对于坡口间隙较大时，可进行适当的手势摆动，两根趾处略作停顿，以确保焊缝背面成型良好。

3）在打底层焊接中，由于各种原因需作停顿时，重新引弧应采用热接法接头，即前一次熄弧后，待熔池尚未冷却，随即引弧开始正常焊接。如熔池已完全冷却， 需重新引弧前， 必须用砂轮对弧坑进行修整，使弧坑形成圆滑过渡状，然后再引弧进行正常焊接。

4） 焊缝坡口安装好衬垫后，应立即开始焊接并连续一次完成，第二层的焊接随即也应马上进行以防止打底层的焊缝难以承受焊接应力而形成裂缝。

5）焊接结束后，焊工需去除焊缝背面衬垫，并检查背面焊缝是否符合要求，否则进行修补处理。

5、结论

通过CO2气体保护焊药芯焊丝与陶瓷衬垫单面焊双面成型的焊接方法在本工程的实际应用，相比传统药芯焊丝焊接方法，飞溅率大幅降低，清除方便；药芯焊丝熔敷率较高，降低焊接材料使用量；同时省去背面一次清根，减少一次焊缝受热，增强焊缝性能；经对焊缝100%超声波检测，一次合格率在99%以上。综合比较，药芯焊丝加陶瓷衬垫焊接方法，焊接施工效率大幅提高，施工成本明显降低。在具备CO2气体保护焊条件下，此焊接方法值得大力推广应用。

参考文献：

[1]杨战胜.高强钢熔化极气体保护焊电弧特性及熔滴过渡的研究[D].天津.

[2]郭大勇,区智明,孟庆华.第九次全国焊接会议论文集，二氧化碳焊接熔滴过渡的检测与控制[D].北京.