趙 林

0 引言

法門寺合十舍利塔鋼骨結構，高147 m，用鋼量1.6萬t，本工程焊縫設計等級為一級，檢驗等級為B級，評定等級為Ⅰ級，焊接量很大，作業(yè)時間非常短，焊條電弧焊焊接無法滿足工期要求，必須廣泛應用CO2氣體保護焊，現(xiàn)就焊條電弧焊和CO2氣體保護焊野外超高結構焊接的優(yōu)越性進行比較。

隨著CO2氣體保護焊在其他行業(yè)的廣泛應用和推廣，大部分CO2氣體保護焊機的焊接電纜長度可達50 m以上，完全能夠滿足鋼結構安裝焊接的施工需要。鑒于CO2氣體保護焊具有效率高、成本低、節(jié)能、焊縫成型美觀、環(huán)境污染小、利于文明施工等優(yōu)點，本公司在法門寺合十舍利塔野外超高鋼骨結構施工中大量推廣使用CO2氣體保護焊。

1 CO2氣體保護焊與焊條電弧焊的焊接對比試驗

1.1 試驗方案

為比較CO2氣體保護焊與焊條電弧焊的優(yōu)劣性，進行焊接對比試驗。試驗方法及目的:同用橫焊參數(shù)焊接25 mm×600 mm試件的焊縫看需要的焊材、用時、用量及焊縫質量等，推算出成本進行比較，用數(shù)據(jù)來取得結論。

1.2 對比試驗方案

對比試驗方案是在施焊部件、焊接位置、焊縫長度等均一致的條件下同時進行的，并對試驗過程進行全程記錄。

試驗有關參數(shù)、材料消耗量、焊接用時等，具體參數(shù)如表1，表2所示。

表1 CO2氣體保護焊與焊條電弧焊的焊接對比試驗方案

表2 CO2氣體保護焊與焊條電弧焊的焊接對比試驗過程記錄

1.3 焊接試驗結果分析

1.3.1 工作效率比較

根據(jù)對比試驗方案記錄數(shù)據(jù)可知:焊條電弧焊焊接用時是CO2氣體保護焊焊接用時的2.7倍，即在理想的條件下，CO2氣體保護焊工作效率是焊條電弧焊的2.7倍。

1.3.2 對比試驗成本分析

1)人工費:設焊工實際工作時間為6 h/(d?人)，CO2焊工、焊條電弧焊焊工均按120元/(d?人)計算。

2)焊材費:CO2氣體 6 000 L/瓶，45元/瓶。φ 1.2 mm CO2焊絲6.6 元/kg;φ 3.2 mm E5016 焊條 5.5 元/kg，φ 3.2 mm 焊條30支/kg。完成1支焊條的焊接時間為1.2 min(以上價格是試驗時地方價格)。

3)電費及臺班費:ZX7-400焊機 12元/(臺?班)，NBC-500 CO2焊機20元/(臺?班)。ZX7-400焊機和NBC-500 CO2焊機的一、二次電流轉換效率均按n=0.85。電費:0.88元/(kW?h)(試驗地電價)。

CO2氣體保護焊情況:

每天的工作量=6×60×(10.2/90)=40.8 m/d;

每天的焊絲用量=(3.5/10.2)×40.8=14 kg/d;

每天的氣體用量=20×360/6 000=1.2瓶/d;

每天的用電量=(UI/n)×6=(20.2×158/0.85)×6=22.5 kW?h/d;

CO2氣體保護焊每天的成本=人工費+焊材費+焊機臺班費+電費=120+(14×6.6+1.2×45)+20+(22.5×0.88)=306.2元/d。

每天焊條電弧焊成本情況(按日完成40.8 m長焊縫計算):

根據(jù)試驗記錄數(shù)據(jù)，以焊條電弧焊方法操作，1個人一天無法完成40.8 m的工作量，故1個人日實際工作量=(10.2/240)×6×60=15.3 m/d，則按日完成40.8 m長焊縫需焊條電弧焊焊工人數(shù)=40.8/15.3=2.7人/d。

每天的焊材用量=40.8×(4.2/10.2)=16.8 kg;

每天的用電量=(UI/n)×10.08=(25×120/0.85)×10.08=35.58 kW?h;

焊條電弧焊每天的成本=人工費+焊材費+焊機臺班費+電費=(120×2.7)+(16.8×5.5)+(2.7×12)+(35.58×0.88)=480.11元/d。

使用CO2氣體保護焊和使用焊條電弧焊成本比較:

根據(jù)以上計算結果，使用CO2氣體保護焊工藝每天可節(jié)約費用480.11-306.2=173.91元，則每使用1 kg CO2焊絲節(jié)約成本:173.91元/14 kg=12.42元/kg。

總體來說，使用CO2氣體保護焊較使用焊條電弧焊節(jié)約成本是顯而易見的。

1.4 焊接和焊縫外觀質量對比

由比較可知，CO2氣體保護焊成型美觀，由于其沒有焊渣，焊接現(xiàn)場更加干凈整潔，且無藥皮燃燒煙塵，有利于安全文明生產(chǎn)。

2 CO2氣體保護焊與焊條電弧焊工藝試驗情況

針對CO2氣體保護焊與焊條電弧焊，進行了試件的工藝試驗。試驗基本參數(shù):母材為Q345GJC，焊接位置為橫焊。CO2氣體保護焊焊絲為φ 1.2 mm ER50-6，焊條電弧焊焊條為φ 3.2 E5016，并根據(jù)說明烘干保溫使用。工藝試驗結果對比見表3。

由表3可以看出，嚴格按焊接工藝要求進行焊接，CO2氣體保護焊與焊條電弧焊在焊件外觀、內部質量、力學性能等方面均無大的區(qū)別，可見在某些情況下使用CO2氣體保護焊不僅高效而且優(yōu)質。

表3 同等條件下CO2氣體保護焊與焊條電弧焊焊接工藝試驗結果對比

3 CO2氣體保護焊與焊條電弧焊在法門寺合十舍利塔鋼骨結構施工焊接中的對比

1)速度快、效率高:CO2氣體保護焊的焊速相當于焊條電弧焊的2.7倍，且焊接過程中省去了更換焊條和焊渣清理時間，焊接過程輔助時間比焊條電弧焊少。

2)焊縫成型美觀:CO2氣體保護焊為明弧操作，熔池的可見度好，所以焊縫成型美觀。特別對較大的縫隙和不規(guī)則的間隙，通過調整焊槍的擺幅、焊速，得到成型良好的焊縫。

3)焊接變形小:CO2焊時，電弧在保護氣體的壓縮下熱量集中，焊接熱影響區(qū)窄，焊接變形小。

4)焊接現(xiàn)場整潔:CO2氣體保護焊沒有焊渣，無藥皮燃燒煙塵，焊接現(xiàn)場相對整潔，有利于安全文明施工。

5)熔敷效率高:1 kg焊條(φ 3.2 mm)剩余0.16 kg焊條頭，熔敷效率為84%。而20 kg CO2焊絲剩余的焊絲頭少于0.2 kg，熔敷效率為99%。即等量的熔敷金屬的焊材使用量，20 kg CO2焊絲相當于23.8 kg焊條。

4 CO2氣體保護焊在法門寺合十舍利塔鋼骨結構現(xiàn)場焊接施工中的局限性及應對措施

1)焊接位置的局限性:對于仰焊位置，CO2氣體保護焊的焊接有一定的難度，因此CO2焊主要用于平焊、立焊、橫焊位置的焊接，難度位置仍采用焊條電弧焊。

2)焊前準備工作要求高:CO2焊焊前準備與焊條電弧焊相比，從整個焊接過程的工作量來看，CO2焊焊前清理工作量較小。

3)焊接飛濺大:主要是由于CO2氣體分解后具有強烈的氧化性，使碳氧化合生成CO，其受熱急劇膨脹，造成熔滴爆破，產(chǎn)生大量細粒飛濺。減小飛濺的方法可采用脫氧元素多、碳含量低的脫氧焊絲，以減少CO的生成，采用反極性也可以減小飛濺。由于飛濺很容易造成導流嘴堵塞，可采用防飛濺劑，現(xiàn)場主要使用噴霧類及固體膏類，經(jīng)試用對比，防飛濺膏成本低，使用方便，效果也比較理想。

4)焊機的機動性較差:焊機移動不靈活是CO2焊推廣應用的障礙，但對于法門寺合十舍利塔鋼骨結構工程來說，焊機不需要頻繁移動，焊接完一層就把焊機平臺整體吊到上一層，再適當加長控制線纜，即可便于用CO2氣體保護焊。

5)高空焊接防風措施:焊接規(guī)定，當風速不小于2 m/s時CO2氣體保護焊必須采取擋風圍護，當風速不小于5 m/s時手工電弧焊必須采取擋風措施。由于高空焊接時四周的防護網(wǎng)已經(jīng)打設完畢，就像在筒內焊接一樣，經(jīng)測風儀測試風速均小于2 m/s。使用CO2氣體保護焊和使用手工電弧焊無影響。

5 結語

目前采用CO2氣體保護焊在野外超高結構施工中雖不可能完全替代焊條電弧焊，但是很多構件的焊接是可以采用CO2焊。在法門寺合十舍利塔鋼骨結構施工中80%采用CO2氣體保護焊，1.6萬t的鋼結構焊接節(jié)約成本50萬元以上。既保證了工期，也降低了消耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本?？梢奀O2氣體保護焊在野外超高結構現(xiàn)場安裝的焊接中值得廣泛推廣應用。

[1] JGJ 81-2002，建筑鋼結構焊接技術規(guī)程[S].

[2] 霍恭明.CO2焊產(chǎn)生飛濺的原因及控制措施[J].山西建筑，2008，34(1):145-146.

[3] GB 50205-2001，鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范[S].