梁軒

（中交四航局第一工程有限公司，廣東廣州 510420）

0 引言

焊接技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要組成部分，現(xiàn)代焊接技術(shù)誕生自19世紀(jì)末，發(fā)展出熔焊、壓焊及釬焊三大類焊接技術(shù)，電弧焊是熔焊技術(shù)的典型代表，如今已發(fā)展出豐富的技術(shù)亞種，新型電弧焊技術(shù)如劉黎明團(tuán)隊(duì)建立的穩(wěn)定三絲間接電弧焊系統(tǒng)等[1]。應(yīng)對(duì)不同的施工情況，應(yīng)選擇合適的焊接工藝，以平衡焊接成本、效率、質(zhì)量等問(wèn)題。本文選取二氧化碳保護(hù)焊與傳統(tǒng)電弧焊這兩種被普遍應(yīng)用的焊接技術(shù)，主要著眼于這兩種技術(shù)的實(shí)際操作特點(diǎn)和施工成果進(jìn)行分析比較，以確定綜合優(yōu)勢(shì)較大的焊接技術(shù)。

1 二氧化碳保護(hù)焊與傳統(tǒng)電弧焊技術(shù)概述

1.1 傳統(tǒng)電弧焊的基本原理與特點(diǎn)

傳統(tǒng)電弧焊，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中最廣泛的一種焊接方式，它主要是利用電弧燃燒過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量，使焊條與焊接物件表面，在高溫環(huán)境下融化，并冷凝后形成相應(yīng)的焊接縫，從而進(jìn)一步加強(qiáng)焊接物體的牢固程度。當(dāng)前，傳統(tǒng)電弧焊主要分為手工電弧焊、半自動(dòng)電弧焊、全自動(dòng)電弧焊三種形式。

傳統(tǒng)電弧焊的焊接實(shí)際效果，與焊接過(guò)程中應(yīng)用的焊條種類、焊條直徑以及焊接的層數(shù)、電流、速率等方面，都存在著一定的關(guān)聯(lián)。對(duì)實(shí)際電弧焊作業(yè)時(shí)，焊接處的接頭形式即坡口形式的確定是焊接整體環(huán)境的綜合體現(xiàn)，通常，常見(jiàn)的彎邊焊接厚度一般小于3mm，而平坡口的厚度則控制在3~7mm之間為最佳，V型單面焊接的厚度則是在7~18mm之間為最佳。在進(jìn)行材料焊接時(shí)，應(yīng)綜合考慮焊料材質(zhì)規(guī)格及焊縫特點(diǎn)等因素，制定合理的施工計(jì)劃，才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)焊接工藝的恰當(dāng)應(yīng)用。

1.2 二氧化碳保護(hù)焊的基本原理與特點(diǎn)

二氧化碳保護(hù)焊，是以傳統(tǒng)電弧焊工藝為基礎(chǔ)，優(yōu)化發(fā)展出的實(shí)用焊接技術(shù)，屬氣體保護(hù)焊。在實(shí)際二氧化碳保護(hù)焊施工過(guò)程中，焊接人員利用充電電容，以每10~11s為一個(gè)周期做5~10s的短時(shí)間放電，讓焊接物質(zhì)表層材料與焊接物體局部加熱熔化，在這一過(guò)程中，以二氧化碳保護(hù)氣體（通常為二氧化碳與氬氣的混合氣體）包圍焊接位置，將電弧和熔池與復(fù)雜大氣環(huán)境隔離開(kāi)，防止大氣成分對(duì)焊接造成影響。

二氧化碳保護(hù)焊的技術(shù)要點(diǎn)在于形成穩(wěn)定可靠的氣體保護(hù)環(huán)境，空氣流動(dòng)會(huì)稀釋并破壞二氧化碳?xì)鈭F(tuán)，所以通常選擇在無(wú)風(fēng)環(huán)境主要是室內(nèi)環(huán)境下作業(yè)，在室外環(huán)境時(shí)應(yīng)做好防風(fēng)措施。二氧化碳保護(hù)焊的主要應(yīng)用對(duì)象是低碳鋼及低合金鋼等黑色金屬材料，對(duì)其他多數(shù)類型的鋼材也有較好的焊接效果。

2 二氧化碳保護(hù)焊與傳統(tǒng)電弧焊的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

基于第一節(jié)對(duì)二氧化碳保護(hù)焊與傳統(tǒng)電弧焊的原理特性的解釋，本節(jié)將對(duì)兩種焊接工藝的使用過(guò)程及工藝特征進(jìn)行總結(jié)，對(duì)兩種工藝進(jìn)行對(duì)比分析，主要闡述二氧化碳保護(hù)焊工藝在效率、成本、質(zhì)量上的優(yōu)勢(shì)，為日后類似的工程項(xiàng)目焊接技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

2.1 焊接效率

焊接效率的差別直接影響實(shí)際施工的進(jìn)度，本小節(jié)將考慮兩種工藝在生產(chǎn)中的直接效率及其工藝特征對(duì)效率的間接影響兩方面來(lái)分析。

2.1.1 直接效率影響

依據(jù)國(guó)內(nèi)關(guān)于電焊焊接實(shí)踐效果來(lái)看，二氧化碳保護(hù)焊接技術(shù)的工作效率，是傳統(tǒng)電弧焊工作效率的2~3倍。

首先從電性能方面進(jìn)行分析，二氧化碳保護(hù)焊通常選擇較細(xì)的絲徑（0.8~1.2mm），而電弧焊焊條直徑通常在2mm以上，以施加250A電流為例，通過(guò)計(jì)算可得二氧化碳保護(hù)焊的電流密度一般在170~390A/mm2之間，實(shí)際使用中通常為200~350A/mm2之間，而傳統(tǒng)電弧焊電流密度約為100~200A/mm2，顯然，二氧化碳保護(hù)焊技術(shù)有良好的能量集中性，能更快速將電能轉(zhuǎn)化為熱能，預(yù)期產(chǎn)熱效率約為普通電弧焊2~3倍。而且，二氧化碳保護(hù)區(qū)域中的空氣流動(dòng)較弱，也會(huì)降低焊接過(guò)程中的熱量散失，側(cè)面提高綜合熱熔效率。

再?gòu)臒釋W(xué)角度分析，焊接過(guò)程中經(jīng)由熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的焊縫部分熱場(chǎng)分布會(huì)直接影響熱熔效率。一項(xiàng)研究指出[2-3]，在纜式焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊在工作狀態(tài)下產(chǎn)生束狀電弧其散熱面積較小，熱對(duì)流損失較小，熱流分布密度集中，能顯著提高焊絲熔化速度。從數(shù)值角度分析，相同條件下，纜式焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的熔深為8mm，大于埋弧焊熔深7.5mm。顯然，纜式焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的熱熔效率更高。

2.1.2 間接效率影響

在實(shí)際生產(chǎn)條件下，影響焊接效率的不止是直接的電與熱效應(yīng)，還包括其他情況影響工作流程進(jìn)而產(chǎn)生效率影響。

其中較為典型的一種影響是焊接后期對(duì)焊區(qū)焊點(diǎn)進(jìn)行清理。對(duì)傳統(tǒng)電弧焊的實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，焊機(jī)作業(yè)人員須在電弧焊前期和后期，對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行全面清理，確保焊接區(qū)域，不會(huì)由于焊接區(qū)域灰塵，出現(xiàn)焊接區(qū)域開(kāi)裂、焊接后美觀程度較低的問(wèn)題。而二氧化碳保護(hù)焊接方式，借助母材焊接電力傳輸速率較快，焊接區(qū)域小面積焊接的方式，實(shí)現(xiàn)迅速焊接。這樣的焊接過(guò)程，能夠?qū)⑷诨蟮暮附訁^(qū)域都集中進(jìn)行焊接，也就不會(huì)在其表面，形成焊接區(qū)域殘留的問(wèn)題了。

以對(duì)應(yīng)焊接實(shí)例的簡(jiǎn)單圖例對(duì)以上理論進(jìn)行分析。如圖1所示，假定本次焊接區(qū)域是三角形。傳統(tǒng)電弧焊進(jìn)行焊接時(shí)，需要沿著該三角形的三條邊逐步進(jìn)行焊接，尤其是對(duì)該區(qū)域內(nèi)部三個(gè)定點(diǎn)進(jìn)行焊接，且焊接過(guò)程是以全面焊接為主，后期再繼續(xù)進(jìn)行焊接各個(gè)邊緣完善，要求焊接人員進(jìn)行二次處理。而運(yùn)用二氧化碳保護(hù)焊接時(shí)，焊接人員只需按照三角形邊緣，選擇三個(gè)頂點(diǎn)、以及三條邊的中點(diǎn)進(jìn)行焊接即可。兩者對(duì)比而言，后者的優(yōu)勢(shì)在于焊接效果更加美觀，焊接的實(shí)踐環(huán)節(jié)也更加靈活，且需要進(jìn)行的處理較少，能顯著提高焊接效率。

圖1 三角形焊接區(qū)域結(jié)構(gòu)

2.2 焊接成本

工作成本也是影響實(shí)際生產(chǎn)的一項(xiàng)重要因素，對(duì)焊接工藝而言，其成本主要在兩方面：直接的資源能源消耗與額外的施工實(shí)踐成本。

2.2.1 資源能源損耗成本

首先分析資源損耗。二氧化碳保護(hù)焊接法的應(yīng)用，是基于傳統(tǒng)電弧焊的基礎(chǔ)上，進(jìn)行焊接方式、焊接策略的適當(dāng)性調(diào)整，額外使用了二氧化碳這一物質(zhì)資源，但二氧化碳本身屬于易得物資，是多種工業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品，所以并不會(huì)明顯提高生產(chǎn)成本。另一方面，對(duì)比兩種工藝所用到的焊絲焊條，二氧化碳保護(hù)焊的焊絲較細(xì)，在實(shí)際工作的實(shí)施過(guò)程中，只需進(jìn)行焊接時(shí)的局部區(qū)域測(cè)量、焊接，可以根據(jù)具體焊接情況靈活調(diào)整，無(wú)須時(shí)刻進(jìn)行焊接材料的綜合性把握[4]。

而在能源方面，在前文焊接效率部分有分析過(guò)二氧化碳保護(hù)焊工藝有較高的電能熱能利用效率，這不僅能提高焊接效率，更能減少能源損耗，節(jié)約能源。綜上，二氧化碳保護(hù)焊工藝是現(xiàn)代區(qū)域焊接技術(shù)資源全面性應(yīng)用的代表，實(shí)現(xiàn)了焊接資源的最優(yōu)化應(yīng)用，與傳統(tǒng)電弧焊焊接工藝相比，是焊接應(yīng)用資本節(jié)約最直接的體現(xiàn)。

2.2.2 實(shí)際操作成本

實(shí)際焊接中的成本不止在于資源能源消耗，也在于該過(guò)程中的人力消耗和時(shí)間成本。傳統(tǒng)電弧焊實(shí)踐時(shí)，電焊人員，需要在焊接前，進(jìn)行焊接材料尺寸對(duì)比。在實(shí)際焊接時(shí)，為了保障焊接質(zhì)量，也需要進(jìn)行焊接材料的合理對(duì)應(yīng)。每一項(xiàng)焊接工作的開(kāi)展，都需要人工進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，其焊接過(guò)程中，自然也需消耗更多的人工雇傭成本和時(shí)間成本，才能確保電弧焊技術(shù)的順利實(shí)施。而二氧化碳保護(hù)焊接工藝的實(shí)施過(guò)程，主要集中在焊接實(shí)踐過(guò)程中，焊接要點(diǎn)的準(zhǔn)確校對(duì)即可，而對(duì)于焊接前期的資源規(guī)格，并沒(méi)有較為特殊的要求。因此，二氧化碳保護(hù)焊接技術(shù)的實(shí)施過(guò)程，并不需要材料前期整體過(guò)程，自然也就達(dá)到了提升焊機(jī)人員操作效率，節(jié)約焊接成本的目的。

2.3 焊接技術(shù)的可操作性

二氧化碳保護(hù)焊對(duì)比傳統(tǒng)電弧焊的優(yōu)勢(shì)，也體現(xiàn)在焊接作業(yè)過(guò)程的靈活度層面。

（1）二氧化碳保護(hù)焊接時(shí)，焊接人員只需確定焊接點(diǎn)的具體位置，無(wú)須考慮焊接資源、焊接尺寸以及焊接的先后順序，而傳統(tǒng)電弧焊接方式，則需要焊接人員在實(shí)際焊接過(guò)程中，時(shí)刻保障焊接材料的尺度、方向、以及焊接角度等條件。與其相比較而言，二氧化碳焊接人員實(shí)際操作的靈活度較高，焊接中依據(jù)焊接材料的需要，實(shí)行焊接方法靈活應(yīng)用的比例較高。

（2）二氧化碳保護(hù)焊接時(shí)，焊接方式實(shí)踐時(shí)，對(duì)物體表面的油漬、銹跡等方面的敏感度較低，由此，運(yùn)用二氧化碳保護(hù)焊接時(shí)，只要焊接資源表面不出現(xiàn)大面積的油漬、銹跡等情況，焊接技術(shù)都可以直接運(yùn)用，無(wú)須進(jìn)行全面性的清理，因此，二氧化碳保護(hù)焊接技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)較為靈活。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，二氧化碳保護(hù)焊對(duì)比傳統(tǒng)電弧焊，具有焊接效率高、焊接成本低、焊接質(zhì)量高、操作靈活等多方面優(yōu)點(diǎn)，整體上有著優(yōu)良的綜合性能，適用于小直徑鋼筋的焊接。但同時(shí)，二氧化碳保護(hù)焊仍有一定不足，比如需要避風(fēng)環(huán)境等?？傮w上，二氧化碳保護(hù)焊技術(shù)即是當(dāng)前的一種優(yōu)勢(shì)焊接技術(shù)，也仍有著廣闊的發(fā)展前景，對(duì)二氧化碳保護(hù)焊技術(shù)與傳統(tǒng)電弧焊的對(duì)比，將為我國(guó)當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的深入優(yōu)化提供創(chuàng)新視角。