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        二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊在不銹鋼焊接中的優(yōu)勢

        2022-10-17 01:07:58姚海龍張恩濤劉勝合張乃霖
        純堿工業(yè) 2022年5期
        關(guān)鍵詞:不銹鋼焊縫

        姚海龍,張恩濤,劉勝合,張乃霖

        (唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

        1 不銹鋼焊接過程存在的問題

        在日常不銹鋼焊接過程中,我車間基本延用焊條電弧焊方法進(jìn)行焊接施工,焊接過程中發(fā)現(xiàn)存在以下幾點(diǎn)問題:

        1)焊接煙塵大,對焊工身體健康造成影響

        電焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。焊接時(shí)焊芯傳導(dǎo)電流將電能轉(zhuǎn)化成熱能,然后將焊芯本體熔化作為金屬填充物與母材熔合,形成焊道。藥皮涂在焊芯外面,對電弧引燃有催化作用,同時(shí)對焊接金屬進(jìn)行保護(hù)防止被氧化。藥皮中含有氧、氫、硫、磷等有害的雜質(zhì)和和合金劑,在電弧高溫作用下,產(chǎn)生較大的金屬煙塵及有害氣體。

        2)勞動(dòng)強(qiáng)度大

        不銹鋼焊條由于其藥皮的特性,焊接熔化后形成一層堅(jiān)硬的熔渣殼。熔渣殼在剛剛焊接成形時(shí)較易清理,但是容易造成焊工燙傷。等焊縫冷卻后,熔渣殼冷卻固化,特別堅(jiān)硬,極難清理。尤其是在焊接打底層、填充層時(shí),由于熔渣夾在坡口夾角內(nèi),更加不易清理。熔渣殼的存在使焊工勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度加強(qiáng)。

        3)轉(zhuǎn)熔系數(shù)低,成本高

        焊條電弧焊所用焊條一般為350 mm一根,由于焊條端夾持部分不能使用,每根電焊條都會(huì)廢棄40~50 mm長度不等的焊芯及藥皮,造成材料損失。另外在焊接過程中產(chǎn)生的飛濺,造成電焊條焊芯轉(zhuǎn)熔到焊縫熔池的比例降低,相對增加了成本。

        4)氣孔降低了焊縫質(zhì)量

        為了提高焊縫質(zhì)量,不銹鋼焊條在使用前經(jīng)過嚴(yán)格烘干,以達(dá)到最好的使用狀態(tài)。但是焊條在使用時(shí)仍然發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了氫氣孔、氧氣孔、氮?dú)饪椎膯栴}。氣孔對焊縫的直接影響就是降低了焊縫有效截面積,減小了承載能力,氫氧氣孔還能造成焊縫脆化、合金元素?zé)龘p的危害。為了減少氣孔的產(chǎn)生,我們在焊接時(shí)采用了調(diào)整焊接參數(shù)、改變電源極性、清理焊件表面等措施,但是效果仍然不盡人意。

        2 焊接方法的選擇

        針對焊接工作中發(fā)現(xiàn)的各種問題,同時(shí)結(jié)合公司現(xiàn)有焊接設(shè)備及焊接技術(shù)水平,推薦可以改善焊接現(xiàn)狀的焊接方法有埋弧焊和氣體保護(hù)焊。由于埋弧焊的使用條件較為苛刻,所以選擇氣體保護(hù)焊。

        我們以車間現(xiàn)用的松下焊機(jī)作為焊接設(shè)備,通過查閱Panasonic使用說明書,不銹鋼焊接中氣體保護(hù)焊使用范圍特性如表1所示。

        表1 不銹鋼焊接中氣體保護(hù)焊使用范圍特性

        表中可見不銹鋼焊接氣體保護(hù)焊的兩種選擇:

        實(shí)芯焊絲[SUS]+富氬氣體保護(hù)

        藥芯焊絲[SU.F]+CO2氣體保護(hù)

        由于不銹鋼種類繁多,分類方法各異,我們通常按正火狀態(tài)的組織分馬氏體鋼,其與耐熱鋼大都在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用;鐵素體鋼,使用狀態(tài)下以鐵素體為主,主要用作抗氧化鋼;奧氏體鋼,是不銹鋼及耐熱鋼中最重要的鋼類,主要用在耐腐蝕條件下;雙相鋼,這類鋼是在超低碳鐵素體基不銹鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的雙向不銹鋼,該鋼有磁性,不能淬硬,屈服強(qiáng)度可達(dá)奧氏體鋼的兩倍。而基于生產(chǎn)現(xiàn)狀與設(shè)備、管線使用情況,我公司常用不銹鋼為304、316L奧氏體不銹鋼。以上兩種不銹鋼在常用板材焊接、管材焊接時(shí)采用相同氣體保護(hù)焊時(shí)參數(shù)不變,故而本次采用厚度為6 mm的常用304不銹鋼板為例作為焊接母材,針對兩種選擇分別進(jìn)行焊接試驗(yàn)。

        1)實(shí)芯焊絲[SUS]+富氬氣體保護(hù)焊接時(shí)要求:

        ①采用平特性焊接電源,直流時(shí)采用反極性;

        ②氬氣純度要求較高,一般采用純氬氣;

        ③焊接時(shí)在噴射過渡的條件下施焊,弧長要求在4~6 mm范圍內(nèi);

        ④注意防風(fēng)措施,保護(hù)焊接質(zhì)量。

        2)藥芯焊絲[SU.F]+CO2氣體保護(hù)焊接時(shí)要求:

        ①采用平特性焊接電源,直流時(shí)采用反極性;

        ②保護(hù)氣體選擇CO2,氣體流量以20~25 L/min較為合適;

        ③焊嘴與焊件之間間隔15~25 mm較為適宜;

        ④焊接電流在250 A以下時(shí)干伸長度約15 mm,250 A以上時(shí)約20~25 mm較為適宜。

        表2 兩種方式焊接參數(shù)

        試驗(yàn)結(jié)論:

        在試驗(yàn)過程中,兩種焊接方法焊接參數(shù)不能完全相同,只能將焊接參數(shù)變化控制在盡可能小的范圍內(nèi)。通過多次試驗(yàn),焊接樣板的基本情況如下:

        1)實(shí)芯焊絲獲得的焊縫顏色烏亮,在焊接過程中飛濺較少,熔合性稍差,工作效率高,氣孔產(chǎn)生率低。

        2)藥芯焊絲獲得的焊縫顏色光亮,焊縫清晰,第一層熔透焊時(shí)便于操作,熔透效果好,在焊接過程中基本無飛濺,熔合性好,填充與蓋面焊時(shí),效率比實(shí)芯焊絲稍高,氣孔產(chǎn)生率極低。

        通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊與藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊都能滿足焊縫質(zhì)量要求。但是藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊比實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊的焊接質(zhì)量更穩(wěn)定,效率也略高于同時(shí)實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊。CO2氣體比富氬氣體成本更加低廉。綜上所述,CO2氣體保護(hù)焊在不銹鋼焊接中更具優(yōu)勢。

        3 CO2氣體保護(hù)焊的特點(diǎn)

        在過去,由于施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、惡劣,現(xiàn)場焊接作業(yè)以及小型備件制作焊接多以手工電弧焊為主。隨著公司現(xiàn)場環(huán)境治理以及焊接技術(shù)培訓(xùn)的推進(jìn),CO2焊接以其焊接成本低、生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量高、焊接變形小、焊接應(yīng)力小、適用范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸被人們接受并在重要焊接作業(yè)場合中使用。

        CO2氣體保護(hù)焊的優(yōu)點(diǎn):

        1)焊接成本低。CO2氣體來源廣泛,價(jià)格低,熔敷率遠(yuǎn)高于手工電弧焊,其成本比傳統(tǒng)手工電弧焊降低40%左右。

        2)生產(chǎn)效率高。電弧穿透力強(qiáng),焊絲熔化率高,所以焊接效率要比傳統(tǒng)手工電弧焊高很多,尤其是在大型備件制作、管道焊接配合轉(zhuǎn)胎時(shí)效果尤為明顯。

        3)焊接質(zhì)量高。不易產(chǎn)生氣孔,抗裂性也優(yōu)于手工電弧焊。同時(shí)由于二氧化碳的吸熱反應(yīng)和直流電源小電流穩(wěn)定的原因,在薄板焊接時(shí)焊接變形小,不容易擊穿。

        4)適用范圍廣??蛇m用于空間各種位置的焊接,同時(shí)比手工電弧焊更適合立焊和仰焊位置,熔化的金屬不易流淌。

        CO2氣體保護(hù)焊的缺點(diǎn):

        1)在電壓電流調(diào)節(jié)不匹配時(shí)焊接飛濺較大,電壓電流的調(diào)節(jié)不易掌握,同時(shí)焊接環(huán)境有所要求,不能在有風(fēng)的地方施焊。

        2)送絲比實(shí)心焊絲困難,芯料易吸潮,需對藥芯焊絲嚴(yán)加保存和管理。

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