CO2陶瓷衬垫焊通用工艺

1大船600t×182m×90m门式起重机《CO2陶瓷衬垫焊通用工艺》编制：校核：批准：无锡市华锦起重机有限公司2007．1．302CO2陶瓷衬垫焊通用工艺1、概述半自动CO2气体保护焊单面焊双面成型工艺是一种高效的焊接方法。它具有熔敷率高、坡口角度小、装配间隙广、背面不需清根、成型美观、变形小等一系列优点，在造船业上已越来越得到普及应用。为了推广应用CO2单面焊双面成型工艺，提高我公司的焊接高效率化，这次把对接平焊、立焊、横焊、平角焊双面成型工艺编为一册。此工艺具有通用性，适用于低碳钢、低合金钢及高强度钢的焊接。施焊人员应熟悉掌握本工艺内容，按图施工。生产管理部门可参照本工艺中参数和要求，进行监控。对不符合工艺要求的生产行为，一律禁止施工，确保双面成型的焊缝质量逐步提高。2、焊接工艺：2.1对接平焊、立焊、横焊和平角焊的坡口型式如下图：38º—42º38º—42ºcctt1tt16≤t≤40c=6—106≤t≤40c=6—100≤t1-t40≤t1-t4用于对接平焊用于对接立焊ttc38º—42º40ºc陶瓷t1衬陶瓷衬垫垫6≤t≤40c=6—108≤t≤320≤t1-t4c=6—8用于横焊用于半角焊为了达到高效焊接的目的，在装配的过程中，装配间隙尽可能满足下限值，3减少焊逢金属的熔敷量。坡口面的朝口原则上由分段建造工艺确定，坡口尽量设在方便施焊的一侧。为了方便现场加工，保证坡口角度的准确，经过换算，表1—1给出了板厚与坡口宽度的关系值，供参考选择。表1—1板厚与坡口宽度值坡口形式与板厚坡口宽度C（㎜）型式板厚t(㎜)坡口面角度15°20°22.5°C15º20º22.5ºt623382331033412345144561646718567205782268924691026791128810123081112329111335913143610131538101416401114172.2坡口的加工坡口的加工应采用半自动火焰切割及机械加工。如果使用手工（乙炔焰）切割，必须采用靠模，保证坡口的光顺，不允许坡口面有突变的凹口或毛边。凹口或毛边严重时（凹口深度大于0.5㎜），必须进行打磨处理。打磨区域：整个坡口面，并在两侧延伸15㎜，如图1所示。焊接前，坡口面及两侧100㎜范围内不允许含有氧化物、油漆、水、锈污等杂质。清除的方法可用砂轮磨，火焰烘靠，以及用钢丝刷清理等。415打磨区域15图1打磨区域示意图2.3焊接材料及设备2.3.1、焊丝CO2气体保护焊的焊丝包括实芯焊丝和药芯焊丝。实芯焊丝成本低，而且焊接过程中不需要清渣。应加大实芯焊丝的使用比例，以降低建造成本。所采用的实芯焊丝的型号为ER49-1（GB/T8110-1995），对应于旧国标GB/T8110-87的型号：H08Mn2SiA。芯焊丝的特点是焊接电弧比较温和，容易掌握，飞溅少，表面成型光滑，抗风力好，但易挥发有毒烟尘且成本高。通常，分段大合拢焊缝、重要结构的承重焊缝以及低合金钢和高强度钢的焊接，宜采用药芯焊丝。目前，所采用的级别均为3Y级，对碳素钢、低合金钢和高强度钢都适用。焊接前，焊丝须按照产品说明书进行保存和烘干处理。2.3.2、CO2气体它是CO2气体保护焊中最重要的材料，焊缝质量很大程度上依赖于它的保护效果。它犹如焊条的药皮，在焊接过程中，形成对熔池的保护氛围。正常焊接一般要求CO2气体的纯度≥99.7%，含水量不超过0.005%（质量）。对于瓶装气体，使用过的CO2气体，必须保证瓶内留有10—15公斤余气的压力，并要求气瓶阀门无漏气现象，保证空瓶不被大气污染。焊接过程中，要求CO2气体应有足够的流量并保持层流，气流需有一定的挺度，不能是软而无力的紊流。这就要求焊工严格按气体流量计调整，并保证气体无泄漏现象，同时应及时清除附在导电嘴和喷嘴上的非溅物，确保良好的保护效果。在室外或风口作业，还需注意风速对焊接区域的干扰，如果风速超过1.0m/s或达到蒲氏3级，则要有挡风装置或相应保护措施。2.3.3、陶瓷衬垫它是CO2气体保护焊中确保双面成型的关键材料。目前，我厂使用的是上5海耐火材料厂生产的TSHD型和浙江象山焊接衬垫厂生产的JN系列衬垫，其产品型号见表2、表3。衬垫在保护和使用前都保证干燥，最好在60度的干燥房内保管，使用时应随取随用。特别是在潮湿季节，室外露天隔夜衬垫作报废处理。衬垫在贴敷时，要保证衬垫与板材的紧密度，不允许焊缝区域存有油污和水渍。为此，在贴敷衬垫时，接头两侧各50mm范围内，应进行清理和干燥处理，更不要有焊瘤、码脚等凸突部分，否则，应磨平后方能贴敷衬垫。表2浙江象山焊接衬垫厂生产的陶瓷衬垫的型号(节选)型号适用接头JN-401、JN-402、JN-403、JN-404CO2气体保护单面焊双面成型钢板平面对接接头JN-409CO2气体保护单面焊双面成型钢板平面对接接头（有板厚差）JN-410CO2气体保护单面焊双面成型圆弧对接缝JN501、JN502球扁钢、角钢对接接头JN601-1，2，3…钢板角接接头JN901钢板对接接头端部JN1001立向气电自动单面焊对接接头表3上海耐火材料厂生产的陶瓷衬垫的型号型号适用的焊接位置TSHD-1平面对接焊TSHD-2平面对接焊（不同板厚）TSHD-3平面对接焊（圆弧形焊缝）TSHD-4角焊TSHD-5垂直焊2.3.4、焊接的设备目前，使用的CO2焊机多为半自动焊设备，如松下KR-3520型、KR-500型、XIII500PS、COZX-350等。其性能相似，具有两个基本要求：一是在不中断的情况下，电弧能维持稳定，以满足打低焊，横焊和立焊的需要。二是能调节出大小的两种电流，以适应不同的装配间隙和焊接位置，保证背面焊缝成型良好。CO2半自动焊机及附属的设备包括焊枪、送丝机构（包括焊丝盘和送丝软管）、控制装置、焊接电源、气体回路和连接电缆。焊接控制装置应能实现如下焊接程序控制：启动→提前通气（1—2s）→通电、送丝、引弧（开始焊接）→停止送丝→切断电源（停止焊接）→滞后停气（2—3s）。6应根据焊接施工时需要的焊接电流和实际负载持续率，选用具有合适额定电流的焊机。焊机应有专人维护，定期检修。2.4焊缝的装配由于双面成型焊是预留间隙的，因此不允许在焊缝上搭焊进行定位。接头的两侧板材，是靠邦码(卡码)加以固定的。邦码尺寸的确定有三个准则：一是邦码应有一定的强度，保证装配好的接头不再变形。二是有较大的过焊孔，保证衬垫和焊枪能顺利通过。三是邦码不宜太重，保证安装工人操作方便。邦码间距的确定，原则上在保证板缝平整度和足够刚性的情况下尽可能的加大间距，一般以200-300㎜为宜。邦码厚度不宜小于10㎜。通常邦码和焊缝装配成70夹角。图2为标准邦码图，以供参考。t=10─1245ºR40─50160270图2邦码尺寸2.5焊接规范CO2单面焊双面成型工艺的焊接规范是比较灵活的，它与焊工的技能和熟练程度有关。选择焊接规范时应注意焊接电流和电压的匹配，确保焊缝的良好成型。熟练的焊工，能够使用较大电流的焊接规范，以提高劳动生产率。焊接电流最大不宜超过230A（焊丝直径ф1.2）。表4、表5所列焊接参数，可供参考选择。表4CO2焊接规范表焊接位置焊丝直径㎜电流A电压V速度cm/minCO2气流量L/min对接平焊ф1.2180-23028-328-1218-20对接立焊ф1.2120-15024-266-818-20横焊ф1.2150-20026-3013-1518-20平角焊ф1.2160-21025-308-1218-207表5CO2多层焊接工艺接头形式层次焊接规范电流A电压V速度cm/min气体流量L/min板厚12t16对接平焊1220321718223034141832203214184200301618对接立焊11302381521402511153140251115413024818横焊11702810152200303015321030301542203040155210204015618028301571802830158170283015170板厚24200t35对接平焊11702913182-1320032171814210321918对接立焊1130238152-6150241115714024818横焊11702810152-32103040154-5200303515续表5板厚24t35横焊6-71802831158-9170282918101702821182.6操作要领CO2单面焊是一种技术性很强的焊接方法。尽管影响焊缝双面成型的因素很多，如设备性能、气候、施工空间环境、网路电压、人员素质等，但更重要的是人员素质。焊工素质表现在认知面（理论水平）、技能技巧、熟练程度和工作态度等方面。因此，即便使用了合适的焊接规范参数，想要获得满意的焊缝质量，还必须掌握准确的操作方式和技术要领。82.6.1燃弧点的位置采用单面焊时，燃弧的位置十分重要，如图3所示。由于进行CO2单面焊时，电弧的电流密度较大，在熔池前端的母材上形成半圆孔，随着电弧的前进，熔化金属不断填满此半圆孔。操作时必须使燃弧点处于熔池中心，如果燃弧点太靠前，如图3中B点的位置，则会使铁水过早前淌，使熔宽减小，严重时导致两底边未熔合。若燃弧点太靠后，如图3中A点，使铁水前淌过缓，会增加熔宽，焊缝下垂过多，且容易使焊缝正面形成中间高、两边低的形式，这样在上面一层焊接时会导致两边夹渣。正常的打底焊成形应是焊缝反面增高适当，焊缝正面为中间低，两边成弧状过渡，如图4所示。母材焊缝熔池电弧位置衬垫图3CO2单面焊熔池燃弧点位置上凸过高最佳成型下垂过多图4背面焊缝的不同成型状态2.6.2焊丝的角度单面平焊时可以采用左焊法，也可以采用右焊法，如图5所示。右焊法时熔敷金属的厚度较薄，反面成型较美观，但焊强会挡住操作者的视线，影响对熔池前端的观察。采用左焊法时，焊接速度要比右焊法慢，操作者能较好的看到熔池的前方。910°─15°10°―15°焊接方向焊接方向焊丝焊丝目材目材电弧力焊缝焊缝电弧力方向方向衬垫衬垫左焊法右焊法图5单面焊的左焊法和右焊法立焊时为防止铁水下流，焊丝处于下倾状态，如图6所示，同时焊丝左右摆动，如图7所示，此角度应不小于5º。与水平角度不当，易造成正面和背面焊缝成型不良。焊丝左、右摆动角度不当，易造成焊缝边缘熔合不良和夹渣现象。横焊时焊丝的位置如图8所示。焊丝偏上会造成焊缝下侧未熔合，偏下会使背面焊缝过分下垂。焊丝略向前倾是为了使铁水的重力、表面张力和电弧吹力三者保持平衡，使铁水不过分前淌，保证焊缝反面有良好的形成。衬母材衬垫垫焊10º―15º母材5º缝焊丝摆动焊丝焊接方向焊缝图6立焊时的焊丝位置图7立焊焊丝摆动角度焊缝衬垫焊丝焊接方向10º母材焊丝10º图8横焊时的焊丝位置2.6.3焊枪摆动方法单面焊时为了使焊道两侧均匀的熔化，铁水不过分下垂，防止夹渣与未熔合等缺陷，焊枪必须在焊缝两边做均匀的摆动，并在两侧做适当的停留。这样可使母材两边适当的熔化，与过渡的熔滴金属形成左右对称，下垂适量的熔池，冷却10后成为合格的焊缝。摆动方式，平焊与立焊一般作月牙形摆动。但在横焊时，一般可不做摆动，焊缝较宽时，作斜三角形摆动。2.6.4收弧方式在CO2陶瓷衬垫单面焊打底焊收弧时，在收弧处背面中央会出现缩孔。产生缩孔的主要原因是陶瓷衬垫的导热性比母材小，而熔池上部的熔融金属因散热条件好，先行凝固，而熔池下部的融化金属散热条件差，最后凝固。在凝固时，温度降低引起体积的收缩，而此时其它部分金属均已凝固，无法有金属补充这种收缩，因而形成缩孔。为了消除这种缩孔，首先是采用电流衰减的方法。现在一般的CO2焊机都有填充弧坑衰减规范的调节旋钮。焊接前将此旋钮调节适当的衰减数值上，在要收弧时，二次按压枪上的按钮，此时焊接电流及焊接电压会自动从原来的参数上衰减到较小的数值。当最后的融化金属填满坑后，再将电弧引到已凝固的焊好的焊缝上。此时放开焊枪的按钮，电弧最终熄灭，缩孔也就不会产生，如图9所示：母材焊缝弧坑衬垫焊焊缝焊缝灭弧点开始收弧（衰