富Ar混合气体保护焊工艺试验及推广应用:二氧化碳气体保护焊方法
时间：2020-03-03 07:17:27 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
CO2气体保护焊以其熔深大、焊接效率高的特点，在焊接生产中得到广泛应用，但这种工艺存在着焊接飞溅大、焊缝成形差、焊缝金属冲击韧性较低等缺点。当前，铁路和煤矿运输正向高速重载的方向发展，焊接接头的质量也需提高。Ar+CO2混合气体保护焊是提高焊接质量的一种较为经济的先进工艺，近年来这种工艺越来越受到国内外的重视。我们就比较常用的Q235-A、16Mn做了混合气体保护焊工艺试验，并与CO2气体保护焊工艺进行了对比。在工艺试验的基础上，开始在机车较重要部件柴油机机体、转向架上应用混合气体保护焊工艺。实践表明，与CO2气体保护焊相比，混合气体保护焊焊接飞溅小、焊缝成形好、焊缝金属冲击韧性高，焊缝的综合质量大大提高，返修率降低，是值得大力推广的一种适用工艺。
一、试验条件
1.材料及设备
Q235-A、16Mn试板，试板尺寸为350mm×250mm×16mm，开V形坡口，如图1所示。NBC-800CO2气体保护焊机瓶装CO2气体，瓶装80%Ar+20%CO2混合气体，H08Mn2SiA焊丝。
2.试验方法
分别用CO2气体保护焊、混合气体保护焊焊接16Mn试板，坡口一侧焊三层，背面用碳弧气刨清根3～4mm，再补焊一层，焊接规范如表1所示。用同样方法采用混合气体保护焊焊接Q235-A试板。
二、试验结果及分析
1.焊缝外观及致密性
从试板表面观察，与CO2气体保护焊相比，混合气体保护焊焊缝成形好，焊缝两侧无大颗粒飞溅，飞溅极小。对混合气体保护焊四块试板进行X光检验，未发现连续密集型气孔，除一块为Ⅲ级片外，其余为Ⅰ级片。可以看出，混合气体保护焊的保护效果好，对产生气孔并不敏感。
2.焊接接头的机械性能
按GB(2640-2653)-81技术标准，对焊接接头进行机械性能试验。混合气体保护焊与CO2气体保护焊焊接接头的机械性能如表2所示。由表2可以看出，对16Mn而言，混合气体保护焊焊接接头抗拉强度、焊缝金属抗拉强度、常温冲击韧性值都高于CO2气体保护焊。由弯曲角度和伸长率可以看出，混合气体保护焊焊缝金属还具有较好的塑性。试验结果表明，16Mn、Q235-A的混合气体保护焊的焊接接头机械性能达到了JB3964-85《钢制压力容器焊接工艺评定》的合格标准。
3.焊缝金属的化学成分
当母材为16Mn时，两种焊接方法的焊缝金属化学成分如表3所示。由表3可以看出，混合气体保护焊焊缝金属的Mn、Si含量较CO2气体保护焊高。
4.焊缝的金相组织
混合气体保护焊焊缝的金相组织为铁素体+珠光体组织，金相组织均匀细小。
5.试验结果分析
在混合气体保护焊中，由于保护气体中CO2含量减少，CO2气体高温膨胀作用大为减弱，因此对熔滴、熔池的冲击作用也随之减弱；另外混合气体保护焊的熔滴过渡形式也发生变化，熔滴过渡频率增加，熔滴细小。鉴于上述两方面原因，混合气体保护焊的飞溅极小。混合气体保护焊由于氧化性减弱，一方面焊缝金属中的氧化物夹渣减少，另一方面合金元素Mn、Si烧损减轻，有较多的Mn、Si元素过渡到焊缝金属中，使在Fe-C状态图中共析点左移，因而先共析转变产生的铁素体减少。块状铁素体粒度减小，焊缝组织为细小块状铁素体+微细珠光体组织。因而，混合气体保护焊焊缝金属在具有高强度的同时，也具有较好的韧性。
三、混合气体保护焊的推广应用
1.推广应用基本情况
在工艺试验的基础上，已开始在采煤机械和内燃机车较重要部件柴油机机体、转向架上应用混合气体保护焊工艺，生产实际使用的焊接规范如表4所示。在柴油机机体、转向架上应用混合气体保护焊工艺，焊缝成形美观，焊接飞溅极小（不到CO2气体保护焊焊接飞溅率1/2），大大降低了工人的劳动强度。同时还减少了焊缝中的气孔，降低了焊缝返修率。由于焊接质量的提高，机车焊接部件和煤矿接卸焊接部件的安全性、可靠性大大提高，适合内燃机车和煤矿刮板运输机向高速重载的方向发展，所以应用混合气体保护焊具有较好的经济效益。
2.推广应用中应注意的问题
（1）在使用直径1.6mm的焊丝、焊接电流在350A以上时，与CO2气体保护焊相比，混合气体保护焊的电弧形态、熔滴过渡形成发生了本质变化。焊工在开始时不适应这种变化，焊接规范调节不当，易造成送丝速度过快而产生气孔。
（2）就同样的焊接规范而言，与CO2气体保护焊相比，采用混合气体保护焊时，气体流量应小一些，焊丝伸出长度也要小一些，一般为15mm左右，否则易产生气孔。
（3）由于混合气体的电弧电压梯度较低，电弧易回烧导电嘴，所以应保证送丝机构送丝通畅。
（4）由于混合气体的瓶压力为15MPa左右，高于CO2气体瓶压，送丝管路高压部分及流量计高压部分应具有相应的耐压性，送丝管路中可不用预热器。
（5）混合气体保护焊工艺采用H08Mn2Si焊丝，焊缝金属的抗拉强度较母材偏高，这主要是由于焊丝中含有Mn、Si所致，所以应注意开发研制适合混合气体保护用的焊丝。
四、结论
第一，混合气体保护焊工艺性较好，CO2气体保护焊机适用于混合气体保护焊，在已普及CO2气体保护焊的情况下，较易推广这种工艺。
第二，与CO2气体保护焊相比，混合气体保护焊焊缝成形好、飞溅小，焊缝金属的抗拉强度、冲击韧性高，适合于对焊缝成形、强度、冲击韧性要求较高的重要部件的焊接，适合机车和煤矿刮板运输机向高速重载的方向发展。
第三，采用混合气体保护焊工艺，降低了焊缝的返修率，节约了能源及焊接材料，提高了焊接质量，减轻了工人的劳动强度，具有较好的综合经济效益。
（作者单位：湖南化工职业技术学院）
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