CN102814576B - 富氩二氧化碳气体保护焊焊接方法 - Google Patents

富氩二氧化碳气体保护焊焊接方法 Download PDF

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Abstract

一种富氩二氧化碳气体保护焊焊接方法，步骤包括：1）对焊件的焊接接头坡口进行加工；2）确定保护气气体比例；3）按照焊接工艺规范焊接，焊接工艺要求包括：a）保护气体为氩气和二氧化碳气体的混合气体，其中：在常温下，体积百分比为Ar即氩气为79～80%和CO2即二氧化碳气体为21～20%CO2；b）焊接过程中保证熔滴过渡为射流过渡。本技术方案的效果包括：提高焊接接头力学性能；进而改善熔合区性能；提高熔敷效率，便于杂质、气体溢出。

Description

富氩二氧化碳气体保护焊焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体是涉及一种混合气体保护焊焊接方法。
背景技术
二氧化碳气体保护焊相对于传统手工电弧焊在工作效率和经济效益在有很大优势，在上世纪八十年代在国内得到推广应用。但由于其焊缝金属冲击功及熔合区性能不容易控制，因此在压力容器行业始终未得到产业化应用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明通过改变保护气体种类、降低坡口角度、改进焊接工艺等措施提出了一种新的普通碳素钢气体保护焊焊接方法，具体技术方案如下：
一种富氩二氧化碳气体保护焊焊接方法，步骤包括：
1）对焊件的焊接接头坡口进行加工；
2）确定保护气气体比例；
3）按照焊接工艺规范焊接；
所述步骤3）中，焊接工艺要求包括：
a）保护气体为氩气和二氧化碳气体的混合气体，其中：在常温下，体积百分比为Ar即氩气为79～80%和CO2即二氧化碳气体为21～20%CO2；
b）焊接过程中保证熔滴过渡为射流过渡（在焊接电流增大到一定程度，熔滴过渡形式就会变为射流过渡。由于焊机性能和焊工的操作手法不同，选择不同厂家的不同机型，达到射流过渡的电流大小也不相同。通常情况下电流在达到180A以上，熔滴就会以射流形式过渡）。
所述步骤3）后还包括步骤4）对焊缝含氧量分析。根据分析结果，将对合金钢、不锈钢进行相关试验。
所述步骤3）中，焊接工艺还包括：焊接的电源极性采用直流正极。
所述步骤3）中，采用焊缝坡口角度为45°～50°来高母材金属在焊缝中比例。
本方法适用于普通碳素钢，包括Q235、Q245、Q345、20#等。（本焊丝无特殊要求，根据母材选择与之相匹配的气保焊焊丝即可。）
所述步骤3）中，焊接工艺的优选参数如下表：
本技术方案的原理及效果如下：
1）通过调整保护气体种类和特定比例，来改善焊缝焊接冶金反应，提高焊接接头力学性能；
2）减小焊缝坡口角度到特定角度，提高提高焊缝金属熔合比，进而改善熔合区性能；
3）采用适度的射流过渡，增加电弧宽度（调整电弧宽度的是通过调整工艺参数，调节保护气体比例等来实现的），提高熔敷效率，便于杂质、气体溢出。
附图说明
图1是中厚板X型坡口示意图；
图2是薄板单侧V型坡口示意图；
图3是氧含量与韧性关联度曲线；
图4是碱性电焊条焊缝金属夹杂金相图；
图5是板厚12Q345焊缝金属夹杂金相图；
图6是板厚14Q345焊缝金属夹杂金相图；
图7是HP029焊缝金属夹杂金相图；
图8是HP030焊缝金属夹杂金相图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本技术方案进一步说明如下：
一种富氩二氧化碳气体保护焊焊接方法，步骤包括：
1）对焊件的焊接接头坡口进行加工；
2）确定保护气气体比例；
3）按照焊接工艺规范焊接；
所述步骤3）中，焊接工艺要求包括：
a）保护气体为氩气和二氧化碳气体的混合气体，其中：在常温下，体积百分比为Ar即氩气为79～80%和CO2即二氧化碳气体为21～20%CO2；
b）焊接过程中保证熔滴过渡为射流过渡（在焊接电流增大到一定程度，熔滴过渡形式就会变为射流过渡。由于焊机性能和焊工的操作手法不同，选择不同厂家的不同机型，达到射流过渡的电流大小也不相同。通常情况下电流在达到180A以上，熔滴就会以射流形式过渡）。
所述步骤3）后还包括步骤4）对焊缝含氧量分析。根据分析结果，将对合金钢、不锈钢进行相关试验。
所述步骤3）中，焊接工艺还包括：焊接的电源极性采用直流正极。
所述步骤3）中，采用焊缝坡口角度为45°～50°来高母材金属在焊缝中比例。
本方法适用于普通碳素钢，包括Q235、Q245、Q345、20#等。（本焊丝无特殊要求，根据母材选择与之相匹配的气保焊焊丝即可。）
所述步骤3）中，焊接工艺的优选参数如下表：
对采用本方法焊接焊缝进行检测，以压力容器最常用的钢Q345材料为例：
对其采用碱性电焊条进行的焊接后的焊缝金属进行的气相色谱法测定，如表2所示：
表2碱性电焊条进行的气相色谱法测定焊缝金属的氧含量表：
  序号  焊接电流（A）   氧含量/PPM   冲击韧性/Akv（-105°）
  1   160-180   460   41.3
  2   160-180   500   46.7
  3   160-180   510   36.7
  4   160-180   370   46.3
  5   160-180   972   33.3
  6   160-180   913   29.3
  7   160-180   973   20.0
  8   160-180   373   46.3
  9   160-180   360   28.0
  10   160-180   360   36.6
  11   160-180   370   46.3
  12   160-180   451   20.7
  13   160-180   454   13.0
  14   160-180   330   67.2
  15   160-180   400   41.6
  16   160-180   320   47.5
  17   160-180   390   46.0
  18   160-180   460   64.0
  19   160-180   380   60.8
  20   160-180   520   34.0
对采用本发明方法焊接得到的焊缝金属进行气相色谱法测定氧含量，如表3所示：
表3Q345材料富氩二氧化碳气体保护焊焊缝金属气相色谱法氧含量表：
分析表2、表3数据：
1）表2数据显示碱性电焊条的氧含量范围是360～973PPM。富氩二氧化碳气体保护焊焊缝金属氧含量在600～700PPM。与碱性电焊条相比较，富氩二氧化碳气体保护焊焊缝金属氧含量较为集中并居中值。
2）表3中，1与4、3与5的数值说明采用纯氩和富氩气体作为保护气体脱氧效果基本相同。
3）表3中焊接电流对焊缝金属的氧含量的影响不明显。
由表2可见，当3.5%镍碱性电焊条的氧含量在973PPM时，其-105°Akv冲击值仅为20J/cm2；当氧含量在454PPM时，-105°冲击值仅为13.0J/cm2，说明了数据具有分散性。
运用三次设计的统计方法，对上述表2、3数据进行的回归分析，得出回归方程和显著性参数γ=-0.459，则冲击值与氧含量呈负相关，见图3，即随着焊缝金属中氧含量的增高，焊缝金属的冲击值是下降的。氧含量对冲击韧性要求高的焊缝金属具有重要影响。
光学显微镜观察焊缝金属的氧化物夹杂（以母材材质为Q345钢为例，采用本发明方法以及现有碱性电焊条焊接方法的进行焊接）：
观察对象：Q345钢、开V型坡口，HO8Mn2Si焊丝，20%CO2富氩气体保护焊对接焊缝。按照GB10561—1989钢中非金属夹杂物显微评定方法之ASTM评级图对电焊条和富氩保护气的焊缝金属氧化物夹杂评级，见图4～8。评定结果如表4：
表4：评定结果表
  试样名称   夹杂评级
  碱性电焊条焊缝金属   A0、B0、C1.5、D2.0
  板厚12Q345焊缝金属   A0、B0、C1.0、D2.5
  板厚14Q345焊缝金属   A0、B0、C2.5、D1.5
  HP029焊缝金属   A0、B0、C0、D1.5
  HP030焊缝金属   A0、B0、C0、D1.5
注：A硫化物夹杂；B氧化铝夹杂；C硅酸盐夹杂；D球状氧化物夹杂。
（上表中，除碱性电焊条焊缝金属外，其他四项试样都是采用本发明方法焊接。“HP1029焊缝金属、HP1030焊缝金属”分别指表5中试件编号）
其中，主要为氧化物夹杂和硅酸盐夹杂。样品中，碱性电焊条和Q345焊缝金属氧化物夹杂种类为两种，夹杂物较HP样品稍大。富氩气体保护焊焊缝金属夹杂物评定在1.0--2.5级。
力学性能检测如表5所示：
表5机械性能试验结果
（上表中，“试件编号”对应的“HP1029/δ=26；HP1030/δ=26；HK-1/δ=12；HK-5/δ=26；HS1060/δ=20”的母材材质均为Q345R，厚度单位mm）
用上述的焊接工艺参数所焊的试件，经过焊接工艺评定，符合压力容器的相关安全技术规范要求，表明此工艺方法适用于压力容器的焊接生产中。

Claims (4)

1.一种富氩二氧化碳气体保护焊焊接方法，步骤包括：
1)对焊件的焊接接头坡口进行加工；
2)确定保护气气体比例；
3)按照焊接工艺规范焊接；
其特征是所述步骤3)中，焊接工艺要求包括：
a)保护气体为氩气和二氧化碳气体的混合气体，其中：在常温下，体积百分比为：Ar即氩气为79～80％，CO2即二氧化碳气体为21～20％；
打底焊层的焊接速度为35～37cm/min，焊接电流要求为190～195A，电弧电压要求为19～21V；
填充盖面层的焊接速度为30～32cm/min时，焊接电流要求为240～250A，电弧电压要求为23～25V；填充盖面层的焊接速度为32～35cm/min时，焊接电流要求为220～230A，电弧电压要求为20～22V；
打底焊层和填充盖面层的焊接参数要求还包括：气体流量为14～18L/min，焊丝干伸长为8～12mm；
b)焊接过程中保证熔滴过渡为射流过渡；
本方法适用于普通碳素钢。
2.根据权利要求1所述的富氩二氧化碳气体保护焊焊接方法，其特征是所述步骤3)后还包括步骤4)对焊缝含氧量分析。
3.根据权利要求1所述的富氩二氧化碳气体保护焊焊接方法，其特征是所述步骤3)中，焊接工艺还包括：焊接的电源极性采用直流正极。
4.根据权利要求1所述的富氩二氧化碳气体保护焊焊接方法，其特征是所述述步骤3)中，采用焊缝坡口角度为45°～50°。
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