电站锅炉密封板CO₂气体保护焊单面焊双面成形工艺探究

马 俊

【摘要】 CO₂气体保护焊具有高效、节能等优点，在工程中得到越来越多的应用。本文以某电站锅炉密封板（δ=6mm）采用CO₂气体保护焊为例，探索电站锅炉薄壁板运用CO₂气体保护焊单面焊双面成形工艺。

【关键词】CO₂气体保护焊 锅炉密封 单面焊双面成形工艺 立焊

0 前言

CO₂气体保护焊具有高效、节能和明弧等优点，在电站锅炉密封板、钢结构、烟风管道制作等加工制作、现场安装中得到越来越多的应用。单面焊双面成形是生产效率较高的焊接工艺方法之一，适用于双面焊无法焊接的部位。

CO₂气体保护焊单面焊双面成形工艺方法，采用连续击穿焊法，从焊件坡口的正面进行焊接，在接缝间隙处控制熔池金属的操作来实现单面焊接，实现正面和背面焊道，同时形成致密均匀整齐、成形良好的焊缝的操作方法。

相对于传统的厚薄板对接工艺方法来讲，单面焊双面成形技术的采用，不需要任何辅助措施，只需在坡口根部进行组装定位时，留出不同间隙，可以省去工件翻转及翻转后所进行的多道工序，大大缩短了工件的加工时间。但CO₂气体保护焊单面焊双面成形工艺在打底焊时，焊丝从装配间隙中间穿出，形成大量的穿丝，影响了焊缝的成形质量，是不允许的。

本次以电站锅炉密封板（δ=6mm）的薄壁板的立焊位置为例，介绍一种新的CO₂气体保护焊单面焊双面成形的工艺方法，不仅可以克服背面穿丝带来的缺点，且可以大大提高焊接操作的生产效率。

1 常规的CO₂气体保护焊单面焊双面成形工艺

以δ=6mm的薄壁板的V形坡口对接立焊为例，常规的CO₂气保焊单面焊双面成形工艺如下：

1.1 薄壁板V形坡口装配要求

薄壁板V形坡口对接装配间隙及定位焊要求如图1.1-1所示，对接立焊反变形装配如图1.1-2所示。

图1.1-1 定位焊装配示意图 图1.1-2反变形装配示意图

1.2 焊接参数

焊接参数见表1.2-1。

表1.2-1焊接参数表

组别	焊道 层数	焊丝直径 mm	伸出长度 mm	焊接电流 A	电弧电压 V	气体流量 L/min
第一组	打底焊	0.8	10-15	70-80	17-18	8
	盖面焊			90-95	19-20
第二组	打底焊	1.2	20-25	100-110	18-19	15
	盖面焊			120-130	19-20

1.3 常规CO₂气体保护焊单面焊双面成形的焊接操作要点

1）焊前准备。试板位置焊接前，先检查试板装配间隙及反变形的角度，并将试板垂直固定，间隙小的一端放在下方。

2）焊枪角度与焊法。釆用立向上焊法，焊2层，焊枪角度10°-15°，如图1.3-1所示。

图1.3-1 焊枪角度示意图

3）打底焊。调试打底焊的焊接参数后，在试板下端引燃电弧，使焊枪在焊缝中心处作锯齿形横向摆动。当电弧即将超过定位焊缝时，下压电弧，产生熔孔，保持熔孔边缘比坡口边缘大0.5 -1mm，并稳定焊接。

4）盖面焊。调试好盖面焊焊接参数后，由下向上焊接，要求焊枪的横向摆动幅度稍大些，使熔池边缘超过坡口上表面的棱边0. 5 -1.5mm，并稳定焊接。

1.4 常规CO₂气保焊单面焊双面成形工艺常见问题

常规方法在打底焊时一般选用短齿形摆动，由于短齿形的间距和焊枪的角度没有掌握好，所以焊丝在装配间隙中间穿出，严重影响焊接质量。

2 新型的CO₂气体保护焊单面焊双面成形对接立焊工艺

2.1 焊前准备

1）焊前必须清理坡口两侧20mm范围内影响焊缝质量的毛刺、氧化皮、锈蚀、水及油污等脏物。

2）当环境温度低于0℃或钢材的碳当量大于0.41%，及结构刚性过大、焊件较厚时，应进行焊前预热，预热宽度为板厚的5倍，且不小于100mm。

3）薄壁板应开V形坡口，坡口角度为 60° ,钝边为 0 - lmm。

4）焊前应对CO₂自动焊机送丝顺畅情况和气体流量做认真检查。

5） 使用前，应检查气体压力，并对瓶装气体做排水提纯处理，若气体压力低于0. 05 -0.1 MPa时应停止使用。

6）根据不同的焊接工件和焊接位置调节好参数，焊接参数采用以下公式计算：

U= 0. 04I+（16±2）（允许误差±1.5V）。

2.2 主要焊接参数

1）焊接电流与电弧电压。焊接电流是确定熔深的主要参数，当焊接电流过大时，则焊缝背面容易出现烧穿、咬边和焊瘤等缺陷；当焊接电流过小时，容易出现未熔合、未焊透、夹渣和成形不良等缺陷。试验表明：当选择φ1.0mm的焊丝时，单面焊双面成形的焊接电流为 75-95A较为合适，这时熔滴的过渡方式为短路过渡。

短路过渡的电弧电压一般在17 - 25V之间，短路过渡只有在较低的弧长情况下才能实现，所以，电弧电压是一个非常关键的焊接参数。电弧电压增加，电弧过长，电弧不稳定；电孤电压过低时，焊丝将插入熔池。焊接电流小，则电弧电压低；电流大，则电弧电压高。电弧电压与电流应进行合理匹配，如果匹配不合理，焊接飞溅和噪声较大，焊接质量不易保证。主要焊接参数见表2.2-1。

表2.2-1主要焊接参数表

焊道层数	焊丝直径 mm	伸出长度 mm	焊接电流 A	电弧电压 V	气体流量 L / min
1	1	10	75-95	17-19	10

2）焊接速度。当焊接电流、电弧电压和焊丝直径为一定值时，熔深、熔宽及余高会随着焊接速度的增大而减小。如果焊接速度过快，容易使气体的保护作用被破坏，焊缝成形不好；焊接速度太慢，焊缝的宽度显著增大，熔池的热量过分集中，容易烧穿或产生焊瘤等缺陷。只有合适的焊接速度，才能保证焊缝成形达到要求。

3 新型的CO₂气体保护焊单面焊双面成形工艺焊接操作要点

3.1 试板位置检查

焊前先检查试板装配间隙及反变形是否合适，并把试板垂直固定好，间隙小的一端应放在下面。

3.2 焊丝与试板角度调整

采用向上立焊，由下往上焊，一层焊完。焊丝与试板角度是保证新工艺焊接质量的关键，应严格按图1.3-1所示，调整焊丝与试板间的角度，焊丝指向下方与焊接方向呈75°-80°。

3.3 焊接过程控制

采用打底盖面一次成形，焊接时焊丝的位置、摆动方法和焊接速度都是影响焊接质量的关键。焊接时，先调好焊接参数，在试板下端引燃电弧，使焊枪在焊缝中心处做月牙形横向摆动。当电弧超过定位焊缝时产生熔孔，焊接过程中始终保持熔孔边缘比下坡口边缘大0.5-1mm较合适。电弧摆动时，电弧的位置始终低于熔孔最低点0. 5-1mm，以月牙形摆动，摆动超过上坡口边的1-2mm，并注意摆动的速度和适当的停留时间，保证坡口内金属填充饱满。焊接时，由于焊接电弧的位置不正确，或焊枪的角度没有掌握好，焊丝很容易从装配间隙中间穿出。如果在整条焊缝上有少量的焊丝穿出，是允许的；如果穿出的焊丝很多，则是不允许的。

为了防止焊丝穿出，焊枪的位置和焊丝的角度是关键，同时焊枪要握平稳，可以用两手同时握焊枪，右手握住焊枪后部，食指按住启动开关，左手握住焊把鹅颈部位，可以减少穿丝或不穿丝，保证焊接的顺利进行和焊缝的内部质量。停弧或打底焊结束时，焊枪不要马上离开弧坑，以防止产生缩孔及气孔。

3.4 焊缝接头控制

焊接时应尽量减少焊接接头，若需要接头时，用砂轮把弧坑部位打磨成缓坡形。打磨时，要注意不破坏坡口的边缘。接头时，焊丝的顶端对准缓坡顶端缓缓焊接，当电弧燃烧到缓坡的最薄位置时，正常摆动形成熔孔，利用熔深把接头接上。

4 焊缝质量

4.1 焊缝外观质量

焊缝的外观成形良好，平滑整齐，焊缝外观尺寸符合要求，焊接缺陷明显少于焊条电弧焊单面焊双面成形。

4.2 接头组织

焊丝为H08Mn2SiA的CO₂气体保护焊的焊接接头组织见表4.2-1。与传统的工艺相比，金相组织基本相同，主要是铁素体+珠光体。

表4.2-1 焊缝接头组织

焊缝	焊接热影响区
	过热区	正火区	不完全正火区
柱状晶铁素体+珠光体	铁素体+珠光体	铁素体+珠光体	铁素体+
组织魏氏体A列3级	魏氏体B列4级	魏氏体B列4级	珠光体

4.3 焊缝内部质量

经X射线探伤检验表明，焊缝的一级片比例明显高于传统工艺焊接的接头质量。

4.4 力学性能

经过常规力学性能试验，力学性能与传统工艺焊接的焊接接头的质量基本一样，完全符合要求。

5 结语

通过在某600MW火力发电项目锅炉结构密封焊缝的实施，薄壁板的CO₂气体保护焊单面焊双面成形新工艺的焊接质量可靠，与传统的单面焊双面成形工艺相比具有焊接质量好、焊接速度快、生产效率高和操作方法容易掌握等特点。可推广应用于低碳钢、低合金高强度钢的大型钢结构工程的焊接。

参考文献

[1]《电焊工技术》，中国劳动社会保障出版社. 2000年1月

[2]《焊工技能》，机械工业出版社.2008年5月