1、焊接技术富氩混合气体保护焊在压力容器受压焊缝中应用的工艺研究大连三洋制冷有限公司王天宁王东房廷海王铁恒邢庆云摘要：通过实验研究， 选择适当的焊接材料、 焊接工艺参数， 克服了富氩混合气体保护焊易出现的缺陷， 摒弃了以往压力容器受压焊缝生产中氩弧焊打底、 手工焊盖面的传统焊接方法， 将该焊接方法成功应用在压力容器受压焊缝的生产中， 提高工作效率 ! # 倍， 降低了生产成本。关键词：富氩混合气体保护焊； 压力容器中国分类号： $%&!&#文献标识码： (文章编号： )*) + &,!- （.*.） *) + *!# + *&!# !#$%&$ (#)*$ +, -&. /) (&$ 0*1+%
2、2"&%1 0*$5#34&%1 -#6+4 7#4 &% 8*#9*# :#3 5#34&%1 2#);/01203 45678 9:;2=:2?3 ?， AB50/ !&)%&%1500/ !&%1)&50/ !&#%1?/ A&%1B9%0C6*)$6： $C2D E0E:B E?EG H:1B23= I0:201D、 H:1B23= E0:D JG 0301GD2D，:KE:，:F 03B?L:C: B:;:F ?; I2K =0D 2FC 0=?3 DC2:1B23= 0C?B $C: 2?301 H:1B23= I:C?B HC2FCC: I:01 2D H:1B:B JG
3、$M% ;21G 03B JG 4N5O ?C: 10G:C2D H:1B23= I:C?B 2D PD:B 23E:DDPPC?B 2IEC: H? # 2I:D03B J B?H3 C: E2L: L01P: 03B I0B: =?B :F?3?I2F01 J:3:;2D#B E+*4： I2K =0D 2FC 0=?3 DC2:1B 0F H:1B23=；E:DDP: L:DD:1)前言随着新工艺、 新材料的发展， 现代焊接技术不断提高， 不断创新。富氩混合气体保护焊以其焊缝成型美观、 焊接质量好、 生产效率高、 成本低、 操作简单、 易于观察、 焊接变形小等优点被广大压力容器厂家所关注
4、。但是， 由于压力容器受压焊缝质量要求高， 而混合气体保护焊接方法存在焊接时易出气孔、合金元素烧损、 飞溅大等缺点， 限制了其应用。大连三洋制冷有限公司是以生产溴化锂吸收式制冷机为主的企业， 其蒸汽型和温水型制冷机高温再生器 （见图 )） 的左右管箱部件属于第二类压力容器， 工作压力为 .NR0， 工作温度 )S*T， 工作介质为水蒸汽， 主要受压元件材料是 )SN39。以往其受压焊缝均采用 $M% 焊打底， 手工焊盖面的传统组合焊接工艺方法， 生产效率低下。为了提高生产效率， 决定将富氩混合气体保护焊方法应用于压力容器的生产中。.焊接工艺的研究.U)焊接材料及设备的选择（)） 保护气体的选择
5、混合气体保护焊方法增加 5 气体， 克服了纯8.保护焊的许多缺点。这种气体的加入， 改善熔滴过度稳定性， 使得电弧燃烧稳定， 大大减少了焊接飞溅， 焊缝成型美观， 降低了保护气体氧化性， 控制#!焊缝冶金质量， 有益于合金元素向焊缝过渡。特别适合于低合金钢的焊接， 并且市场购买方便， 因此选择 !#$% & #()富氩混合气体。图 *高温再生器简图（） 焊丝的选择我公司经过对比实验， 选择大连长城焊丝有限公司生产的 +,- . /0 焊丝。该焊丝与 1!2345$焊丝比较， 45、 23 元素含量进行了调整， 能够在既保证充分脱氧， 又有效防止合金元素的烧损的同时， 提高焊缝塑性和韧性。它的
6、4、 6 含量降低， 提高了焊缝的综合力学性能。并且焊丝中含 ( 量低， 降低了() 气孔的发生率。（/） 焊接设备的选择焊 接 设 备 选 择 为：焊 机 为 67378935:;?$； 送丝机构为 67378935: ;A/-=0*。通过选择适当的保护气体和焊丝相匹配， 有效地克服了合金元素的烧损和飞溅， 使得焊缝中合金元素含量适中， 具有较好的综合力学性能。但是， 由于混合气体本身的特点， 使得该方法对气孔和熔合不良的敏感性较大。因此只有充分重视该方法的操作要领， 才能得到优质的焊接接头。B焊接规范的确定采用富氩混合气体保护焊方法， 熔滴过渡有喷射过渡、 短路过渡、 脉冲过渡三种形式。针
7、对我公司产品的结构特点和使用材料， 选择短路过渡形式。一定直径的焊丝， 具有一定的电流调节范围， 在一定的焊丝直径和焊接电流下， 焊接电压的选择是非常关键的， 它决定电弧的弧长和熔滴过渡形式。如果电压过低， 金属桥不易断开， 焊丝容易插入熔池； 如果电弧电压过高， 则短路过渡变成上扰排斥过渡， 飞溅大。因此， 必须选择合适的电流、电压匹配， 才能获得稳定的短路过渡。焊接规范见表 *。表 *焊接规范焊丝气体流量打底焊道其余焊道+,- . /0!*B* C *-DEF53电流 （$）电压 （）电流 （$）电压 （）* C *-*G C *H*! C / C IB/焊接缺陷分析及其防止措施（*） 焊
8、接气孔在采用富氩混合气体保护焊接初期， 偶尔出现气孔缺陷， 呈离散性分布， 没有规律。根据经验， 焊接气孔大多是空气中的 J进入形成。为了避免空气的侵入， 我们在焊接区四周设置屏风， 并且采用不同保护气体流量进行焊接， 气孔仍呈离散性偶尔存在， 这就证明气孔不是由于焊接环境造成的。为此我们走访了气体生产厂家， 发现由于盛装混合气体的气瓶流量大， 在充装气体时， 忽略了气瓶干燥， 导致气瓶内含有水分， 在焊缝中产生氢气孔， 后严格按照气体充装工艺进行， 解决了气孔缺陷问题。在采用混合气体保护焊接时， 为了防止气孔的产生， 规定了下列注意事项：!环境防风；焊材是否有锈；#焊接气瓶气压低于 -KLM
9、 时， 应关闭阀门停用；$气瓶的使用本着先进先出、 后进后出的原则， 长期未用的气瓶， 使用前应放平于地上， 滚动数次， 防止气体分层， 带来不良影响；%短路过渡时， 气体流量为 */ C *NDEF53 为宜， 当焊接处为尖角时， 应适当增加气体流量；&焊接速度不宜太快， 防止凝固速度过快， 气体来不及溢出， 产生气孔；焊前坡口除油污；(新气瓶使用前，应通过焊枪放气一段时间， 防止焊枪送气管路中气体不纯， 产生气孔。（） 熔合区开裂在使用富氩混合气体保护焊进行实验过程中，发现即使 O 光片表明焊接接头没有任何缺陷， 而弯曲实验时仍有可能在熔合区产生开裂， 而且开裂面较大。这说明焊缝与母材没有
10、真正熔合。分析原因如下： 由于半自动混合气体保护焊在操作手法上与手工电弧焊相似， 因此焊工在焊接试件时采用操作手法与手工电弧焊相同， 在进行试件打底焊道焊接时， 普遍采用的是直线运动。这样， 由于送丝速度快， 熔化的焊丝金属很快填满焊道， 而混合气体保护焊电弧较小且热量集中， 熔化的焊丝金属由于热量补给不足与母材边缘没有完全熔合， 产生虚焊。因N/(6?富氩混合气体保护焊在压力容器受压焊缝中应用的工艺研究9P*HAJ9* 此， 在进行背弯实验时， 沿着熔合线开裂。在进行其它焊道焊接时， 虽然采取摆动技术， 但同样由于熔合线侧没有完全熔合， 导致弯曲时开裂。!采用右焊法。焊接过程中电弧指向熔池，
11、 使熔池冷却缓慢， 热量集中， 对熔池有控制和加热作用， 使熔合良好；坡口尺寸要适当， 由于混合气体保护焊喷嘴一般较大， 按最小电压原理， 电弧一般形成在焊丝与母材最短线上。因此， 当坡口尺寸不当时， 易产生未熔合或熔合不良现象；#由于混合气体保护焊电弧热输入小， 因此当电弧摆动到母材侧时， 应稍做停留以增加热输入， 使得母材侧充分熔化， 与焊缝充分熔合。!#焊接性试验为了研究富氩混合气体保护焊应用于 $%&(材料的抗裂性， 我们按照 )*#%+,$ - .# 标准进行了斜 / 坡口焊接裂纹实验。实验条件、 焊接规范参数见表 !。焊接完试件经过放置 #. 小时后进行裂纹检测和解剖， 测得数据为
12、： !（表面裂纹率）0 1； !#（根部裂纹率） 0 1； !$（断面裂纹率） 0 1。表 !抗裂性实验条件试件编号温度母材焊材电流2电压3焊速44546气体流量7546%11$室温材质$%&(焊丝8(,1 - 9*:$!规格&!1气体.1;2?!$#1 $,1$A !$!1 !#1$,!,焊缝无损检测采用以上焊接材料和设备， 按照以上提到的操作要领， 焊接厚 $144， $%&( 材料的 射线照片，级别为$级。焊接规范见表 9。表 9焊接规范焊丝气体流量打底焊道! - 9 焊道8(,1 - 9*($!$#7546电流2电压3电流2电压3$#1$.$A1!$!%焊缝金相组织分析为了检验焊缝金相
13、组织， 设计了骑坐式试件， 试样规格及焊接规范见图 !。图 !骑座式试件及焊接电流、 电压（$） 宏观金相检验图 9 为宏观金相照片， 未发现疏松、 裂纹、 未熔合等缺陷。（!） 微观金相检验图 # 图 + 为焊缝、 熔合区、 热影响区、 母材的微观金相组织照片。图 # 的组织为针状铁素体 = 索氏体； 图 , 的组织为针状铁素体 = 索氏体 = 少量粒状贝氏体； 图 % 的组织为铁素体 = 粒状珠光体； 图 +的组织为带状铁素体 = 珠光体。图 9宏观金相照片图 #焊缝!11 B图 ,熔合区!11 B!+焊接接头力学性能检验为了检验富氩混合气体保护焊焊接 $%&( 材+9第 $A 卷第 $
14、期压力容器总第 $1 期料接头的力学性能， 采用 !#， $ % &$ 规格的平板试件进行对接接头试验， 焊接规范见表 &。图 热影响区#$ %图 (母材#$ %表 &!# 平板焊接规范焊接层数电流)电压*焊接速度+,+-.气体流量/,+-.&$#$#$0#$#�$01#$#�$0&#$#&#$0试件焊接完后， 对焊接接头进行了拉伸、 弯曲、冲击韧性试验， 结果如下：对两个试件进行拉伸试验， 试样规格为 #$ %1$% $ （+） ， 室温下， 在母材处断裂， 抗拉强度分别为 0234、 0234。弯曲试样四个， 面弯两个， 背弯两个。试样尺寸为 #$ % 1$ % $ （+） ， 弯
15、曲用压头直径 1$+， 弯曲角度 5$!， 四个试件均无缺陷。冲击试样共取两组， 每组 1 个试样。试样规格$ % $， 缺口为 * 形， 缺口位置分别取在焊缝区、 熔合线处。冲击试验结果如下： 焊缝区三个试件室温冲击功分别为 (#6、 (06、 5$6； 7 &$8的冲击功分别为(#6、 (06、 5$6。熔合线处三个试件室温冲击功分别为&6、 ($6、 (#6； 7 #$8的冲击功分别为 06、 096、 $6。1试验结果分析（） 在拉伸试验中， 断裂均发生在母材， 说明焊接接头具有足够的强度， 且抗拉强度高于母材。（#） 弯曲试验中， 无论面弯、 背弯 5$!均无缺陷发生， 说明焊接接头
16、具有良好的塑性。（1） 焊缝冲击韧性值和热影响区冲击韧性值都比较高， 均超过材料本身冲击韧性值 （焊丝 :*7&$8!&(6， 2.; 材料 :*7 #$8!#&6） 的要求。（&） 抗裂性能实验结果表明， 该工艺用于 2.;材料的焊接， 焊缝抗裂性好。（0） 接头经宏观金相检查， 无任何缺陷。其微观金相组织良好。（） 控制好气源、 环境等因素， 清除焊接区附近的油污， 富氩混合气体保护焊产生气孔的可能性很小。（(） 适当控制操作过程、 坡口形状， 能有效地避免熔合区开裂。&结论通过选择适当的焊接材料， 焊接设备， 焊接规范， 采用正确的操作过程， 富氩混合气体保护焊用于焊接 2.; 材料，
17、可以避免气孔、 熔合区开裂等缺陷， 焊接接头具有良好的综合力学性能， 满足第二类压力容器主要受压焊缝的焊接质量要求。收稿日期： #$ 7 $ 7 #(作者简介： 王天宁， 男， 工程师， 工学硕士， 现从事焊接工艺及设备研究。通讯地址： 辽宁大连三洋制冷有限公司， 邮编：$#。出 版 讯 息爆炸焊接和金属复合材料及其工程应用郑远谋著本书根据金属物理学的观点， 在生产实践、 科学研究和大量国内外资料的基础上， 全面和系统地论述爆炸焊接的工艺及原理， 建立起一整套爆炸焊接的金属物理学理论， 并提供大量的金属复合材料的生产工艺、 组织性能及其工程应用方面的资料。全书除前言和导言外， 分五篇： 爆炸焊接金属物理学原理； # 爆炸焊接能源和能量基础炸药与爆炸； 1 爆炸焊接工艺和技术基础爆炸复合材料； &爆炸焊接金属学和金属物理学基础爆炸复合材料学； 0?9A #$#
