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摘要：本文介绍了海洋平台小直径撑管二氧化碳气体保护焊药芯焊丝加陶瓷衬垫单面焊双面成型的焊接工艺、焊接规范、施焊要点以及必要的试验数据等，工艺切实可行，且经济可靠，为海洋平台小直径撑管焊接提供了工艺依据。
关键词：二氧化碳 气体保护焊 药芯焊丝 陶瓷衬垫 单面焊双面成型 焊接工艺
0 引言
胜利油建工程有限公司管道容器厂施工的海洋平台如CB22F采修一体化平台和CB1FC平台等均有直径小于700mm的撑管，这类撑管由于直径小、长度大，若采用传统的双面焊，焊工的施工条件受到约束，劳动强度大，且效率低下。
胜利油建工程有限公司管道容器厂选用100%CO2或80%Ar+20% CO2气体保护焊药芯焊丝加陶瓷衬垫单面焊双面成型的焊接新工艺，熔深好，焊缝成型美观，便于单面焊双面成型。撑管的单面焊双面成型焊接工艺焊缝外观质量好、焊接速度快、节省了焊接材料、焊接缺陷少、力学性能满足相关标准的要求。
1 二氧化碳气体保护焊工艺特点
影响单面焊双面成型的主要因素是被焊金属的热物理性能、坡口角度、尺寸、焊接方法以及焊接规范等。综合考虑以上因素，气体保护焊具有单面焊双面成型的有利条件，这是因为：
（1）气体保护焊的电弧热量集中，加热面积小，液体熔池小，熔池几何形状比手工电弧焊、埋弧焊较小，有利于熔池的控制。
（2）气体保护焊电流密度较大，可以达到足够的熔深，由于熔池体积较小，焊接速度快，在气流的冷却作用下，熔池停留的时间短，因此既有利于控制熔池不下坠，又可以焊透。
（3）气体保护焊熔渣较少，熔池的可见度较好，便于直接观察熔池的形状，焊工可以依据熔孔的大小来控制焊接速度和摆动以保证焊缝成型，易操作且效率高。
2 二氧化碳气体保护焊焊接参数
2.1 坡口形式及组装。
气体保护焊对坡口形式和组装的要求较为严格。对接焊缝的坡口形式以及尺寸包括角度、钝边和装配间隙。坡口角度主要影响电弧是否能深入到焊缝的根部，使根部焊透，进而获得较好的焊缝成型和焊接质量。保证电弧能够深入到焊缝根部的前提下，应尽量减小坡口角度。钝边的大小可以直接影响根部的熔透深度，钝边越大，越不容易焊透。钝边小或无钝边时容易焊透，但装配间隙大时，容易烧穿。装配间隙是背面焊缝成型的关键参数，间隙过大，容易烧穿；间隙过小，很难焊透。采用直径为1.2mm的ER50-6焊丝。单面焊双面成型打底焊缝的熔滴过渡形式为短路过渡坡口型式如下图所示：
下料和组装精度将直接影响其下道工序—焊接。严格控制下料和卷板过程，保证组装精度是提高焊接质量的前提。
2.2 焊接电流的选择。
焊接电流是确定熔深的主要因素，当焊接电流太大时，则焊缝背面容易烧穿、出现咬边、焊瘤，甚至产生严重的飞溅和气孔等缺陷；电流过小时，容易出现未熔合、未焊透、夹渣和成型不好等缺陷。
2.3 焊接电压的选择。
在短路过渡的情况下，电弧电压增加则弧长增加。电弧电压过低时，焊丝将插入熔池，电弧变得不稳定。所以电弧电压一定要选择合适，通常焊接电流小，则电弧电压低；电流大，则电弧电压高。
2.4 焊接速度的选择
当焊丝直径、焊接电流和电压为定值时，熔深、熔宽及余高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受到破坏，焊缝冷却的速度太快，焊缝成型不好；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。
3 二氧化碳气体保护焊操作方法
撑管气体保护焊是明弧操作，熔池的可见度好，容易掌握熔池的变化，可以直接观察到电弧击穿的熔孔，能够控制熔孔的大小并且保持一致，在这方面要比手工电弧焊优越的多。另外，焊接时接头少，不易产生接头缺陷。
3.1 焊丝干伸长度的控制
焊丝干伸长度对焊接过程的稳定性影响比较大，当干伸长度越长时，焊丝的电阻值增大，焊丝过热而成段熔化，结果使焊接过程不稳定，金属飞溅严重，焊缝成型不好以及气体对熔池的保护也不好；如果干伸长度过短，则焊接电流增大，喷嘴与工件的距离缩短，焊接的视线不清楚，易造成焊道成型不良，并使得喷嘴过热，造成飞溅物粘住或堵塞喷嘴，从而影响气体流通。因此，干伸长度L一般选择焊丝直径的10倍为最佳干伸长度。
3.2 焊丝与焊件角度的选择
焊丝与焊件纵向以及横向的角度是保证单面焊双面成型封底焊焊接质量的关键，应特别注意，各种焊接位置封底焊时焊丝与焊管的角度。焊件对接横焊时，焊丝与焊管的轴线成下倾斜10°～20°。
3.3 打底焊焊缝接头
打底焊时，应尽量减少接头，若需要接头时，用砂轮把弧坑部位打磨成缓坡形。打磨时要注意不要破坏坡口的边缘，造成焊管的间隙局部变宽，给打底焊带来困难。接头时，干伸长的顶端对准缓缓焊接，当电弧燃烧到缓坡的最薄的位置时，正常摆动。气体保护焊的焊接接头方式与手工电弧焊的接头不同。手工焊焊接接头时，当电弧烧到熔孔处时，压低电弧，稍作停顿才能接上；而气体保护焊只需正常的焊接，用它的熔深就可以把接头接上。
3.4 打底焊
打底焊是撑管焊接接头质量的关键，注意熔接时接头的方法，才能避免焊接缺陷的产生。焊接电流应依据坡口角度的大小作适当的调整，坡口角度大时散热面积小，电流应调小一些，否则容易造成塌陷和反面咬边等缺陷。打底焊时选用短齿形摆动，由于短齿形的间距没有掌握好，焊丝在装配间隙中间穿出，如果在整条焊缝中有少量的焊丝穿出，是允许的；如果穿出的焊丝很多，则是不允许的。为了防止焊丝向外穿出，打底焊时，焊枪要握平稳，可以用两手同时把握焊枪，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分就可以了。这样就能减少穿丝或不穿丝，保证打底焊的顺利进行和打底焊的内部质量。要注意的是，在打底焊前应对焊接规范进行检查，避免在施焊的过程中出现问题，检查导电阻的内径是否合适，注意喷嘴内部的飞溅物是否堵塞喷嘴。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。 3.5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。
3.6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。
4 二氧化碳气体保护焊的特点
海洋平台小口径撑管二氧化碳气体保护焊药芯焊丝加衬垫单面焊双面成型的焊接新工艺具有以下特点：
（1）二氧化碳气体保护焊药芯焊丝适用于全方位焊接，焊接电流参数比传统的二氧化碳气体保护焊实芯焊丝提高20%，焊接力学性能大于传统的二氧体保护焊实芯焊丝；
（2）陶瓷衬垫的辅助能够适应焊缝组对间隙4～10mm的大范围，提高了环缝的组对速度；
（3）此工艺的环缝根焊背面成型光滑圆润，熔合良好，避免了未熔合，咬边，过瘤等焊接缺陷；
（4）此工艺的焊接方法操做简单，有一般焊接基础的新学员，学徒即可进行操作，适合大批新分配劳务焊接人员的应用。
海洋平台小口径撑管二氧化碳气体保护焊药芯焊丝加衬垫单面焊双面成型的焊接新工艺在2011年6月15日进行了试验与论证，并且得到了厂质检部门和工艺室的认可。在2011年7月21日厂海洋平台预制生产的CB20C采修一体化平台中得到了推广与应用。
5 结束语
海洋平台小口径撑管二氧化碳气体保护焊药芯焊丝加衬垫单面焊双面成型的焊接新工艺与传统的二氧化碳气体保护焊实芯焊丝相比，焊接速度提高三至四倍，射线一次合格率达到98%，并且大大降低了焊接劳动强度，从而提高了焊接效率，大幅度增加了生产的效益。
二氧化碳气体保护焊单面焊双面成型焊接质量可靠、操作简单、熔池容易控制、背面成型优良、焊接质量好、焊接速度快、焊缝内部质量达到无损检测的质量要求、焊接接头力学性能合格、操作方法比较容易掌握、成本低、效率高，在生产中发挥了重要作用。
关键词：二氧化碳 气体保护焊 药芯焊丝 陶瓷衬垫 单面焊双面成型 焊接工艺
0 引言
胜利油建工程有限公司管道容器厂施工的海洋平台如CB22F采修一体化平台和CB1FC平台等均有直径小于700mm的撑管，这类撑管由于直径小、长度大，若采用传统的双面焊，焊工的施工条件受到约束，劳动强度大，且效率低下。
胜利油建工程有限公司管道容器厂选用100%CO2或80%Ar+20% CO2气体保护焊药芯焊丝加陶瓷衬垫单面焊双面成型的焊接新工艺，熔深好，焊缝成型美观，便于单面焊双面成型。撑管的单面焊双面成型焊接工艺焊缝外观质量好、焊接速度快、节省了焊接材料、焊接缺陷少、力学性能满足相关标准的要求。
1 二氧化碳气体保护焊工艺特点
影响单面焊双面成型的主要因素是被焊金属的热物理性能、坡口角度、尺寸、焊接方法以及焊接规范等。综合考虑以上因素，气体保护焊具有单面焊双面成型的有利条件，这是因为：
（1）气体保护焊的电弧热量集中，加热面积小，液体熔池小，熔池几何形状比手工电弧焊、埋弧焊较小，有利于熔池的控制。
（2）气体保护焊电流密度较大，可以达到足够的熔深，由于熔池体积较小，焊接速度快，在气流的冷却作用下，熔池停留的时间短，因此既有利于控制熔池不下坠，又可以焊透。
（3）气体保护焊熔渣较少，熔池的可见度较好，便于直接观察熔池的形状，焊工可以依据熔孔的大小来控制焊接速度和摆动以保证焊缝成型，易操作且效率高。
2 二氧化碳气体保护焊焊接参数
2.1 坡口形式及组装。
气体保护焊对坡口形式和组装的要求较为严格。对接焊缝的坡口形式以及尺寸包括角度、钝边和装配间隙。坡口角度主要影响电弧是否能深入到焊缝的根部，使根部焊透，进而获得较好的焊缝成型和焊接质量。保证电弧能够深入到焊缝根部的前提下，应尽量减小坡口角度。钝边的大小可以直接影响根部的熔透深度，钝边越大，越不容易焊透。钝边小或无钝边时容易焊透，但装配间隙大时，容易烧穿。装配间隙是背面焊缝成型的关键参数，间隙过大，容易烧穿；间隙过小，很难焊透。采用直径为1.2mm的ER50-6焊丝。单面焊双面成型打底焊缝的熔滴过渡形式为短路过渡坡口型式如下图所示：
下料和组装精度将直接影响其下道工序—焊接。严格控制下料和卷板过程，保证组装精度是提高焊接质量的前提。
2.2 焊接电流的选择。
焊接电流是确定熔深的主要因素，当焊接电流太大时，则焊缝背面容易烧穿、出现咬边、焊瘤，甚至产生严重的飞溅和气孔等缺陷；电流过小时，容易出现未熔合、未焊透、夹渣和成型不好等缺陷。
2.3 焊接电压的选择。
在短路过渡的情况下，电弧电压增加则弧长增加。电弧电压过低时，焊丝将插入熔池，电弧变得不稳定。所以电弧电压一定要选择合适，通常焊接电流小，则电弧电压低；电流大，则电弧电压高。
2.4 焊接速度的选择
当焊丝直径、焊接电流和电压为定值时，熔深、熔宽及余高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受到破坏，焊缝冷却的速度太快，焊缝成型不好；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。
3 二氧化碳气体保护焊操作方法
撑管气体保护焊是明弧操作，熔池的可见度好，容易掌握熔池的变化，可以直接观察到电弧击穿的熔孔，能够控制熔孔的大小并且保持一致，在这方面要比手工电弧焊优越的多。另外，焊接时接头少，不易产生接头缺陷。
3.1 焊丝干伸长度的控制
焊丝干伸长度对焊接过程的稳定性影响比较大，当干伸长度越长时，焊丝的电阻值增大，焊丝过热而成段熔化，结果使焊接过程不稳定，金属飞溅严重，焊缝成型不好以及气体对熔池的保护也不好；如果干伸长度过短，则焊接电流增大，喷嘴与工件的距离缩短，焊接的视线不清楚，易造成焊道成型不良，并使得喷嘴过热，造成飞溅物粘住或堵塞喷嘴，从而影响气体流通。因此，干伸长度L一般选择焊丝直径的10倍为最佳干伸长度。
3.2 焊丝与焊件角度的选择
焊丝与焊件纵向以及横向的角度是保证单面焊双面成型封底焊焊接质量的关键，应特别注意，各种焊接位置封底焊时焊丝与焊管的角度。焊件对接横焊时，焊丝与焊管的轴线成下倾斜10°～20°。
3.3 打底焊焊缝接头
打底焊时，应尽量减少接头，若需要接头时，用砂轮把弧坑部位打磨成缓坡形。打磨时要注意不要破坏坡口的边缘，造成焊管的间隙局部变宽，给打底焊带来困难。接头时，干伸长的顶端对准缓缓焊接，当电弧燃烧到缓坡的最薄的位置时，正常摆动。气体保护焊的焊接接头方式与手工电弧焊的接头不同。手工焊焊接接头时，当电弧烧到熔孔处时，压低电弧，稍作停顿才能接上；而气体保护焊只需正常的焊接，用它的熔深就可以把接头接上。
3.4 打底焊
打底焊是撑管焊接接头质量的关键，注意熔接时接头的方法，才能避免焊接缺陷的产生。焊接电流应依据坡口角度的大小作适当的调整，坡口角度大时散热面积小，电流应调小一些，否则容易造成塌陷和反面咬边等缺陷。打底焊时选用短齿形摆动，由于短齿形的间距没有掌握好，焊丝在装配间隙中间穿出，如果在整条焊缝中有少量的焊丝穿出，是允许的；如果穿出的焊丝很多，则是不允许的。为了防止焊丝向外穿出，打底焊时，焊枪要握平稳，可以用两手同时把握焊枪，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分就可以了。这样就能减少穿丝或不穿丝，保证打底焊的顺利进行和打底焊的内部质量。要注意的是，在打底焊前应对焊接规范进行检查，避免在施焊的过程中出现问题，检查导电阻的内径是否合适，注意喷嘴内部的飞溅物是否堵塞喷嘴。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。 3.5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。
3.6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。
4 二氧化碳气体保护焊的特点
海洋平台小口径撑管二氧化碳气体保护焊药芯焊丝加衬垫单面焊双面成型的焊接新工艺具有以下特点：
（1）二氧化碳气体保护焊药芯焊丝适用于全方位焊接，焊接电流参数比传统的二氧化碳气体保护焊实芯焊丝提高20%，焊接力学性能大于传统的二氧体保护焊实芯焊丝；
（2）陶瓷衬垫的辅助能够适应焊缝组对间隙4～10mm的大范围，提高了环缝的组对速度；
（3）此工艺的环缝根焊背面成型光滑圆润，熔合良好，避免了未熔合，咬边，过瘤等焊接缺陷；
（4）此工艺的焊接方法操做简单，有一般焊接基础的新学员，学徒即可进行操作，适合大批新分配劳务焊接人员的应用。
海洋平台小口径撑管二氧化碳气体保护焊药芯焊丝加衬垫单面焊双面成型的焊接新工艺在2011年6月15日进行了试验与论证，并且得到了厂质检部门和工艺室的认可。在2011年7月21日厂海洋平台预制生产的CB20C采修一体化平台中得到了推广与应用。
5 结束语
海洋平台小口径撑管二氧化碳气体保护焊药芯焊丝加衬垫单面焊双面成型的焊接新工艺与传统的二氧化碳气体保护焊实芯焊丝相比，焊接速度提高三至四倍，射线一次合格率达到98%，并且大大降低了焊接劳动强度，从而提高了焊接效率，大幅度增加了生产的效益。
二氧化碳气体保护焊单面焊双面成型焊接质量可靠、操作简单、熔池容易控制、背面成型优良、焊接质量好、焊接速度快、焊缝内部质量达到无损检测的质量要求、焊接接头力学性能合格、操作方法比较容易掌握、成本低、效率高，在生产中发挥了重要作用。