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摘要：本论文通过对油缸行业制造过程碳钢件焊接的综合理论分析及焊接过程气孔、未熔合缺陷的消除改善分析，提出：对油缸行业杆筒焊接焊缝质量要求（如韧性、外观等）较高的重要构件（杆筒、缸筒），推荐油缸生产行业采用富氩（ A r+ CO2 ）混合气体+实芯焊丝进行多层环缝焊接工艺，并结合改善试验给出杆筒焊接总成的多层环缝焊接工艺参数。
关键词：多层环缝焊接；CO2 焊；MAG焊；实芯焊丝；富氩（ A r+ CO2 ）混合气体 ；气保焊
【分类号】：TD353.5
1 前言
焊接作为汽车制造领域最重要的制造手段之一，在汽车制造过程中的应用也越来越广泛，而如何选择适合企业的高质量、高效率、高性能和低成本的焊接工艺成为企业竞争力的关键[7]。目前公司的杆筒焊接总成（如下图1）中均采用实心焊丝MAG焊，焊接杆筒总成工艺流程为：焊接—粗车外圆（单边1mm左右）—精车外圆。实芯焊丝MAG焊以其熔深大、焊接效率高、成本低下的特点在油缸行业的生产中得到广泛应用， 但它存在着焊接电弧不稳定、飞溅大、焊缝成形较差等工艺性能差的缺点， 影响着油缸产品的外观质量。由于设备的局限性，传统的单层焊已经不能满足生产的需要，为提高公司产品的焊接质量，寻求更先进的焊接工艺，本人在结合理论分析及杆筒焊接气孔改善的焊接工艺试验的基础上，综合效率和成本等因素分析所得出的数据作为现场改善课题，为公司油缸产品的焊接寻求最佳工艺提供依据。
2 理论分析
2.1 保护气体的选择
保护气体的选择直接影响着杆筒环焊缝的质量，良好的保护气源能有效的改善焊接成形的质量。因为所有保护气最主要的作用是隔绝空气中氧气、氮气和水蒸气，保护焊接熔池和电极。保护气通过焊枪进入，从焊嘴喷出，包围在电极的四周， 置换掉电极四周的空气，在熔池和电弧四周形成一个临时的保护气罩[5]。
在实施气保焊时，选择焊接保护气的时候，要重点考虑成本、质量、生产率等因素，目前油缸行业焊接工艺经常采用70%～80%的Ar和20%～30%的CO2混合气体作为保护气。公司焊接工艺普遍采用80%Ar+20%CO2混合气体作为焊接工艺的保护介质，其中Ar作为惰性气体，在焊接过程中不发生反应，因电弧热量不易发散，提高了电弧的热效率，加速了焊丝熔化，增加了喷嘴的受热程度[3]。随着保护气中Ar含量的增加，焊丝中元素损失大量减小，大部分元素得以熔入到熔池中去，机械性能提高。而焊接熔敷金属中Mn和Si含量越高，焊缝强度就越高，焊缝延伸率就越低，同时焊缝V型缺口冲击韧性也会随之降低[2]。
2.2 多层环缝焊接的优点介绍
实施多层环缝焊接时，因能在较大范围内调整热输入和焊接速度，因此对焊接热循环的调整较大，有利于提高生产效率与降低成本。对于易淬火钢结构的焊接，可降低过热区高温停留时间，防止晶粒粗大，减少魏氏体组织。实施多层环缝焊时，焊道对前一焊道和热影响区进行再加热，相当于在AC3以上再加热，发生正火那样的组织转变，形成细小等轴晶，细化晶粒，塑性和韧性得到改善。同时通过调节多层焊热输入和冷却时间，改变焊接顺序，可以达到控制结构变形和应力集中[1]。
采用多层环缝焊时，可获取窄热循环曲线，使得奥氏体转变温度AC3以上停留时间短，避免奥氏体晶粒粗化。同时当焊缝冷却到马氏体转变温度时，再立刻焊接第二层，这样第一层焊缝及热影响区金属受到第二层焊缝焊接时热的作用，温度有所上升，减慢了冷却速度，可有效避免淬硬组织出现，提高焊接总成的力学性能[6]。
2.3 杆筒焊接总成气孔缺陷分析
针对杆筒焊接总成内部焊缝产生未焊透、未熔合、分散气孔、密集气孔等质量事故，我们结合理论分析对现场运用改善手法分析得出以下几个影响因素。
1） 第一层焊接速度过慢，层间厚度超过厚，车加工时把第二层的焊缝全部车掉并车进到第一层（打底层焊接缺陷概率比第二层多）。
2） 操作者重视数量对质量轻视，不按频次清除焊枪喷嘴内飞溅物，造成气路堵塞而供气不足
3） 设定的焊接角度在95°，熔敷金属下淌覆盖焊道形成虚焊或未熔合。
4） 焊接第一层接头搭接尺寸365°，并且不设定摆弧动作，导致母材与焊接金属熔合不良，有害气体逸出不及时而形成气孔。
5） 焊接件表面存在油污，焊接时易造成气孔。
6） 送气管老化，减压阀供气故障造成不足，保护气体流量仅为8L/min 。
7） 焊接参数（电流、电压.转速）设定不合理，造成一层焊缝堆高过大，填充盖面后焊缝余高过大。后续车加工时直接将两层之间的焊接缺陷暴露出来，甚至可能因进刀量过大导致刀崩的现象。
3 试验与改进措施
3.1 焊前准备及注意事项
1） 坡口清理：要求去除坡口表面一切污物，同时要求去处坡口内外两侧各20㎜范围内一切杂质；
2） 每次焊接完成后在下一次焊接前，需将焊枪喷嘴上的金属及杂志清除，需将焊丝头上已氧化段去除[4]。
3） 在实施封头与杆筒的环焊缝焊接时，为避免杆筒外圆上镀膜、锈迹及油污对焊接质量的影响，根据相关的资料适当调节焊枪角度设定在74°，确保焊接熔深和焊接熔合比 ，从而有效地防止了焊接未熔合、气孔的产生。
4） 焊接点的水平设定。焊接时应将待焊部位旋转调整至水平位置进行焊接，以保证焊缝的内部及外观质量。
3.2 焊接参数以及改进措施
为验证以上相关的理论正确性，我们制定了以下几个方面的对策，力求从工艺的源头上消除焊接未焊透、未熔合、分散气孔、密集气孔等质量缺陷，同时改善焊缝的余高过大问题，方便后续加工。实验过程的相关工艺参数如表1所示
1） 改变焊接电流与电弧电压，重点修改一层焊接参数（电流、电压、转速），确保打底层的高度比例值在50%-65%范围内。
2） 第一层搭接设定360°，为第二层的过渡层提供平整的焊道，并设摆弧动作。
3） 加强对操作人员的培训，要求认真观察焊接熔合的情况，出现问题及时解决。
4） 按ISO9002“对特种工艺的要求”认真执行过程参数首检、巡检，以实现对过程参数的连续监控。
5） 更换新的气管，更换有故障的减压阀保证保护气流量在10-15L/min。同时抽检相关厂家的保护气体纯度是否达标，确保保护气体的保护作用有效。
6） 下发相关措施单，禁止待焊接件机加工时擦油保护，同时要求在焊接前，用毛巾擦净待焊零件表面油污
4 效 果
在实施改进措施后，经跟踪验证焊接1000件杆筒，出现了14件分散单个气孔，未焊透、密集气孔、未熔合都为零件，不合格率1.4%，在生产可控范围值内。经焊缝横断面宏观全面检查，表明在各焊脚位置均无未熔合现象，完全满足了GB 50661-2011钢结构焊接规范的有关技术要求。车削加工反馈出来的结果也比较良好，刀崩现象得到缓解。
5 结束语
实践证明，在杆筒焊接工艺采用多层焊接环缝工艺，选择合理的焊接参数与焊接工艺措施，不但能够控制钢结构的焊接形变和应力集中，而且能保证焊缝的组织和性能，有效提高产品品质与外观。对油缸行业焊缝质量要求（如韧性、外观等）较高的重要构件（杆筒、缸筒），推荐采用富氩（ A r+ CO2 ）混合气体+实芯焊丝进行多层环缝焊接工艺。
参考文献
[1] 焊接冶金学 张文钺 主编 机械工业出版社
[2] 金属焊接材料手册 吴树熊 尹士科 李春范 主编 化学工业出版社
[3] 焊接手册（第三卷）·焊接结构编. 北京：机械工业出版社.
[4] 焊接工艺500问. 徐粗雄主编 机械工业出版社.
[5] 混合保护气体成分对焊缝成形的影响 许先果主编 重庆大学
[6] 焊接工艺简明手册 徐峰 主编 上海科学技术出版社
[7] 焊接数据资料手册 傅积和 孙玉林 主编 机械工业出版社
关键词：多层环缝焊接；CO2 焊；MAG焊；实芯焊丝；富氩（ A r+ CO2 ）混合气体 ；气保焊
【分类号】：TD353.5
1 前言
焊接作为汽车制造领域最重要的制造手段之一，在汽车制造过程中的应用也越来越广泛，而如何选择适合企业的高质量、高效率、高性能和低成本的焊接工艺成为企业竞争力的关键[7]。目前公司的杆筒焊接总成（如下图1）中均采用实心焊丝MAG焊，焊接杆筒总成工艺流程为：焊接—粗车外圆（单边1mm左右）—精车外圆。实芯焊丝MAG焊以其熔深大、焊接效率高、成本低下的特点在油缸行业的生产中得到广泛应用， 但它存在着焊接电弧不稳定、飞溅大、焊缝成形较差等工艺性能差的缺点， 影响着油缸产品的外观质量。由于设备的局限性，传统的单层焊已经不能满足生产的需要，为提高公司产品的焊接质量，寻求更先进的焊接工艺，本人在结合理论分析及杆筒焊接气孔改善的焊接工艺试验的基础上，综合效率和成本等因素分析所得出的数据作为现场改善课题，为公司油缸产品的焊接寻求最佳工艺提供依据。
2 理论分析
2.1 保护气体的选择
保护气体的选择直接影响着杆筒环焊缝的质量，良好的保护气源能有效的改善焊接成形的质量。因为所有保护气最主要的作用是隔绝空气中氧气、氮气和水蒸气，保护焊接熔池和电极。保护气通过焊枪进入，从焊嘴喷出，包围在电极的四周， 置换掉电极四周的空气，在熔池和电弧四周形成一个临时的保护气罩[5]。
在实施气保焊时，选择焊接保护气的时候，要重点考虑成本、质量、生产率等因素，目前油缸行业焊接工艺经常采用70%～80%的Ar和20%～30%的CO2混合气体作为保护气。公司焊接工艺普遍采用80%Ar+20%CO2混合气体作为焊接工艺的保护介质，其中Ar作为惰性气体，在焊接过程中不发生反应，因电弧热量不易发散，提高了电弧的热效率，加速了焊丝熔化，增加了喷嘴的受热程度[3]。随着保护气中Ar含量的增加，焊丝中元素损失大量减小，大部分元素得以熔入到熔池中去，机械性能提高。而焊接熔敷金属中Mn和Si含量越高，焊缝强度就越高，焊缝延伸率就越低，同时焊缝V型缺口冲击韧性也会随之降低[2]。
2.2 多层环缝焊接的优点介绍
实施多层环缝焊接时，因能在较大范围内调整热输入和焊接速度，因此对焊接热循环的调整较大，有利于提高生产效率与降低成本。对于易淬火钢结构的焊接，可降低过热区高温停留时间，防止晶粒粗大，减少魏氏体组织。实施多层环缝焊时，焊道对前一焊道和热影响区进行再加热，相当于在AC3以上再加热，发生正火那样的组织转变，形成细小等轴晶，细化晶粒，塑性和韧性得到改善。同时通过调节多层焊热输入和冷却时间，改变焊接顺序，可以达到控制结构变形和应力集中[1]。
采用多层环缝焊时，可获取窄热循环曲线，使得奥氏体转变温度AC3以上停留时间短，避免奥氏体晶粒粗化。同时当焊缝冷却到马氏体转变温度时，再立刻焊接第二层，这样第一层焊缝及热影响区金属受到第二层焊缝焊接时热的作用，温度有所上升，减慢了冷却速度，可有效避免淬硬组织出现，提高焊接总成的力学性能[6]。
2.3 杆筒焊接总成气孔缺陷分析
针对杆筒焊接总成内部焊缝产生未焊透、未熔合、分散气孔、密集气孔等质量事故，我们结合理论分析对现场运用改善手法分析得出以下几个影响因素。
1） 第一层焊接速度过慢，层间厚度超过厚，车加工时把第二层的焊缝全部车掉并车进到第一层（打底层焊接缺陷概率比第二层多）。
2） 操作者重视数量对质量轻视，不按频次清除焊枪喷嘴内飞溅物，造成气路堵塞而供气不足
3） 设定的焊接角度在95°，熔敷金属下淌覆盖焊道形成虚焊或未熔合。
4） 焊接第一层接头搭接尺寸365°，并且不设定摆弧动作，导致母材与焊接金属熔合不良，有害气体逸出不及时而形成气孔。
5） 焊接件表面存在油污，焊接时易造成气孔。
6） 送气管老化，减压阀供气故障造成不足，保护气体流量仅为8L/min 。
7） 焊接参数（电流、电压.转速）设定不合理，造成一层焊缝堆高过大，填充盖面后焊缝余高过大。后续车加工时直接将两层之间的焊接缺陷暴露出来，甚至可能因进刀量过大导致刀崩的现象。
3 试验与改进措施
3.1 焊前准备及注意事项
1） 坡口清理：要求去除坡口表面一切污物，同时要求去处坡口内外两侧各20㎜范围内一切杂质；
2） 每次焊接完成后在下一次焊接前，需将焊枪喷嘴上的金属及杂志清除，需将焊丝头上已氧化段去除[4]。
3） 在实施封头与杆筒的环焊缝焊接时，为避免杆筒外圆上镀膜、锈迹及油污对焊接质量的影响，根据相关的资料适当调节焊枪角度设定在74°，确保焊接熔深和焊接熔合比 ，从而有效地防止了焊接未熔合、气孔的产生。
4） 焊接点的水平设定。焊接时应将待焊部位旋转调整至水平位置进行焊接，以保证焊缝的内部及外观质量。
3.2 焊接参数以及改进措施
为验证以上相关的理论正确性，我们制定了以下几个方面的对策，力求从工艺的源头上消除焊接未焊透、未熔合、分散气孔、密集气孔等质量缺陷，同时改善焊缝的余高过大问题，方便后续加工。实验过程的相关工艺参数如表1所示
1） 改变焊接电流与电弧电压，重点修改一层焊接参数（电流、电压、转速），确保打底层的高度比例值在50%-65%范围内。
2） 第一层搭接设定360°，为第二层的过渡层提供平整的焊道，并设摆弧动作。
3） 加强对操作人员的培训，要求认真观察焊接熔合的情况，出现问题及时解决。
4） 按ISO9002“对特种工艺的要求”认真执行过程参数首检、巡检，以实现对过程参数的连续监控。
5） 更换新的气管，更换有故障的减压阀保证保护气流量在10-15L/min。同时抽检相关厂家的保护气体纯度是否达标，确保保护气体的保护作用有效。
6） 下发相关措施单，禁止待焊接件机加工时擦油保护，同时要求在焊接前，用毛巾擦净待焊零件表面油污
4 效 果
在实施改进措施后，经跟踪验证焊接1000件杆筒，出现了14件分散单个气孔，未焊透、密集气孔、未熔合都为零件，不合格率1.4%，在生产可控范围值内。经焊缝横断面宏观全面检查，表明在各焊脚位置均无未熔合现象，完全满足了GB 50661-2011钢结构焊接规范的有关技术要求。车削加工反馈出来的结果也比较良好，刀崩现象得到缓解。
5 结束语
实践证明，在杆筒焊接工艺采用多层焊接环缝工艺，选择合理的焊接参数与焊接工艺措施，不但能够控制钢结构的焊接形变和应力集中，而且能保证焊缝的组织和性能，有效提高产品品质与外观。对油缸行业焊缝质量要求（如韧性、外观等）较高的重要构件（杆筒、缸筒），推荐采用富氩（ A r+ CO2 ）混合气体+实芯焊丝进行多层环缝焊接工艺。
参考文献
[1] 焊接冶金学 张文钺 主编 机械工业出版社
[2] 金属焊接材料手册 吴树熊 尹士科 李春范 主编 化学工业出版社
[3] 焊接手册（第三卷）·焊接结构编. 北京：机械工业出版社.
[4] 焊接工艺500问. 徐粗雄主编 机械工业出版社.
[5] 混合保护气体成分对焊缝成形的影响 许先果主编 重庆大学
[6] 焊接工艺简明手册 徐峰 主编 上海科学技术出版社
[7] 焊接数据资料手册 傅积和 孙玉林 主编 机械工业出版社