北京市南水北调配套工程南干渠工程

摘要：二氧化碳气体保护电弧焊是一种先进的焊接方法。在南水北调南干渠工程中由于初支钢格栅工程量大，进度快，二氧化碳气体保护焊成本低，效率高，质量优等特点，且通过对工理论和实践学习，体现它的优点，克服它的缺点，在工程中起到了重要作用。

关键字：二氧化碳气体保护焊工程南水北调

北京市南水北调配套工程南干渠工程，在浅埋暗挖法涵洞施工中，初支为格栅钢架加钢筋网喷射砼。其中格栅钢架的质量直接影响到施工安全和工程安全。在本工程中由于初支钢格栅工程量大，进度快，二氧化碳气体保护焊成本低，效率高，质量优等特点，被各施工单位大量采用。

二氧化碳气体保护焊是焊接方法中的一种，是以二氧化碳气为保护气体，进行焊接的方法。在应用方面操作简单，适合自动焊和全方位焊接。在焊接时不能有风，适合室内作业。

一 二氧化碳气体保护焊在工程中的应用：

（一）焊接方法介绍

二氧化碳气体保护焊是一种先进的焊接方法，是以二氧化碳气为保护气体，进行焊接的方法。它具有焊接质量好、效率高、成本低等一系列优点。在应用方面操作简单，适合自动焊和全方位焊接。二氧化碳气体保护焊与手弧焊、埋弧焊相比也存在一些缺点：如焊缝成形不够美观，焊接时飞溅大；二氧化碳气体焊接设备较复杂，要求操作人员具有较高的维护设备的技术能力；抗风能力差，给室外作业带来一定困难；弧光较强，焊接时必须注意劳动保护，二氧化碳气体纯度一致性的保证问题等等。

二氧化碳气体保护焊的保护作用主要是使焊接区与空气隔离，防止空气中的氮气对熔化金属的有害作用。

由于此种工艺成本低，二氧化碳气体容易生产，目前广泛应用的二氧化碳气体保护电弧焊的保护气体是二氧化碳。但是由于二氧化碳气体的零热物理性能的特殊影响，使用常规焊接电源时，焊丝端头熔化金属不可能形成平衡的轴向自由过渡，易出现短路和熔滴缩颈爆断、飞溅较多的情况。如果采用优质焊机，参数选择合适，可以得到很稳定的焊接过程，使飞溅降低到最小的程度。

由于二氧化碳气体保护焊在当前被认为时一种高效率、低成本、节省能源的焊接方法，在南水北调南干渠工程中得到推广和应用也是顺理成章的。南水北调南干渠工程中焊接任务繁重，这就要求不断提高电焊工的焊接技术，购置先进的焊接设备，以满足生产的需要。为了克服二氧化碳气体保护焊的缺点，我们要找出一条途径：主要是先购置少量的二氧化碳气体保护焊焊接设备，由焊接技术较高的焊工试用，经过培训，不断掌握设备的性能，提高焊接技能，达到熟练操作的程度，然后再批量地购置高性能地设备，由导师带徒和请专业工艺师授课，对所有电焊工统一进行培训，考二氧化碳气体保护焊焊接证，以确保达到工程质量要求的目的。

（二）优缺点

1、优点：

⑴ 焊接成本低。其成本只有埋弧焊和手工电弧焊的40~50%。

⑵ 生产效率高。其生产率是手工电弧焊的1~4倍。

⑶ 操作简便。明弧，对工件厚度不限，可进行全位置焊接而且可以向下焊接。

⑷ 焊缝抗裂性能高。焊缝低氢且含氮量也较少。

⑸ 焊后变形较小。角变形为千分之五，不平度只有千分之三。

⑹ 焊接飞溅小。当采用超低碳合金焊丝或药芯焊丝，或在CO2中加入Ar，都可以降低焊接飞溅。

2、缺点：

⑴ 设备复杂，易出现故障。

⑵ 抗风能力差及弧光较强。

（三）焊接材料

1、焊丝：H08Mn2SiA，φ1.0～2.0mm。

2、二氧化碳保护气体：无色、无味、无毒，纯度大于99.5%气体。

不纯的二氧化碳气体可采取如下措施（倒置放水和正置放气）：

气瓶倒立静置1～2小时，然后打开阀门，放水2～3次，（间隔30分钟）。

水处理后，将气瓶正置两小时，打开阀门，放掉气瓶上部的气体。

（四）、焊接设备

1、焊机型号： NB C——* * *

CO2 气体保护

半自动焊

熔化极气体保护焊机

2、送丝机构

3、送丝软管和焊枪

4、供气装置：气瓶、预热气、干燥器、流量计。

(五)、焊接工艺参数

1、电流：电流决定熔化速度，电流越大，熔化速度越快。

2、电弧电压：U=14+I∕20±0.5～1.5(V)。

电压适当时，为均匀密集的短路声。

电压较小时，飞溅增加，焊道变窄，易出现顶丝。

电压过大时，弧长变长，飞溅颗粒度变大，易产生气孔，焊道变宽，熔深和余高

变小，有较强的爆破声。

3、气体流量：一般与喷嘴大小一致，约为10～15L∕min

4、焊接速度：速度过慢时，焊缝变宽。而焊速过快时，易出现凸形焊道。通常焊接速度为30~60㎝/min。

5、电流极性：采用直流反极性，这时电弧稳定，焊接过程平稳，飞溅小。若采用直流正极性，则熔深较浅，余高较大和飞溅很大。而在堆焊、铸铁补焊时均采用直流正极性接法。

6、焊丝干伸长：L=10d（㎜），d为焊丝直径。L∝I

当焊丝干伸长增加时，焊丝熔化速度增加，这时电流减小，将使熔滴与熔池温度降低，造成热量不足，而引起未焊透；另外，电弧不稳，难以操作，飞溅大，成形差，易产生气孔；

当焊丝干伸长变短时，电流增大，弧长变短，熔深变大，飞溅易粘附到喷嘴内壁，不易观察熔池，甚至烧坏导电嘴。

（六）焊接方法

二氧化碳气体保护焊焊接工艺中主要包括：平角焊、立角焊、开坡口平对接板焊接、开坡口立对接板焊接、开坡口横对接板焊接等。能够很好的掌握各种焊接方式，是确保焊接质量、工程质量的关键。南水北调南干渠工程中二氧化碳气体保护焊主要运用在初衬钢格栅加工中，其中主要采用平角焊及开坡口平对接焊接。

1、平角焊

⑴ 焊接规范及工艺参数

⑵ 焊接操作方法

焊脚尺寸决定焊接层次与焊道数，一般焊脚尺寸在10～12mm以下时采用单层焊。超过12mm以上采用多层多道焊。

单层焊：焊脚尺寸≤10mm

⑴、焊枪角度：如图所示

⑵、运丝方法：斜锯齿形，左焊法

斜锯齿形运条时，跨距要宽，并在上边稍作停留，防止咬边及焊脚尺寸下垂。

多层多道焊

焊第一道与单层焊相同；焊第二道时，焊枪与水平方向的夹角应大些，使水平位置的焊件很好的熔合，多为45～55°之间，对第一道焊缝应覆盖2/3以上，焊枪与水平方向的夹角仍为60～80°，运条方法采用斜锯齿形；焊第三道时，焊枪与水平方向的夹角应小些，约为40°～45°，其它的不变，不至于咬边及下垂现象，运条方法采用斜锯齿形，均匀，对第二道焊缝的覆盖应为1/3。

2、开坡口平对接板焊接

⑴ 焊接操作方法

焊接时，采用左焊法，焊丝中心线前倾角为10°~15°。打底层焊丝要伸到坡口根部，采用月牙形的小幅度摆动焊丝，焊枪摆动时在焊缝的中心移动稍快，摆动到焊缝两侧要稍作停顿0.5~1秒。若坡口间隙较大，应在横向摆动的同时作适当的前后移动的倒退式月牙形摆动，这种摆动可避免电弧直接对准间隙，以防烧穿。盖面层采用锯齿形或月牙形摆动焊丝，并在坡口两侧稍作停顿，防止咬边。

（七）、在工程中焊接控制参数的注意事项

在南水北调南干渠工程中，被广泛应用的二氧化碳气体保护焊施工过程中，确保焊接规范参数，是保证工程质量的灌浆。主要参数包括电源极性、焊丝直径、电弧电压、焊接电流、气体流量、焊接速度、焊丝伸出长度、直流回路电感等。

1、电源极性二氧化碳气体保护焊焊接一般材料时，采用直流反接；在进行高速焊接、堆焊和铸铁补焊时，应采用直流正接。

2、焊丝直径二氧化碳气体保护焊的焊丝直径一般可根据表选择。

3、电弧电压和焊接电流对于一定直径的焊丝来说，在二氧化碳气体保护焊中，采用较低的电弧电压，较小的焊接电流焊接时，焊丝熔化所形成的熔滴把母材和焊丝连接起来，呈短路状态称为短路过渡。大多数二氧化碳气体保护焊工艺都采用短路过渡焊接。当电弧电压较高、焊接电流较大时，熔滴呈小颗粒飞落称为颗粒过渡。∮1.6或∮2.0mm的焊丝自动焊接中厚板时，常采用这种过渡。∮3mm以上的焊丝应用较少。∮0.6～∮1.2mm的焊丝主要采用短路过渡，随着焊丝直径的增加，飞溅颗粒的数量就相应增加。当采用∮1.6mm的焊丝，仍保持短路过渡时，飞溅就会非常严重。

二氧化碳气体保护焊焊丝直径选用表(mm)

焊接电流与电弧电压是关键的工艺参数。为了使焊缝成形良好、飞溅减少、减少焊接缺陷，电弧电压和焊接电流要相互匹配，通过改变送丝速度来调节焊接电流。飞溅最少时的典型工艺参数和生产所用的工艺参数范围详见表。

二氧化碳气体保护焊工艺参数

在小电流焊接时，电弧电压过高，金属飞溅将增多；电弧电压太低，则焊丝容易伸人熔池，使电弧不稳。在大电流焊接时，若电弧电压过大，则金属飞溅增多，容易产生气孔；电压太低，则电弧太短，使焊缝成形不良。

4、气体流量二氧化碳气体流量与焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度及喷嘴直径等有关。气体流量应随焊接电流的增大、焊接速度的增加和焊丝伸出长度的增加而加大。一般二氧化碳气体流量的范围为8～2 5I／min。如果二氧化碳气体流量太大，由于气体在高温下的氧化作用，会加剧合金元素的烧损，减弱硅、锰元素的脱氧还原作用，在焊缝表面出现较多的二氧化硅和氧化锰的渣层，使焊缝容易产生气孔等缺陷；如果二氧化碳气体流量太小，则气体流层挺度不强，对熔池和熔滴的保护效果不好，也容易使焊缝产生气孔等缺陷。

5、焊接速度随着焊接速度的增大，则焊缝的宽度、余高和熔深都相应地减小。如果焊接速度过快，气体的保护作用就会受到破坏，同时使焊缝的冷却速度加快，这样就会降低焊缝的塑性，而且使焊缝成形不良。反之，如果焊接速度太慢，焊缝宽度就会明显增加，熔池热量集中，容易发生烧穿等缺陷。

6、焊丝伸出长度指焊接时焊丝伸出导电嘴的长度。焊丝伸出长度增加，则使焊丝的电阻值增加，造成焊丝熔化速度加快，当焊丝伸出长度过长时，因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、焊缝成形不良和气体对熔池的保护作用减弱；反之，当焊丝伸出长度太短时，则焊接电流增加，并缩短了喷嘴与焊件之间的距离，使喷嘴过热，造成金属飞溅物粘住或堵塞喷嘴，从而影响气流的流通。一般，细丝二氧化碳气体保护焊，焊丝伸出长度为8～1 4mm；粗丝二氧化碳气体保护焊，焊丝伸出长度为1 0～2 0mm。

7、直流回路电感在焊接回路中，为使焊接电弧稳定和减少飞溅，一般需串联合适的电感。当电感值太大时，短路电流增长速度太慢，就会引起大颗粒的金属飞溅和焊丝成段炸断，造成熄弧或使起弧变得困难；当电感值太小时，短路电流增长速度太快，会造成很细颗粒的金属飞溅，使焊缝边缘不齐，成形不良。再者，盘绕的焊接电缆线就相当于一个附加电感，所以一旦焊接过程稳定下来以后，就不要随便改动。

二二氧化碳气体保护焊注意事项：

1、由于空载电压低，又是光焊丝，所以在引弧时，电弧稳定燃烧点不易建立，焊丝易产生飞溅。又因工件始焊温度低，在引弧处易出现缺陷。一般采用短路引弧法；引弧前要把焊丝端头剪去，因为熔化形成的球形端头在重新引弧时会引起飞溅；引弧时要选好位置，采用倒退引弧法。

2、收弧过快，易在熔坑处产生裂纹和气孔，收弧的操作要比焊条电弧焊严格。应在熔坑处稍作停留，然后慢慢抬起焊炬。

3、对接平焊和横焊，应使焊炬稍作倾斜，用左向焊法，坡口看得清，不易焊偏。在角焊时左焊法和右焊法都可以采用。

4、立焊和仰焊。立焊有两种焊法，一种是由上向下焊接，速度快，操作方便，焊缝平整美观；但熔深较小，接头强度较差，适用于不作强度要求的焊缝。另一种，由下向上焊接，焊缝熔深较大，加强面高，但外形粗糙。仰焊应采用细焊丝、小电流、低电压、短路过渡，以保持焊接过程的稳定性；C02气体流量要比平、立焊时稍大一些；当熔池温度上升，铁水

有下淌趋势时，焊炬可以前后摆动，以保证焊缝外形平整。

三二氧化碳气体保护焊在南干渠工程中的重要作用：

南干渠工程是北京市南水北调配套工程的重要组成部分，是关系到北京南城饮水问题的关键。其中南干渠浅埋暗挖段总长约11.3km，双涵洞形式，格栅总榀数约45200榀，约180800片，约100多万条焊缝。工程量大，质量要求高，进度紧，且因为二氧化碳气体保护焊具有成本低，效率高，质量优等特点，故被各单位大量采用，在南水北调南干渠工程中发挥着极其重要作用。

参考文献

《二氧化碳气体保护焊通用工艺规程》等。