1、山西機電職業技術學院畢業論文CO2焊接技術在金屬結構行業的應用與推廣姓名：陳明剛指導教師：王耀專業：焊接技術及自動化班級：焊接 1002 班CO2焊接技術在金屬結構行業的應用與推廣陳明剛（山西機電職業學院材料工程系）摘 要：目前在美國、 日本、 歐洲等發達國家及地區采用焊接金屬結構比例日趨增大，其中 CO2 氣保焊消耗的焊接金屬材料重量約占全部焊接材料總重量的 50% 75% 。CO2 氣保焊能夠實現較大的焊接電流，1.2mm實心焊絲，焊接電流可達到350A； 2.4mm藥芯焊絲的焊接電流可達到500A，電流密度通常為100A/mm2 300A/mm2 ，電弧熱量集中、焊絲熔化速度快、熔敷系數

2、高，而且保持連續焊接，從而提高焊接生產效率，CO 2氣保焊可比手工電弧焊提高工作效率1 5倍。CO 2氣保焊的電弧密度高，電弧能量大多有效地用于焊接材料熔化及母材金屬的熔合，獲得每千克敷金屬的耗電量較低，1.2mm實心焊絲約為 1.8 2.0 為 KWH/KG ； 1.2mm 2.4mm 藥芯焊絲為 2.1 2.4KWH/KG，能源利用率高，因此，CO2 氣保焊推廣應用有利于節省能源，可比手工電弧焊節電50% 60% ，從而減少了能源浪費，有利于人類可持續發展。關鍵詞： CO 2 氣保焊；焊接工藝。1 引言CO2 氣體保護電弧焊是一種先進的焊接方法，它具有焊接質量好、效率高、成本低等一系列優點

3、。 但它與手弧焊、埋弧焊相比也存在一些缺點： 如焊縫成形不夠美觀，焊接時飛濺大； CO2 焊接設備較復雜，要求操作人員具有較高的維護設備的技術能力；抗風能力差，給室外作業帶來一定困難；弧光較強，焊接時必須注意勞動保護，CO2 氣體純度一致性的保證問題等等。由于以上問題，也為CO2氣體保護焊的推廣和應用帶來一定的難度。2、CO2焊接技術發展歷史CO2焊接技術發展與金屬結構制造狀況密不可分。50 年代初期，CO2 氣保焊技術一經開發，就應用于金屬結構制造， 并伴隨著焊接結構設計、 制造技術水平的不斷提高， 逐漸成為金屬結構焊接的主要方法。其高效、優質、自動化的技術特點，具有良好的應用條件，并且極大

4、地推動了金屬結構焊接技術和相關產業的發展，在焊接技術發展史上書寫了輝煌的一頁。目前在美國、日本、歐洲等發達國家及地區采用焊接金屬結構比例日趨增大，其中CO2氣保焊消耗的焊接金屬材料重量約占全部焊接材料總重量的50% 75%。經過多年的努力，我國 CO2 氣保焊技術在金屬結構制造業中的推廣應用，取得了長足進步，并可以總結為三個階段：探索階段、起步階段、發展階段。探索階段是從60 年代到 80 年代中期，國內高校、研究單位及一些廠礦企業對CO2焊接技術處于研究、開發、收集、整理國外焊接技術，在這一時期CO2 氣保焊技術沒有形成大批量金屬結構的生產能力及相關產品的生產規模。大多數企業技術人員不熟悉或

5、根本不了解CO2氣保焊技術及其主要特點。可以說是在借助國外成熟技術和生產工藝，形成了我國大型金屬結構企業的CO2氣保焊技術的生產能力，從而大大改變了金屬結構制造企業的裝備水平、制造能力， 提高了產品質量和生產效率，改變了傳統的金屬結構焊接工藝，引起了焊接技術的革命，推動了國內CO2氣保焊設備、焊接材料、輔件等領域技術研究和推廣應用工作的發展。發展階段是從90年代初至今的近十年時間，CO2氣保焊技術在金屬結構行業中應用、推廣工作蓬勃發展。表現在CO2氣保焊技術開發能力增強，應用工作從大型機械企業推廣到中、小型企業，而大型機械企業的CO2氣保焊應用也從一些合作產品的生產，推廣到各種金屬焊接結構、

6、CO2氣保焊設備、焊接材料及配套輔件，基本實現國內生產供給。一批服務于CO2氣保焊技術的企業，把握住了CO2氣保焊技術推廣的市場脈搏，迅速發展起來。3、CO2氣保焊的主要特點通過多年研究與應用實踐，CO2氣保焊技術的主要特點概述為以下幾點：3.1 生產效率高CO2氣保焊能夠實現較大的焊接電流，采用 1.2mm實心焊絲，焊接電流可達到350A， 222.4mm藥芯焊絲的焊接電流可達到500A，電流密度通常為100A/mm 300A/mm，電弧熱量集中、焊絲熔化速度快、熔敷系數高，而且保持連續焊接，從而提高焊接生產效率，CO2氣保焊可比手工電弧焊提高工作效率1 5倍。采用明弧焊接，熔池可見度好，操

7、作方便，適宜于全位置焊接。并且有利于焊接過程中的機械化和自動化，特別是空間位置的機械化焊接。3.2 焊接質量好CO2氣保焊的自動化程度高，電弧自身調節作用強，焊接過程中電弧穩定性好，人為干擾因素少。電弧可持續燃燒，整條接頭少，金屬組織致密，焊接質量穩定。同時CO2氣保焊電弧氣氛氧化性強，對焊件表面油、 銹敏感性低， 焊縫金屬擴散氫含量低，大大提高了焊接頭力學性能和抗裂性能。3.3 CO2 氣保焊技術改良了焊接接頭形式CO2氣保焊技術改良了焊接接頭形式和焊接坡口形式。CO2氣保焊接的焊接熔深較大，在 T形接頭形式設計時，當熔深增大時， 在保證焊縫金屬承載面積保持不變時，焊腳尺寸往往可以減少。在對

8、接接頭設計時， CO2氣保焊與手工電弧焊相比，焊接坡口角度一般可以減少5°10°， 當采用單邊 V形坡口對接焊時，坡口角度為 45°，采用錐形噴嘴，就可以使根部焊透，并使焊縫熔合很好，從而有效地減少填充金屬量，減少焊接作業時間和焊接材料消耗。3.4能源利用率高CO2氣保焊的電弧密度高，電弧能量大多有效地用于焊接材料熔化及母材金屬的熔合，獲得每千克敷金屬的耗電量較低， 1.2mm實心焊絲約為 1.8 2.0 為kWh/kg ； 1.2mm 2.4mm藥芯焊絲為 2.1 2.4kWh/kg ，能源利用率高，因此， CO2氣保焊推廣應用有利于節省能源，可比手工電弧焊節電

9、 50% 60%，從而減少了能源浪費，有利于人類可持續發展。3.5焊接規范參數調節范圍大CO2氣保焊同一規格尺寸的焊絲可采用焊接規范參數變化范圍較大，如 1.2mm實心焊絲，其焊接電流調節范圍可以為 80 350A，從而使 CO2焊接設備、材料具備較好的適應金屬結構產品的變化能力，減少了儲備焊接材料規格和重量，有利于焊接質量控制和管理。4、CO2氣保焊技術應用狀況CO2氣保焊技術在大型金屬結構制造企業中廣泛使用，在中、小型企業中局部使用，制造的金屬結構種類大大增加。隨著機械行業骨干企業焊接技術改造，CO2氣保焊技術在大型金屬結構制造中廣泛采用。CO2氣保焊完成的焊接金屬結構已占其重量的50%

10、80%，在大型金屬結構企業中發揮著不可替代的骨干作用。 CO氣保焊主要用于制造大型橋式和門式起重機、334m 23m機械式挖掘機、2331m6m液壓控制機、大型加壓汽化爐和焦爐機械等煤處理設備以及大型減速機、提升機、堆取料機、軋鍛設備、氧氣瓶壓機、衛星發射架等大型設備。在中、小型企業中推廣應用與所在地區、所處行業、產品結構特點等因素有較大關系，在焊接技術較為發達的地區、焊接結構較多的企業、技術含量較高的產品，CO2氣保焊推廣使用情況較好。雖然中、小企業中應用情況差別較大，但通過多年宣傳、引導，技術已逐漸成為企業技術改造中主要選擇的焊接技術裝備。CO2氣保焊4.1 CO2 氣保焊設備應用狀況金屬

11、結構行業采用CO2氣保焊焊接設備一般要求具有以下性能：電源暫載率高、大電流、工作時間長； 施工位置與電源之間的距離長， 采用遙控調節規范參數， 送絲機構及二次電纜重量輕，利于移動；可移動部分的聯結必須牢固可靠等。在 CO2氣保焊技術推廣的起步階段，主要由國外進口焊接設備或引進國外技術設備生產，因為國內企業生產的焊機功能和生產規模與國外廠商有一定的差距，所以大型企業在技術改造中大部分選用價格較高、功能好的進口設備。在 CO2氣保焊技術推廣的發展階段，經過焊接設備制造廠商的合資或獨資開發，額定電流350A、 500A的 CO2氣保焊半自動焊機，基本實現國內組裝制造，都具有較好使用功能和可靠性，并陸

12、續在金屬結構企業中成為主要選擇的 CO2氣保焊機型，占有一定數量和市場份額，從而改變了大批量進口設備的狀況。目前也有一些金屬結構企業使用一批 CO2氣保焊專業設備及焊接機器人工作站，但總體規模和應用數量比較小。這既與金屬結構企業中成為主要選擇的 CO2氣保焊機型，占有一定數量和市場份額，從而改變了大批量進口設備的狀況。目前也有一些金屬結構企業使用一批CO2氣保焊專業設備及焊接機器人工作站，但總體規模和應用數量比較小。這既與金屬結構產品的生產規模及加工精度有直接聯系，也與專用設備設計、制造水平有關。CO2氣保焊專用設備多用于金屬零件形狀簡單、規格相近，生產批量較大的金屬結構產品生產線。4.2 C

13、O2 氣保焊焊接材料的應用裝況80年代初至 80年代中期，我國針對當時Q235、 17Mn等主要結構鋼生產的490MPa級 CO2氣保焊實心焊絲，在引進設備、引進技術、開發試制的努力中，已實現部分自給，但是處于供不應求狀態，而且藥芯焊絲基本處于開發研制、試生產狀態，大部分 CO2氣保焊焊接材料主要依靠從美國、 日本、歐洲等國家進口。 國產焊接材料與進口焊接材料相比在工藝性能、力學性能方面存在著一定差距。目前我國 CO2氣保焊實心焊絲已經形成一定生產規模，產量和質量也有很大提高。針對Q235、 Q345及 Q390等結構鋼的 CO2氣保焊焊絲，能夠滿足金屬結構制造的要求，使用最多的實心焊絲主要有

14、ER49-1(H08Mn2SiA) 及ER50-6等牌號，規格主要有1.2mm、 1.6mm兩種，國內生產狀態處于供大于求的狀況， 但國內各焊絲生產廠家的質量也有較大差別， 特別是在焊絲化學成分穩定性、焊絲表面鍍銅質量、焊絲剛度等主要參數方面仍有明顯差異。600MPa級實心焊絲的幾個生產廠家質量比較穩定，700MPa級以上實心焊絲的生產廠家極少，對于其它高強度鋼、特殊鋼種焊絲仍主要依賴進口。在 CO2氣保焊藥芯焊絲生產領域，從北京寶鋼焊業有限責任公司引進英國技術以來，國內一些單位在引進技術或自我研究開發，形成一定的生產能力，也部分滿足國內市場需求，品種主要有 500MPa和600MPa結構鋼藥

15、芯焊絲、 不銹鋼藥芯焊絲、 堆焊藥芯焊絲等品種， 具有較好焊接工藝性能和力學性能，但仍有待于解決繼續提高開發能力、提高質量、 形成系列產品、擴大生產規模、降低生產成本等問題。CO2氣保焊保護氣體生產方面，主要依賴于各地區石灰窯生產企業、化工企業和釀造企業的副產品，沒有氣體專業生產廠家。4.3金屬結構行業 CO2金屬結構行業中CO2氣保焊技術推廣工作是在中國焊接協會和中國機械工程學會焊接分會倡導下， 結合金屬結構行業自身發展要求， 逐步推廣應用的。 其中金屬結構行業中焊接技術人員及焊接工人本著對企業技術進步無私奉獻發揮著積極作用。隨著市場經濟逐步延伸，金屬結構行業的經濟效益普遍滑坡，焊接技術人才

16、嚴重流失，早期從事 CO2氣保焊研究及推廣的具有相當經驗的技術人員也有許多離開這項工作，新的技術人員補充不上， 使得此項工作受到影響。這就引發了金屬結構行業以及傳統產業技術改造中技術人才的隱患，以及傳統產業技改機制，人才激勵機制等問題，影響了CO2氣保焊技術推廣速度和相應新型技術的開發。而這種機制問題還將影響金屬結構行業的其它技術改造及技術革新工作的開展。5、CO2氣保焊技術應用研究的新領域5.1CO2 氣保焊技術應用向室外發展為拓展 CO2氣保焊技術應用領域，一些金屬結構企業和焊接材料生產單位，根據生產需要，研究開發在室外環境中采用自保護藥芯焊絲焊接的技術。太重集團曾采用美國豪伯特公司的自保

17、護藥芯焊絲E7158-K6、 2.0mm加適量 CO2保護氣體，在有風環境下進行試驗，焊接電流 I=180 200A, 焊接電壓U=22 25V， CO2保護氣體流量為15L/min，在較強干擾風情況下施焊，電弧穩定性較好，焊縫成形美觀，脫渣性能良好，飛濺小，而且經過焊接試板無損探傷，超聲波探傷檢測達到級焊縫，未見焊縫氣孔等缺陷，焊縫熔敷金屬力學性能較好， b =576MPa，室溫 Akv=190J ， -40 Akv=162J。經過橫焊位置焊接試驗，試板超聲波探傷合格，說明CO2氣保焊室外焊接技術的可行性。這項技術為CO2氣保焊在大型建筑、安裝等室外施工中推廣應用打下了基礎。5.2CO2 氣

18、保焊技術中保護氣體變化由于單一 CO2氣保焊時，有焊接飛濺大、成形凸起等缺點，在承受疲勞載荷的金屬結構件或焊縫外觀要求較高以及高強度結構鋼焊接時，大多采用富 Ar氣體保護焊， 即用不同配比Ar氣和 CO2混合氣體做為焊接保護氣體以代替單一的CO2氣體，改善焊接工藝性能，降低保護氣體氧化性，提高焊接韌性。目前最常見的有80%Ar+20%CO的氣體配比。5.3 CO2 氣保焊技術向高性能金屬結構領域發展隨著 CO2氣保焊技術發展中各保護氣體、焊接材料( 藥芯焊絲、實心焊絲) 的配套，采用CO2氣保焊技術焊接金屬材料范圍由常見Q235、 Q345高強度鋼結構焊接、中碳合鑄鍛件焊接修復、室外高韌性結構

19、件焊接、奧氏體高錳鋼結構焊接及高硬度耐磨堆焊等方面。5.4 CO2 氣保焊在焊接自動化及焊接機器人領域的應用由于 CO2氣保焊技術具有連續焊接和較高的生產效率、焊縫質量優良等特點，從而成為金屬結構自動化生產的主要焊接手段，實現大規模連續生產的主要手段。今后在金屬結構制造中仍有很大發展空間。6、CO2氣保焊技術推廣應用中存在的問題思想認識不足，技術人才缺乏 . 對于金屬結構制造企業的某些領導，往往對 CO2氣保焊技術改造的必要性和緊迫性認識不足， 受資金狀況和企業經營狀況的困擾， 只顧企業短期任務目標，忽視工藝技術裝備改造，滿足于現有產品質量狀況，因而制約CO2氣保焊技術推廣應用。有些企業在購置

20、 CO2氣保焊設備時，由于缺乏必要的技術人員和焊工操作技能，不能正常使用 CO2氣保焊裝備，這不僅需要設備供應商提供較好售后服務，同時也為協會、學會等群眾性學術組織的工藝咨詢、 人員培訓等工作提出要求， 如何加強為金屬結構企業焊接技術服務，也是行業和各省、市焊接學術組織面臨的課題。CO2氣保焊技術推廣所需的國產化設備、焊接材料等品種不多、系列化進程比較長遠。目前國內 CO2氣保焊技術開發研究與國外發達國家還有一定的差距，推廣應用的主要機型基本仍是可控硅電源為主的氣保焊機。國內自行開發生的CO2氣保焊產品，由于種種原因，難以形成真正生產規模，發展受到限制。CO2氣保焊焊接材料方面，主要以500M

21、Pa左右氣保焊實心焊絲和藥芯焊絲為主，而且實心焊絲生產能力已經基本處于飽和局面，但高強度、 高韌性或其它性能實心焊絲和藥芯焊絲又無法滿足國內金屬結構行業要求，難以形成專業化強、又具有特色的焊接產品，處于較混亂的低水平重復性競爭中。在保護氣體方面僅有兩家合資公司可以提供系列高純度焊接用氣體。由于 CO2氣保焊技術應用時，需要較強的成套產品服務，即需要設備、材料、工藝等多方面支持， 單一功能的售后服務或咨詢服務有時不能解決應用中存在的所有問題，這需要在全方位服務內容里，需建立一定的中心站，進行輻射服務，形成一條龍的服務，利用主要供應商或大型金屬結構企業或地方學會為核心，進行地區服務網建設，以最低價

22、格、 完備服務，推廣 CO2氣保焊技術。國內焊機和焊材生產企業在協會和行業的統一領導協調和指導下， 打破地區、 行業壟斷局面， 走強 - 強合作或技術 - 資金互補的道路， 避免在低水平上重復投資和惡性競爭， 集中資金和技術優勢扶植一批優勢企業， 兼并和破產一批劣勢企業， 統一規劃， 走集團化發展道路，形成批量生產、專業化生產和品種化生產，降低成本，提高產品質量，制造精品，重塑品牌形象， 形成良性發展趨勢，打破合資或獨資企業占有市場大部分份額的局面，為企業提供質優價廉的產品，以迎接國產化設備和材料在國內金屬結構企業大面積推廣應用的新局面。7結束語CO2 氣體保護焊操作方便，具有前述的優點，大大

23、縮短了焊接時間，提高了焊接質量及工作效率。 而不足之處隨著其設備和工藝的改進以及操作方法中的控制造型技術的推廣，已逐步得到改善，經過試驗及生產實踐證明, CO 2 氣保焊焊接頭的力學性能、宏觀金相檢驗均符合要求 , 而且 CO氣保焊較焊條電弧焊坡口角度較小,鈍邊較大 , 焊接熱影響區較窄, 節2省了材料和能源 , 提高了勞動生產率 ,提高了焊接質量 ,應大力推廣使用。參考文獻：1英若采熔焊原理及金屬材料焊接（第二版）北京機械工業出版2000年2周振豐焊接冶金（金屬焊接性）機械工業出版社1996年3曾 樂現代焊接技術手冊上海科學技術出版社1993年4雷世明焊接方法與設備北京機械出版社1998年5栗卓新焊接材料的應用和發展趨勢焊接技術2001年 6 月6張應力焊工使用手冊 M金盾出版社2004年7戴樹新焊接生產管理與檢