CO2气保焊在滚装船改装甲板中的应用

一、  简介

随着焊接技术的不断发展，CO2气体保护焊得到了广泛的运用，大大提高了金属结构制造中传统的工艺水平，提高了产品质量和生产效率。由于CO2电弧穿透力强，热量集中，加热面积小，焊接速度快，焊接变形小，可进行全位置焊接等特点，所以被广泛的应用于船舶制造、改造修理等重要的钢结构件的焊接。

目前，我公司承接了RORO系列滚装船的改装，工程为增加汽车甲板，材料采用船用B级板，主要由6×8000×2000mm板材，Τ型材为(复板330×12mm；面板200×20mm ),角钢尺寸为L100×63×6mm等组焊而成（图1所示），Τ型材、角钢与板材之间采用角焊缝连接，技术要求为：（1）外形尺寸允许误差±2mm，（2）平整度偏差允许±8mm，（3）焊缝外表不得有气孔、夹渣、裂纹等目测可见的明显缺陷。

由于此次甲板分段平面尺寸大，焊缝数量多，板材厚度比较薄（δ=6mm），以往这种分段的制作，我们采用的是手工电弧焊，再加上防止变形的一些措施，但焊后产生的焊接变形比较大。为了保证焊接质量，减小焊接变形，因此这次我们决定采用CO2气体保护焊进行焊接。因为CO2气体保护焊比手工电弧焊的熔深大，在相同承载能力的焊接接头条件下，CO2气体保护焊焊缝截面积尺寸比手工电弧焊焊缝截面积尺寸小，因此CO2气体保护焊比手工电弧焊焊接变形小，所以作出了以上决定，最终取得了良好的效果。

图 1

二、  焊接变形和焊接方法分析

1.  焊接变形   一般构件通过焊接后都要产生变形和在构件内部产生焊接残余应力，主要原因是由于对焊件进行了局部的不均匀加热后发生热胀冷缩而引起。

（1）收缩变形   主要指焊件在通过焊接后，焊缝和焊缝附近的受热区金属，在冷却后沿着焊缝长度方向产生纵向收缩和垂直与焊缝长度方向发生的横向收缩，使焊缝沿着上述两个方向缩短而产生的变形。

（2）波浪变形   主要原因是：a）由于焊接的纵向收缩对薄板边缘造成的压应力引起;b）同时由于焊缝横向缩短所造成的角变形引起；c）由于以上两种缩短变形的联合作用也是产生波浪变形的原因。

（3）扭曲变形   主要原因是因为构件装配质量不好，工件搁置不当，焊接工艺与焊接顺序不当和焊接方向不合理而产生。

2.  焊接方法

（1） 由于CO2气体保护焊电流密度大，焊丝熔敷系数大，故生产效率高，同时采用明弧焊接，熔池可见度好，操作简单方便，适合进行全位置焊接，易于实现机械化、自动化，因此生产率比焊条电弧焊高约3倍左右。

（3）由于CO2电弧电流密度大，热量集中，热影响区小，焊件受热面积小，同时CO2气流具有较强的冷却作用，使焊件的冷却速度快，熔池停留时间短，所以焊接变形小。用于矫正变形的工作量也小，甚至不用矫正。

三、  焊前准备

1.  清除焊缝附近的铁锈、油污、水等。

2.  采用NBC—500TSMI（YM—500KR）型半自动CO2焊机，直流反接，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型好。CO2气体纯度大于99.5%。

3.  焊接材料为Φ1.2mm的SQJ501焊丝，它有较好的工艺性能、力学性能优异，适合于焊接低碳钢、低合金钢。

4.  编制防止焊接变形的工艺措施，选择合理的焊接方法和规范，采用合理的焊接顺序。

四、  工艺措施及控制

1.  预留收缩余量   焊接结构施焊后，总会产生纵向和横向收缩变形，为了弥补焊后尺寸缩短，在备料时预先加放收缩余量（纵骨每档加放0.5mm的焊接收缩量，强框架间每档加放1mm的焊接收缩量），然后根据图纸要求，将角钢、钢板、T型材进行定位装配，定位焊作为焊缝的一部分，与正式焊缝的质量要求相同。

2.  刚性固定   采用甲板面与胎架固定的方法，减小焊后变形。

3.  焊接前装配质量的报验。

4.  合理的焊接方法   通过选择合理的焊接方法，控制焊接变形。由于CO2电弧热量集中，焊件受热面积小，同时CO2气流具有较强的冷却作用，使焊件的冷却速度快，所以焊接变形小。

5. 合理的焊接顺序  通过选择合理的焊接顺序，控制焊接变形。采用双数焊工对称焊接，由中央向四周逐格焊接，尽可能使截面对称于中心轴，尽量使由于焊接引起的结构件上挠变形、下挠变形相互抵消，平整度、总体外形尺寸都控制在技术要求范围之内。先焊立角焊（图2_a），后焊平角焊（图2_b）所示，图2为甲板结构的焊接顺序。

（a）                      （b）

图2甲板分段的构件角焊焊接顺序

6.  火工矫正 

五、  焊接时应注意的事项

1.  焊接电流   焊接电流是确定熔深的主要因素，随着焊接电流的增大，熔深也随着增大，焊缝容易烧穿，甚至产生严重的飞溅和气孔，反之，则容易产生未焊透等缺陷，试验表明，选用Φ1.2mm的焊丝，焊接电流为170—180A较合适。

2.  电弧电压   在短路过渡的情况下，电弧电压增加弧长就增加。电弧电压过低时，焊丝将插入熔池，电弧不稳定。通常情况下，焊接电流小，电弧电压就小；焊接电流大，电弧电压就大。试验表明，选用Φ1.2mm焊丝，电弧电压为25—26V较合适。

3.  焊接速度   在一定的焊丝直径、焊接电流、电弧电压条件下，熔深、熔宽、余高随着焊接速度的增大而减小；如果焊接速度太快，焊道过窄，成形很差；如果焊接速度太慢，焊道变宽，熔态金属导前，甚至漫流，容易烧穿或产生焊瘤。

4.  焊丝伸出长度的控制   伸出长度的长短对焊接过程的稳定性影响较大。过长时，焊丝电阻增大，焊丝因过热而成段熔化，使金属飞溅严重，焊缝成形不良，焊接过程不稳定，气体对熔池的保护效果不好；伸出长度过短时，焊接电流增大，喷嘴与工件的距离缩短，焊接时视线不清，焊缝成形不良，因此，伸出长度一般选为焊丝直径的10倍左右。

5.  接头的质量控制   需要接头时，最好用砂轮把弧坑打磨成缓坡状，接头时焊丝顶端对准缓坡焊接，当电弧燃烧到缓坡的最薄处，正常摆动焊丝即可。

6.  收尾的质量控制   当焊接结束时，焊枪不要马上离开弧坑，要防止产生气孔等缺陷。

六、  结论

经检验表明，该焊接工艺满足于生产需要，使焊接结构尺寸公差控制在技术要求的范围以内，达到了船舶修造及修理质量标准（国际船级社协会）U662/0758的验收标准，得到了船东、船检认可。

由于CO2气体保护焊优点显著，在目前的焊接结构制造中得到了广泛的应用，该焊接技术将在生产中发挥更大的作用。