CO2MAG氣體保護(hù)焊在石化建設(shè)中的應(yīng)用

1、CO2/MAG氣體保護(hù)焊在石化建設(shè)中的應(yīng)用摘要：本文介紹了CO2/MAG氣保焊工藝方法，優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的綜合優(yōu)越性，介紹了石化行業(yè)的現(xiàn)狀和石化建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)安裝的作業(yè)特點(diǎn)以及松下的對(duì)應(yīng)措施，從而促使CO2/MAG焊接在石化建設(shè)中應(yīng)用越來(lái)越廣范。關(guān)鍵詞：CO2/MAG氣體保護(hù)焊、工藝特點(diǎn)、應(yīng)用技術(shù)。1、石化行業(yè)現(xiàn)狀石油、化工、天然氣是我國(guó)的主要工業(yè)的基礎(chǔ)，近年來(lái)隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，各行業(yè)對(duì)石油、天然氣、化工產(chǎn)品的需求越來(lái)越大，所以我國(guó)石油化工建設(shè)行業(yè)正處于新一輪增長(zhǎng)期，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)2005年乙烯當(dāng)量需求量為1730萬(wàn)噸，2010年乙烯需求量將達(dá)到2190萬(wàn)噸，近年來(lái)一批大型的煉化、乙烯新建、擴(kuò)

2、建項(xiàng)目陸續(xù)開(kāi)工建設(shè)，而焊接在這些工程建設(shè)中起著舉足輕重的作用，焊接效率的高低關(guān)系到工程的進(jìn)度，焊接質(zhì)量的優(yōu)劣決定了運(yùn)營(yíng)的安全，所以采用合理的焊接方法顯得尤為重要。CO2/MAG氣體保護(hù)焊是一種優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的焊接方法，在大型鋼結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)罐、塔器及管道等工程焊接中有突出的表現(xiàn)，為工程建設(shè)行業(yè)贏得可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。2、CO2焊的特點(diǎn)2.1、CO2焊的優(yōu)良品質(zhì)用CO2焊接低碳鋼和低合金鋼，只要焊材選配適當(dāng)，均可以獲得高質(zhì)量的焊接接頭，綜合機(jī)械性能可以達(dá)到或超過(guò)低氫型焊條電弧焊的質(zhì)量水平。（1）CO2焊是一種低氫焊接方法，焊縫中擴(kuò)散氫的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于低氫焊條（CO2焊擴(kuò)散氫含量HD1.0mL/

3、100g，低氫型焊條HD3.15 mL/100g）。CO2焊對(duì)銹和水分不敏感，焊縫中產(chǎn)生氣孔的傾向小于低氫焊條。這是CO2焊接接頭質(zhì)量可靠的主要原因。（2）CO2焊縫中的含氧量和含氮量也與低氫型焊條焊接的焊縫相當(dāng)。CO2焊在焊接過(guò)程中由于采取了可靠的脫氧措施，可以使焊縫中的含氧量降低到0.02%。由于有較為可靠的氣體保護(hù)，可防止空氣中的氮進(jìn)入熔池，有效的防止氮?dú)饪椎纳?。?）CO2焊的焊縫熱影響區(qū)小，焊接接頭的變形量小，提高了焊接接頭承受有效載荷的能力，這是焊條電弧焊所不及的。（4）CO2焊縫成形好，表面及內(nèi)部缺陷少，一次探傷合格率高于焊條電弧焊。 如某單位焊接529×9mm 原油

4、管道，CO2焊一次探傷合格率達(dá)到100%，而同一管線(xiàn)采用焊條電弧焊，一次探傷合格率70%左右。2.2 CO2焊的高效率CO2焊的工效與焊條電弧焊相比可提高倍數(shù)是2.02-3.88倍。（1）CO2焊有較高的熔化速度和熔化系數(shù)。CO2焊熔敷速度35kg/h，是焊條的12.25倍。CO2焊采用細(xì)焊絲（0.81.6）電流密度大（CO2焊100300A/mm2，焊條1025 A/mm2）。電弧熱量集中，熔化系數(shù)比焊條大13倍，可提高工效12倍。（2）CO2焊縫坡口一般40° 45°,鈍邊較大，間隙較小，坡口截面比焊條減小50%，可使焊縫熔敷金屬量減小，等于提高了焊接速度，焊接工效提高

5、1倍左右。（3） CO2 焊接無(wú)需清渣，打磨，清坡口和換焊條，CO2焊的輔助時(shí)間為焊條輔助時(shí)間的50%，由此提高工效0.30.8倍。2.3 CO2焊的低成本盡管CO2焊機(jī)和焊絲價(jià)格較貴，但由于下面諸多原因，使CO2焊的實(shí)際成本較大幅度的低于焊條電弧焊。CO2焊能使焊接總成本降低39.6-78.7%（與焊條電弧焊比）,平均降低59%。（1）大幅度節(jié)約焊材。由于CO2焊采用小截面坡口型式，焊縫截面積可減少3654%，即可以節(jié)約3654%的填充金屬。節(jié)省了焊條藥皮和焊條頭的浪費(fèi)。這是CO2焊成本降低的主要原因之一。（2）CO2焊可節(jié)約大量電能。CO2焊機(jī)與硅整流弧焊機(jī)相比，可節(jié)約用電平均達(dá)37%，與

6、交流弧焊機(jī)相比，可節(jié)約用電69%以上。CO2因提高工效2.023.88倍，因此實(shí)際焊接時(shí)間可以減少6780%。如與手弧焊機(jī)容量相同，焊接參數(shù)相當(dāng)，則耗電量大致降低比例是6780%。據(jù)有關(guān)單位測(cè)定：CO2焊的耗電量?jī)H為手弧焊的34.6%，或可降低耗電量的比例是65.4%。（3）由于CO2焊效率高，實(shí)際設(shè)備臺(tái)班費(fèi)較手工焊降低6780%。設(shè)備臺(tái)班費(fèi)約占焊接成本的3050%，采用CO2焊工藝，可使焊接總成本降低2040%。（4）CO2焊生產(chǎn)效率高，實(shí)際焊接時(shí)間相應(yīng)減少，即減少焊接人工費(fèi)，工時(shí)費(fèi)，焊接工時(shí)成本較手工焊降低1016%。（5）CO2焊減少了清渣和清根的工序，焊縫打磨基本可以避免，節(jié)約很多砂輪

7、片，節(jié)省諸多輔助時(shí)間和輔助人工。CO2焊接變形小，也節(jié)省了矯正變形的費(fèi)用。下表1為中石化某公司在現(xiàn)場(chǎng)做的CO2實(shí)心焊絲與電焊條焊接的對(duì)比試驗(yàn)表1 CO2焊（低碳鋼）實(shí)芯焊絲與電焊條焊接成本對(duì)比分析表(Q235、20R焊接）焊接材料：YJ502實(shí)芯焊絲J422手工電焊條焊材規(guī)格（mm）1.24焊接電流（A）200220160180電弧電壓（V）30312224氣體消耗（L/min）17填充金屬量（Kg）40.1740.17熔敷速度（g/min）112.9423.97熔敷效率（%）88.8450焊材消耗量（kg）45.2280.34焊材單價(jià)（元/kg）9.97.5焊材費(fèi)用（元）447.678602

8、.55燃弧時(shí)間（h）5.9327.93氣體需要量（L）6048.60氣體單價(jià)（元/L）0.007氣體費(fèi)用（元）42.34電弧發(fā)生率（%）6040作業(yè)時(shí)間（h）9.8869.83工時(shí)單價(jià)（元/h）2525工時(shí)費(fèi)用（元）2471745.75耗電量（Kwh）81.36273.04電單價(jià)（元/Kwh）0.5880.588電力費(fèi)用（元）47.84160.55總費(fèi)用（元）8412566.25從以上分析表格中計(jì)算，同比情況下，CO2焊綜合成本只占焊條電弧焊30%.備注；1、焊材消耗量；在填充金屬量相同的情況下（40.17公斤）CO2氣保焊45.22公斤，手工焊80.34公斤，其中氣體費(fèi)用42.34元2、作業(yè)

9、時(shí)間；在填充金屬量相同的情況下（40.17公斤）CO2氣體保護(hù)焊9.88小時(shí),手工焊69.83小時(shí)3、用電費(fèi)用；CO2氣體保護(hù)焊47.84元，手工焊160.55元4、工時(shí)費(fèi)用；CO2氣體保護(hù)焊247元，手工焊1745.75元25 這種優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的焊接方法，在石化建設(shè)行業(yè)的發(fā)展很不平衡，有的公司十幾年前就開(kāi)始應(yīng)用，已經(jīng)具有上千臺(tái)CO2/MAG焊機(jī)；而有的公司僅有十幾臺(tái)，應(yīng)用的不十分好；原因是將CO2的缺點(diǎn)夸大了；CO2的焊接培訓(xùn)沒(méi)有跟上；焊接管理滯后等影響的。2.6 CO2焊的缺點(diǎn)CO2焊像其他焊接方法一樣，有一些不足之處。如飛濺稍大；抗風(fēng)能力較差，一般風(fēng)速大于23米/秒時(shí)需采取必要的防

10、風(fēng)措施（防風(fēng)罩、防風(fēng)工棚等）；CO2焊所用的設(shè)備較手工焊復(fù)雜等。3、石化建設(shè)行業(yè)的作業(yè)特點(diǎn)3.1 露天作業(yè)，對(duì)焊機(jī)的可靠性要求比較高，要求焊機(jī)能夠適應(yīng)露天潮濕、多粉塵的環(huán)境；對(duì)于CO2/MAG氣體保護(hù)焊來(lái)說(shuō)，要求較強(qiáng)的抗風(fēng)能力，對(duì)此唐山松下配有特殊的送絲機(jī)構(gòu)和專(zhuān)門(mén)的防風(fēng)焊槍?zhuān)谑褂么罅髁坑?jì)的情況下，通過(guò)調(diào)整CO2氣體出口壓力：0.4Mpa，氣體流量：5060 L/min，可以在風(fēng)速6m/s以下不加擋風(fēng)措施的情況下穩(wěn)定焊接，而且焊縫質(zhì)量滿(mǎn)足要求。 松下防風(fēng)焊槍 大流量計(jì)3.2 現(xiàn)場(chǎng)多為遠(yuǎn)距離作業(yè)，這就要求焊機(jī)和送絲機(jī)之間的電纜長(zhǎng)度較長(zhǎng)，送絲機(jī)移動(dòng)頻繁，加長(zhǎng)電纜和送絲機(jī)一起移動(dòng)，重量太大，移動(dòng)不便

11、，增大了現(xiàn)場(chǎng)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；對(duì)此，唐山松下對(duì)加長(zhǎng)電纜和送絲機(jī)之間的連接進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，使二者可以分開(kāi)移動(dòng)，增加了移動(dòng)的方便性，而且送絲機(jī)上具有存儲(chǔ)、調(diào)用功能，在送絲機(jī)上可遠(yuǎn)程存儲(chǔ)調(diào)用3組焊接規(guī)范，焊接參數(shù)的調(diào)整更便捷。 特殊設(shè)計(jì)的接頭 穩(wěn)定、方便的送絲機(jī)構(gòu)通過(guò)上述的特殊對(duì)應(yīng)方案，使松下焊機(jī)更適合于石化行業(yè)的焊接。4、 適合石化建設(shè)的綠色、高性能CO2氣體保護(hù)焊機(jī)唐山松下350/500FR逆變CO2/MAG焊機(jī)，能耗低，結(jié)構(gòu)合理，可靠性高，焊接性能優(yōu)異，飛濺少，不僅帶來(lái)了節(jié)能降耗的經(jīng)濟(jì)效益，更有效地提高了焊縫的內(nèi)在質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的合格率。 FR焊機(jī)照片如右圖4.1 低能耗350/500FR逆變C

12、O2/MAG焊機(jī)，功率因數(shù)較普通逆變電源有大幅提高，有效地降低電力的消耗量；諧波電流比普通逆變電源更低，有效地減少對(duì)電網(wǎng)的污染。具有風(fēng)扇和氣閥自動(dòng)節(jié)能功能：在焊接結(jié)束后，焊槍開(kāi)關(guān)關(guān)閉約7分鐘，節(jié)能電路將自動(dòng)運(yùn)行，焊機(jī)主回路自動(dòng)斷電，控制部分僅有幾十瓦的空載電能損耗；實(shí)現(xiàn)了低碳、節(jié)能、降耗的綠色環(huán)保設(shè)計(jì)理念。4.2 合理結(jié)構(gòu)新型密封防塵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制P板以及IGBT等功率器件均置于各自的密封腔中，使其能夠適應(yīng)高粉塵惡劣環(huán)境。采用交流高速軸流冷卻風(fēng)扇，使用壽命更長(zhǎng)，適用于露天作業(yè)的各種環(huán)境。4.3 送絲高穩(wěn)定性 送絲采用高壽命、高可靠性的印刷電機(jī)，配合松下專(zhuān)利技術(shù)IVF數(shù)字控制送絲電路，保證了焊絲

13、送給的穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)50米延長(zhǎng)電纜下穩(wěn)定焊接。4.4方便的存儲(chǔ)和調(diào)用在送絲機(jī)遙控器上，具備焊接規(guī)范存儲(chǔ)/調(diào)用功能，可在身邊隨時(shí)存儲(chǔ)、調(diào)用焊接參數(shù)。面向焊接管理人員的EWPM焊接管理遙控器，可進(jìn)行焊接參數(shù)調(diào)整：提前送氣、滯后停氣、慢送絲、回?zé)龝r(shí)間、引弧電壓等；限流功能：可以設(shè)定焊接規(guī)范上、下限值；工時(shí)管理：記錄焊接作業(yè)時(shí)間等等。4.5 簡(jiǎn)單易調(diào)的電弧特性 350/500FR1焊機(jī)的面板上，可根據(jù)焊接需要調(diào)整電弧的軟硬特性以滿(mǎn)足不同的焊接要求，例如：在管道的打底焊時(shí)，可用電弧硬特性，提高電弧的穿透力；在填充和蓋面時(shí)用電弧軟特性，使電弧柔和、飛濺小。4.6 特殊的短路過(guò)渡控制方式，大幅降低焊接飛濺

14、CO2焊接時(shí)采用MTS (Metal Transfer Stabilization Control)控制，即熔滴過(guò)渡穩(wěn)定化控制；當(dāng)電源高精度檢測(cè)到短路發(fā)生后，瞬時(shí)將電流驟然降低，這樣防止微小短路的發(fā)生；實(shí)施細(xì)頸控制，當(dāng)檢測(cè)到焊絲尖端變瘦后，通過(guò)二次開(kāi)關(guān)控制，急劇降低電流，防止焊絲尖端發(fā)生爆斷，從而減少飛濺的發(fā)生。短路過(guò)后，再次燃弧時(shí)，抑制熔池的震蕩；還可抑制燃弧期間發(fā)生的微小短路；大幅減少飛濺，確保實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的短路過(guò)渡，最多可減少50%的飛濺量。MTS-CO2焊接飛濺的實(shí)景照片MAG焊接時(shí)采用SP-MAG(Super Imposition Contorol)控制，即在混合氣體保護(hù)焊（MAG焊）工藝條件下,實(shí)施電弧短路過(guò)渡的精細(xì)化控制。SP-MAG的波形控制是在短路結(jié)束后電流迅速重疊(Super-Imposition)，以此提高焊絲尖端的熔融速度，從而順利過(guò)渡到下一個(gè)短路過(guò)程，縮短了短路周期(T0 T1)，提高了短路過(guò)渡的頻率，飛濺發(fā)生量約降低85%。SP-MAG的焊接波形示意圖T0電流電壓T1(虛線(xiàn)：老工法)8、小結(jié) 綜合以上觀點(diǎn)，CO2氣體保護(hù)焊的優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的綜合優(yōu)點(diǎn)是其它焊接方法所不能比擬的