CO2气体保护焊在起重机吊臂结构件焊接中的应用

摘 要：起重机生产制造过程中,吊臂是主要受力部位,也最为关键的部位.因此,对吊臂结构件焊接质量要求相对较高、焊接工作量也相对较大；而传统的焊条电弧焊因质量不稳定、焊接效率低等原因无法满足起重机吊臂结构的焊接任务.目前,CO2气体保护焊以及半自动辅助式焊接行走机构逐渐成为起重机吊臂结构焊接的主要方法；该焊接方法不仅成本低、操作简单,同时,也极大地提高了起重机制造品质和效率.

关 键 词：CO2气体保护焊起重机吊臂焊接

中图分类号：O354文献标识码：A文章编号：1672-3791（2014）07（c）-0002-02

起重机生产制造过程中,吊臂是主要受力部位,也最为关键的部位.因此,对吊臂结构件焊接质量要求相对较高、焊接工作量也相对较大.吊臂结构件的焊接特点主要有以下几点：首先,焊缝相对较长、焊缝轨迹多为直线.其次,多为高强度钢板材质；对焊接质量要求相对较高.最后,多为表面焊缝,对外观的一致性、美观性要求较高.起重机吊臂结构件的这些焊接特点,也造成传统焊条电弧焊无法有效满足这些要求.本文则就CO2气体保护焊在起重机吊臂结构件焊接中的应用进行了系统、详尽的分析.

1CO2气体保护焊基本原理与工艺特点

1.1基本原理

CO2气体保护焊是以焊件和焊丝作为两个电极,通过产生电弧的热量使焊件金属熔化；同时,利用CO2作为电弧的保护气体来进一步提高焊接质量[1].另外,CO2气体保护焊所需的CO2气体,必须99.5%以纯度.

1.2工艺特点

第一,CO2气体保护焊具有较强的穿透力,焊接件变形小,其效率较传统焊条电弧焊高1～3倍.第二,CO2气体成本相对较低,促使焊接成本大幅降低,仅为传统焊条电弧焊的45%左右.第三,CO2气体保护焊含氢量较低,冷裂纹倾向也相对较小,焊缝抗锈能力强.第四,不能用于易氧化金属材料的焊接；另外,抗风能力差,在野外、露天作业时需有防风措施.第五,CO2气体保护焊焊接时易产生形成较多金属飞溅.第六,CO2气体保护焊弧光辐射较强[2].

1.3CO2气体保护焊应用范围

CO2气体保护焊可广泛应用于碳钢、低合金钢结构、不锈钢、耐热钢等的焊接；可焊接0.8～350mm之间的板材；可进行全位置焊接；同时,对焊缝的形状要求也不高,直线焊接、曲线焊缝以及点焊均可.

1.4CO2气体保护焊的优点

首先,CO2气体保护焊可采用整盘的焊丝,而最大程度地保障了对焊缝较长的连续焊接工作.第二,CO2气体保护焊在焊接过程中熔渣产生量较小.第三,焊丝熔敷速度相对相高,溶深大.第四,CO2气体保护焊,变形相对较小,冷裂倾向得到了有效的控制.第五,焊接过程中,CO2气体分解,具有较强的氧化性；对焊接件上的锈蚀等脏物的敏感度相对较小且穿透性强.第六,CO2气体成本相对较低,促使焊接成本大幅降低,仅为传统焊条电弧焊的45%左右[3].

1.5CO2气体保护焊常见缺陷及产生原因

第一,气孔.气孔是CO2气体保护焊焊接最为常见的缺陷,其产生的主要原因是焊接时卷入大量的空气,气体保护不完善；另外,预热器未发挥作用；喷嘴不通畅或与焊接件距离过大；电弧过长或电弧电压过高；焊件表面的锈蚀、油污等处理不当；焊丝中Si-Mn含量过低等[4].因此,为避免出现气孔缺陷,我们可以侧重从以上主要影响因素入手来加以有效的处理.值得注意的一点就是,在进行CO2气体保护焊焊接工作结束前,还必须收意对“收弧”的处理,若收弧不当则也容易产生气孔.我们需在收弧处将焊予以及时停止,并接通弧坑控制电路,使电弧电压自动减小,直至溶池填满；若未设置弧坑控制电路,则可以在焊停止前进且熔池未凝固时予以反复、快速的“断弧”、“引弧”数次,直至弧抗填满.

第二,咬边.CO2气体保护焊产生咬边的因素有：电弧过长,电弧电压过高；实际焊接过程中,焊接速度过快；操作人员摆动不定.而影响咬边问题的主要因素是进行人工焊接操作时,焊接速度过快和摆动不定；因此,全面加强人工焊接操作技巧则可以有效提升焊接质量.

第三,焊缝成型不好.在进行CO2气体保护焊操作时,由于工艺参数不合适、导电嘴出现松动、送丝轮中心偏移,送丝不准确、焊丝矫正机构调节不当等均会导致焊缝成型不良.发生焊缝成型不好时,则需要侧重对参数选择以及送丝轮的精准度入手,及时加以调节和修正,则可避免此类缺陷发生.

第四,电弧不稳.在实际焊接时,受电网电压影响、导电嘴松动,堵塞、工艺参数调节不当、送丝轮中心偏移等均会导致电弧不稳现象发生.发生电弧不稳时,则需要加强对电压值和送丝轮中心是否出现偏移进行检测；并予以调整.

第五,金属飞溅.金属飞溅产生原因多由焊接电参数调节不当、CO2气体气流量过大、焊接件表面过于粗糙以及焊丝伸出过长等[5].解决金属过量飞溅,则需要对工艺参数进行准确核对；另外,应使焊在工作时,垂直于焊接件,并保持焊前后倾角不要超过20度；否以上均未发现问题,则极可能是焊丝伸出过长.

第六,未焊透.CO2气体保护焊产生未焊透的原因有：焊接电流过小、焊接速度过快或过慢、焊丝位置不准确、送丝不当、坡口角度太小或者间隙过小等；另外,也与操作人员技术水平有关.出现未焊透现象时,则首先应该检查是否在焊接过程中,焊接速度过快或过慢；也需考虑是否存在送丝不当而未能准确对准焊缝,导致出现未焊透现象.同时,也应全面提升人工操作的技术水平.

2半自动CO2气体保护焊执行机构工作原理及焊接效果

由于吊臂结构件的焊接具有焊缝相对较长、焊缝轨迹多为直线；吊臂结构多为高强度钢板材质；对焊接质量要求相对较高；另外,吊臂结构件焊接多为表面焊缝,对外观的一致性、美观性要求较高.针对以上焊接特点,笔者原单位引进了半自动CO2气体保护焊执行机构进行起重机的吊臂焊接,焊丝采用直径为1.2mm的实心焊丝,根据板厚电流选择约为200～220A,电压约为25～30V,坡口据板厚刨为45度斜坡.同时在臂搭焊时采用间断对称搭焊法,这样可在很在程度上减少了板材焊接变形量.因此,焊缝美观,焊接变形小,焊缝质量也得到提高,基本上一次顺利通过超声波探伤或是磁粉探伤对焊缝的探伤检测.既提高了效率,也保证了检验期及交货期,也在最大程度地发挥出CO2气体保护焊的优势.图1为伸缩臂的焊接探伤示意图.

半自动CO2气体保护焊执行机构由控制器以及调整机构、行走机构、焊定位调节等共同组成.该机构是以CO2气体保护焊技术优势为基础,结合吊臂结构件的焊缝走向而定向设计的；当焊沿吊臂结构件自动、匀速直线行走时,嘴也同步沿着吊臂结构件的焊缝转变进行移动.因此,只要按照客观焊接要求,把嘴准确地对准相应的焊缝,并就嘴与焊缝之间的距离与角度加以合理设置,完全就可以实现起重机吊臂结构件在设定范围内进行自动、连续焊接.

采用半自动CO2气体保护焊执行机构进行起重机吊臂结构件的焊接,全面实现了焊缝焊接工作的连续性；同时,也全面保证了焊缝结构的一致性与外形的美观性.另外,由于半自动CO2气体保护焊执行机构的动力部分采用了小型调整电动机,使得嘴在进行焊接过程中,焊缝对准精确、焊接速度均匀,进而也极大地提高了吊臂结构件的焊接质量,并减少了工人干预,提高了焊接效率.与此同时,半自动CO2气体保护焊执行机构在起重机吊臂结构件焊接中的应用还极大地降低了操作人员的劳动强度,最大程度地避免或减少了焊弧对操作人员的伤害,不仅提高了企业经济效益,同时,也具有较高的社会效益.

综上所述,起重机吊臂结构件的焊接具有焊缝相对较长、焊缝轨迹多为直线；吊臂结构多为高强度钢板材质；对焊接质量要求相对较高；另外,吊臂结构件焊接多为表面焊缝,对外观的一致性、美观性要求较高.而半自动CO2气体保护焊执行机构则可以充分实现起重机吊臂结构件焊缝焊接工作的连续性；既保证了焊缝结构的一致性与外形的美观性,也极大地提高了吊臂结构件的焊接质量,提高了焊接效率.与此同时,半自动CO2气体保护焊执行机构在实际应用之中还可以有效降低操作人员的劳动强度,最大程度地避免或减少了焊弧对操作人员的伤害,不仅提高了企业经济效益,同时还具有较高的社会效益.另外,实用、灵活、操作简便的半自动CO2气体保护焊执行机构还可以用于钢轨、各种机构臂等结构件的焊接任务,为工业制造企业创造更多的经济效益与社会效益.