淺談如何有效管控焊接氣體消耗的方法

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

焊接已經(jīng)成為工程機(jī)械中最重要的加工方法。熔化極氣體保護(hù)電弧焊因其效率高，對工件的熱輸入低及易實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，而得到了廣泛的應(yīng)用。作為氣體保護(hù)電弧焊焊接環(huán)節(jié)中最重要的輔助材料之一的焊接氣體，浪費(fèi)不易被察覺。隨著企業(yè)對降成本增效益的重視，企業(yè)需要合適的方法對焊接氣體使用進(jìn)行有效管理。

大多數(shù)工程機(jī)械企業(yè)普遍采用的氣站式集中供氣系統(tǒng)的熔化極混合氣體保護(hù)電弧焊接方式，其主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷供氣，避免更換氣瓶的停工等待，但使用后卻發(fā)現(xiàn)這方式較鋼瓶供氣增加了2~3倍的消耗量，焊接氣體利用率反而降低，在本企業(yè)的構(gòu)件廠通常焊接氣體實(shí)際實(shí)耗消耗量可達(dá)到理論定額消耗量的1.5~3倍之多，可見減小氣體浪費(fèi)，降低焊接氣體消耗成本仍存在較大的改進(jìn)空間，以下本文將介紹如何研究查找焊接氣體泄漏、提高氣體利用率的方法。

1 焊接氣體損耗問題查找

以本企業(yè)的構(gòu)件加工廠為例，首先運(yùn)用魚刺圖從人、機(jī)、料、法、環(huán)等環(huán)節(jié)對焊接氣體輸送過程中的潛在影響因子進(jìn)行分析，找出焊接氣體所有非正常的消耗的可能的原因，如圖1所示。

圖1氣體非正常消耗原因分析

針對上述可能的影響原因到生產(chǎn)現(xiàn)場逐一檢查與試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)貯氣罐、輸送管路泄漏、焊接終端操作，對焊接氣體利用率的影響最大，需要重點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)并加以管控。

2 焊接氣體損耗原因分析

根據(jù)上述問題，需針對焊接氣體的輸送過程中存在的問題重點(diǎn)分析：首先，氣體供應(yīng)商用專用槽車將焊接氣體沖入貯氣罐內(nèi)，罐內(nèi)液態(tài)氣體經(jīng)汽化減壓后送入車間焊接氣體管網(wǎng)，供生產(chǎn)使用，氣站式混合氣體集中供氣系統(tǒng)示例如圖2所示[2]。二氧化碳和氬氣分別從貯氣罐進(jìn)入汽化器，經(jīng)減壓器減壓后進(jìn)入車間氣體管網(wǎng)，再經(jīng)工位流量計(jì)控制流量后接入氣體配比器，輸出的氣體可直接供焊機(jī)使用，或有部分廠家經(jīng)汽化和減壓后，先進(jìn)入集中配比柜，將混合氣體直接送入車間管網(wǎng)，經(jīng)工位控制流量后直接使用。

通過對圖2的氣體輸送過程的分析，可將氣體損耗分為貯氣罐、輸送管路和焊接終端等三個(gè)部分進(jìn)行原因分析，以便進(jìn)一步確定解決的方法。

圖2氣體輸送過程示意圖

2.1 貯氣罐卸壓損耗

貯氣罐卸壓損耗可分為帶壓貯存和補(bǔ)充充液的卸壓損耗兩種。帶壓貯存的卸壓損耗為貯存的過程中，安全閥關(guān)閉，由于自然蒸發(fā)的氣體留在貯氣罐內(nèi)而導(dǎo)致壓力逐漸升高，當(dāng)貯氣罐內(nèi)壓力達(dá)到安全閥的工作壓力時(shí)，安全閥自動(dòng)打開泄壓造成氣體損耗，這種現(xiàn)象在夏季或是工廠長時(shí)間（超出3天以上）不用氣時(shí)尤為頻繁，按照10立方米的貯氣罐計(jì)算，每次卸壓損耗量可達(dá)9~19 kg。補(bǔ)充充液的卸壓損耗為給貯氣罐補(bǔ)充充液時(shí)，為使液體能快速補(bǔ)充到貯氣罐內(nèi)，充灌過程中排氣閥打開，使罐內(nèi)壓力降低導(dǎo)致氣體排放到空氣中。

2.2 輸送管路的氣體泄漏

管路有硬管和軟管兩個(gè)環(huán)節(jié)，從氣罐到流量計(jì)為硬管管路，流量計(jì)到焊槍為軟管管路。硬管管路泄漏主要由于氣體總閥、工位閥、硬管連接法蘭密封性不足導(dǎo)致，軟管管路泄漏主要由于送氣軟管、焊槍、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、加熱器、配比器、連接接頭、管箍的密封性不足導(dǎo)致。輸送管路長時(shí)間沒有保養(yǎng)維護(hù)，閥門墊圈老化、鋼管接頭焊接氣孔漏氣等降低管路的密封性，這些是造成管路氣體泄漏的主要原因。

2.3 焊接終端的非正常損耗

不按規(guī)定關(guān)閉氣閥和焊機(jī)、氣體檢測開關(guān)長時(shí)間開啟等人為因素，導(dǎo)致焊槍不工作時(shí)氣體泄漏；同時(shí)還包括焊接時(shí)的超出工藝規(guī)定的氣體流量使用、焊接電流參數(shù)使用不當(dāng)、氬氣配比過高等技術(shù)因素，分析氣體消耗定額的計(jì)算公式如下[1]：

式中：

T為焊接基本時(shí)間(min)；

Q為保護(hù)氣體流量(L/min)；

η為氣體損耗系數(shù)；

ρ為氣體在工作條件下的密度(g/L)。

由式（1）可看出，氣體消耗量由焊接基本時(shí)間和氣體流量決定。當(dāng)焊接基本時(shí)間一定時(shí)，氣體消耗量與氣體流量成正比，如圖3所示。而焊接基本時(shí)間與焊縫體積、焊絲熔化速度有關(guān)，焊絲熔化速度由焊接電流決定，氣體流量20 L/min時(shí)的氣體消耗量與焊接電流關(guān)系示例如圖4所示。可見焊接開停機(jī)的規(guī)范操作，以及焊接工藝參數(shù)的規(guī)范使用也是改進(jìn)的重點(diǎn)。

圖3氣體消耗量與氣體流量關(guān)系

圖4氣體消耗量與焊接電流關(guān)系

3 確定改進(jìn)方法并實(shí)施

盡管能夠找出焊接氣體泄漏的原因，但只是把發(fā)現(xiàn)的泄漏處進(jìn)行整改仍是不夠的，因?yàn)闅怏w泄漏隨時(shí)可能發(fā)生，需要建立一套易于及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接氣體泄漏，并能持續(xù)改進(jìn)的監(jiān)控與管理的方法：

針對貯氣罐的卸壓損耗，要求氣體保管員每天定時(shí)巡視貯氣罐的壓力表，通常在工廠放假準(zhǔn)備停工關(guān)氣罐總閥當(dāng)天、天氣溫度過高氣罐壓力表讀數(shù)接近氣罐排氣臨界壓力時(shí)、準(zhǔn)備對氣罐充氣前等情況下，關(guān)閉排液閥，打開回氣閥，使貯氣罐內(nèi)氣體送入車間送氣管路中，這樣可以充分使用氣罐中的氣體進(jìn)行生產(chǎn)，壓力降低接近減壓閥壓力后關(guān)閉回氣閥。此外，貯氣罐的真空度每半年要檢查一次，當(dāng)真空度降低至66.7 Pa以下，需要對貯槽夾層進(jìn)行重抽真空，提高絕熱性能，減少貯氣罐內(nèi)的液體的蒸發(fā)率。

針對管路氣體泄漏的檢查方法有三種，其檢查示例如圖5所示。

圖5管路與閥門漏氣檢查

（1）用肥皂水涂抹，出現(xiàn)氣泡的說明該部位漏氣。每季度對管路的外觀進(jìn)行檢查，要求無銹蝕，對出現(xiàn)銹蝕的地方用肥皂水涂抹檢查是否漏氣，漏氣的需用焊機(jī)進(jìn)行補(bǔ)焊，保證無漏氣的情況下重新油漆。對易漏氣部位如法蘭及接頭等每月用肥皂水進(jìn)行檢查，對漏氣處重新加固及更換墊片；

（2）關(guān)閉車間工位閥門并保持貯氣罐的排液閥打開，看汽化器是否工作，若汽化器的液體入口附近仍結(jié)霜，說明管道仍有氣體消耗；

（3）每周對硬管管路保壓進(jìn)行檢查，即在管道有壓力的情況下，同時(shí)關(guān)閉汽化器出氣閥和工位閥，對硬管輸出管路進(jìn)行4小時(shí)保壓試驗(yàn)，若減壓器的壓力值保持不變，則說明管道密閉性好；

（4）每天對軟管輸出管路進(jìn)行漏氣檢查，即在焊接停止時(shí)，打開工位氣閥，檢查轉(zhuǎn)子流量計(jì)示值是否為零，即轉(zhuǎn)子沒有停留在流量計(jì)最底處，說明有氣體在消耗，則應(yīng)檢查連接接頭、管箍的密封性，或重新更換軟管。

針對焊接終端的非正常損耗，首先需規(guī)范員工的操作，提高員工對節(jié)約氣體成本的意識，完成焊機(jī)的氣體檢測后開關(guān)打回焊接位置，避免中途焊接停止時(shí)氣體仍在消耗，以及下班后及時(shí)關(guān)閉工位氣閥。此外，還需對焊接工藝參數(shù)進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下降低氣體流量、提高焊接焊接電流和提高焊接速度，縮短焊接時(shí)間以減小氣體消耗，并且規(guī)范員工使用工藝要求的焊接參數(shù)進(jìn)行焊接。在本次的改進(jìn)中，針對直徑1.2 mm的焊絲規(guī)定焊接氣體流量為15~20 L/min，焊接電流260~320A，實(shí)際操作中，氣體流量取18 L/min，焊接電流取300~320 A。

工藝部門每月末對焊接氣體實(shí)際消耗量進(jìn)行分析，當(dāng)每千克焊絲消耗氣體實(shí)際消耗量大于0.78 kg時(shí)需進(jìn)行問題分析，組織相關(guān)氣體管理負(fù)責(zé)人進(jìn)行整改，每月組織考核并跟蹤用氣車間整改結(jié)果的有效性。

4 改善效果

為使改善成果得到長期穩(wěn)定，建立氣站管理人員和車間用氣人員對氣體的使用規(guī)范，明確了氣站管理人員、焊接用氣人員、工藝人員、車間管理人員等各崗位人員的管理職責(zé)及用氣要求，以加強(qiáng)現(xiàn)場與組織的管理，提高了車間全體員工節(jié)約氣體的意識，建立了以氣罐壓力表、管路壓力表和流量計(jì)為主的可視化漏氣預(yù)防和監(jiān)控模式，及時(shí)分析和查找焊接氣體利用率不高問題，形成從工藝部門→安全部門→車間→班組逐級檢查與考核的管控體制。通過耗時(shí)半年時(shí)間，對貯氣罐泄壓、管路氣體泄漏的改善，焊接氣體的實(shí)際消耗量接近理論定額消耗量，每千克焊絲消耗焊接氣體達(dá)到0.71~0.88 kg，實(shí)際焊接氣體消耗成本較改進(jìn)前下降了35%，改善效果顯著，有力地證明了焊接氣體的泄漏是能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)的，焊接氣體的氣罐排氣、管路漏氣的損耗也是可控的，通過持續(xù)一年的改善后期跟蹤結(jié)查表明，該管控方式有效并能夠?qū)附託怏w利用率的提高具有較大的促進(jìn)作用。

5 結(jié)束語

根據(jù)不同的焊接氣體損耗原因分析，可實(shí)施不同的氣體管控措施，以上結(jié)合了本企業(yè)的具體情況介紹了降低焊接氣體成本的常用方法，基本能夠解決氣體損耗的大多數(shù)問題，為同類的結(jié)構(gòu)件焊接工廠的氣體規(guī)范使用、漏氣管控和降低消耗提供了較好的借鑒方法，但降低焊接氣體損耗與成本是一個(gè)系統(tǒng)的工程,涉及如工藝、生產(chǎn)和質(zhì)量等多個(gè)部門，包含技術(shù)因素和管理因素，其中管理因素是主要，需要多部門高度協(xié)同，堅(jiān)持不懈的開展，才能使氣體消耗保持在較低的水平。在激烈的市場競爭中，唯有在保證提供給客戶滿意產(chǎn)品的前提下，企業(yè)強(qiáng)化成本意識，努力控制成本才能夠讓企業(yè)良性發(fā)展，同時(shí)為企業(yè)、國家節(jié)約大量資源。

[1]第一機(jī)械供應(yīng)部.機(jī)械制造企業(yè)材料消耗定額制定方法[M].北京：機(jī)械工業(yè)部物資供應(yīng)局,1980.

[2]黃石生.焊接方法與過程控制基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.