焊材及保護氣對20G 焊接工藝及性能的影響分析

李 琳 賀延偉 馬文軍

陜西化建工程有限責(zé)任公司 陜西楊凌 712100

在榆神能化50 萬t/ a 煤基乙醇項目上，陜西化建工程有限責(zé)任公司（以下簡稱陜西化建）擬采用自動焊機，使用藥芯焊絲匹配混合氣保護焊接工藝。但公司目前只儲備有藥芯焊絲CHT711 匹配二氧化碳?xì)夂附庸に囋u定，不能滿足現(xiàn)場需求，需要重新評定。

鑒于此，對目前市面在售的藥芯焊材和保護氣進行了市場調(diào)研和技術(shù)分析，發(fā)現(xiàn)焊材廠家針對不同的保護氣有專門的藥芯焊絲匹配。就20G 而言，焊材廠給出兩種焊材匹配：藥芯焊絲CHT711 匹配二氧化碳?xì)夂虲HT711M 匹配混合氣（80%Ar20%CO2）。從操作角度考慮，焊工更愿意用混合氣（80%Ar20%CO2），因其焊接飛濺小于用二氧化碳?xì)獗Ｗo的焊接飛濺。

通過調(diào)研得知，CHT711 的市場銷量遠(yuǎn)大于CHT711M，焊工會選擇用CHT711 匹配混合氣（80%Ar20%CO2）進行焊接，超出了已有合格工藝的評定范圍。另一方面，從售價和供貨周期來說，CHT711M 的售價高于CHT711，供貨周期更長。

為了驗證采用CHT711 匹配混合氣（80%Ar20%CO2）所得到的焊接接頭力學(xué)性能是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，同時考慮通過試驗優(yōu)化出性價比更好的焊材。通過和大西洋技術(shù)中心協(xié)調(diào)溝通，大西洋自貢焊材廠專門為本次試驗生產(chǎn)了一盤（20kg）CHT711M 藥芯焊絲。本次研究針對大西洋生產(chǎn)的碳鋼用藥芯焊絲CHT711 匹配二氧化碳?xì)?、CHT711 匹配混合氣（80%Ar20%CO2）及CHT711M 匹配混合氣（80%Ar20%CO2）三種焊材和保護氣匹配，采用氬弧焊打底+ 全位置氣保焊自動焊工藝，對所形成的三種20G 焊接接頭進行工藝性試驗、無損檢測、力學(xué)性能分析和經(jīng)濟性分析，進而優(yōu)選出性價比更好的焊材- 保護氣組合，給施工現(xiàn)場提供技術(shù)參考。

1 焊接工藝

三種焊材和保護氣匹配采用表1 所示焊接工藝施焊。焊接位置：5G，水平固定。坡口形式見圖1，焊接參數(shù)見表2。

表1 三種焊材和保護氣匹配的焊接工藝條件

表2 焊接參數(shù)

圖1 坡口示意圖

藥芯焊絲化學(xué)成分和性能對比見表3，由表可見，標(biāo)準(zhǔn)對CHT711 藥芯焊絲和CHT711M 藥芯焊絲熔敷金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能的要求相同。而從實測值來看，CHT711M 焊絲的硫、磷含量更低，力學(xué)性能更好。

表3 焊材熔敷金屬化學(xué)成分及機械性能

2 外觀成型

焊接接頭外觀成型如圖2 所示，從圖中可以看出，焊縫外觀成型良好，焊縫均勻有光澤。具體來講，CHT711 配混合氣（80%Ar20%CO2）的飛濺小，成型良好；CHT711M 配混合氣（80%Ar20%CO2）的飛濺小，成型良好；CHT711 配二氧化碳?xì)獾娘w濺大，容易堵噴嘴，操作性差，成型良好。

圖2 焊接接頭外觀成型照片

焊接接頭按照NB/ T47013- 2015 要求進行了無損檢測，檢測結(jié)果均為一級片，合格。三組焊接工藝評定試件按照NB/ T47013- 2015B 標(biāo)準(zhǔn)進行射線檢測，結(jié)果均合格。

3 焊接接頭性能和經(jīng)濟性分析

依據(jù)NB/ T47014- 2014《承壓設(shè)備焊接工藝評定》標(biāo)準(zhǔn)要求，分別對三組評定試件的焊接接頭進行了拉伸、彎曲、沖擊試驗，試驗結(jié)果如表4 所示。由表可見，三組焊接工藝評定的力學(xué)性能指標(biāo)均滿足NB/ T47014- 2014《承壓設(shè)備焊接工藝評定》標(biāo)準(zhǔn)要求，評定合格。

從表4 分析可知，CHT711M 配混合氣（PQR21- 55）強度最高、韌性最差，焊材和保護氣綜合成本最高；CHT711 配二氧化碳?xì)猓≒QR21- 56）強度最低、韌性居中，焊材和保護氣綜合成本最低；CHT711 配混合氣（PQR21- 54）強度居中、韌性最好，焊材和保護氣綜合成本中等。

表4 三種焊接工藝所得焊接試驗接頭力學(xué)性能

焊接接頭的強韌性是評價焊接接頭力學(xué)性能是否達標(biāo)的重要指標(biāo)，在滿足焊接接頭強度要求的前提下，更好的韌性更有利于保證焊接接頭質(zhì)量。雖然焊材廠家建議混合氣（80%Ar20%CO2）匹配專門的CHT711M 使用，但通過以上工藝性試驗和焊接接頭力學(xué)性能分析，建議選擇CHT711 配混合氣（80%Ar20%CO2）進行焊接，既能保證焊接質(zhì)量，又容易操作，施工成本相對適中。

4 結(jié)論

（1） 三組焊接工藝評定的力學(xué)性能指標(biāo)均滿足NB/ T47014- 2014《承壓設(shè)備焊接工藝評定》標(biāo)準(zhǔn)要求，評定合格。

（2）CHT711M 配混合氣（80%Ar20%CO2）焊接飛濺小，外觀成型良好，強度最高、韌性最差，焊材和保護氣綜合成本最高。

（3）CHT711 配二氧化碳?xì)夂附语w濺大，容易堵噴嘴，外觀成型良好，強度最低、韌性居中，焊材和保護氣綜合成本最低。

（4）CHT711 配混合氣（80%Ar20%CO2）焊接飛濺小，外觀成型良好，強度居中，韌性最好，焊材和保護氣綜合成本中等。

綜上所述，推薦選擇CHT711 配混合氣（80%Ar20%CO2）焊接20G 材料,既能保證焊接質(zhì)量，又容易操作，施工成本相對適中。