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1、毕业设计 气体保护焊技术在船舶 安徽机电职业技术学院 毕业设计 CO2气体保护焊技术在船舶 生产中的应用 系别机械工程系 专业焊接技术及自动化 班级焊接3092班 姓名 学号 2022 2022 学年第一学期 摘要 1原理和特点 二氧化碳气体保护电弧焊简称为CO2气体保焊俗称CO2焊，属于熔化极气体保护焊。它利用CO2气体保护电弧，使电弧与空气隔离，电弧在焊丝和工件之间“燃烧”，焊丝自动送进，熔化了的焊丝和母材形成焊缝。分为半自动焊和自动焊两类，是目前应用最广泛的电弧焊接方法，主要有以下优点： （1）焊接成本低。焊接成本低 CO2气体是化工厂的副产品，来源广，价格低，其综合成本约为电弧焊的40
2、至50。 （2）焊接生产率高。由于焊丝自动送进，焊接时焊接电流密度比电弧焊高的多，因此熔深比手弧焊高2.2-3.8倍，同时具有焊丝熔化快，清理熔渣容易等特点，效率可比手弧焊提高2-4倍。 （3）应用范围广。可以焊接薄板、厚板以及全位置的焊接等。（4）抗锈能力强。CO2焊对焊件上的铁锈、油污及水分等，不像其他焊接方法那样敏感，具有较好的抗锈能力。 （5）相比较焊条电弧焊，CO2气体保护焊在焊缝的焊后检查中缺陷的检出率明显较低，因而具有明显的时间效益和经济效益。 但是半自动CO2气体保护焊也有一些缺点： （1）飞溅大，不论采用什么措施，也只能使CO2焊接飞溅减小到一定程度，但仍比焊条电弧焊、氩弧焊
3、大得多； （2）施工环境要求较高，在室外作业时，必须设挡风装置才能施焊； （3）焊接设备比较复杂，电弧的光辐射较强。 2、CO2气体保护焊的应用现状 CO2气体保护半自动焊是一种高效率、低成本的焊接方法，目前已广泛应用于我国船舶制造行业，正在逐步替代焊条电弧焊，CO2气体保护焊也常用于较厚的低碳钢和中碳钢等材料的焊接，也可用于奥氏体不锈钢和其它金属合金的焊接。尤其对板材厚度为1280mm的最适宜。 目前，CO2气体保护立焊广泛应用于各造船企业船舶建造中的结构角焊缝与板材的对接焊接中，尤其是船台大合拢焊接的焊接中，因为其出色的焊接性能而被各大船厂采用，其焊接形式多为单面焊双面成型。 3操作要领
4、（1）室外作业在风速大于1m/s时，应采用防风措施。 （2）必须根据被焊工件结构，选择合理的焊接顺序。 （3）对接两端应设置尺寸合适的引弧和熄弧板。 （4）应经常清理软管内的污物及喷咀的飞溅。 （5）使用的电流不要过大，略低于角焊电流； （6）电流不能太大，一般控制在160A至180A为宜； （7）焊接方法，采取之字型焊接方法。如果是多层焊接，第一遍电流要小一些，以后的焊接要清理干净焊渣等杂物，减少夹渣或焊不透现象。 （8）摆动要到位，要均匀的摆动，不然焊缝就不是特别好看，很可能咬边或者有很大的焊瘤； （9）焊接时，焊缝处于垂直位置，电弧在焊丝和接头底部的起弧板之间引燃，焊丝和母材金属在电弧热
5、的作用下不断熔化形成熔池，焊丝可垂直于接头的轴线作横向摆动，以使电弧热和熔敷金属分布均匀。 （6）对窄而深的坡口，焊丝送不到位的情况，可以考虑将焊接喷嘴加工成扁状或椭圆形，具体看现场而定。 4焊接质量控制要点 （1）焊前准备和焊接操作 焊前应确保进行定位焊及焊接人员系经焊工考试合格并取得相应船检机构签发的相应资格证书。为保证焊缝的成形和美观，板边差应控制在2mm以内，坡口两侧15mm范围内高出钢板表面的横向焊缝须铲平，焊接区域的铁锈、氧化皮及其它污物应清除干净，以免影响焊接质量。涂有预处理漆的船用钢板、型钢和成型件，如果是对接立焊在进行切割或在焊前应先除去该预处理漆，对角接立焊一般可以不 去除
6、预处理漆，但如果接工艺认可试验中的角焊缝立焊是在去除预处理漆的情况下完成的，那么在焊前必须去除该预处理漆。衬垫应对中并贴紧钢板。为控制钢板在大线能量焊接状态下的焊接变形及装配间隙的收缩，装配马应保证一定的高度和宽度，装配马间距应在 300-400mm范围内。 （2）坡口角度和间隙 半自动CO2气体保护立焊热影响区冲击韧性与母材的材料特性和焊接线能量有关，为保证焊接质量，必须严格控制焊接线能量。立焊缝由于其树枝状结晶在宏观试件断面上接近平行，焊缝的冲击韧性较低，所以在相关的规范中要求都较低，如对半自动CO2焊的焊接冲击韧性值一般要求47J，但对立焊只要求34J。间隙或坡口过大，一般情况下均会造成
7、焊缝填充量的增多，焊接速度减慢，线能量增大，从而影响接头冲击韧性。在实践中我们采取的措施有:1 焊道的厚度按照5mm来控制，例20mm厚度板焊4道完成，单道的厚度不超过7mm，焊道厚度超过7mm时势必造成立焊缝冲击韧性的严重下降；2.焊缝宽度不超过25mm。因此立焊的间隙或坡口应严格控制在标准范围内，中国造船质量标准规定对单面焊双面成型的坡口间隙为2-8mm，间隙一般不超过16mm，焊接工艺试验及生产中坡口角度一般为35 -45，间隙一般控制在（62）mm其焊接性能效果最好。 （3）焊接电流和焊接电压 生产中，电流的选择和对应电压范围可以参照表1采用内插法进行取值，其中立焊电流控制在16018
8、0A为宜，在具体操作上可以先定出电流值，然后听焊接产生的声响一边调节电弧电压，当听到焊接产生的声响由杂乱转变为最柔和且焊接人员操作感觉最好时的电压即是最佳的电弧电压。 （4）焊丝摆动及停留时间 焊枪可作适当的摆动。摆动不仅使熔池得到充分的搅拌，有利于焊缝中气体的溢出，而且可使焊缝成形得到控制，获得更佳的焊缝截面形状，使接头性能得到改善，适当的摆动和停顿可以得到较为理想 的表面成形，填充层中平坦的成形是防止焊缝边缘夹渣关键所 在。 （5）焊接速度 随着焊接速度的增大，则焊缝的宽度、余高和熔深都相应地减小。如果焊接速度过快，容易产生咬边和未焊透等缺陷，气体的保护作用就会受到破坏，易产生气孔，同时使
9、焊缝的冷却速度加快，这样就会降低焊缝的塑性，而且使焊缝成形不良。反之，如果焊接速度太慢，焊缝宽度就会明显增加，熔池热量集中，容易发生烧穿，变形增大，生产效率降低。因此，应根据生产实践对焊接速度进行正确的选择。（6）焊接材料特性和焊材的选用 焊接接头主要由焊缝、熔合区、热影响区组成，由于半自动CO2气体保护焊线能量低，熔化快，接头组织晶粒细，接头的冲击韧性是关键的考核指标。主要考核焊缝中心线、熔合线、熔合线外2mm处的韧性。焊缝冲击韧性主要取决于焊接材料的性能，母材的稀释也会引起焊缝中心冲击韧性。焊缝熔合线的冲击韧性主要由焊缝、焊接热影响二者组合而成。熔合线外2mm热影响区的冲击韧性主要由母材的
10、线能量和冷却速度决定。 当焊接工艺成熟、规范选择合理的情况下，焊材及母材的韧性决定了焊接接头冲击韧性状况。实际焊接中，所使用的焊接材料和焊接工艺必须满足相关船检规范比如中国船级社材料与焊接规范中焊 接工艺认可试验的相关要求相一致。焊接工艺的制定首先要根据母材的化学成分和机械性能来确定，选择的焊接材料须有相应船级社的认可并能满足焊接工艺认可中对焊材选择的要求；船舶的大合拢焊缝的半自动CO2气体保护立焊焊接材料选用TWE-7111.2，衬垫选用 JN-401型，其焊接性能满足母材AH32高强度钢的性能要求。 5常见缺陷及预防对策 焊缝在焊接完成后应对焊缝进行相应的外观和内部缺陷检查，目前常用的无损
11、检测方法主要有X光射线探伤和、超声波探伤及磁粉探伤检查，其中以前两种使用较为普遍，认可标准主要为船舶行业标准（CB）和国家标准（GB），对检查中发现的缺陷应进行相应的返修再进行检查，在焊缝的检查中常见以下几种缺陷： （1）飞溅。由于CO2气体本身具有较强的氧化性，因此在焊接过程中会引起合金元素烧损，产生气孔和引起较强的飞溅，特别是飞溅问题，虽然从焊接电源、焊丝材料和焊接工艺上采取了一定的措施，但至今未能完全消除，这是CO2焊的不足之处。 （2）气孔。二氧化碳气体流量与焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度、喷嘴直径以及焊接环境的气流情况等有关。气体流量应随焊接电流的增大、焊接速度的增加和焊丝伸出长度的增加而加大。一般二氧化碳气体流量的范围为1825 lmin。如果二氧化碳气体流量太大，由于气体在高温下的氧化作用，会加剧合金元素的烧损，减弱硅、锰