药芯焊丝气体保护焊的应用

RIKT的焊接

摘要：离心等温式空气压缩机，简称RIKT，通过对空气压缩机箱体中分面法兰母材Q345E的分析，采用药芯焊丝气体保护焊，选用合理焊接工艺，进行工艺评定，满足要求并在实际中应用，取得良好效果。

关键词：RIKT FCAW Q345E

1 前言

公司主要生产离心等温式空气压缩机，大量用于空分行业，主要结构有定子、转子、冷却器和箱体。其中箱体为焊接结构，其材料主要为Q235、Q345系列材料。其中中分面法兰材料厚度达到150mm，属于厚板焊接，80%焊缝需做UT检测，所有焊缝做MT检测，质量要求高，外观要求美观。

2母材性能介绍

2.1 Q345E的化学成分表1和力学性能表2所示：

2.2 材料的焊接性分析

首先计算碳当量：

CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15

把Q345E的化学成份代入公式，得到碳当量为0.48。

碳当量超过0.4，又是厚板焊接，有一定的淬硬倾向，但焊接性尚好。

3 药芯焊丝气体保护电弧焊介

综合考虑以上特点和产品要求，决定采用FCAW，因为它是一种很有发展前景，而且

已经在工程中使用的焊接方法。

3.1 其工作原理：与实芯焊丝气保护焊的主要区别是作用焊丝的构造不同。

药芯焊丝是在焊丝内部装有焊剂或金属粉末混合物（称药芯）。焊接时，电弧热的作用下融化状态的芯料。焊丝金属、母材金属和保护气体相互之间发生冶金作用。同时形成一层较薄的液态熔渣包覆熔滴并覆盖熔池，对熔丝金属构成又一层保护。所以实质上这是一种气渣联合保护的焊接方法。

3.2工艺特点

药芯焊丝气体保护焊综合了焊条电弧焊和CO2焊的工艺特点。

⑴由于药芯成分改变了纯CO2电弧气氛的物理，化学性质，因而飞溅少，且颗粒细，易于消除。又因熔池表面覆盖有熔渣，焊缝成形比实芯焊丝美观。

⑵与实芯焊丝相比，通过调整药芯的成份，就可以焊接不同钢种，适用性强。若研制适用同样钢种的实芯焊丝在技术上将遇到许多困难。

⑶对焊接电源无特殊要求，交流和直流均可使用，平特性和陡降性都适用。因为药芯成份能改变电弧特性。

⑷缩短加工时间。药芯焊丝飞溅小而少，不像实芯焊丝那么多飞溅，一点一点的就像焊在母材上，要花很多功夫清理。而药芯焊丝飞溅就易清理，一铲就掉，节省很多时间。

⑸药芯焊丝焊缝质量高，机械性能好，不易产生咬边、裂纹、气孔等缺陷。

其中咬边对于大壁厚母材，拘束性很大，焊接过程中和热处理后易产生裂纹。

由于是气渣联合保护，对焊接区表面的污染、油、锈、水份和现场的风速，没实芯焊丝那么敏感，不易产生气孔。

3.3 发展和介绍

药芯焊丝最早出现在20世纪20年代美国和德国。但真正大量应用于工业生产是50年代，特别是60、70年代。出现2.0mm以下焊丝，进入高速发展阶段，我国是在60年代开始研制。

利用药芯焊丝作融化极的电弧焊称药芯焊丝电弧焊，英文简称FCAW。有两种焊接形式：一种是焊接过程中使用外加保护气体（一般是纯CO2或CO2+A r）的焊接。称药芯焊丝气体保护焊，它与普通融化极气体保护焊基本相同；另一种是不加保护气体，只靠焊丝内部的芯料燃烧与分解所产生的气体和渣作用保护的焊接，称自保护电弧焊。自保护电弧焊和焊条电弧焊相似，不同的是使用盘状的焊丝，连续不断送到电弧中。（主要运用于野外，干丝伸出较长位置焊接，焊接质量较差。）

3.4 熔滴过渡介绍

大概可分三类

⑴短路过渡

在小电流低电压焊接时，熔滴在未脱离焊丝前就与熔池接触形成液态金属短路，使电弧熄灭。当液粉金属在电磁收缩力、表面张力作用下，脱离焊丝过渡到熔池中去，这时电弧复燃。又开始下一周期过程，这种过渡形式称短路过渡。主要运用于薄板全位置焊接或对接焊单面焊双面成形打底焊。

⑵滴状过渡

当电流较小、电弧力作用小，随着焊丝融化，熔滴逐渐长大。当熔滴的重力能克服其表面张力的作用时，就以较大的颗粒脱离焊丝，落入熔池实现大滴落过渡。当电流较大时，电磁收缩力较大，熔滴的表面张力减小，熔滴细化，其直径一般等于或略小于焊丝直径。熔滴的熔池过渡频率增加，飞溅少，电弧稳定，焊缝成形较好。这种过渡形式称细颗粒过渡。在生产中广泛运用于实芯焊丝。

⑶喷射过渡

随着焊接电流的增加，熔滴尺寸变小，过渡频率也急剧提高。在电弧力的强制作用下，熔滴脱离焊丝沿焊丝轴向飞速地射向熔池，这种过渡形式称喷射过渡。根据熔滴大小和过渡形态又分射滴过渡和射流过渡。喷射过渡焊接过程稳定，飞溅小，熔深大，焊缝成形美观。

4 制定工艺并焊接

4.1 焊前准备

RIKT产品，多为厚板，其中最厚达150mm，为中分面法兰，材质Q345E，因此选用两块100mm的Q345E的钢板对接，接头形式如下：

4.2 制定工艺

为了能得到高质量的焊接接头，满足产品要求，制定工艺如下：

⑴根据等强匹配原则，结合实际生产，选用低氢型药芯焊丝为填充材料，牌号AWS A5.20 E71T-C，抗拉强度500-640N/mm2，采用混合气体保护焊（80%Ar+20%CO2）,富氩更容易获得喷射过渡，焊丝直径1.2，直流反接。

⑵温度控制

①预热温度

因为试板是100mm，硬倾向大，为了有效防止裂纹，降低冷却速度，需要预热，

前面计算出碳当量为0.48

结合表3表4：

表3

焊丝为低氢型，得出预热温度为100℃。

②层间温度

试板需要长时间焊接，控制热输入很重要，热输入过大，焊接区组织晶粒粗大，影响焊缝韧性，层间温度控制在250℃以下。

⑶焊接顺序

工件正面先焊3层，翻身清理反面后焊接，（如果反面成形不好有缺陷，要气刨清根，打磨干净做PT，PT合格后开始预热100度后焊接）反面也焊3层，此后每焊一层翻一次，直到结束。注：层与层之间清理干净，避免夹渣。

焊接顺序如图：