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熔化极气体保护焊优越性的综合比较分析
唐山松下产业机器有限公司 王玉松
1 前言
co2气体保护焊是一种优质、高效、低成本的焊接方法，早在国家“七五”计划期间就列入重点推广的技术项目之一。1977年天津焊接研究所在《co2气体保护焊的应用》一书中指出：“co2焊与焊条电弧焊相比，可提高效率2~4倍，降低成本和节约电能50%以上，co2焊接接头具有良好的综合机械性能”。三十多年来，co2焊焊接方法在造船、机车车辆、建筑工程、矿山机械、钢结构等诸多行业广泛应用，取得了良好的社会效益和经济效益。
然而，我国列阶段co2焊在钢材焊接总量中所占比例还偏低，约25%左右。日本、欧美所占比例60%~80%。其中主要原因之一是有些企业决策层及焊接工作者对co2焊优越性的认识不足，存在一些认识误区，或是不适当地夸大了co2焊固有的缺点。下面的一些错误看法带有一定的普遍性：
（1）co2焊的焊接接头质量比焊条电弧焊低，焊接过程中飞溅大，不适合焊接重要的焊接产品，如锅炉、压力容器等。
（2）co2焊的生产效率比焊条电弧焊大概也高不了多少，成本也不一定低。
（3）co2焊的有害气体多，对焊工健康有影响。
（4）co2焊抗风性能差，不适合现场施工焊接。
这些不正确和不恰当的认识，阻碍了co2焊大面积地推广应用。近年来co2焊在大型钢结构（如“鸟巢”奥运工程等）、油罐、管道、锅炉、压力容器、球罐等重要工程和焊接结构上开始应用，并取得宝贵经验。本文参考有关资料，就co2焊与焊条电弧焊的效率、质量、成本等做一比较分析。
2 co2焊的高效率问题
（1） co2焊有较高的熔敷速度和熔敷效率及熔深，如表1。
表1 co2焊的熔敷速度、熔敷效率和熔深与其它焊接方法的比较
co2焊熔敷速度3~
（2） co2焊采用小截面坡口形式，可使焊缝熔敷金属量减少，相当于提高了焊接速度。co2焊缝坡口一般40º~45º,钝边较大，间隙较小，坡口截面比焊条减小50%，可使焊缝熔敷金属量减小，焊接工效提高1倍左右。
（3） co2 焊接无渣，无需清渣，打磨，清坡口和换焊条，焊缝成形好，熔深大。co2焊的辅助时间为焊条电弧焊的50%，由此提高工效0.3~0.8倍。
上述三项得出co2焊的工效与焊条电弧焊相比可提高是2~4倍。即：
因较高的熔化速度和熔化系数约提高1~2倍；
因采用小截面的坡口形式可提高0.72~1.08倍；
因焊接辅助时间大幅度减小约提高0.3~0.8倍。
如某单位
再如φ529×
这两项实践证明，co2焊比焊条电弧焊分别提高工效3.28倍和3.67倍。
实践证明：当采用碱性低氢焊条电弧焊和探伤要求较高时，co2焊有着比焊条电弧焊更高的效率和效益。
3 关于co2焊的质量问题
用co2焊接低碳钢和低合金钢，只要焊材选配适当，都可以获得良好质量的焊接接头，综合力学性能可以达到碱性低氢型焊条电弧焊的质量水平。
（1） co2焊缝中的氢含量低，焊缝的抗裂性较好。co2焊是一种超低氢焊接方法，焊缝中扩散氢的含量远远低于碱性低氢焊条，见表2。
表2 四种焊接方法扩散氢含量比较
焊接方法
扩散氢含量[h]d（ml/
co2焊
≤1.00
mag焊
≤0.03
埋弧焊
≤ 2.17
低氢型焊条
≤3.15
co2焊对锈和水分不敏感，当锈粉
这些都是co2焊十分可贵的优点，是co2焊接接头质量可靠的主要原因。
（2）co2焊缝中的含氧量和含氮量也与碱性低氢型焊条焊接的焊缝相当。co2焊在焊接过程中由于采取了mn/si联合脱氧的措施，可以使焊缝中的含氧量降低到0.02%以下。由于有较为可靠的气体保护，可防止空气中的氮进入熔池，有效地防止氮气孔的生成。
（3）采用专用牌号的焊丝，增加焊缝金属的掺合金作用，改善焊缝的力学性能。众多压力容器制造和安装单位大量的焊接工艺评定结果证明：co2焊缝具有良好的综合力学性能，不低于用碱性低氢焊条焊接的焊缝，完全能满足碱性低氢焊条所胜任的场合。
80年代曾有人提出：co2焊接工艺方法不适合锅炉、压力容器的焊接，因为其塑韧性不稳定。主要原因是过去的co2焊丝标准沿袭了原苏联的标准（如er49-1焊丝），焊丝含mn量偏高（mn1.8%~2.1% , si0.65%~0.95%），mn/si比值高，焊缝强度高，塑韧性偏低。随着焊丝质量的改进，引用欧美焊丝标准，mn/si比值适当（mn1.4%~1.85%, si0.8%~1.15%），co2焊缝塑韧性值均略高于碱性低氢焊条的塑韧性值。
表3 实芯焊丝的化学成分（质量分数）（%）
焊丝型号
c
mn
si
ygw 11 (日）
≤0.15
1.4~1.9
0.55~1.0
ygw 15（ 日）
≤0.15
1.0~1.6
0.4~1.0
er 49-1
≤0.11
1.8~2.1
0.65~0.95
er 50-3
0.06~0.15
0.9~1.4
0.45~0.75
er 50-6
0.06~0.15
1.4~1.85
0.8~1.15
图一 两种焊丝在不同保护气体下的韧性值
分析表3和图1的试验结果得知，当mn/si比值高的焊丝（ygw11）在混合气体（80%ar+20%co2）保护下焊接，因mn、si等合金元素过渡系数很高，焊缝的强度、硬度高，其冲击韧性值最低。
而低mn低si的焊丝（ygw15），在混合气体保护下（mag）焊接，因mn、si等合金元素过渡合理，熔敷金属mn≈1.0%,si≈0.4%,强韧比性能良好，其冲击韧性值最高。
目前大多数工厂无论co2焊接，还是mag焊接，都使用一种焊丝（er50-6），是不合理的工艺选择，应该是使用mn偏高的焊丝适用于co2焊接，mn偏低的焊丝适用于富氩焊接，二者不宜互换代用。
（4）co2焊的焊缝热影响区小，焊接接头的变形量小，提高了焊接接头承受有效载荷的能力，这是焊条电弧焊所不及的。
（5）co2焊缝成形好，表面缺陷少，探伤一次合格率高于焊条电弧焊。 co2焊在短路过渡时适合于全位置焊，易于实现单面焊双面成型。气孔、咬边、弧坑、夹渣、未焊透等缺陷少于焊条电弧焊。 如某单位焊接φ529×
（6） co2焊操作容易，焊工培训周期短，一般为焊条电弧焊的1/2~1/3时间。
随着混合气体保护焊（mag焊）和药芯焊丝的推广应用， co2焊接方法不仅在锅炉、压力容器行业得到应用，在航天、核电等行业也逐步推广应用，取得很好的经济效益。
4 关于co2焊的低成本问题
尽管co2焊机和焊丝价格较贵，但由于下面诸多原因，使co2焊的实际成本较大幅度的低于焊条电弧焊。实践证明，天津焊接研究所提出的co2焊比焊条电弧焊可降低成本50%是有科学根据的。
（1）大幅度节约焊材。由于co2焊采用小截面坡口型式，焊缝截面积可减少36%~54%，即可以节约36%~54%的填充金属。节省了焊条药皮和焊条头的浪费。这是co2焊成本降低的主要原因之一。
（2）co2焊可节约大量电能。co2焊机与硅整流弧焊机相比，可节约用电平均达37%，与交流弧焊机相比，可节约用电69%以上。co2因提高工效2~4倍，因此实际焊接时间可以减少67%~80%。如与手弧焊机容量相同，焊接参数相当，则耗电量大致降低比例是67%~80%。据有关单位测定，co2焊的耗电量仅为手弧焊的34.6%，或可降低耗电量的比例是65.4%。
（3）由于co2焊效率高，实际设备台班费较手工电弧焊降低67%~80%。设备台班费约占焊接成本的30%~50%，采用co2焊工艺，可使焊接总成本降低20%~40%。
（4）co2焊生产效率高，实际焊接时间相应减少，即减少焊接人工费，工时费，焊接总成本较手工电弧焊降低10%~16%。
（5）co2焊减少了清渣和清根的工序，基本可以免除焊缝打磨，节约了耗材、辅助时间和人工费用。co2焊接变形小，节省了矫正变形的费用。
综合上述五项，与焊条电弧焊相比，co2焊能使焊接成本降低39.6%~78.7%,平均降低59%。
某公司油罐施工焊接中测定，co2焊比手弧焊成本降低65%。
某重工企业焊接35crmo+q
据有关资料介绍：在某行业co2焊接熔敷金属量占焊接总熔敷量由8%提高到15%，可获得经济效益5.65亿元。
co2焊接的有害烟尘少于手弧焊。经测定，在呼吸带co2焊烟尘量20.4~116.3mg/m3，焊条电弧焊烟尘量68~171mg/m3，明显改善了焊工的卫生条件。
5 关于co2焊的应用前景
co2焊的优质、高效、低成本的优点是其他焊接方法所不能比拟的，因此无论在国内还�**夥⒄苟际盅杆伲饕糜诤附拥吞几帧⑵胀ǖ秃辖鸶趾偷秃辖鸶咔慷雀郑箍梢院附幽腿雀趾筒恍飧帧Ｓ秒财魑；て蹇珊附勇痢⑼⒛㈩训扔猩鹗簟；箍梢越卸押讣昂附有薷醇际酢２捎梅婪绾盖箍稍诜缢�5—
（来源：《焊接技术能手绝技绝活》3-1）
焊接方法
燃弧率
熔敷速度
熔敷效率
平均熔深
手工焊
30%
35～
55%
co2
45%
平均
90～95%
mig/mag
>50%
60～
96～99%
4～
药芯焊丝
>50%
140～
83～87%
4～
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