1、- 1 -CO2/MAG 气体保护焊在石化建设中的应用摘要：本文介绍了 CO2/MAG 气保焊工艺方法，优质、高效、低成本的综合优越性，介绍了石化行业的现状和石化建设现场安装的作业特点以及松下的对应措施，从而促使 CO2/MAG 焊接在石化建设中应用越来越广 范。关键词：CO2/MAG 气体保护焊、工艺特点、应用技术。1、石化行业现状石油、化工、天然气是我国的主要工业的基础，近年来随着我国工业的快速发展，各行业对石油、天然气、化工产品的需求越来越大，所以我国石油化工建设行业正处于新一轮增长期，据统计，中国 2005 年乙烯当量需求量为1730 万吨，2010 年乙烯需求量将达到 2190 万吨
2、，近年来一批大型的炼化、乙烯新建、扩建项目陆续开工建设，而焊接在这些工程建设中起着举足轻重的作用，焊接效率的高低关系到工程的进度，焊接质量的优劣决定了运营的安全，所以采用合理的焊接方法显得尤为重要。CO2/MAG 气体保护焊是一种优质、高效、低成本的焊接方法，在大型钢结构、储罐、塔器及管道等工程焊接中有突出的表现，为工程建设行业赢得可观的社会效益和经济效益。2、CO2 焊的特点2.1、CO2 焊的优良品质用 CO2 焊接低碳钢和低合金钢，只要焊材选配适当，均可以获得高质量的焊接接头，综合机械性能可以达到或超过低氢型焊条电弧焊的质量水平。（1）CO2 焊是一种低氢焊接方法，焊缝中扩散氢的含量远远
3、低于低氢焊条（CO2 焊扩散氢含量H D1.0mL/100g，低氢型焊条H D3.15 mL/100g） 。CO2 焊对锈和水分不敏感，焊缝中产生气孔的倾向小于低氢焊条。这是 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可靠的脱氧措施，可以使焊缝中的含氧量降低到0.02%。由于有较为可靠的气体保护，可防止空气中的氮进入熔池，有效的防止氮气孔的生成。（3）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- 2 -受有效载荷的能力，这是焊条电弧焊所不及的。（4）CO2 焊缝成形好，表面及内部缺
4、陷少，一次探伤合格率高于焊条电弧焊。 如某单位焊接 5299mm 原油管道， CO2 焊一次探伤合格率达到100%，而同一管线采用焊条电弧焊，一次探伤合格率 70%左右。2.2 CO2 焊的高效率CO2 焊的工效与焊条电弧焊相比可提高倍数是 2.02-3.88 倍。（1）CO2 焊有较高的熔化速度和熔化系数。CO2 焊熔敷速度 35kg/h，是焊条的 12.25 倍。CO2 焊采用细焊丝（0.81.6 ）电流密度大（CO2 焊100300A/mm2，焊条 1025 A/mm2） 。电弧热量集中，熔化系数比焊条大 13倍，可提高工效 12 倍。（2）CO2 焊缝坡口一般 40 45,钝边较大，间
5、隙较小，坡口截面比焊条减小 50%，可使焊缝熔敷金属量减小，等于提高了焊接速度，焊接工效提高 1倍左右。（3） CO2 焊接无需清渣，打磨，清坡口和换焊条，CO2 焊的辅助时间为焊条辅助时间的 50%，由此提高工效 0.30.8 倍。2.3 CO2 焊的低成本尽管 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。CO2 焊能使焊接总成本降低 39.6-78.7%（与焊条电弧焊比）,平均降低 59%。（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3654%，即可以节约 3654%的填充金属。节省了焊条药皮和焊条头的浪费
6、。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2.023.88 倍，因此实际焊接时间可以减少 6780%。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 6780%。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 654%。（3）由于 CO2 焊效率高，实际设备台班费较手工焊降低 6780%。设备台班费约占焊接成本的 3050%，采用 CO2 焊工艺，可使焊接总成本降低- 3 -2040%。（4）CO2
7、 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，焊接工时成本较手工焊降低 1016%。（5）CO2 焊减少了清渣和清根的工序，焊缝打磨基本可以避免，节约很多砂轮片，节省诸多辅助时间和辅助人工。CO2 焊接变形小， 也节省了矫正变形的费用。下表 1 为中石化某公司在现场做的 CO2 实心焊丝与电焊条焊接的对比试验表 1 CO2 焊（低碳钢）实芯焊丝与电焊条焊接成本对比分析表(Q235、20R 焊接）焊接材料： YJ502 实芯焊丝 J422 手工电焊条焊材规格（mm） 1.2 4焊接电流（A） 200220 160180电弧电压（V） 3031 2224气体消耗（L/min） 1
8、7填充金属量（Kg） 40.17 40.17熔敷速度（g/min） 112.94 23.97熔敷效率（%） 88.84 50焊材消耗量（kg） 45.22 80.34焊材单价（元/kg） 9.9 7.5焊材费用（元） 447.678 602.55燃弧时间（h） 5.93 27.93气体需要量（L） 6048.60气体单价（元/L） 0.007气体费用（元） 42.34电弧发生率（%） 60 40作业时间（h） 9.88 69.83工时单价（元/h） 25 25工时费用（元） 247 1745.75耗电量（Kwh） 81.36 273.04电单价（元/Kwh） 0.588 0.588电力费用（元
9、） 47.84 160.55总费用（元） 841 2566.25从以上分析表格中计算，同比情况下，CO2 焊综合成本只占焊条电弧焊 30%.- 4 -备注；1、焊材消耗量；在填充金属量相同的情况下（40.17 公斤）CO2 气保焊 45.22 公斤，手工焊 80.34 公斤，其中气体费用 42.34 元2、作业时间；在填充金属量相同的情况下（40.17 公斤）CO2 气体保护焊 9.88 小时,手工焊 69.83 小时3、用电费用；CO2 气体保护焊 47.84 元，手工焊 160.55 元4、工时费用；CO2 气体保护焊 247 元，手工焊 1745.75 元25 这种优质、高效、低成本的焊
10、接方法，在石化建设行业的发展很不平衡，有的公司十几年前就开始应用，已经具有上千台 CO2/MAG 焊机；而有的公司仅有十几台，应用的不十分好；原因是将 CO2 的缺点夸大了；CO2 的焊接培训没有跟上；焊接管理滞后等影响的。2.6 CO2 焊的缺点CO2 焊像其他焊接方法一样，有一些不足之处。如飞溅稍大；抗风能力较差，一般风速大于 23 米 /秒时需采取必要的防风措施（防风罩、防风工棚等） ；CO2 焊所用的设备较手工焊复杂等。3、石化建设行业的作业特点3.1 露天作业，对焊机的可靠性要求比较高，要求焊机能够适应露天潮湿、多粉尘的环境；对于 CO2/MAG 气体保护焊来说，要求较强的抗风能力，
11、对此唐山松下配有特殊的送丝机构和专门的防风焊枪，在使用大流量计的情况下，通过调整 CO2 气体出口压力：0.4Mpa，气体流量：5060 L/min，可以在风速 6m/s 以下不加挡风措施的情况下稳定焊接，而且焊缝质量满足要求。松下防风焊枪 大流量计3.2 现场多为远距离作业，这就要求焊机和送丝机之间的电缆长度较长，送丝机移动频繁，加长电缆和送丝机一起移动，重量太大，移动不便，增大了- 5 -现场工人的劳动强度；对此，唐山松下对加长电缆和送丝机之间的连接进行特殊设计，使二者可以分开移动，增加了移动的方便性，而且送丝机上具有存储、调用功能，在送丝机上可远程存储调用 3 组焊接规范，焊接参数的调整
12、更便捷。特殊设计的接头 稳定、方便的送丝机构通过上述的特殊对应方案，使松下焊机更适合于石化行业的焊接。4、 适合石化建设的绿色、高性能 CO2 气体保护焊机唐山松下 350/500FR 逆变 CO2/MAG焊机，能耗低，结构合理，可靠性高，焊接性能优异，飞溅少，不仅带来了节能降耗的经济效益，更有效地提高了焊缝的内在质量，提高了产品的合格率。FR 焊机照片如右图4.1 低能耗350/500FR 逆变 CO2/MAG 焊机，功率因数较普通逆变电源有大幅提高，有效地降低电力的消耗量；谐波电流比普通逆变电源更低，有效地减少对电网的污染。具有风扇和气阀自动节能功能：在焊接结束后，焊枪开关关闭约 7 分钟
13、，节能电路将自动运行，焊机主回路自动断电，控制部分仅有几十瓦的空载电能损耗；实现了低碳、节能、降耗的绿色环保设计理念。4.2 合理结构新型密封防尘结构设计，控制 P 板以及 IGBT 等功率器件均置于各自的密- 6 -封腔中，使其能够适应高粉尘恶劣环境。采用交流高速轴流冷却风扇，使用寿命更长，适用于露天作业的各种环境。4.3 送丝高稳定性 送丝采用高寿命、高可靠性的印刷电机，配合松下专利技术 IVF 数字控制送丝电路，保证了焊丝送给的稳定性，可以实现 50 米延长电缆下稳定焊接。4.4 方便的存储和调用在送丝机遥控器上，具备焊接规范存储/调用功能，可在身边随时存储、调用焊接参数。面向焊接管理人
14、员的 EWPM 焊接管理遥控器，可进行焊接参数调整：提前送气、滞后停气、慢送丝、回烧时间、引弧电压等；限流功能：可以设定焊接规范上、下限值；工时管理：记录焊接作业时间等等。4.5 简单易调的电弧特性350/500FR1 焊机的面板上，可根据焊接需要调整电弧的软硬特性以满足不同的焊接要求，例如：在管道的打底焊时，可用电弧硬特性，提高电弧的穿透力；在填充和盖面时用电弧软特性，使电弧柔和、飞溅小。4.6 特殊的短路过渡控制方式，大幅降低焊接飞溅CO2 焊接时采用 MTS (Metal Transfer Stabilization Control)控制，即熔滴过渡稳定化控制；当电源高精度检测到短路发生
15、后，瞬时将电流骤然降低，这样防止微小短路的发生；实施细颈控制，当检测到焊丝尖端变瘦后，通过二次开关控制，急剧降低电流，防止焊丝尖端发生爆断，从而减少飞溅的发生。短路过后，再次燃弧时，抑制熔池的震荡；还可抑制燃弧期间发生的微小短路；大幅减少飞溅，确保实现稳定的短路过渡，最多可减少 50%的飞溅量。MTS-CO2焊接飞溅的实景照片- 7 -MAG 焊接时采用 SP-MAG(Super Imposition Contorol)控制，即在混合气体保护焊（MAG 焊）工艺条件下,实施电弧短路过渡的精细化控制。SP-MAG 的波形控制是在短路结束后电流迅速重叠(Super-Imposition)，以此提高
16、焊丝尖端的熔融速度，从而顺利过渡到下一个短路过程，缩短了短路周期(T0 T1)，提高了短路过渡的频率，飞溅发生量约降低 85%。电流电压T1(虚线：老工法)8、小结 综合以上观点，CO2 气体保护焊的优质、高效、低成本的综合优点是其它焊接方法所不能比拟的，随着焊接技术的发展，CO2 气体保护焊在工程的现场安装和预制中将会应用的越来越广范。在石化工程建设中，松下新开发的350/500FR 逆变 CO2/MAG 焊机非常适合石化建设中管道、容器、罐体和钢结构的焊接，是一款性价比很高的焊机。参考资料：1、 全国 CO2 气体保护焊推广应用论文汇编（全国职工焊协编辑出版委员会 1989 年 8 月）2、 CO2 焊接技术及应用（哈尔滨工业大学出版社 1992 年版）3、 焊接手册 第一卷 焊接方法及设备（机械工业出版社 2001 年版）SP-MAG的焊接波形示意图T0
