摘 要：文章介绍了GMAW和SAW在筒体焊接中的设计原理，从工艺的合理性和产生的经济效益上对比了新旧两种工艺。同时介绍了实验的过程和试验的结果。

关键词：GMAW；SAW；新工艺

前言

筒体焊接是一个比较困难的焊接，旧的焊接方式不管从生产效率还是经济效益等方面都已不再适应，文章介绍一种筒体内侧坡口采用熔化极气体保护焊（英文简称GMAW）而外侧采用埋弧焊（英文简称SAW）的新工艺，此种工艺能够提高30%的焊接效率和降低35%的生产耗费，是一种经济实用的焊接方式。

1 熔化极气体保护焊简介

熔化极气体保护焊（以下简称GMAW）采用可熔化的焊丝与被焊工件之间的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属，并向焊接区输送保护气体，使电弧、熔化的焊丝、熔池及附近的母材金属免受周围空气的有害作用。连续送进的焊丝金属不断熔化并过度到熔池，与熔化的母材金属融合形成焊缝金属，从而使工件相互连接起来。熔化极气体保护焊根据保护气体的种类不同可分为：熔化极惰性气体保护焊（英文简称MIG）、熔化极氧化性混合气体保护焊（英文简称MAG）和CO2气体保护电弧焊三种。

熔化极氧化性混合气体保护焊（MAG）：保护气体由惰性气体和少量氧化性气体混合而成。由于保护气体具有氧化性，常用于黑色金属的焊接。在惰性气体中混入少量氧化性气体的目的是在基本不改变惰性气体电弧特性的条件下，进一步提高电弧的稳定性，改善焊缝成型，降低电弧辐射强度。

2 埋弧焊简介

埋弧焊是通过预先把颗粒状焊剂散步在焊接的部位，焊丝通过送丝装置，自动连续地向焊剂中送进，在焊丝前端与构件间引燃电弧，电弧热使构件、焊丝和焊剂熔化，以致部分焊剂蒸发，熔化的金属和焊剂蒸发的气体形成了气泡，电弧在气泡中燃烧。气泡上部被一层熔化的焊剂-熔渣所覆盖，不仅隔绝了空气与电弧和熔池的接触，同时具有稳弧和冶金的作用。

3 焊接的原理和工艺

3.1 设计原理

由于GMAW使用的热输入较小，背面成形能够得到控制，且易实现背面成形，针对GMAW和SAW的特点设计出了在内侧采用GMAW而在外侧此采用SAW的新工艺。这种新工艺需要解决根部的未焊透的缺陷，使焊缝两侧的熔合情况良好进而保证焊接的可靠，要解决根部未焊透这一困难需要选用适合的坡口形式。

坡口设计时要保证焊接易于操作，成形方便，不能产生焊接无法焊透的情况，又要保证在焊透的基础上不会焊穿，这就需要从焊缝的间隙和坡口的角度方面去考虑怎样选取合适的间隙和坡口角度。这就需要我们在熟悉原理的基础上进行大量的试验来得到最优的数据。在外侧由于采用埋弧焊的焊接方法，而根据以上的要求，经过大量的研究分析，最终得出了如图1所示的坡口，这种设计可以很好的解决了GMAW关于根部不易焊透的缺陷又兼顾解决了埋弧焊焊接时产生焊穿、焊瘤的缺陷。

3.2 保护气体选择

保护气体的成分对短路过渡的熔滴尺寸及过渡频率有较大的影响，同时影响电弧特性和熔深。CO2与惰性气体相比产生较大的飞溅，但熔深较大。在焊接碳钢和低合金钢时常常采用CO2和Ar的混合气体来降低飞溅和取得较大的熔深。在焊接有色金属时为了提高熔深在Ar气中常加入He气。短路过渡形成的熔池小，冷却速度快，适于薄板的全位置以及根部间隙较大的焊缝的焊接。

在试验中我们采用了在惰性气体中加入一定量的氧化性气体（活性气体）配成了CO2和Ar的保护气的MAG焊接法，MAG可采用短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行焊接，可用于点焊、立焊、横焊和仰焊以及全位置焊等。尤其适用于碳钢、合金钢和不锈钢等黑色金属材料的焊接。

用纯氩来焊接不锈钢、碳钢等金属时，电弧阴极班点不稳定，产生所谓阴极飘移现象，加入O2或CO2后阴极飘移现象可被消除。用纯Ar焊接不锈钢、低碳钢及低合金钢时，液体金属的粘度及表面张力较大，易产生气孔。焊缝金属润湿性差，焊缝两侧容易形成咬肉等缺陷。由于阻极飘移现象，电弧根部不稳定，会引起焊缝熔深及焊缝成形不规则。另外，纯Ar做保护气体时，焊缝形状为蘑菇形（亦称指形），这种熔深的根部往往容易产生气孔，对接焊时还容造成焊缝根部熔透不足的缺陷，采用氧化性气体，上述问题都能得到解决。在氩气中加入了CO2后，加剧了电弧区的氧化反应，氧化反应放出的这部分热量，可以使母材这部分熔深增加，焊丝的溶化系数提高。CO2气体在电弧中心分解对电弧有冷却作用，使电弧放电温度提高。另外在弧柱高温区分解时吸收了一定的热量在电弧的斑点附近时又重新释放出来。这种物理化学过程，对焊接熔池和焊丝起着一种增大输入热量的作用。因而提高了电弧的热功率，从而增加了母材的熔深和焊丝的熔化速度。经过试验检测氩气和二氧化碳的最佳比例为92%的氩气和8%的二氧化碳。

3.3 焊接参数

要实现熔化极自动气体保护焊稳定的射流过渡，不但要有合理的气体配比，而且焊接电流必须超过其临界电流。参数的选择要保证熔化极气体保护自动焊首层的焊透、操作便利、良好的背面成形。

4 试验记录

4.1 构件的材质及规格，使用直径为1000mm厚度为14mm，长度为300mm的钢筒。

对于埋弧焊因板材厚度大于12mm，要用双Y型，焊缝不能超过1mm，采用交流电源，500-2000A。

4.2 焊接方法筒体内侧自动熔化极自动气体保护焊焊接两层，外侧埋弧自动焊。

4.3 焊接保护气气体配比92%Ar+8%CO2，流量为18.5～22.5L/min。

4.4 坡口形式如图1所示但要对加工的角度有一定的要求，角度过大的话会产生根部未焊透，角度过小的话则容易产生塌边。

4.5 焊接工艺参数表

焊接工艺如表1所示：

4.6 焊丝直径

埋弧焊焊丝直径及使用电流范围（表2）

气体保护焊不同直径焊丝的短路过渡时参数如表：

焊丝直径（mm）0.81.21.6

电弧电压（V）181920

焊接电流（A）100-110120-135140-180

5 焊接后结果检测

焊接后使用GB3323标准检验，符合标准，Ⅱ级合格。

力学性能试验：按《蒸汽锅炉安全技术监察规程》检验合格，其结果见表3。

6 结束语

文章从熔化极气体保护焊埋弧焊的开始，介绍了熔化极气体保护焊和埋弧焊的概念、分类和适用情况，将他们通过优势互补，应用于筒体焊接中，并做了具体的实验，经过模拟实验数据表明，这种新的工艺对于焊接的质量的合格率能够达到很高的水平。创造性的解决了单独使用埋弧焊或熔化极气体保护焊埋弧焊所产生的不足，弥补了单独应用的缺陷，使生产效率大大提高，成本降低了30%，此种新工艺还具有很大的发展空间，可以更好的解决焊接中遇到的一些问题。

参考文献

[1]姜焕忠.焊接方法及设备[M].机械工业出版社，1991年.

[2]中国机械工程学会焊接学会[M].焊接手册.机械工业出版社，2008年.