焊材及保护气对20G 焊接工艺及性能的影响分析

李 琳 贺延伟 马文军

陕西化建工程有限责任公司 陕西杨凌 712100

在榆神能化50 万t/ a 煤基乙醇项目上，陕西化建工程有限责任公司（以下简称陕西化建）拟采用自动焊机，使用药芯焊丝匹配混合气保护焊接工艺。但公司目前只储备有药芯焊丝CHT711 匹配二氧化碳气焊接工艺评定，不能满足现场需求，需要重新评定。

鉴于此，对目前市面在售的药芯焊材和保护气进行了市场调研和技术分析，发现焊材厂家针对不同的保护气有专门的药芯焊丝匹配。就20G 而言，焊材厂给出两种焊材匹配：药芯焊丝CHT711 匹配二氧化碳气和CHT711M 匹配混合气（80%Ar20%CO2）。从操作角度考虑，焊工更愿意用混合气（80%Ar20%CO2），因其焊接飞溅小于用二氧化碳气保护的焊接飞溅。

通过调研得知，CHT711 的市场销量远大于CHT711M，焊工会选择用CHT711 匹配混合气（80%Ar20%CO2）进行焊接，超出了已有合格工艺的评定范围。另一方面，从售价和供货周期来说，CHT711M 的售价高于CHT711，供货周期更长。

为了验证采用CHT711 匹配混合气（80%Ar20%CO2）所得到的焊接接头力学性能是否满足标准要求，同时考虑通过试验优化出性价比更好的焊材。通过和大西洋技术中心协调沟通，大西洋自贡焊材厂专门为本次试验生产了一盘（20kg）CHT711M 药芯焊丝。本次研究针对大西洋生产的碳钢用药芯焊丝CHT711 匹配二氧化碳气、CHT711 匹配混合气（80%Ar20%CO2）及CHT711M 匹配混合气（80%Ar20%CO2）三种焊材和保护气匹配，采用氩弧焊打底+ 全位置气保焊自动焊工艺，对所形成的三种20G 焊接接头进行工艺性试验、无损检测、力学性能分析和经济性分析，进而优选出性价比更好的焊材- 保护气组合，给施工现场提供技术参考。

1 焊接工艺

三种焊材和保护气匹配采用表1 所示焊接工艺施焊。焊接位置：5G，水平固定。坡口形式见图1，焊接参数见表2。

表1 三种焊材和保护气匹配的焊接工艺条件

表2 焊接参数

图1 坡口示意图

药芯焊丝化学成分和性能对比见表3，由表可见，标准对CHT711 药芯焊丝和CHT711M 药芯焊丝熔敷金属化学成分和力学性能的要求相同。而从实测值来看，CHT711M 焊丝的硫、磷含量更低，力学性能更好。

表3 焊材熔敷金属化学成分及机械性能

2 外观成型

焊接接头外观成型如图2 所示，从图中可以看出，焊缝外观成型良好，焊缝均匀有光泽。具体来讲，CHT711 配混合气（80%Ar20%CO2）的飞溅小，成型良好；CHT711M 配混合气（80%Ar20%CO2）的飞溅小，成型良好；CHT711 配二氧化碳气的飞溅大，容易堵喷嘴，操作性差，成型良好。

图2 焊接接头外观成型照片

焊接接头按照NB/ T47013- 2015 要求进行了无损检测，检测结果均为一级片，合格。三组焊接工艺评定试件按照NB/ T47013- 2015B 标准进行射线检测，结果均合格。

3 焊接接头性能和经济性分析

依据NB/ T47014- 2014《承压设备焊接工艺评定》标准要求，分别对三组评定试件的焊接接头进行了拉伸、弯曲、冲击试验，试验结果如表4 所示。由表可见，三组焊接工艺评定的力学性能指标均满足NB/ T47014- 2014《承压设备焊接工艺评定》标准要求，评定合格。

从表4 分析可知，CHT711M 配混合气（PQR21- 55）强度最高、韧性最差，焊材和保护气综合成本最高；CHT711 配二氧化碳气（PQR21- 56）强度最低、韧性居中，焊材和保护气综合成本最低；CHT711 配混合气（PQR21- 54）强度居中、韧性最好，焊材和保护气综合成本中等。

表4 三种焊接工艺所得焊接试验接头力学性能

焊接接头的强韧性是评价焊接接头力学性能是否达标的重要指标，在满足焊接接头强度要求的前提下，更好的韧性更有利于保证焊接接头质量。虽然焊材厂家建议混合气（80%Ar20%CO2）匹配专门的CHT711M 使用，但通过以上工艺性试验和焊接接头力学性能分析，建议选择CHT711 配混合气（80%Ar20%CO2）进行焊接，既能保证焊接质量，又容易操作，施工成本相对适中。

4 结论

（1） 三组焊接工艺评定的力学性能指标均满足NB/ T47014- 2014《承压设备焊接工艺评定》标准要求，评定合格。

（2）CHT711M 配混合气（80%Ar20%CO2）焊接飞溅小，外观成型良好，强度最高、韧性最差，焊材和保护气综合成本最高。

（3）CHT711 配二氧化碳气焊接飞溅大，容易堵喷嘴，外观成型良好，强度最低、韧性居中，焊材和保护气综合成本最低。

（4）CHT711 配混合气（80%Ar20%CO2）焊接飞溅小，外观成型良好，强度居中，韧性最好，焊材和保护气综合成本中等。

综上所述，推荐选择CHT711 配混合气（80%Ar20%CO2）焊接20G 材料,既能保证焊接质量，又容易操作，施工成本相对适中。