三元混合保护气体在集装箱焊接中的应用研究
【摘要】结合集装箱焊接的特点，研究焊接保护气与焊接飞溅、焊缝成形，以及焊接成本的关系，希望为集装箱焊接保护气的选择和优化提供一些参考。研究结果表明：在集装箱焊接中，采用合适的混合气代替CO2，可以提高焊接速度和生产效率，从而降低工时成本；可以改善焊缝成形，从而减少焊缝粗糙不平和过量焊接造成的焊丝损耗；节省的工时成本和焊丝成本大于增加的气体成本，所以在减少焊接飞溅、提高焊接质量的同时，可以降低焊接成本；采用Stargon三元混合气，效果更为明显。
一、概述
目前，集装箱生产所采用的焊接保护气主要有两种，即CO
2气体和At/CO2混合气。有全部采用混合气，也有自动焊采用混合气，而手工焊采用CO2。对于Ar/ CO2混合气的选择，多数公司采用80％Ar+20％CO2混合气，也有一些公司采用50％～70％Ar+30％～50％CO2混合气。
我公司针对CO2气体和混合气以及不同混合气之间的性能差别，结合集装箱焊接的特点，研究焊接保护气与焊接飞溅、焊缝成形，以及焊接成本的关系，希望为集装箱焊接保护气的选择和优化，提供一些参考。
二、试验条件
1.试验设备
(1)采用目前集装箱常用的钢板、焊丝，接头形式和焊接设备。
(2)采用现场观察和影像记录，分析比较焊接飞溅、焊缝成形和焊接操作性能。
(3)采用焊接参数躲控仪，记录焊接电流和电压的波形，协助电弧稳定性和焊接操作性能的分析。
(4)采用焊接成本监控仪，记录气体消耗、焊丝消耗和工时消耗，为焊接成本分析提供依据。
(5)采用焊缝断面和焊接熔深分析仪，记录和分析焊缝断面参数，协助焊缝成形和焊接成本的分析。
2.保护气体
根据目前集装箱行业常用的焊接保护气和工艺，结合普莱克斯的技术和经验，通过一系列基础试验，最后选择CO2气体，80％Ar+20％CO2混合气和Stargon混合气三种保护气体进行比较。
3.焊接工艺
根据集装箱焊接的特点，选择手工焊和自动焊两种工艺。
(1)手工焊的典型焊接工艺参数(见表1)。
铡板：6mm碳钢板；
焊丝：ER50—6，φ1.2mm；
接头形式：5mm角焊缝。
(2)自动焊的典型工艺参数(见表2)。
钢板：4mm碳钢板；
焊丝：ER50—6，φ1.2mm
接头形式：4mm角焊缝。
三、试验结果
1.手工焊的试验结果
手工焊的焊缝成形和焊接飞溅比较见图1。
表3为每米焊缝的焊接成本比较(5mm角焊缝)。
试验结果显示：在集装箱的手工焊中，采用混合气代替CO2在减少焊接飞溅，改善焊缝成形的同时，可以降低焊接成本，采用stargon混合气，效果更明显。
2.自动焊的试验结果比较
自动焊的焊缝成形和焊接飞溅比较见图2。
表4为每米焊缝的焊接成本比较(4mm角焊缝)。
试验结果显示：在集装箱自动焊中，采用混合气代替CO2，存减少焊接飞溅，改善焊缝成形的同时，焊接成本可以降低10％～25％，采用stargon混合气，焊接飞溅更少，焊缝成形更好，综合焊接成本更低。
四、焊接结果分析
混合气的焊接飞溅比CO2少，焊缝成形比CO2好，已被普遍理解和接受。在集装箱行业，焊接规范比较大，特别是自动快速焊中，混合气和CO2气体的差别更为明显。
1.为什么混合气体的价格比CO2高，而焊接成本反而低？
对于此问题．根据试验分析得出如下结果：
(1)采用混合气，焊接速度可以提高40％，甚至一倍以上，降低了保护气和工时的消耗，相应降低了焊接成本，在自动快速焊中更为明显，所以在集装箱行业的自动快速焊中，普遍采用了混合气体。
(2)采用混合气体，由于焊缝成形改善，所以因粗糙不平和宽窄不均所造成的焊丝消耗可以降低。根据试验分析，如图3所示，采用混合气体，焊丝损耗可以降低10％～20％。
(3)采用混合气体，操作性能改善，便于控制焊角尺寸，降低过量焊接造成的焊丝损耗。根据试验测量，手工焊接5mm的角焊缝，采用CO2时，焊角尺寸的波动比较大，平均焊角尺寸约5.5mm；而采用混合气时，焊角尺寸波动小，平均焊角尺寸约5.2mm，焊丝消耗相差约10％。
(4)气体成本只是焊接成本的很小部分，气体性能改善，所带来的工时成本和焊丝成本节省，大于增加的气体成本。
图3显示，采用CO2，由于焊缝粗糙不平，因而熔敷较多的无效金属，造成较多的焊丝损耗。
2.为什么采用stargon混合气，焊接飞溅更少，焊缝成形更好，综合焊接成本更低？
(1) stargon混合气是Ar/ CO2/O2的三元混合气，加入适量的O2代替部分CO2，对细化熔滴，提高电弧稳定性起到了良好的作用。如图4所示，Stargon混合气的电流(上部波形)，电压(下部波形)波形与CO2气体以及80％Ar+20％CO2混合气相比，频率高，振幅小，相应的熔滴细，过渡快，电弧稳定，焊接飞溅少。
(2)由于stargon混合气的操作性能好，熔池流动稳定，更容易获得平整的焊缝，焊接成本可以更低。
五、结语
根据试验和分析，得出如下结论：
(1)在集装箱手工焊和自动焊中采用混合气体，可减少焊接飞溅，改善焊缝成形，也可降低焊接成本。
(2)采用混合气体，可以降低焊接成本的主要原因是：焊接速度快，焊缝平整，焊角尺寸容易控制，在提高焊接效率的同时，减少焊缝金属的损耗。
(3) stargon混合气体，由于加入适量的O2代替部分CO2，起到细化熔滴和改善焊缝成形的作用，所以焊接飞溅更少，焊缝成形更好，焊接成本也可以更低。
作者：西部车床，如若转载，请注明出处：https://www.lathe.cc/2023/05/8182.html