北京固本KB300耐磨带堆焊属于溶化极气体保护焊，堆焊时采用连续等速送进可溶化的KB300药芯焊丝与被掉工件之间的电弧作为热源来溶化焊丝和工件，形成溶池和焊缝，为了得到良好的焊缝应选用CO2气体保护，有时考虑到减少烟尘，特别是飞溅，而选用80%Ar+20%CO2保护气体作为电弧介质并保护溶滴、溶池金属及焊接区高温金属免受周围空气的有害作用。

一、CO2气体保护电弧焊的特点

CO2气体保护电弧焊是采用CO2气体作为保护气体，它具有焊接质量好、效率高、成本低，易于实现过程自动化等一系列优点。其焊接过程如图1 所示。

图1  CO2气体保护堆焊示意图

1-工件；2-堆焊层；3-溶池；4-电弧；5-焊丝；6-CO2保护气体；7-喷嘴；8-导电嘴；9-软管；10-送丝电机；11-送丝机构；12-焊丝盘；13-焊接电源；14-控制箱；15-CO2气瓶；16-干燥预热器；17-压力表；18-流量计；19-电磁阀

由于焊接时具有氧化性，CO2气体作为保护介质，在电弧形态、溶滴过渡形式以及气体保护作用等方面都有一些特点，具体表现在以下几个方面：

1、在焊接电弧的高温作用下CO2气体发生分解

气体分解为CO和O2，这一分解过程为吸热反应，对电弧的吸热冷却作用较强。此外，CO2气体在电弧温度范围内还具有较高的热导率。这些都使得CO2气体保护下的电弧弧柱直径较小，熔滴端部的斑点活动范围小，进而影响到溶滴上的作用力大小和分布，致使焊丝末端的熔滴易长大并常常偏离轴线。因此，在CO2长弧焊时，电流一般不是很大的情况下熔滴尺寸比较粗大并常常偏向一方，过渡频率低，飞溅大，溶滴过渡性能较差。

2、气体保护效果良好

CO2气体在0℃和101.3KPa气压时，密度为1.9768g/cm³，为空气的1.5倍，能将焊接区域有效地保护起来。此外，气体受热分解后，体积增大了0.5倍，有利于排除电弧周围的空气，起到良好的保护作用。

3、生产效率高

CO2气体保护下的电弧热量集中，穿透力强，焊缝熔深人。厚壁厚焊接时可以减少焊接层数，可采用高得多的电流密度，所以焊丝的溶化系数大，可采用高速焊接。焊接时无焊渣产生，在多层焊时可以不必层间清渣。此外，由于电弧热量集中，熔池体积小，

热影响区窄，从而减少了较薄工件的焊后变形。

4、CO2焊是明弧焊

由于施焊部位的可见度好，焊接时便于对中，操作方便，易实现焊接过程的自动化。

5、抗锈能力较强，节约能源

CO2来源广、价格低。CO2焊适用于薄壁、厚壁，并可进行全位置焊接，应用范围十分广泛。

CO2气体保护电弧焊也存在一些缺点：

1）焊接时飞溅较大。

2）抗风能力差，给室外作业带来一定困难。

3）弧光较强，焊接时必须注意劳动保护。

上述一些缺点可以通过改进焊接设备和提高技术水平逐步加以解决，但其优点却为其他熔焊方法所不及，所以，CO2焊在当前被认为是一种高效率、低成本、节省能源的焊接方法。

二、KB300耐磨带堆焊的原理

耐磨带堆焊釆用的是规格为φ1.6的北京固本KB300耐磨带药芯焊丝，用纯CO2或80%Ar+20%CO2作保护气体，堆焊时焊丝的药芯受热熔化，在堆焊表面覆盖一层薄薄的熔渣。靠焊丝的熔化，在钻杆接头表面形成熔池，随着焊枪与接头的相对转动，熔池逐渐凝固，通过调节工艺参数，可在接头上获得需要的耐磨带。

三、CO2气体保护电弧焊的方法及材料

1、CO2气体

CO2气体是一种无色、无味的气体，在0°和1013KPa气压时，它的密度为1.9768g/cm³,为空气的1.5倍。当它溶水十时稍有酸味。在常温下很稳定，但在高温下（5000K左右）几乎能全部分解。

2、CO2采用的焊丝，有实心、药芯焊丝。

CO2气体作为保护气体有着突出的优点，但它又具有焊接过程中飞溅较大的缺点。采用气-渣联合保护焊接方法，可以克服CO2焊接中的一些缺点。

药芯焊丝CO2焊在国外已获得较广泛的应用，目前在国内也取得了较快的发展和应用。它具有以下一些优点：

1）由于药芯成分改变了纯CO2电弧气氛的物理化学性质，因而飞溅减少，且飞溅颗粒细，容易清除。此外，熔池表面有溶渣覆盖，所以焊缝成形类似手弧焊，比用纯CO2焊时美观。

2）由于焊接溶池受到CO2气体和溶渣两方面的保护，抗气孔能力比实心焊丝CO2焊强。

钻杆耐磨带焊接时，推荐采用CO2+Ar混合气体作为保护气体。CO2+Ar混合气体既具有Ar弧的特点，如电弧燃烧稳定、飞溅小、容易获得轴向喷射过渡等，又克服了用单一氩气焊接时产生的阴极飘移、气孔、咬边及焊缝成形不良等问题。

四、CO2气体保护电弧焊设备

焊接设备主要由焊接电源、送丝系统、焊枪、供气和冷却水系统、控制系统五个部分组成。焊接电源提供焊接过程所需要的能量，维持焊接电弧的稳定燃烧。送丝机构将焊丝送入焊枪，还配有冷却水系统。控制系统主要是控制和调整整个焊接程序：开始和停止输送保护气体和冷却水，启动和停止焊接电源接触器，以及控制送丝速度。

五、KB300耐磨带堆焊工艺

（1）焊接设备：美国公司生产的ARC 8P型熔化极气体保护焊机。

（2）产品规格、件数：φ168mm×φ90mm钻杆内螺纹接头1件，材质为AISI 4137H，焊前状态为调质态。

（3）焊接材料：北京固本KB300耐磨带焊丝，规格φ1.6。

（4）焊接方式：采用直流反接，预热温度为150℃，焊枪嘴到工件距离为22mm，焊枪与铅垂线夹角18°，焊枪逆工件旋转方向偏移量为15mm，焊枪摆幅为20mm。焊接时，焊接工艺参数见表1，焊后回火540℃，用保温棉包裹冷却至室温，耐磨带厚度为3mm。

表1 焊接工艺参数 

六、结论

通过对CO2气体保护电弧焊的特点、方法和材料以及所使用设备、工艺参数的理论分析及其KB300耐磨带堆焊工艺的试验研究，得出如下结论：

（1）耐磨带外表面成形良好。

（2）耐磨带内部质量状况良好，耐磨带上的裂纹未延伸到本体。

（3）堆焊耐磨带后，其力学性能符合ST/T5290-2000《石油钻杆接头》要求。

耐磨带硬度符合ST/T5146-1997《整体加重钻杆》标准中耐磨环耐磨带要求。