用钨极氩弧焊焊接不锈钢方面的新技能

用钨极氩弧焊焊接不锈钢方面的新技能

肖丁一

中国电建集团山东电力建设有限公司 250014

　　摘要：钨极氩弧焊是现代工业制造中一种十分重要的焊接方式，本文分析了不锈钢薄板焊接熔池受力情况与该工件的焊接变形。详细介绍了钨极氩弧焊焊接不锈钢薄板时的焊接工艺要领和应用。

　　关键词：不锈钢　钨极氩弧焊　自动切管机

　　随着科学技术的不断发展，我国各行业对焊接技术要求越来越高，薄板的焊接在国防、航空、化工、电子等行业应用较为普遍，超薄板的焊接也越来越多，如：广告、装璜、标志性建筑、日常生活等方面囚此，掌握好薄板焊接中的工艺要领十分必要。

　　1 钨极氩弧焊特点

　　1.1 钨极氩弧焊的主要特性

TIG焊应用了脉冲电弧，它具有热输入低、热量集中、热影响区小、焊接变形小、热输入均匀，能较好地控制线能量；保护气流具有冷却作用，可降低熔池表面温度，提高熔池表面张力；便于操作，容易观察熔池状态，焊缝致密，机械性能好，表面成形美观。目前TIG焊广泛应用于各行业，尤其是在不锈钢薄板的焊接中应用较广。

　　1.2 焊接原理

　　我们选择的焊接方法是：手工钨极氩弧焊。由于钨极氩弧焊是一种明弧焊，电弧稳定，热量比较集中，在惰性气体（氩气）的保护下，焊接熔池纯洁，焊缝质量较好。但是在焊接不锈钢，特别是奥氏体不锈钢时，焊缝背面也需要进行保护，否则将产生严重的氧化，影响焊缝成型和焊接性能。

　　1.3 焊接特点

　　针对焊接工艺过程分析，不锈钢薄皮管的焊接有以下特点：

　　(1)管道直径很小，管壁很薄，很难使用电焊焊接。

　　(2)不锈钢管的导热性很差，非常容易把管直接烧穿。

　　(3)单面焊双面成型，焊缝不允许有第二个接头，要确保焊缝内壁光滑。

　　(4)焊接时整趟管线现场安装点焊完成，焊缝基本全部是固定口。

　　(5)焊接时不需要焊丝，母材直接熔合。

　　因此，不锈钢薄皮管焊接的质量主要与人、设备、材料、施工方法、焊接时的外部环境及检测等因素息息相关。

　　1.4TIG焊的工艺技术要领。

　　1.4.1 TIG焊机及电源极性的选用。

　　焊接1mm以下的不锈钢薄板可作如下选择：厚度大于0.5mm时，选用NSA4-300型焊机、厚度小于0.5mm时可在焊接回路中接入脉冲焊断续器也可以用直流弧焊电源改装。TIG焊可分直流和交流脉冲，直流脉冲TIG焊主要用于焊接钢、软钢、耐热钢等、交流脉冲TIG焊主要用于焊接铝、镁、铜及其合金等轻金属，交、直流两种脉冲都采用陡降特性电源，TIG焊焊接不锈钢薄板通常采用直流正接法。

　　1.4.2技术要领

　　（1）引弧、定位焊

　　引弧形式有非接触式和接触式短路引弧2种。前者电极不与工件接触，既适于直流也适于交流焊接、后者仅适于直流焊接。采用短路方法引弧，不应在焊件上直接起弧，因易产生夹钨或与工件粘接，电弧也不能立即稳定，电弧容易击穿母材，所以应采用引弧板，在引弧点旁放一块紫铜板，先在其上引弧，待钨极头加热至一定温度后再移至待焊部位，在实际生产中，TIG焊常用引弧器引弧，在高频电流或高压脉冲电流的作用下，使氩气电离而引然电弧，定位焊时，焊丝应比常用焊丝细，因点焊时温度低、冷却快，电弧停留时间较长，故容易烧穿，进行点固定位焊时，应把焊丝放在点焊部位，电弧稳定后再移到焊丝处，待焊丝熔化并与两侧母材熔合后迅速停弧。

　　（2）正常焊接

　　用普通TIG焊进行薄板焊接时，电流均取小值，当电流小于20A时，易产生电弧漂移，阴极斑点温度很高，会使焊接区域产生发热烧损和发射电子条件变差，致使阴极斑点不断跳动，很难维持正常焊接，而采用脉冲TIG焊时，峰值电流可使电弧稳定，指向性好，易使母材熔化成形，并循环交替，确保焊接过程的顺利进行，能得到性能良好、外观漂亮、形成熔池互相搭接的焊缝。

　　a）正常焊接时可采用1.6焊丝，先在定位点起弧，待焊点熔化并与工件两侧熔合后再送入焊丝，焊丝始终跟随熔池，焊枪的喷嘴与焊件表面构成80度左右夹角，焊丝与焊件表面夹角为10度左右，在不妨碍视线情况下，尽量采用短弧焊接以增强氩气保护效果，应注意观察熔池的大小，焊速应先稍慢后快，焊枪通常不摆动、焊速和焊丝应根据具体情况密切配合，尽量减少接头、焊缝长度一次性不宜焊接过长，否则会因过热而形成塌陷甚至烧穿，就算补焊完整，Cr、Ni等元素大量烧损，对材料耐蚀性非常不利。中途停顿后，再继续施焊时，要用电弧把原熔池的焊道重新熔化，形成新的熔池后再加焊丝并与前焊道重叠3-5mm，在重叠处要少加焊丝，使接头处圆滑过渡、氩气纯度应在99.6%以上、流量应保持在6-8L/min，流量过大时，保护层会产生不规则流动，易使空气卷入，反而降低保护效果，所以气体流量也要选择合适，不锈钢的焊缝颜色与保护效果也有一定关系。

　　b）焊接结束时，如果收弧方法不正确，在收弧时易产生弧坑、裂纹、气孔以及烧穿等缺陷，因此，最好使用引出板，焊后将引出板切除掉，如没有引出板或没有采用电流自动衰减装置的焊机，收弧时要多向熔池送丝，填满弧坑，然后缓慢收弧。

　　c）焊后变形是精密焊件的一个重要指标，其变形程度与所选的工艺参数、夹具、散热装置有很大关系。条件许可时采用精确的工装夹具，保证焊缝两侧受力均匀，避免焊缝开裂、变形，尽量减小热量输入，从而减少焊接热影响区，必要时可采取跳跃式焊接和远距离降温法等方式。焊后可用耐高温塑料锤(或木锤)进行现场适当的敲击，以达到变形小，外观质量好的效果。

　　2 不锈钢薄板的焊接性分析

　　不锈钢薄板的焊接设备采用WZE- 500机型，焊枪型号QS-75/500，焊缝质量和板形直接影响焊接质量。不锈钢薄板导热系数小，线膨胀系数较大，当焊接温度变化较快时，产生的热应力大，很容易出现烧穿、咬边和波浪变形。不锈钢薄板焊接多采用平板对接焊，熔池主要受到电弧作用力、熔池金属重力和熔池金属表面张力的作用，当熔池金属体积、质量和熔宽一定时，熔池深度取决于电弧的大小，熔深和电弧力又与焊接电流相关，熔宽由电弧电压决定。熔池体积越大，表面张力也越大，当表面张力不能平衡电弧作用力和熔池金属重力时，会造成熔池烧穿，而且在焊接过程中局部受到加热和冷却作用，使焊件产生不均匀的应力和应变，当焊缝的纵向缩短对薄板边缘产生的应力超过一定值时，会产生较严重的波浪变形，影响工件的外形质量。本试验在相同的焊接方法和工艺参数下进行，采用不同形状的钨极，减少焊接接头上的热输入量，解决焊缝烧穿和工件变形等问题。

　　3 钨极氩弧焊在不锈钢薄皮管焊接中的应用

　　薄壁不锈钢管输送的介质为生产原料或者产品。如果管在安装过程中。管内焊缝有毛刺、凹坑、焊缝过高等缺陷会导致产品或原料在管内积留造成腐烂变质，影响产品质量所以对该种管道的焊缝成型要求特别高，要求双面成型，不许咬边和未焊透．焊缝高度0~1 mm，坑深度不超过0.3 mm尤其是管内焊缝必须成型均匀，光滑无毛刺，焊缝高度均0~0.3 mm，针对此情况，对该工程薄壁不锈钢管道的焊接反复研究、试验、总结焊接技术数据，改进和提高焊接技术保证了工程安装质量要求。

　　3.1 焊接设备及焊接方法选择

　　根据不锈钢的焊接特点，在焊接过程中当热输入量大，冷却较慢时，易产生热裂纹、腐蚀开裂和变形等缺陷，而且本工程不锈钢管壁薄1.5~2 mm，焊接熔浅，焊缝要求双面成型，光滑无毛刺，管口不被氧化。故选择管内充氩气手工钨极氩弧焊，焊接设备选择钨极氩弧焊机(正接法)，焊机型号为WS一300A。依据为：

　　(1)在常用的焊接方法中，TIG焊的热输入较小，且氩气流除了保护高温金属外，还具有一定的冷却作用，能提高焊缝的抗裂能力，减少焊接变形。

　　(2)钨极因发热量小，不易过热，同样大小直径的钨极可以采用较大的电流，工件发热量大，生产率高，而且由于钨极为阴极，热电子发射力强，电弧稳定而集中。

　　(3)氩气是惰性气体，能有效地隔绝周围空气，使钨极不发生反应，钨极氩弧焊中电弧还有自动清除工件表面氧化的作用。

　　(4)钨极电弧稳定，即在很小的焊接电流下仍可稳定燃烧，特别适用于薄壁管的焊接。

　　(5)热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入易调节，可进行各种位置的焊接，也是实现单面焊双面成型的理想方法。同时还减少了清渣和酸纯化等工序，焊速快，工效高，能满足工程质量和工期要求。

　　3.2 焊接工艺要求

　　3.2.1坡口选择

　　由于不锈钢薄壁管厚度都在2.0 mm以下，选用Ⅰ型坡口，

　　坡口宽度A=1/2 t+0.5 mm。

　　3.3.2焊口充氩保护

　　管内充氩气保护，在引弧前，启动开关送气阀，将管内的空气排除。针对氩气耗费量大的问题，我项目部在不同焊接条件下，选用不同的充氩形式，主要有：

　　(1)54 mm以下管道焊接采用整条充氩保护。当管线长度较长、整体充氩困难时，可在组对焊口前内部放置易溶纸，封堵做成气室，易溶纸与焊口距离在不被损坏的情况下尽可能近，然后在坡口处采用局部充氩的方法进行保护。

　　(2)54 mm以上直管对接或直管与弯头对接，采取局部充氩，以减少氩气用量。

　　为防止氩气从对口间隙中大量泄漏，焊前需在坡口间隙中贴一层高温胶带，焊接过程中随时将妨碍焊接操作的那部分高温胶带撕去，每次撕去的长度视保护情况而定。

　　该措施充氩的效益很明显，耗氩量可减少40%左右，并且焊口部氩含量高，有利于提高焊口质量。充氩流量保持在3～8 L/min，视管径而定。焊后继续送气10～30 s。

　　3.3焊接施工

　　3.3.1焊前清洁

　　焊口组对前用棉纱将焊口表面及面侧15 mm母材内、外壁的油、漆、垢、及氧化层等清理干净，油污或脏物沾染严重的应用细砂打磨，酒精脱脂，直至露出金属光泽。

　　3.3.2焊接参数

　　钨极直径根据管壁厚薄程度选择，管壁越厚所需电池越大，钨极直径亦应增大，反之则减小，本工程管道壁厚只为1.5～2.0 mm，故采用Φ2.0 mm的Wce-20钨极。喷嘴直径14 mm喷嘴至工件距离5～8 mm。

　　3.4焊后的表面处理

　　不锈钢管焊接后，焊缝及焊缝周围有氧化及焊斑，需要进行处理。使用不锈钢丝刷或其它不锈钢工具，将焊接处的焊屑除去、刷净，然后采用酸洗膏涂上20 min后用不锈钢丝刷和清水刷洗即可。

　　4 结论

　　对于薄壁不锈钢管道现场安装，采用管内充氩手工钨极氩弧焊的焊接工艺，能够获得高质量的焊接接头。焊后X射线检测一次合格率达97.8%，焊缝双面成形，过渡均匀、光滑，无毛刺，能满足生产工艺要求。

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