奧氏體不銹鋼的鎢極脈沖氬弧焊技術(shù)

譚遠(yuǎn)福

摘 要：文章根據(jù)奧氏體不銹鋼鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊的特點(diǎn)，對(duì)發(fā)展起來(lái)的一種新的焊接工藝——鎢極脈沖氬弧焊從設(shè)備、工作原理、工藝特點(diǎn)和工藝參數(shù)選用等方面進(jìn)行系統(tǒng)的探討分析，把實(shí)際生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)出來(lái)，為提高不銹鋼產(chǎn)品的焊接質(zhì)量提供參考。

關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼；鎢極氬弧焊；低頻脈沖；高頻脈沖

中圖書分類號(hào)：TG457.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）32-0179-02

1 鎢極脈沖氬弧焊工作原理

氬弧焊是鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊TIG（tungsten inert gas welding）中應(yīng)用最廣泛的一種，屬于非熔化極惰性氣體保護(hù)焊，焊接時(shí)鎢極只起導(dǎo)電作用，不作填充金屬（不熔化），如圖1所示。氬氣通過焊槍進(jìn)入焊接區(qū)，鎢極和被焊工件之間通電產(chǎn)生電弧，電弧在惰性氣體的氣氛中燃燒。氬氣在焊接過程中鎢極、工件、填充焊絲不發(fā)生任何化學(xué)、冶金作用。惰性氣體保護(hù)焊最顯著的特點(diǎn)是電弧燃燒穩(wěn)定，能有效地隔絕周圍的空氣，使熔池、填充焊絲不被氧化和氮化，因而能獲得高質(zhì)量的焊縫，且能進(jìn)行全位置焊接。

鎢極脈沖氬弧焊是在普通鎢極氬弧焊基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的焊接工藝，通過控制焊接電流按一定頻率周期的變化。每一次脈沖電流通過時(shí)，焊件被加熱熔化，形成一個(gè)點(diǎn)狀熔池。脈沖電流處于停歇期間，點(diǎn)狀熔池冷凝。脈沖電流處于停歇期間，電弧由基值電流維持燃燒（輸入給焊件的能量很少），即以一個(gè)較小基值電流來(lái)維持一個(gè)電弧的電離通道，以便下一次脈沖電流導(dǎo)通時(shí)，脈沖電弧能可靠地燃燒，熔化金屬，形成一個(gè)新的焊點(diǎn)。只要合理地調(diào)節(jié)間歇時(shí)間，適當(dāng)?shù)暮笜屢苿?dòng)速度，保證相鄰兩個(gè)焊點(diǎn)之間有一定相互重疊量，就可獲得一條連續(xù)致密的焊縫。

2 鎢極氬弧焊設(shè)備

2.1 鎢極氬弧焊機(jī)

鎢極氬弧焊的電源必須具有陡降或垂直陡降的特性，此外，焊接非重要件，可用焊條電弧焊的弧焊發(fā)電機(jī)或弧焊整流器作弧焊電源，配以專用焊槍，也可實(shí)現(xiàn)手工鎢極氬弧焊。

專用焊機(jī)應(yīng)具有下列功能：焊前提前1.5～4.0 s輸送保護(hù)氣體，以驅(qū)趕氣管內(nèi)和焊接區(qū)間的空氣，防止產(chǎn)生氣孔；焊后延遲5～15 s停輸送保護(hù)氣體，以保證尚未冷卻的鎢極和熔池能在保護(hù)氣氛下冷卻，防止氧化和產(chǎn)生氣孔；自動(dòng)接通和切斷保護(hù)氣源及引弧、穩(wěn)弧電路，防止接觸引弧燒損鎢極和接頭產(chǎn)生夾鎢缺陷；控制電源的通斷；焊接結(jié)束前電流能自動(dòng)衰減，以消除弧坑和防止弧坑開裂。

2.2 鎢極氬弧焊焊槍

焊槍由噴嘴、鎢極夾持裝置、導(dǎo)線、氣水輸送膠管、啟動(dòng)開關(guān)等零部件組成。根據(jù)適用的焊接電流大小，焊槍分水冷和氣冷式兩類。常用的水冷式焊槍可匹配在大功率氬弧焊機(jī)上，氣冷卻式的焊槍一般匹配在小功率氬弧焊上。如圖2所示為手工鎢極氬弧焊焊槍。

2.3 氣體保護(hù)裝置

氣體保護(hù)裝置有氬氣瓶、減壓器和流量計(jì)。氬氣瓶是儲(chǔ)存氬氣的壓力容器，使用時(shí)應(yīng)注意安全規(guī)則。按國(guó)標(biāo)氬氣瓶應(yīng)為灰色，并標(biāo)有“氬”字樣。使用中應(yīng)注意瓶?jī)?nèi)氬氣不得用盡，應(yīng)保留0.5 MPa的余氣，以防止空氣混入而造成氬氣不純。減壓器可用普通氧氣減壓器代用。流量計(jì)是標(biāo)定通入氣體流量的裝置，保證氬氣在焊接過程中按給定的流量輸送。常用的有玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)或醫(yī)用流量計(jì)。但應(yīng)注意流量計(jì)的示值受氣體密度的影響。使用非氬氣專用流量計(jì)時(shí)，表中的示值并非氬氣的真實(shí)流量。現(xiàn)在已有氬氣減壓器和流量計(jì)結(jié)合一體的儀器。

3 鎢極脈沖氬弧焊的工藝特點(diǎn)及其適用范圍

在焊接厚度小于1 mm奧氏體型不銹鋼箔片和金屬管時(shí)，若采用普通鎢極氬弧焊，焊接電流只允許用到幾安培或十幾安培。雖然所選用的鎢極直徑可以相應(yīng)減小，但是電流密度仍然太小，導(dǎo)致鎢極局部的極斑漂移、電弧不穩(wěn)；如果焊接電流調(diào)得大些，會(huì)使焊件過熱而燒穿。為了克服上述缺點(diǎn)，且又能保證連續(xù)焊接，在20世紀(jì)60年代研制成功了氣體保護(hù)脈沖電弧焊。它的工藝特點(diǎn)及適用范圍如下。

①可調(diào)工藝參數(shù)多，可以精確地控制待焊件的熱輸入和熔池的形狀及尺寸。因而可提高焊縫搞燒穿和熔池的保持能力，易獲得均勻熔深。所以特別適用于薄板（薄至0.1 mm）焊接和全位置焊接以及單面背面成形的焊接工藝。

②可以用較低的熱輸入獲得較大的熔深，這樣可以減少焊接熱影響區(qū)和焊件變形。

③在焊接過程中，脈沖電流對(duì)點(diǎn)狀熔池有較強(qiáng)的攪拌作用，而且熔池金屬冷疑快，高溫停留時(shí)間短，焊縫金屬組織致密，可以減少敏感材料產(chǎn)生裂紋的傾向。對(duì)于奧氏體不銹鋼，還能提高焊接接頭耐腐蝕性能。

④每個(gè)焊點(diǎn)加熱和冷卻迅速，很適合于焊接導(dǎo)熱性能強(qiáng)或厚度特別大的焊件。

⑤焊縫盛開美觀，質(zhì)量穩(wěn)定，焊接接頭力學(xué)性能高于普通鎢極氬弧焊焊接接頭力學(xué)性能。

根據(jù)脈沖頻率不同，可分為低頻和高頻脈沖氬弧焊。鎢極脈沖氬弧焊可根據(jù)焊件的厚薄來(lái)選擇是否填加焊絲，也可以用氦氣作為保護(hù)氣體。

4 低頻脈沖鎢極氬弧焊

焊接電弧電流的大小（直流電或交流電的有效值）呈周期性脈沖變化，脈沖的頻率，從每秒接近于一次至幾次，至多不過十幾次。即以低頻率脈沖的方法供給電流脈沖。在一個(gè)脈沖電流期間，基體金屬熔化到一定的熔深；隨之，馬上轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)小電流（基值電流），它的主要作用是維持電弧不致熄滅，也提供一個(gè)熔池冷卻凝固條件，使焊件不致燒穿。其實(shí)，脈沖氬弧焊所完成的連續(xù)焊縫是由許多焊點(diǎn)搭接而成的。焊接電流周期性變化，不僅能保證得到一定熔深，又不致于焊穿工件，而且隨著頻率節(jié)奏可以得到波紋美觀的焊縫。使焊接接頭金相組織變得均勻，還細(xì)化了晶粒從而提高了焊接接頭的力學(xué)性能和耐腐蝕能力。所以用脈沖氬弧焊焊接奧氏體型不銹鋼薄件和中厚件是非常有益的。

不銹鋼脈沖鎢極氬弧焊焊接工藝參數(shù)可參考表1，機(jī)械操作鎢極脈沖氬弧焊焊接奧氏體型不銹鋼導(dǎo)管全位置的焊接參數(shù)見表2。

5 高頻脈沖鎢極氬弧焊

高頻脈沖鎢極氬弧焊與低頻脈沖鎢極氬弧焊不同之處，是焊接電流以每秒幾千次甚至幾萬(wàn)次的極高頻率變化著。這樣的高頻脈沖電流使電弧的磁收縮效應(yīng)比較強(qiáng)烈，電弧直徑受到的壓縮更為激烈，增強(qiáng)了電弧的挺度。同時(shí)使熔池能很好的攪拌，改善了焊縫的冶金性能，特別適合鋁及鋁合金的焊接。高頻脈沖電弧產(chǎn)生的壓力還導(dǎo)致超聲振動(dòng)，它可以增強(qiáng)熔化金屬的流動(dòng)性。這些都有利于細(xì)化晶粒，減少焊縫氣孔，使焊縫成型美觀。在焊接電流平均值相等的情況下，高頻脈沖鎢極氬弧焊速度可比普通鎢極氬弧焊提高一倍，這就必然縮短焊縫金屬在高溫的停留時(shí)間，對(duì)改善奧氏體不銹鋼耐蝕性是有益的。但是，這種焊接方法在施焊過程中有刺耳的噪聲。

6 結(jié) 語(yǔ)

奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性，由于奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小而熱膨脹系數(shù)大，焊接時(shí)易于產(chǎn)生較大的變形和焊接應(yīng)力，普通鎢極氬弧焊易造成較大焊接變形，或者出現(xiàn)燒穿，對(duì)于加工后再焊接的工件，采用鎢極脈沖氬弧焊可以解決傳統(tǒng)的焊接變形的問題。薄壁精鑄件、超薄板料和超薄管料焊接的問題也得到了有效的解決。

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