奧氏體不銹鋼薄板立向下焊接工藝改進

株洲南車時代電氣股份有限公司（湖南 412001）謝建良

由于奧氏體不銹鋼具有優良的耐蝕性、抗氧化性及良好的力學性能和加工性能，故在我公司生產的地鐵電氣屏柜中已廣泛應用。我公司的地鐵電氣屏柜主要以薄板為主，因柜體的結構特點，為防止變形及保證尺寸，必須用工裝緊固在焊接平臺上，由于不便于翻轉，因此有些非承力焊縫不可避免地在立焊的位置向下施焊。立向下焊時，鐵液因自重易下墜滴落，不易控制熔池形狀和大小；另外，由于焊接材料、焊接參數、焊槍操作角度等選擇的不合理，導致出現了焊縫發黑、焊瘤、焊縫成形不良、焊縫熔深淺等缺陷，因此必須對立向下焊接工藝進行改進，從而提升焊縫的質量。

1.原焊接工藝存在的問題

（1）原焊接工藝 焊接參數如表1所示，原焊槍角度如圖1所示。

表1 焊接參數

（2）存在問題 按照表1的焊接參數和圖1的操作方式焊接了試板，進行焊縫外觀檢查，發現焊縫表面發黑、有焊瘤等，對試板取樣進行了宏觀金相試驗，發現焊縫熔深淺，金相照片如圖2所示。

圖1 焊槍角度

圖2 宏觀金相照片

2.工藝改進

從焊接材料（包括保護氣體和焊絲）、焊接參數、操作方法方面考慮進行改進。

（1）保護氣體的選擇 當用99.99%Ar作為保護氣體焊接不銹鋼時，存在液體金屬的粘度及表面張力較大，易產生氣孔，焊縫金屬潤濕性差，焊縫兩側容易形成咬肉等缺陷；電弧陰極斑點不穩定，產生陰極漂移現象，會導致焊縫熔深及焊縫成形的不規則。所以必須保證保護氣體具有一定的弱氧化性，但是在保護氣體加入超過5%的CO2會導致焊縫金屬中滲碳，從而降低接頭的抗腐蝕性能，也是焊縫發黑的主要原因。在Ar中加入一定數量的O2有利于金屬熔滴的細化，降低了熔滴過渡的臨界電流值，陰極漂移現象便可克服。但是，當含氧量超過2%時，焊縫表面氧化嚴重，接頭質量下降，因此，選用的焊接保護氣體為98%Ar＋2%O2。

（2）焊絲的選擇 由于奧氏體不銹鋼在敏化溫度區域會在晶界上易析出鉻的碳化物，形成貧鉻的晶粒邊界，在腐蝕介質的作用下，貧鉻層遭到腐蝕破壞，發生晶間腐蝕。為防止晶間腐蝕選用奧氏體-鐵素體雙相組織或含有鈮、鈦穩定化元素以及超低碳的焊接材料，使焊縫的wC<0.03%，選用ER308LSi焊絲（化學成分見表2），增加Si含量是為了改善熔池的流動性，使焊縫成形美觀。

表2 ER308LSi焊絲的化學成分（質量分數） （%）

（3）焊接參數 增加了焊接電流、電壓，增加焊縫的熔深；提高了焊接速度，改善焊縫成形。改進后的焊接參數如表3所示。

表3 焊接參數

（4）焊槍角度 調整了焊槍的角度（見圖3），改善了焊縫的熔深及成形。

圖3 焊槍角度

按照上述的改進措施，焊接了試板，通過外觀檢查發現焊縫成形美觀，表面呈金黃色，對試板取樣進行了宏觀金相試驗，發現焊縫有足夠的熔深，金相照片如圖4所示。

圖4 宏觀金相照片

3.結語

通過對奧氏體不銹鋼立向下焊進行工藝改進后，焊縫的外觀質量及內在質量滿足了產品要求，提升了焊縫質量。