脈動送氣焊接不銹鋼工藝研究

摘 要：通過改變送氣方式，研究不銹鋼焊接接頭性能的變化，優化不銹鋼的焊接方法為了控制金屬凝固組織和提高金屬材料性能，施加脈沖電流已成為在金屬材料制備過程中的重要物理場技術。脈沖電流對鋁合金凝固組織具有顯著的細化作用， 且脈沖電流頻率的高低對其凝固組織將產生重要影響，在一定頻率范圍內，脈沖電流頻率越高，晶粒細化作用越明顯類似地， 在鋁合金變極性電弧焊接過程中引入高頻脈沖方波電流的復合作用。

關鍵詞：脈動送氣；不銹鋼；表面堆焊；

中圖分類號：P755.1 文獻標識碼：B 文章編號：1674-3520（2014）-12-00-02

一、課題主要研究內容及實驗方案

本課題主要研究內容：采用不同保護氣體氣流量與不同工藝參數通過表面堆焊焊接不銹鋼，研究焊接工藝參數、保護氣體氣流量大小與保護氣體的提供方式對焊接接頭工藝特性與接頭組織性能的影響。尋找最佳的焊接工藝參數，并在最佳工藝參數的條件下比較直接送氣與脈動送氣提供保護氣體的區別。

具體試驗方案如下：在氣體流量不變的情況下分別采用脈動送氣與直接送氣兩種氣體供應方式。所得的兩組試樣分別進行焊縫熔深與熔寬測試、金相組織測試、X射線探傷測試、硬度測試以及拉伸測試。最終確定脈動送氣方法對不銹鋼焊接工藝與接頭組織性能的影響。

二、實驗材料

本實驗中使用的實驗材料主要有不銹鋼板、焊絲、化學試劑。

（一）不銹鋼板。不銹鋼牌號為304，板厚分為3mm、6mm兩種。其成分如表1-1：

（二）不銹鋼焊絲。不銹鋼焊絲牌號為ER304，焊絲直接是1.2mm。其成分如表2-1：

三、實驗結果

（一）脈動送氣方式對焊縫熔深及熔寬的影響

從表中數據我們可以看出，在使用氬氣作為保護氣體時相同氣體流量下脈動送氣試樣與直接送氣試樣相比，焊縫的熔深增加了、熔寬減小了。這個結果說明在使用氬氣作為保護氣體MIG焊焊接不銹鋼時，使用小線能量焊接不銹鋼薄板時使用脈動送氣方式能在相同的焊接參數條件下增加焊縫的熔深、獲得更好的焊接效果。

從表中的數據我們可以看出，在使用氬氣作為保護氣體時相同氣體流量下脈動送氣試樣與直接送氣試樣相比，焊縫熔深增加了、同時熔寬減小了。這個結果說明在使用氬氣作為保護氣體MIG焊焊接不銹鋼時，使用大線能量焊接不銹鋼厚板，使用脈動送氣方式能在相同的焊接參數條件下增加焊縫的熔深，焊接效果更好。

（二）氣孔以及其它缺陷的分析。氣孔的分析是通過X射線照相法探傷進行的，由于實驗條件有限，我們只對厚板（大線能量）的對接試樣進行了探傷。

根據以上檢測條件與工藝參數對探傷脈動送氣試樣與探傷連續送氣試樣進行X射線檢測測試合格等級均達到II級，屬于合格焊件。

焊縫中氣孔的形成是冶金過程，它由氣泡的生核、長大和上浮三個階段組成。當液態金屬中有過飽和的氣體，熔池中存在大量現成表面時，氣泡的生核就比較容易。當氣泡內部的壓力大于阻礙氣泡長大的外界壓力時，氣泡就要長大，并趨向外逸，那些沒有逸出的氣泡最終形成氣孔。當使用脈動送氣代替直接送氣時，由于保護氣體以脈動的形式供應，在焊接過程中會對熔池有一個形成一個沖擊力，這個沖擊力對熔池有一個沖擊攪拌的作用，能促進氣泡從熔池中逸出。所以我們對比探傷2號試樣與探傷8號試樣，發現前者氣孔較少。這個結果說明在使用氬氣作為保護氣體MIG焊焊接不銹鋼時，脈動送氣方式有抑制氣孔的效果。

（三）焊縫成形的分析。焊縫成形分析的主要內容是對比薄板、厚板在使用脈動送氣裝置前后焊縫成形外觀與成形系數的比較。

在一定范圍內，成形系數小的焊縫具有更好的焊縫成形。從上表中的數據我們可以分析得出，無論是薄板（小線能量）還是厚板（大線能量）在相同的焊接參數與保護氣體流量的條件下，使用脈動送氣提供保護的試樣成形系數均小于直接送氣提供保護的試樣。這說明在使用氬氣作為保護氣體MIG焊焊接不銹鋼時，使用脈動送氣提供氣體保護可以優化焊縫的成形。

四、實驗結論

（一）在使用氬氣為保護氣體MIG焊焊接不銹鋼的過程中，采用脈動送氣方式對焊縫的氣體保護效果沒有明顯影響。

（二）在使用氬氣為保護氣體MIG焊焊接不銹鋼的過程中，采用脈動送氣方式可以提高焊縫的熔深并在一定范圍內減小焊縫成形系數，獲得更好的焊接質量與焊縫成形。

（三）在使用氬氣作為保護氣體MIG焊焊接不銹鋼時，脈動送氣方式有抑制氣孔的效果。

（四）使用氬氣作為保護氣體MIG焊焊接不銹鋼時，保護氣體采用脈動送氣方式會降低焊接接頭的強度。

五、結語

焊接生產中，對薄板、熱敏感材料結構、小直徑管等易變形結構進行焊接時，采用普通焊接方法及設備極易產生不可矯正的焊接變形。如果在焊接的過程中采用脈沖電流進行焊接，由于焊接過存在基本和脈沖兩種大小不同的電流，所以整個焊接過程平均電流值較低，產熱總量少，不但能減小焊接熱影響區，使焊接變形得到有效控制，而且能在較少的總產熱量情況下增大峰值電流促進形成穩定的熔滴過渡同時縮小和冷卻熔池，有利于易變形結構 的焊接同時十分有利于全位置焊接。