沉淀硬化不銹鋼MAG焊工藝研究

戈和偉

（海軍裝備部，陜西 西安 710077）

沉淀硬化不銹鋼MAG焊工藝研究

戈和偉

（海軍裝備部，陜西 西安 710077）

MAG（Metal Active Gas Arc Welding）是將連續送進的焊絲作為熔化極，以電弧作為熱源熔化焊絲和母材，并采用活性混合氣體作為保護氣體的熔化極活性混合氣體保護焊。本文針對厚度為1mm、2mm、3mm沉淀硬化不銹鋼0Cr15Ni5Cu2Ti板材，采用MAG焊接工藝實驗，得出一組合理的焊接工藝參數，通過切實可行的MAG焊接工藝，提高了生產效率，為后續產品的批量生產打下堅實的基礎。

MAG焊；熔化極；焊接工藝

0 前言

沉淀硬化不銹鋼在航空、航天領域應用極為廣泛，主要用于導軌、筒體、活塞桿、整流罩，沉淀硬化不銹鋼焊接方法主要為鎢極氬弧焊（TIG）[1]。

沉淀硬化不銹鋼的氣體保護焊接方法主要有TIG和MAG焊。

TIG焊焊接接沉淀硬化不銹鋼時，一般采用直流方式進行焊接，焊接時電弧穩定，熱量集中、焊縫成形美觀、強度和塑性高，并且工件變形小。但是因受到鎢極許用電流限制，電弧的熔透力較小，手工操作時，焊接效率較低，工人勞動強度大。

MAG焊接沉淀硬化不銹鋼時，以焊絲作為電極，電流密度高，因而母材熔深大，填充金屬熔敷速度快，生產效率可比TIG焊提高三倍以上，焊接變形比TIG焊小。

同時MAG焊還具有以下優點：電弧燃燒穩定性好，飛濺少；熔滴過渡穩定；陰極斑點穩定，焊縫外觀成形好；焊接質量好，效率高，成本低。即MAG焊適用于沉淀硬化不銹鋼薄厚板的焊接。本文主要是對沉淀硬化不銹鋼薄板焊接進行工藝研究。

1 沉淀硬化不銹鋼的焊接性分析

0Cr17Ni4Cu4Nb與0Cr15Ni5Cu2Ti均為馬氏體沉淀硬化不銹鋼，經固溶+時效處理后（470～490℃）金相組織為馬氏體基體+沉淀析出的富銅相，主要靠彌散分布于馬氏體基體組織中的沉淀硬化相提高材料的綜合力學性能[2]（見表1、表2）.

表10 Cr17Ni4Cu4Nb材料的力學性能

表20 Cr15Ni5Cu2Ti材料力學性能（板材）

該兩種材料固溶+時效后組織雖然為時效強化馬氏體，但其硬度低，塑性韌性好，故焊接性好，焊接后不需進行任何熱處理，焊縫就能達到相當高的機械性能，且對熱裂紋不敏感。

2 MAG焊特點

MAG焊以焊絲作為電極，電流密度較高，因此母材熔深大，填充金屬熔敷速度快，生產效率比TIG焊高。同時由于焊接速度快，因此焊接熱輸入量低，焊接變形比TIG焊小。MAG焊一般采用Ar+O2、Ar+CO2和Ar+CO2+O2作為保護氣體，其可用于碳鋼、合金鋼和不銹鋼等黑色金屬焊接。采用活性混合氣體作為保護氣體具有以下特點：電弧燃燒穩定性好，飛濺少；熔滴過渡穩定；陰極斑點穩定，焊縫外觀成形好；電弧中氧化反應速度快，增加熔深，提高焊絲熔化系數；焊接質量好，效率高，成本低。

分別采用 Ar+O2、Ar+CO2和 Ar+CO2+O2作為保護氣體焊接時的焊縫剖面形狀見圖1.

圖1 用三種不同氣體焊接時焊縫剖面形狀

3 MAG焊工藝

MAG焊工藝主要包括焊前準備和焊接工藝參數的選擇兩個部分。

3.1 焊前準備

焊前準備主要有焊件坡口的準備、焊件和焊絲表面的清理以及焊件的裝配和設備的檢查。與其它焊接方法相比，MAG焊因Ar氣中加入一定量的具有脫氧去氫能力的活性氣體，所以焊前清理沒有MIG焊[3]要求那么嚴格。

MAG所使用的焊絲與其它方法相比通常要細一些，主要適用碳鋼、合金鋼和不銹鋼等黑色金屬的焊接，因此焊前清理不是很嚴格，但焊件和焊絲清理后可減小焊縫氣孔出現的幾率。

3.2 工藝參數

MAG焊的工藝參數主要有：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長度、焊絲傾角、焊絲直徑、焊接位置等。

3.2.1 焊接電流和電弧電壓

一般先根據焊件的厚度確定焊絲直徑，然后根據材料焊接性確定焊接形式、電流大小及熔滴過渡類型。焊接不銹鋼時，一般采用直流反接的噴射過渡或短路過渡。要獲得穩定的噴射過渡，焊接電流必須小于使焊縫起皺的臨界電流強度或產生旋轉射流過渡的臨界電流強度，以保證穩定的焊接過程和良好的焊接質量。同時，電弧電壓應與焊接電流相匹配，以防止產生氣孔、飛濺和咬邊等焊接缺陷。

3.2.2 焊接速度

在其它焊接條件不變時，隨著焊接速度的增加，熔深會逐漸增大并出現最大值，隨后會逐漸減小。焊接焊速減小時，單位長度上焊絲的熔敷量增加，熔池體積將隨之增大。因為電弧只能加熱熔池液態金屬，而母材的熔化需要依靠液態金屬熱傳導實現，因此熔深減小熔寬增大。這主要是因為焊接速度過快，單位長度上母材獲得的電弧熱量將顯著降低，熔池形成及熔化速度減小，導致熔深和熔寬均減小。焊接速度過高容易產生咬邊。

3.2.3 焊絲伸出長度

焊絲的伸出長度越長，焊絲自身電阻熱預熱效果越明顯，則焊絲的熔化速度越快。這會造成焊絲熔敷量過多，液態熔池過大，使熔深減小，焊縫成形變差，電弧不穩定；焊絲伸出長度過短，電弧距導電嘴過近，易造成導電嘴燒損，同時飛濺金屬易堵塞噴嘴。

3.2.4 焊接位置

噴射過渡適用于平焊、立焊、仰焊。進行平焊時，焊接速度、焊縫成形和熔深均受焊件相對水平面的斜度影響。若采用下坡焊（一般工件相對于水平面夾角≤15°），可以適當提高焊接速度，可減少焊縫熔深及余高，有利于薄板的焊接。若采用上坡焊，熔池金屬在重力的作用下倒流，可增加焊縫熔深和余高，從而使熔寬減小。而短路過渡方式適用于薄板材料的全位置焊[4]。

4 MAG焊沉淀硬化不銹鋼薄板的焊接工藝

4.1 工藝試驗

制備沉淀硬化不銹鋼 0Cr15Ni5Cu2Ti薄板1 mm、2 mm、3 mm試件各10件，規格100 mm×200 mm，采用福尼斯MAG焊機TPS4000，焊絲S659，φ0.8～φ1.0 mm，分組進行不同板厚、接頭方式的MAG焊接參數試驗，最終試驗出焊縫成形美觀且單面焊雙面成形的焊縫，如圖2所示。

圖2 單面焊雙面成形的焊縫

焊接試件焊縫質量符合HB5135-2000焊縫檢驗要求。對試驗合格的焊接試件按一級焊縫進行X射線檢測、金相檢查和抗拉強度試驗均符合標準要求。

4.2 工藝參數的確定

MAG焊焊接沉淀硬化不銹鋼對于厚度在1 mm、2 mm、3 mm薄板對接、搭接、角接及卷邊接頭均可以。沉淀硬化不銹鋼一般采用短路過渡，焊絲直徑為0.8～1 mm.見表3.

表3 沉淀硬化不銹鋼短路過渡焊接的焊接工藝

MAG焊主要適用于合金鋼和不銹鋼等黑色金屬的焊接。通常采用直流反接短路過渡和噴射過渡焊接不銹鋼。此次焊接試驗采用97.5%的Ar+2.5%的CO2混合氣體短路過渡對于沉淀硬化不銹鋼焊接非常適應。

5 結論

通過對上述MAG焊的工藝研究，充分說明了MAG焊對沉淀硬化不銹鋼（1 mm、2 mm、3 mm）薄板材焊接的適應范圍，MAG焊與TIG焊的區別和優缺點，MAG焊特別適用于沉淀硬化不銹鋼薄板的焊接，采用短路過渡及噴射過渡既能保證焊接質量，又能大大提高生產效。

[1]樊東黎，王廣生.熱處理手冊[M].北京：機械工業出版社，2005：689-692.

[2]楊月玲.TIG/MAG組合焊接技術在鍋爐壓力容器及管道上應用的工藝特點[J].焊接技術，2006（3）：42-43.

[3]美國焊接學會.焊接手冊（第二卷）[M].北京：機械工業出版社，1988：224-227.

[4]俞逢英.簡明焊工手冊[M].北京：機械工業出版社，2005：133-134.

Study on the Technology of Precipitation Havdening Stainless Stell MAG Welding

GE He-wei
（Department of Navy Equipment，Xi’an Shaanxi 710077，China）

MAG（metal active gas arc welding）welding for melting active mixed gas，welding is straight to the wire as melting pole，adoption active gas mixture as shielding gas arc welding method，the main research precipitation hardening stainless steel sheet 1mm，2 mm and 3 mm of MAG welding technology，to develop a set of feasible MAG welding process，so as to improve the efficiency of factory production and processing，for follow-up to lay a solid foundation for a certain type of product batch.

MAG welding；consumable electrode；welding process

TG444

A

1672-545X（2017）08-0093-02

2017-05-18

戈和偉（1976-），男，河北阜城人，本科，工程師，研究方向：航空機載設備。