鎢極氬弧焊和自動焊埋弧焊組合焊接工藝

李永強(qiáng)

（浙江雙子智能裝備有限公司，浙江 杭州 310000）

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，焊接在生產(chǎn)制造領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。在人們的日常生活中，焊接產(chǎn)品及焊接設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品隨處可見；可以說如果沒有焊接工藝，人類的文明史將倒退百年以上。焊接工藝是焊接實(shí)施過程中必不可少的，直接關(guān)系到焊接實(shí)施成功與否。選擇合理的焊接工藝是工廠生產(chǎn)過程中尤為重要的決策。組合焊接工藝能把多種焊接方法的優(yōu)劣勢互相補(bǔ)充避免，繼而有焊縫質(zhì)量好、焊接效率高、生產(chǎn)成本低、設(shè)備投資小等優(yōu)勢，在工廠生產(chǎn)制造過程中可以得到廣泛推廣應(yīng)用，從而促進(jìn)我國裝備制造業(yè)的快速發(fā)展[1，2]。

1 目前工廠焊接制造狀況分析

中厚板焊接制造的機(jī)械設(shè)備在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域及國防軍工等各個(gè)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并起著重要而不可替代的作用。現(xiàn)對氬弧焊打底在中厚板焊工藝中的應(yīng)用來做論述。根據(jù)不同的材料、厚度、生產(chǎn)加工條件等，選擇的焊接方法也各不相同，同一種材料不同厚度有多種焊接方法，同一種厚度不同材料也有多種焊接方法。可謂條條大路通羅馬，只不過哪條大路是最適合工廠實(shí)際生產(chǎn)制造情況的。因此，生產(chǎn)制造工廠要選擇一個(gè)適合自己企業(yè)最優(yōu)的焊接工藝，即質(zhì)量好，效率高，生產(chǎn)投入成本低，安全可靠的焊接工藝。常用的焊接方法有：焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、電阻焊、釬焊、等離子焊、自動焊埋弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊等等，在這里就不一一羅列了。每一種焊接方法都有其優(yōu)劣勢，因此，焊接方法及工藝的選擇，在滿足必要的要求前提下，結(jié)合企業(yè)自身現(xiàn)有的焊接設(shè)備狀況，經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的焊接工藝是工廠的首選焊接工藝[3，4]。

本文以奧氏體不銹鋼（牌號S30408）中厚板焊接工藝鎢極氬弧焊和自動焊埋弧焊組合焊接工藝進(jìn)行論述。絕大多數(shù)企業(yè)的焊接工藝都是單一的焊接方法，但考慮到焊接質(zhì)量及制造成本等方面的因素，組合焊接工藝在生產(chǎn)制造過程中的應(yīng)用是必不可少的[5]。組合焊接工藝可以把不同焊接方法的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，減少規(guī)避劣勢。最終得到質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低的焊接產(chǎn)品。

2 鎢極氬弧焊和自動焊埋弧焊組合焊接工藝論述

奧氏體不銹鋼除有良好的耐腐蝕性能外，還有很好的工藝性能如冷加工成形和焊接性能，另外，有高的低溫韌性，無磁性和冷變形強(qiáng)化的能力，因此，這種類型的鋼得到了廣泛的應(yīng)用，是應(yīng)用最多的不銹鋼材料。現(xiàn)對奧氏體不銹鋼（牌號S30408）中厚板焊接工藝，鎢極氬弧焊（TIG或GTAW）打底＋自動焊埋弧焊（SAW）蓋面的組合焊接工藝進(jìn)行論述，可以起到典型的代表作用，以點(diǎn)概面，可以得到廣泛的推廣運(yùn)用。

鎢極氬弧焊的優(yōu)勢是：焊接質(zhì)量好，融合性強(qiáng)，焊縫強(qiáng)度好，外觀漂亮，無焊渣飛濺等；劣勢是：成本高，生產(chǎn)效率低，需要純度較高的氬氣等；自動焊埋弧焊的優(yōu)勢是：生產(chǎn)效率高，成本低，焊接質(zhì)量好，工人生產(chǎn)勞動強(qiáng)度低，焊縫強(qiáng)度好，外觀漂亮；劣勢是：現(xiàn)實(shí)工廠生產(chǎn)過程中，焊前準(zhǔn)備要求高，需要專業(yè)設(shè)備加工坡口，工件坡口及預(yù)留間隙要求較高導(dǎo)致焊前準(zhǔn)備成本高。另外，絕大多數(shù)的板材焊接都是在冷加工變形后進(jìn)行焊接，例如：裁剪下料、卷圓、折彎、旋壓等冷加工，也有熱加工后進(jìn)行焊接的，例如：等離子切割、乙炔氧氣切割等熱加工，這些冷加工和熱加工都增加了焊前準(zhǔn)備的難度，導(dǎo)致焊前準(zhǔn)備不確定因素增加，很難達(dá)到自動埋弧焊的焊前準(zhǔn)備要求，導(dǎo)致焊縫質(zhì)量不能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，無法大面積推廣使用。鎢極氬弧焊＋自動焊埋弧焊組合焊的目的就是把這兩種焊接方法的優(yōu)勢發(fā)揮出來，劣勢互相對沖避免。

目前國內(nèi)絕大多數(shù)焊接制造工廠開坡口的設(shè)備只是普通的坡口機(jī)，大型刨床用的比較少，該設(shè)備購置成本高，且生產(chǎn)效率低，普通坡口機(jī)對薄板加工坡口的尺寸質(zhì)量有保障，但對厚板加工坡口的尺寸質(zhì)量無法保障，導(dǎo)致坡口不規(guī)整，間隙不均勻。無法滿足自動埋弧焊的焊前準(zhǔn)備要求。如果進(jìn)行強(qiáng)行自動埋弧焊接，將會導(dǎo)致焊縫質(zhì)量不合格，會出現(xiàn)氣孔、夾渣、凹凸不平、未焊透、焊瘤、裂紋等缺陷，更無法通過無損檢測標(biāo)準(zhǔn)，且焊后不利于焊劑的清理。圖1無氬弧焊打底的埋弧自動焊無損檢測相片，從相片可以看出焊縫內(nèi)存在較嚴(yán)重的未焊透和氣孔等缺陷，無法滿足焊接產(chǎn)品質(zhì)量要求。而鎢極氬弧焊（TIG或GTAW）對坡口的尺寸質(zhì)量要求不高（即焊前準(zhǔn)備要求不高），普通坡口機(jī)即可滿足工藝需求。

圖1 無氬弧焊打底的埋弧自動焊無損檢測相片

綜合以上因素，工廠結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備（鎢極氬弧焊機(jī)和自動焊埋弧焊機(jī)的購置成本較低）及制造質(zhì)量和成本的要求，對于奧氏體不銹鋼（牌號S30408）中厚板可采用鎢極氬弧焊（TIG或GTAW）打底＋自動焊埋弧焊（SAW）蓋面的組合焊接工藝。非常適合壓力容器產(chǎn)品中需要無損檢測的中厚板焊縫。既能保證對焊縫質(zhì)量的各項(xiàng)要求，也能提高生產(chǎn)效率，降低制造成本。鎢極氬弧焊打底正常情況下只需要一道焊接，自動焊埋弧焊蓋面可根據(jù)板的厚度、材質(zhì)、焊絲規(guī)格等工藝參數(shù)條件確定焊接道（層）數(shù)。附圖2焊道順序簡圖為四道（層）焊接焊道截面示意圖。

圖2 焊道順序簡圖

圖2 焊道順序簡圖中“1”道焊接為鎢極氬弧焊（TIG或GTAW）打底。施焊后焊縫實(shí)際效果圖片見附圖3氬弧焊打底施焊后實(shí)圖。

圖3 氬弧焊打底施焊后實(shí)圖

從焊縫實(shí)圖上不難看出，焊縫表面平滑均勻整齊，無焊渣焊瘤，自動焊埋弧焊施焊前，不需要再進(jìn)行任何焊前準(zhǔn)備工作，這樣就解決了坡口及間隙質(zhì)量滿足不了自動焊埋弧焊（SAW）焊前準(zhǔn)備要求的問題。另外，如果“1”道焊接縫采用自動焊埋弧焊，焊縫融池小，不利于焊縫融池內(nèi)由于焊前處理產(chǎn)生的雜質(zhì)及有害物質(zhì)析出，也不利于自動焊埋弧焊焊劑清除，鎢極氬弧焊打底就不涉及焊劑清理的問題。“1”道鎢極氬弧焊打底時(shí)熱影響區(qū)（HAZ）體積也較小，因此焊接接頭變形量較小，殘余應(yīng)力也小；有利于提高焊縫質(zhì)量。但鎢極氬弧焊成本高、效率低，從工廠焊接制造成本上考慮不是最優(yōu)的焊接方法；因此，在滿足質(zhì)量和安全的前提下，可組合選用自動焊埋弧焊共同完成整個(gè)施焊工藝過程（根據(jù)工廠設(shè)備情況，也可選用焊條電弧焊）。

圖4 埋弧焊施焊后焊縫實(shí)圖

圖2 焊道順序簡圖中“2”、“3”、“4”道焊接可直接采用自動焊埋弧焊施焊，施焊后焊縫實(shí)圖見附圖4埋弧焊施焊后焊縫實(shí)圖，從焊縫實(shí)圖上不難看出，焊縫外觀表面非常漂亮，焊接質(zhì)量也很好。圖5鎢極氬弧焊和自動焊埋弧焊組合施焊無損檢測相片，從相片可以看出焊縫內(nèi)無缺陷，符合NB/T47013《承壓設(shè)備無損檢測》一級焊縫質(zhì)量要求。這樣的焊接工藝就既能保證焊縫質(zhì)量要求，也能提高生產(chǎn)效率，降低車間一線工人的勞動強(qiáng)度。

圖5 鎢極氬弧焊和自動焊埋弧焊組合施焊無損檢測相片

鎢極氬弧焊打底后，焊縫表面平滑均勻整齊，非常利于下一道自動焊埋弧焊繼續(xù)焊接，能保證焊層間非常好地熔合，整體焊縫的質(zhì)量也會非常好。另外，焊縫變寬及焊接融池面積增大，有利于埋弧焊焊劑清理，提高生產(chǎn)效率。

任何焊接方法和焊接工藝都不是完美無缺的，鎢極氬弧焊（TIG或GTAW）打底＋自動焊埋弧焊（SAW）蓋面的組合焊接工藝同樣也不是完美無缺的焊接工藝，這個(gè)組合工藝的缺點(diǎn)是需要轉(zhuǎn)序生產(chǎn)，另外，埋弧焊本身適應(yīng)性差。每個(gè)焊接生產(chǎn)制造企業(yè)要根據(jù)自身企業(yè)的實(shí)際情況選擇最優(yōu)的組合。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接設(shè)備也在不斷的創(chuàng)新，更加先進(jìn)的焊接方法也將層出不窮。就目前焊接領(lǐng)域生產(chǎn)設(shè)備和工藝狀況而言，組合焊接工藝具有廣泛的發(fā)展應(yīng)用前景。

4 結(jié)束語

在未來的焊接制造工藝發(fā)展中，組合焊接工藝發(fā)展前景廣闊，組合焊接工藝設(shè)備投入小，焊接質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低，效率高等優(yōu)勢明顯，定會得到廣泛推廣使用，有助于焊接制造企業(yè)提升產(chǎn)能，改善焊接產(chǎn)品質(zhì)量。對生產(chǎn)焊機(jī)設(shè)備的廠家創(chuàng)新也起到推動作用。本文以鎢極氬弧焊（TIG或GTAW）打底＋自動焊埋弧焊（SAW）蓋面的組合焊接工藝為例進(jìn)行論述，但組合焊接工藝不限于此，要拓展運(yùn)用，例如：鎢極氬弧焊（TIG或GTAW）＋焊條電弧焊（SMAW）、電阻點(diǎn)焊（SW）＋熔化極氣體保護(hù)焊（GMAW）等。不同行業(yè)有不同的焊接制造工藝，更多優(yōu)秀的組合焊接工藝需要在焊接制造過程中不斷開發(fā)運(yùn)用，并推廣使用，利國利民。