奧氏體不銹鋼的鎢極脈沖氬弧焊技術

譚遠福

摘 要：文章根據(jù)奧氏體不銹鋼鎢極惰性氣體保護電弧焊的特點，對發(fā)展起來的一種新的焊接工藝——鎢極脈沖氬弧焊從設備、工作原理、工藝特點和工藝參數(shù)選用等方面進行系統(tǒng)的探討分析，把實際生產中的經驗進行總結出來，為提高不銹鋼產品的焊接質量提供參考。

關鍵詞：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：TG457.11 文獻標識碼：A 文章編號：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電弧焊TIG（tungsten inert gas welding）中應用最廣泛的一種，屬于非熔化極惰性氣體保護焊，焊接時鎢極只起導電作用，不作填充金屬（不熔化），如圖1所示。氬氣通過焊槍進入焊接區(qū)，鎢極和被焊工件之間通電產生電弧，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、冶金作用。惰性氣體保護焊最顯著的特點是電弧燃燒穩(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，因而能獲得高質量的焊縫，且能進行全位置焊接。

鎢極脈沖氬弧焊是在普通鎢極氬弧焊基礎上發(fā)展起來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，焊件被加熱熔化，形成一個點狀熔池。脈沖電流處于停歇期間，點狀熔池冷凝。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），即以一個較小基值電流來維持一個電弧的電離通道，以便下一次脈沖電流導通時，脈沖電弧能可靠地燃燒，熔化金屬，形成一個新的焊點。只要合理地調節(jié)間歇時間，適當?shù)暮笜屢苿铀俣?，保證相鄰兩個焊點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 鎢極氬弧焊設備

2.1 鎢極氬弧焊機

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)電機或弧焊整流器作弧焊電源，配以專用焊槍，也可實現(xiàn)手工鎢極氬弧焊。

專用焊機應具有下列功能：焊前提前1.5～4.0 s輸送保護氣體，以驅趕氣管內和焊接區(qū)間的空氣，防止產生氣孔；焊后延遲5～15 s停輸送保護氣體，以保證尚未冷卻的鎢極和熔池能在保護氣氛下冷卻，防止氧化和產生氣孔；自動接通和切斷保護氣源及引弧、穩(wěn)弧電路，防止接觸引弧燒損鎢極和接頭產生夾鎢缺陷；控制電源的通斷；焊接結束前電流能自動衰減，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、導線、氣水輸送膠管、啟動開關等零部件組成。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 氣體保護裝置

氣體保護裝置有氬氣瓶、減壓器和流量計。氬氣瓶是儲存氬氣的壓力容器，使用時應注意安全規(guī)則。按國標氬氣瓶應為灰色，并標有“氬”字樣。使用中應注意瓶內氬氣不得用盡，應保留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。流量計是標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。常用的有玻璃轉子流量計或醫(yī)用流量計。但應注意流量計的示值受氣體密度的影響。使用非氬氣專用流量計時，表中的示值并非氬氣的真實流量?，F(xiàn)在已有氬氣減壓器和流量計結合一體的儀器。

3 鎢極脈沖氬弧焊的工藝特點及其適用范圍

在焊接厚度小于1 mm奧氏體型不銹鋼箔片和金屬管時，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減小，但是電流密度仍然太小，導致鎢極局部的極斑漂移、電弧不穩(wěn)；如果焊接電流調得大些，會使焊件過熱而燒穿。為了克服上述缺點，且又能保證連續(xù)焊接，在20世紀60年代研制成功了氣體保護脈沖電弧焊。它的工藝特點及適用范圍如下。

①可調工藝參數(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，脈沖電流對點狀熔池有較強的攪拌作用，而且熔池金屬冷疑快，高溫停留時間短，焊縫金屬組織致密，可以減少敏感材料產生裂紋的傾向。對于奧氏體不銹鋼，還能提高焊接接頭耐腐蝕性能。

④每個焊點加熱和冷卻迅速，很適合于焊接導熱性能強或厚度特別大的焊件。

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

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)焊件的厚薄來選擇是否填加焊絲，也可以用氦氣作為保護氣體。

4 低頻脈沖鎢極氬弧焊

焊接電弧電流的大?。ㄖ绷麟娀蚪涣麟姷挠行е担┏手芷谛悦}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。在一個脈沖電流期間，基體金屬熔化到一定的熔深；隨之，馬上轉變?yōu)橐粋€小電流（基值電流），它的主要作用是維持電弧不致熄滅，也提供一個熔池冷卻凝固條件，使焊件不致燒穿。其實，脈沖氬弧焊所完成的連續(xù)焊縫是由許多焊點搭接而成的。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，還細化了晶粒從而提高了焊接接頭的力學性能和耐腐蝕能力。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，機械操作鎢極脈沖氬弧焊焊接奧氏體型不銹鋼導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比較強烈，電弧直徑受到的壓縮更為激烈，增強了電弧的挺度。同時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。高頻脈沖電弧產生的壓力還導致超聲振動，它可以增強熔化金屬的流動性。這些都有利于細化晶粒，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間，對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 語

奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性，由于奧氏體不銹鋼導熱系數(shù)小而熱膨脹系數(shù)大，焊接時易于產生較大的變形和焊接應力，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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