不銹鋼手工鎢極氬弧焊和電弧焊工藝對比分析

馬繼斌 張磊 趙占勝

摘要：不銹鋼是一種抵抗腐蝕能力很強的特殊類型的鋼，在各種領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。本文從不銹鋼的焊接工藝著手研究了含鉻的馬氏體不銹鋼、主要結(jié)構(gòu)是鐵素體的鐵素體不銹鋼以及奧氏體不銹鋼的焊接工藝。詳細(xì)研究了手工鎢極氬弧焊接不銹鋼的工藝特點，從焊接位置和焊接電流、焊道選擇和焊接電流匹配、焊接速度和焊接層厚度的選擇等方面全面討論了不銹鋼電弧焊工藝。分別闡述了不銹鋼手工鎢極氬弧焊和電弧焊工藝的異同點。

關(guān)鍵詞：不銹鋼；手工鎢極氬弧焊；電弧焊

0引言

不銹鋼是一種抵抗腐蝕能力很強的特殊類型的鋼，對不銹鋼最基本的要求是具有較強的抗腐蝕能力，應(yīng)具有優(yōu)良的力學(xué)性能以實現(xiàn)多種應(yīng)用環(huán)境中的力學(xué)性能需求，易于進(jìn)行冷加工和熱加工以制造不同形狀的不銹鋼材料以滿足應(yīng)用需求，不銹鋼還應(yīng)具有優(yōu)異的焊接性能來完成不銹鋼結(jié)構(gòu)件的焊接成形工序。不銹鋼的組成成分和組成結(jié)構(gòu)有很大的差別，這種結(jié)構(gòu)和成分的差別給焊接過程增加了不少難度。例如在對尺寸比較薄的結(jié)構(gòu)件焊接時容易出現(xiàn)薄件焊接變形的情況，奧氏體不銹鋼在進(jìn)行熱加工時容易出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象，在對奧氏體不銹鋼進(jìn)行焊接時常常也會遇到腐蝕的情況，腐蝕的方式常常以晶間腐蝕方式進(jìn)行。同種鋼之間相互焊接結(jié)和以后結(jié)合強度較高，但異種不銹鋼之間相互焊接結(jié)合之后，經(jīng)常會出現(xiàn)結(jié)合強度低的問題。

1不銹鋼的焊接工藝

馬氏體不銹鋼主要是含鉻的不銹鋼，含鉻的不銹鋼會在一定程度的熱處理后發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，淬火后馬氏體不銹鋼的硬度提高程度大，強度和硬度顯著提高但焊接性能下降，馬氏體不銹鋼常常在焊接之后出現(xiàn)冷裂紋的現(xiàn)象，有時還會出現(xiàn)馬氏體不銹鋼變脆的情況。很多種焊接方法都能實現(xiàn)馬氏體不銹鋼的焊接工作，但焊條電弧焊和熔化極氣體保護(hù)焊仍然是兩種行之有效的焊接方法。

鐵素體不銹鋼的主要結(jié)構(gòu)是鐵素體，由于鐵素體不銹鋼沒有馬氏體不銹鋼的脆硬性強，因此鐵素體不銹鋼焊接之后性能較好。另一個原因是由于其線膨脹系數(shù)不大，冷熱裂紋在鐵素體不銹鋼的焊接過程中出現(xiàn)較少。氬弧焊和等離子弧焊以及真空電子束焊方法可以使熔池表面保持清潔，可以在焊接過程中防止熔池的污染。焊接材料的選取上常采用鐵素體合金、和奧氏體合金為主，可以增加焊接后材料的結(jié)合強度。

奧氏體不銹鋼相比于鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼來說具有更加優(yōu)良的焊接特性，還對多種焊接方法適用，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)考慮的問題是在保證焊接質(zhì)量的同時，應(yīng)選擇合適的焊接工藝盡量降低焊接成本，在考慮技術(shù)性的前提下還要考慮經(jīng)濟性原則。藥芯焊絲電弧焊對奧氏體不銹鋼的焊接效果最好，在工業(yè)中對奧氏體不銹鋼進(jìn)行藥芯焊絲電弧焊的工藝最為廣泛。采用藥芯焊絲電弧焊的方法對奧氏體不銹鋼進(jìn)行焊接可以實現(xiàn)工業(yè)上的連續(xù)生產(chǎn)，焊接需要的接頭數(shù)量較少，焊接過程中溫度升溫導(dǎo)致的發(fā)紅發(fā)熱現(xiàn)象不明顯，整個焊接過程所需要的時間短，焊接后還不需要對焊縫進(jìn)行處理。

2不銹鋼手工鎢極氬弧焊工藝特點

（1）電弧熱量集中

不銹鋼手工鎢極氬弧焊工藝是一種電弧熱量集中的不銹鋼焊接工藝，以奧氏體不銹鋼為例來研究手工鎢極氬弧焊工藝，奧氏體不銹鋼因?qū)崽匦圆缓枚哂休^高的線膨脹系數(shù)，因此在對奧氏體不銹鋼進(jìn)行焊接工藝時可能會出現(xiàn)奧氏體不銹鋼形狀改變，焊接過程中溫度較難控制，焊接過熱現(xiàn)象時有發(fā)生。因此對奧氏體不銹鋼進(jìn)行手工鎢極氬弧焊工藝控制應(yīng)該以把握焊接速度為核心，快速焊接是比較合適的。手工鎢極氬弧焊具有熱量集中的特點，還具有操作簡單、攜帶便捷的突出優(yōu)勢，在石油生產(chǎn)環(huán)境、化工生產(chǎn)廠家等地點應(yīng)用廣泛，還適用于其他復(fù)雜的焊接環(huán)境。焊接工藝控制方面，對奧氏體不銹鋼的焊接應(yīng)采用短弧焊接，并盡量減少單次焊接的時間，這樣可以最大程度的降低焊縫過熱的情況出現(xiàn)概率。易于減少應(yīng)力集中和應(yīng)力腐蝕，提高焊縫質(zhì)量，降低焊縫開裂的可能性。

（2）小電流焊接

不銹鋼手工鎢極氬弧焊用于奧氏體不銹鋼的焊接還有一個優(yōu)勢是小電流焊接的實現(xiàn)，奧氏體不銹鋼具有較低的電導(dǎo)率，這就為不銹鋼熔深一定的情況下需要的電流變小，對焊接質(zhì)量、焊接尺寸和焊接過熱進(jìn)行綜合研究和試驗表明，采用不銹鋼手工鎢極氬弧焊對奧氏體不銹鋼進(jìn)行焊接所需要的電流強度相比于該方法用在普通結(jié)構(gòu)鋼低百分之二十左右。與此同時，采用手工鎢極氬弧焊對奧氏體不銹鋼進(jìn)行焊接時應(yīng)選用小直徑的焊絲，小直徑的焊絲進(jìn)行焊接后焊縫尺寸小，工藝性能優(yōu)良，有助于提高焊接件的完整性。

3 不銹鋼電弧焊工藝分析

手工電弧焊是一種非常簡單的焊接工藝，加熱源是電弧，采用電弧產(chǎn)生的高溫使焊條熔化而使焊條金屬與母材不銹鋼結(jié)合在一起而產(chǎn)生焊縫。手工電弧焊具有操作簡便的特點，而且對于場地沒有過多的限制，靈活性比較強，適用于簡單的靈活焊接維修場景，對于不同的焊接環(huán)境有著較強的適應(yīng)能力。電弧焊的加熱源電弧可以采用兩種供電方式，分別是交流電源和直流電源。無論選擇哪種供電方式，設(shè)備的結(jié)構(gòu)都不復(fù)雜，且設(shè)備體積較小，方便攜帶，在施工現(xiàn)場或者加工現(xiàn)場出現(xiàn)不銹鋼斷裂時可以簡便的進(jìn)行焊接。手工電弧焊的應(yīng)力和變形方面控制較為簡便，由于工藝簡單，因此可以通過調(diào)整電流強度來調(diào)整電弧發(fā)熱源產(chǎn)生的溫度，通過調(diào)整焊點和電弧的距離也可以調(diào)整電弧焊的工藝參數(shù)，以得到不同應(yīng)力狀態(tài)和不同的不銹鋼變形量的焊縫。但電弧焊因技術(shù)簡單且較為初級，存在生產(chǎn)效率比較低的問題，并且生產(chǎn)環(huán)境的條件很差，對焊接工人的身體健康有較大的影響。

手工電弧焊采用接觸短路引弧法進(jìn)行電弧焊，弧焊設(shè)備中主要包含弧焊變壓器和弧焊整流器，手工電弧焊對不銹鋼的焊接時其弧焊電源應(yīng)該防止受潮并且接地。

還以奧氏體不銹鋼為研究對象，特點如下：

（1）焊接位置和焊接電流

電弧焊分為平焊、立焊、橫焊和仰焊等焊接位置區(qū)分，在采用平焊時焊接電流應(yīng)比其他焊接位置采用更大的焊接電流，其余焊接位置所需要的焊接電流較小，只需要平焊的百分之八十左右。

（2）焊道選擇和焊接電流匹配

在采用電弧焊對奧氏體不銹鋼進(jìn)行焊接時嘗嘗要進(jìn)行一層焊接打底，打底的目的是制備過渡焊層以增加焊縫和金屬之間的結(jié)合強度。在這一層打底焊道的制備過程中應(yīng)該采用較小的電流，這是為了方便操作，也方便控制焊接打底層的質(zhì)量。用電弧焊對焊道進(jìn)行填充時，應(yīng)采用較大電流，較大電流可以使焊縫質(zhì)量提高，獲得良好的焊縫力學(xué)性能。在對蓋面焊道進(jìn)行焊接時最應(yīng)該注意采用小電流，這樣的焊接工藝可以避免咬邊問題的發(fā)生，保證焊接工藝的美觀性。

（3）焊接速度和焊接層厚度的選擇

采用電弧焊對奧氏體不銹鋼進(jìn)行焊接需要考慮的一項重要工藝參數(shù)是焊接速度，是否勻速焊接對奧氏體不銹鋼焊縫的力學(xué)性能有較大的影響。根據(jù)實驗結(jié)果和實際生產(chǎn)經(jīng)驗可知，當(dāng)焊接層厚度與焊條直徑相差不多時，生產(chǎn)效率較高，焊接層厚度過大時其塑性顯著降低。

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作者簡介：馬繼斌，性別：男，籍貫：陜西省漢中市，民族：漢，學(xué)歷：中技，現(xiàn)有職稱：高級工，研究方向：金屬焊接（手工焊，鎢極氬弧焊）。