奧氏體不銹鋼管道CO2氬氣混合氣體保護(hù)焊工藝研究

張凱

摘要：本文敘述了CO2氣體保護(hù)焊的原理和分類，介紹混合氣體、焊絲及半自動焊的使用方法、CO2半自動操作技術(shù)，系統(tǒng)闡述了奧氏體不銹鋼管道的焊接工藝。

關(guān)鍵詞：CO2氣體保護(hù)焊;氬氣;不銹鋼管道

1、前言

CO2氣體保護(hù)焊是一種高效率低成本的焊接方法，目前已廣泛應(yīng)用在我國的船舶制造。汽車制造及其他鋼結(jié)構(gòu)的制造等部門，正逐步替代了焊條電弧焊，特別是逆變式焊機(jī)體積小，重量輕，電流大等優(yōu)點，越來越被廣泛的引用。

根據(jù)我公司自動化設(shè)備訂單的要求，品質(zhì)高，工藝嚴(yán)格，設(shè)備需求全部用不銹鋼材料制作，空壓機(jī)房向外輸送管道全部采用奧氏體不銹鋼管道安裝，（奧氏體管65mmX6mm）。

2、奧氏體不銹鋼的焊接性

能在大氣中耐腐蝕的鋼叫不銹鋼，將不銹鋼加熱到900度-1100度淬火后，按所得到的組織不同不銹鋼可分為三類：鉻不銹鋼、鉻鎳奧氏體不銹鋼、鉻錳氮不銹鋼。

不銹鋼在一般情況下具有良好塑性，但在熱加工不當(dāng)時，會產(chǎn)生脆化而形成裂紋。奧氏體或鐵素體不銹鋼在高溫（375度—875度）長時間保溫會生成一種Fe-Cr金屬間化合物，性能極硬而脆，且分布在晶界中，使不銹鋼的沖擊韌性大大下降而脆化。

1）奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕

奧氏體不銹鋼具有良好的焊接性，如焊接材料或焊接工藝不正確時會出現(xiàn)晶間腐蝕或熱裂紋缺陷。晶間腐蝕發(fā)生于晶粒邊界，它是奧氏體最危險的破壞形式之一。不銹鋼具有抗腐蝕能力的必要條件是含鉻量大于12%，當(dāng)含鉻量小于12%時，就會失去防腐蝕能力。奧氏體不銹鋼就是由于晶界處形成貧鉻區(qū)（含鉻量小于12%）而造成的，其原因相當(dāng)奧氏體不銹鋼處在450度-850度溫度下，碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度大于鉻在奧氏體擴(kuò)散速度，室溫下碳在奧氏體中的溶解度很小，約為0.02%-0.03%，當(dāng)奧氏體鋼種含碳量超過這個數(shù)時就不斷的向奧氏體晶界中擴(kuò)散，晶界附近大量的鉻和碳化合成碳化鉻，造成奧氏體界面的鉻減少，這種腐蝕可以發(fā)生在熱影響區(qū)，焊縫或熔合線上，

2）CO2氣體保護(hù)焊焊接不銹鋼存在氧化和增碳

CO2氣體保護(hù)焊具有氧化性，高溫下生成氧原子，極易使合金元素產(chǎn)生氧化反映。不銹鋼最主要的合金元數(shù)是鉻，鉻對氧的親和力比鐵對氧的親和力大。焊接過程中容易生成氧化鉻。這就使不銹鋼的含鉻量降低，影響了抗腐蝕性。對藥芯焊絲來說采用存Co2作保護(hù)氣體進(jìn)行焊接，焊逢金屬碳含量可控制在很低的數(shù)值。大大減弱了氧化和增碳反映。

3）熱烈紋，奧氏體不銹鋼含有較多的鎳（8%---20%）同時鋼中還存在S，P等雜質(zhì)元素如S于Ni形成Ni3S2共晶雜質(zhì)熔點為645度，而共晶雜質(zhì)的熔點僅有625度。不銹鋼從液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)時間較長，于是結(jié)晶過程中雜質(zhì)偏析嚴(yán)重，形成的低熔共晶雜質(zhì)多。

3、影響焊接質(zhì)量因素

焊接質(zhì)量的好壞，直接影響著焊接結(jié)構(gòu)的是使用壽命和安全，如果焊接接口中存在著嚴(yán)重的缺陷，會使得焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度減弱，引起結(jié)構(gòu)的破壞，必須樹立“質(zhì)量第一的”觀念，嚴(yán)格遵守焊接工藝規(guī)程，認(rèn)真進(jìn)行操作。焊后及時自行檢驗，發(fā)現(xiàn)焊接缺陷及時修正，確保產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

1）影響焊接質(zhì)量的因素

（1）CO2氣體保護(hù)焊半自動焊是靠手工操作的，操作者的技能和工作情況對焊接質(zhì)量有著較密切的關(guān)系。

（2）Co2氣體保護(hù)焊機(jī)的性能應(yīng)符合Co2氣體保護(hù)焊的要求，要有水平或緩降的電源外特性，良好的動特性，以及滿意的調(diào)節(jié)性能，送絲機(jī)平穩(wěn)送絲，氣體流量穩(wěn)定，工裝設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

（3）母材的焊接性良好，Co2及氬氣氣體的純度符合工藝要求，更重要的是焊絲，通常運(yùn)用和母材同一類鋼、其合金元素高于母材以補(bǔ)充在焊接過程中的氧化和燒損，藥芯焊絲的質(zhì)量優(yōu)于實芯焊絲

（4）在室外進(jìn)行Co2氣體保護(hù)焊時要有良好的氣候，風(fēng)速不得大于2M/S，另外工作場地要有良好的通風(fēng)，風(fēng)速大時要用擋風(fēng)板，圍住工作場地，避免氣體保護(hù)不勻造成焊接缺陷。

4、CO2氬氣氣體保護(hù)焊的優(yōu)點

Co2氣體保護(hù)焊是一種高效率低成本的焊接方法，Co2氣體保護(hù)焊不同于焊條電弧焊和埋弧焊，對于實心焊絲來說，它沒有焊條上的藥皮和焊絲外的焊劑，焊接電弧和熔池都是靠氣體的保護(hù)，焊接冶金處理是依靠焊絲來實現(xiàn)的，而對于藥絲焊絲來說它既是氣保護(hù)又有熔渣保護(hù)，熔渣——氣體聯(lián)合保護(hù)可達(dá)到較好的冶金處理效果

CO2氣體保護(hù)焊生產(chǎn)率高，電流密度大，電弧熱量集中，焊絲的熔敷系數(shù)很大，不僅遠(yuǎn)大于焊條電弧焊，比埋弧焊大，還有Co2氣體保護(hù)焊由于焊絲給送是連續(xù)的，可以持續(xù)長時間工作，不需要更換焊條，又很少清理焊渣。因此大大節(jié)省了輔助時間。Co2氣體保護(hù)焊的生產(chǎn)率比焊條電弧焊高1-3倍。

成本低：Co2氬氣氣體來源廣價格低，氣體保護(hù)焊的能源消耗也低，通常Co2氣體保護(hù)焊的成本僅為焊條電弧焊的40%-50%左右，是目前廉價的焊接方法。

Co2氣體保護(hù)焊熱量集中，加熱面積少，并且Co2氣體從噴嘴射向焊件可以帶走一些焊件上的熱量，從而使焊接熱影響區(qū)減少焊件變形。氬氣保護(hù)可隔絕空氣中氧氣、氮氣、氫氣等對電弧和熔池產(chǎn)生的不良影響，減少合金元素的燒損，以得到致密、無飛濺、質(zhì)量高的焊接接頭

Co2氬氣混合氣體保護(hù)焊對鐵銹和水分的敏感性比埋弧焊和單純氬弧焊低。

Co2氬氣氣體氣體保護(hù)焊比單純Co2氣體保護(hù)焊電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺小，所焊的焊件應(yīng)力、變形、裂紋傾向小。

5、奧氏體不銹鋼管道CO2氬氣混合氣體保護(hù)焊工藝

1）焊接材料

CO2氣體的性質(zhì)：Co2氣體有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，氣體無色略有氣味，在常溫下很穩(wěn)定，在高溫4700度幾乎能全部分解成Co和o2。液態(tài)Co2在常溫下被氣化1公斤液態(tài)Co2氣體在0度和一個大氣壓下能氣化成509升，焊接用的Co2氣體通常儲存與鋼瓶中，使用時Co2氣體從瓶中輸出。焊接用的Co2氣體純度要求較高，一般不應(yīng)低于99.5%。對于優(yōu)質(zhì)的焊接接頭的焊接則要求氣體純度不低于99.8%。氣體純度低，焊縫易生成氣孔，且焊縫含氫量增加，塑性韌性下降。

氬氣的性質(zhì)：氬氣是一種化學(xué)性質(zhì)非常不活潑的氣體，即使在高溫下也不和金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而沒有了合金元素氧化燒損及由此帶來的一系列問題。氬氣也不溶于液態(tài)的金屬，因而不會引起氣孔。氬是一種單原子氣體，以原子狀態(tài)存在，在高溫下沒有分子分解或原子吸熱的現(xiàn)象。氬氣的比熱容和熱傳導(dǎo)能力小，即本身吸收量小，向外傳熱也少，電弧中的熱量不易散失，使焊接電弧燃燒穩(wěn)定，熱量集中，有利于焊接的進(jìn)行。

藥芯焊絲：鋼管內(nèi)填充藥粉稱為藥芯焊絲，藥芯焊絲中的藥粉和焊條中的藥皮兩者成分相似，起作用也相同。藥芯焊絲Co2氬氣氣體氣體保護(hù)焊實施氣體—熔渣聯(lián)合保護(hù)，克服了實心焊絲的缺點，它主要表現(xiàn)在飛濺少，焊縫成型美觀，操作性能好。

2）焊接設(shè)備

半自動焊機(jī)由焊接電源、控制裝置、焊槍及供氣系統(tǒng)組成。Co2氣體保護(hù)焊半自動焊需要控制氣體焊接電源及焊絲的給送?？刂坪附訂印⑼Ｖ沟拈_關(guān)安置在焊槍上，控制啟動和停止實質(zhì)上是控制氣體、焊接電源焊絲的輸送和停止，啟動時接通焊槍開關(guān)可使控制裝置內(nèi)的電磁接通器動作，輸出Co2氣體延遲一定時間后焊接電源接通和焊絲輸出，于是引燃電弧焊接工作開始，停止焊接工作時，松開焊槍開關(guān)，先停止給送焊絲和卻斷電源電弧被熄滅，再滯后停止送氣，焊接工作結(jié)束。調(diào)節(jié)電弧電壓和焊接電流，實質(zhì)是調(diào)節(jié)焊絲的給送速度，增加焊絲的給送速度，就是增大焊接電流。送絲機(jī)用的是推絲式送絲機(jī)。主要由直流送絲電機(jī)，減速箱。焊絲給送滾輪于壓緊滾輪及焊絲盤組成。調(diào)整合適的壓力，能使焊絲平穩(wěn)的送入焊搶的軟管電纜，最后進(jìn)入電弧區(qū)。藥芯焊絲不能壓的太緊，太緊容易損壞外套，使藥粉破壞，堵死軟管。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葛兆祥主編.焊接工藝及原理.北京：電力工業(yè)出版社，1997.

[2] 周興中主編.焊接方法與設(shè)備.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

（作者單位：煙臺世洋精工有限公司）