用钨极氩弧焊焊接不锈钢方面的新技能
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作者: 杨志新
摘要：钨极氩弧焊是现代工业制造中一种十分重要的焊接方式，本文分析了不锈钢薄板焊接熔池受力情况与该工件的焊接变形。详细介绍了钨极氩弧焊焊接不锈钢薄板时的焊接工艺要领和应用。
关键词：不锈钢钨极氩弧焊自动切管机
随着科学技术的不断发展，我国各行业对焊接技术要求越来越高，薄板的焊接在国防、航空、化工、电子等行业应用较为普遍，超薄板的焊接也越来越多，如：广告、装璜、标志性建筑、日常生活等方面囚此，掌握好薄板焊接中的工艺要领十分必要。
1、钨极氩弧焊特点
1.1钨极氩弧焊的主要特性
TIG焊应用了脉冲电弧，它具有热输入低、热量集中、热影响区小、焊接变形小、热输入均匀，能较好地控制线能量；保护气流具有冷却作用，可降低熔池表面温度，提高熔池表面张力；便于操作，容易观察熔池状态，焊缝致密，机械性能好，表面成形美观。目前TIG焊广泛应用于各行业，尤其是在不锈钢薄板的焊接中应用较广。
1.2焊接原理
我们选择的焊接方法是：手工钨极氩弧焊。由于钨极氩弧焊是一种明弧焊，电弧稳定，热量比较集中，在惰性气体（氩气）的保护下，焊接熔池纯洁，焊缝质量较好。但是在焊接不锈钢，特别是奥氏体不锈钢时，焊缝背面也需要进行保护，否则将产生严重的氧化，影响焊缝成型和焊接性能。
1.4TIG焊的工艺技术要领。
（1）引弧、定位焊
引弧形式有非接触式和接触式短路引弧2种。前者电极不与工件接触，既适于直流也适于交流焊接、后者仅适于直流焊接。采用短路方法引弧，不应在焊件上直接起弧，因易产生夹钨或与工件粘接，电弧也不能立即稳定，电弧容易击穿母材，所以应采用引弧板，在引弧点旁放一块紫铜板，先在其上引弧，待钨极头加热至一定温度后再移至待焊部位，在实际生产中，TIG焊常用引弧器引弧，在高频电流或高压脉冲电流的作用下，使氩气电离而引然电弧，定位焊时，焊丝应比常用焊丝细，因点焊时温度低、冷却快，电弧停留时间较长，故容易烧穿，进行点固定位焊时，应把焊丝放在点焊部位，电弧稳定后再移到焊丝处，待焊丝熔化并与两侧母材熔合后迅速停弧。
（2）正常焊接
用普通TIG焊进行薄板焊接时，电流均取小值，当电流小于20A时，易产生电弧漂移，阴极斑点温度很高，会使焊接区域产生发热烧损和发射电子条件变差，致使阴极斑点不断跳动，很难维持正常焊接，而采用脉冲TIG焊时，峰值电流可使电弧稳定，指向性好，易使母材熔化成形，并循环交替，确保焊接过程的顺利进行，能得到性能良好、外观漂亮、形成熔池互相搭接的焊缝。
2、不锈钢薄板的焊接性分析
不锈钢薄板的焊接设备采用WZE-500机型，焊枪型号QS-75/500，焊缝质量和板形直接影响焊接质量。不锈钢薄板导热系数小，线膨胀系数较大，当焊接温度变化较快时，产生的热应力大，很容易出现烧穿、咬边和波浪变形。不锈钢薄板焊接多采用平板对接焊，熔池主要受到电弧作用力、熔池金属重力和熔池金属表面张力的作用，当熔池金属体积、质量和熔宽一定时，熔池深度取决于电弧的大小，熔深和电弧力又与焊接电流相关，熔宽由电弧电压决定。熔池体积越大，表面张力也越大，当表面张力不能平衡电弧作用力和熔池金属重力时，会造成熔池烧穿，而且在焊接过程中局部受到加热和冷却作用，使焊件产生不均匀的应力和应变，当焊缝的纵向缩短对薄板边缘产生的应力超过一定值时，会产生较严重的波浪变形，影响工件的外形质量。本试验在相同的焊接方法和工艺参数下进行，采用不同形状的钨极，减少焊接接头上的热输入量，解决焊缝烧穿和工件变形等问题。
3、钨极氩弧焊在不锈钢薄皮管焊接中的应用
3.1焊接设备及焊接方法选择
根据不锈钢的焊接特点，在焊接过程中当热输入量大，冷却较慢时，易产生热裂纹、腐蚀开裂和变形等缺陷，而且本工程不锈钢管壁薄1.5~2mm，焊接熔浅，焊缝要求双面成型，光滑无毛刺，管口不被氧化。故选择管内充氩气手工钨极氩弧焊，焊接设备选择钨极氩弧焊机(正接法)，焊机型号为WS一300A。依据为：
(1)在常用的焊接方法中，TIG焊的热输入较小，且氩气流除了保护高温金属外，还具有一定的冷却作用，能提高焊缝的抗裂能力，减少焊接变形。
(2)钨极因发热量小，不易过热，同样大小直径的钨极可以采用较大的电流，工件发热量大，生产率高，而且由于钨极为阴极，热电子发射力强，电弧稳定而集中。
(3)氩气是惰性气体，能有效地隔绝周围空气，使钨极不发生反应，钨极氩弧焊中电弧还有自动清除工件表面氧化的作用。
(4)钨极电弧稳定，即在很小的焊接电流下仍可稳定燃烧，特别适用于薄壁管的焊接。
(5)热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入易调节，可进行各种位置的焊接，也是实现单面焊双面成型的理想方法。同时还减少了清渣和酸纯化等工序，焊速快，工效高，能满足工程质量和工期要求。
3.2焊接工艺要求
3.2.1坡口选择
由于不锈钢薄壁管厚度都在2.0mm以下，选用Ⅰ型坡口，
坡口宽度A=1/2t+0.5mm。
3.3.2焊口充氩保护
管内充氩气保护，在引弧前，启动开关送气阀，将管内的空气排除。针对氩气耗费量大的问题，我项目部在不同焊接条件下，选用不同的充氩形式，主要有：
(1)54mm以下管道焊接采用整条充氩保护。当管线长度较长、整体充氩困难时，可在组对焊口前内部放置易溶纸，封堵做成气室，易溶纸与焊口距离在不被损坏的情况下尽可能近，然后在坡口处采用局部充氩的方法进行保护。
(2)54mm以上直管对接或直管与弯头对接，采取局部充氩，以减少氩气用量。
为防止氩气从对口间隙中大量泄漏，焊前需在坡口间隙中贴一层高温胶带，焊接过程中随时将妨碍焊接操作的那部分高温胶带撕去，每次撕去的长度视保护情况而定。
该措施充氩的效益很明显，耗氩量可减少40%左右，并且焊口部氩含量高，有利于提高焊口质量。充氩流量保持在3～8L/min，视管径而定。焊后继续送气10～30s。
4、结论
对于薄壁不锈钢管道现场安装，采用管内充氩手工钨极氩弧焊的焊接工艺，能够获得高质量的焊接接头。焊后X射线检测一次合格率达97.8%，焊缝双面成形，过渡均匀、光滑，无毛刺，能满足生产工艺要求。
参考文献：
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