手工钨极氩弧焊在焊接奥氏体不锈钢中的使用技巧

GXF360 2017-06-20

展开全文

手工钨极氩弧焊在焊接奥氏体不锈钢中的使用技巧

秦建霞

（河南化工技师学院，河南开封 450002）

摘要：奥氏体不锈钢虽然焊接性良好，但若焊接参数不对或操作方法不当，仍会产生很多缺陷。文章结合实际生产经验，主要从焊接工艺参数、焊接操作技巧、焊后处理等几个方面介绍采用手工钨极氩弧焊焊接时的一些技巧。

关键词：手工钨极氩弧焊；奥氏体不锈钢；焊接规范；焊后快速冷却

随着经济的发展，奥氏体不锈钢的应用遍布机械、化工、航空、医药、民用等多个领域。它比其他不锈钢具有更优良的耐腐蚀性、极好的力学性能、良好的焊接性，常用作化工容器、设备和零件等。虽然奥氏体不锈钢的焊接性良好，但焊接时若是采用焊接工艺参数不正确或选用的焊接材料不当，仍然会产生很多缺陷，最终影响使用性能。文章主要介绍手工钨极氩弧焊焊奥氏体不锈钢时的几个操作要点，供各位同行参考。

1 手工钨极氩弧焊介绍

钨极氩弧焊是采用氩气作为保护气体排开焊接区周围空气，钨棒作为电极用于传递电流，钨棒与焊件之间产生的电弧用作热源，加热并熔化母材（填充焊丝或不填焊丝）实现焊接的熔化焊方法。钨极氩弧焊按焊接时的操作方法可以分为手工钨极氩弧焊和机械辅助氩弧焊两种。手工钨极氩弧焊依靠焊工双手把持焊枪和送进焊丝，因此具有独特的灵活性，成为焊接奥氏体不锈钢的主要焊接方法。

手工钨极氩弧焊采用惰性气体氩气保护焊缝金属和熔池，可以获得良好的保护效果。但由于钨棒所能承载的电流问题，通常不采用过大电流焊接，因此焊接效率较低，常用于焊接3mm以下的奥氏体不锈钢，或中厚度奥氏体不锈钢的打底层。

2 奥氏体不锈钢的焊接特点

奥氏体不锈钢自问世以来，就得到了广泛的应用，其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%以上。当前我国常用的奥氏体不锈钢牌号很多，最常见的就是18-8型。奥氏体不锈钢的焊接特点主要有以下几个方面：①电阻系数远大于低碳钢，约为其4倍，焊接时焊丝及焊接区的母材易被加热而融化，因此焊接参数普遍要小于低碳钢，比如电流是焊接碳钢时的80%左右，并且焊接时尽可能采用较快焊速；②膨胀系数大约是低碳钢的1.35倍，导热系数约为低碳钢的1/3，因此奥氏体不锈钢有较大的热裂纹敏感性；③焊接过程中一般不发生组织变化，因此焊前不必预热。

3 焊接注意事项

3.1 加强待焊部位的背面保护

如果不重视焊件背面保护或保护效果不好，焊接时焊缝背面因氧化而发黑、发渣，影响焊件的使用性能，甚至整个焊件报废。工程上常用背面充氩保护方法。该方法的特点是保护效果稳定且成本较低。对于管道可在待焊部位内部一定范围内，利用密封性材料形成一氩气室；板状材料可采用直接通氩气排开空气。也可采用不锈钢背面保护剂，焊前在待焊部位的背面涂上一层保护剂来防止焊接时被氧化。

3.2 重要焊接规范

（1）钨棒直径。钨棒又称钨极，钨极是高熔点材料，在高温时有强烈的电子发射能力，并且有很强的承载电流能力。纯钨极易烧损，焊接生产上通常采用钍钨极或铈钨极。直径大小常根据焊件厚度、电流大小、接头形式来决定（见表1）。

表1 直径大小与焊件厚度、焊接电流的对应表

焊件厚度（mm）钨棒直径（mm）焊接电流（A）0.3～1.0φ1.030～50 1.0～2.0φ1.640～90 2.0～4.0φ2.060～110大于4.0φ2.5～3.090～150

使用时一定要注意以下两点：①钨极表面要光滑，端部磨尖且同心度要好，否则电弧易偏吹；②钨极表面不能沾有污染物或产生裂纹，否则电弧不稳，且有漂移现象，熔池分散，焊缝成形差，焊接质量下降。

（2）氩气流量。手工钨极氩弧焊要求氩气纯度大于99.99%。气体流量的大小一般根据焊件厚度、钨极直径及电流大小来决定的：电流越大，保护气流量越大（见表2）。

表2 气体流量大小与焊件厚度、焊接电流的对应表

焊件厚度（mm）电流（A）气体流量（L/min）0.3～1.030～504～6 1.0～2.040～906～10 2.0～4.060～11010～15大于4.090～15015～20

注意事项：①如果氩气流量太小，焊接区气罩稀薄，保护效果差，被焊金属有氧化现象（发黑）；②如果流量太大，气罩内会产生紊流，外围空气易被卷入溶池，焊接区被氧化；③调节氩气流量时还应考虑焊缝位置、接头型式等因素。具体流量大小以焊缝金属不出现氧化为标准。

（3）焊丝的选用。①焊丝材质选择。焊丝材质由被焊材料来决定，一般以与母材的成分性质相同为准。重要结构焊接时，高温要烧损一定量合金元素，所选焊丝合金元素一般要略高于母材，用以补充合金元素烧损。手工钨极氩弧焊可根据焊件情况添加焊丝或不添加焊丝；②焊丝直径奥氏体不锈钢焊接时，焊丝直径与板厚、电流的大小密切相关（见表3）。

表3 焊丝直径与板厚、电流对应表

焊件厚度（mm）电流（A）焊丝直径(mm) 0.3～1.030～50φ1.0 2.0～4.060～110φ1.6大于4.090～150φ2.0

3.3 焊接操作

焊前检查好焊接设备并调好各项焊接工艺参数，电弧引燃后先在焊接起始点预热4秒左右，待被焊处形成熔池后，开始送入焊丝，焊接转入正常。焊接过程中，焊丝和焊枪要始终保持合适角度（焊丝与工件表面间呈10～15°，焊丝与焊枪间呈100～120°），焊丝送进频率要规律。焊接速度要平稳、左右摇摆到坡口两侧时速度稍放慢，摆动到焊缝中间位置时速度要快些，这样可形成厚度均匀的焊缝。手工焊接质量的好坏与操作者在焊接时对焊缝熔池的观察密不可分。当熔池或熔孔变大、或熔池出现塌陷时，说明被焊处受热过多，此时焊工要适当加快焊速或降低焊接电流。若当熔池出现母材和填充金属不能快速熔合时，说明被焊处受热不足，此时要放慢焊接速度或者加大焊接电流。

（1）送丝方式。可分背面送丝和正面送丝。①背面送丝。焊接时操作者一手捏焊丝在坡口的背面，另一手持焊枪在坡口正面，焊丝从坡口背面送入坡口间隙，焊丝端部放置在被焊部位钝边处，与钝边一起在焊接电弧的加热下熔化，从而实现焊接。如果坡口间隙稍大于焊丝直径时，焊丝可随焊枪稍稍移动。该送丝方式的优点是：焊接时操作者可清晰看到钝边与焊丝的熔化情况，同时眼睛的余光也可留意焊缝背面余高的情况，并根据焊接情况调整焊接工艺参数，焊缝背面余高和焊缝熔合不良等情况可得到及时控制。缺点是只能用于打底焊，操作难度较大，对焊工操作技能要求很高。由于间隙大，工作效率较慢；②正面送丝。焊接时焊丝和焊枪均位于坡口正面，其坡口间隙可以较小或没有间隙。可用于打底和填充焊接。该送丝方式的优点是：允许采用大电流、小间隙，生产效率高。焊接时操作者只需观察熔池的熔合情况，操作方法易掌握。缺点是当打底焊时，操作者看不到焊缝背面情况，余高容易过高。

（2）焊把的运动方式。分为摇焊把和不摇焊把两种方式。①摇焊把。焊接时操作者把焊枪喷嘴稍用力压在焊缝上面，手臂大幅度摇动进行焊接，喷嘴端部的运动轨迹呈锯齿形，钨棒端部的运动轨迹呈月牙形。该操作方式的优点是焊嘴始终压在焊缝上，降低了焊工的劳动强度。焊把按一定规律摆动，电弧长度和焊接速度保持稳定，焊接熔池始终处于氩气氛围的良好保护下，焊缝内部几乎无缺陷，正面的鱼鳞纹排列非常漂亮，焊缝合格率高。其缺点是有规律的大幅度摇摆对初学者来说一时难以掌握，要通过持枪反复练习才能达成。另外由于手臂摇动幅度大，有障碍处难以施焊。目前国外普遍采用这种操作方式；②不摇焊把。焊接时焊嘴轻轻靠近焊缝表面，手臂几乎不摆动，手腕可稍加摆动，依靠焊枪沿焊接方向行走来实现焊接。其优点是操作方法易掌握，并且对焊件厚度和焊接位置没严格的要求，适合初学者学习。缺点是焊缝的表面成形和内部质量没摇焊把焊接的效果好。

3.4 收弧焊接

收弧焊接一般要注意以下两点：①如今的很多氩弧焊机都带有电流衰减装置，在焊接结束前关闭控制按钮，此时电弧继续燃烧，电流减小，焊接操作继续，直至电弧熄灭。既保证了焊缝端部不被烧穿，又保证了焊缝质量。需要注意的是：在电弧熄灭后，焊枪要在熄弧处多停留一段时间，使焊缝终端在冷却过程中始终处在氩气的保护下，防止氧化；②收弧处如果是接头（如环焊缝焊接时，起始点和终点重叠处），生产中通常应预先利用角磨机把接头处多余金属去除，打磨成斜坡口，电弧运行至收尾处将其充分熔化后，再向前施焊约10mm左右，然后缓慢收弧。收尾的熔池要饱满，不能产生缩孔，影响外观。

3.5 焊后快速冷却

奥氏体不锈钢焊缝和热影响区在450～850℃时停留时间过长，晶粒内部会产生贫铬区，降低材料的抗腐蚀性。因此在焊接生产中，常采用在焊件下面垫铜垫板或直接浇水冷却等方法来快速冷却焊缝。焊接时也可采用小电流、快焊速、短弧焊接、多道焊等工艺措施，来减少焊接接头在危险温度区的停留时间。

3.6 焊后处理

奥氏体不锈钢焊后一般不需要进行热处理。只有当接头产生了脆化或要进一步提高耐蚀能力时，才根据需要选择固溶处理或去应力处理。