不锈钢焊缝成形的研究

王金鹏魏东利郭泉昌程亮

（山东电力建设第三工程有限公司山东青岛266100）

摘要：TIG焊工艺参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、保护气体的流量等。本文主要通过焊接电流、焊接速度和保护气体流量三个工艺参数，研究TIG焊工艺参数对不锈钢焊缝成形的影响。通过研究TIG焊接不锈钢试验，找到各种工艺参数下的理想熔池形貌，以确定在此工艺参数范围内焊接可得到良好的焊缝形貌，从而改善焊接工艺、提高焊接生产效率、节约劳动成本。

关键词：TIG焊不锈钢焊缝工艺参数

1引言

随着经济建设和科学技术的不断发展，钨极氩弧焊（简称TIG焊）焊逐渐成为各种主要焊接方法中的一种，其特点为焊接品质佳及具焊接薄板的能力，由于没有使用焊剂，故可减少夹渣机会，如此可提升焊缝的质量。本文从巴基斯坦卡西姆主厂房钢煤斗内衬不锈钢焊接展开，对TIG焊不锈钢工艺参数进行研究并优化。

2工程概述

本工程位于巴基斯坦卡西姆港2×660MW燃煤电站项目，主厂房原煤斗布置在煤仓间CD排的2-17轴之间，共计有12个煤斗；钢煤斗不锈钢内衬直径9.0m，不锈钢总重84t。由于不锈钢焊接难度较大，极易产生变形，故在加工厂整体焊接完成后，运输至现场进行安装作业。

3TIG焊接不锈钢过程中的难点分析

3.1TIG焊接薄板不锈钢工艺参数不易控制，焊枪的行走速度过慢会造成熔池塌陷甚至烧穿，造成Cr、Ni元素大量烧损，不能长久抗腐蚀。

3.2不锈钢的焊接变形；不合适的工艺参数会导致不锈钢薄板拘束度较小，在焊接过程中受到局部的加热、冷却作用，形成了不均匀的加热、冷却状态，这时焊件会产生不均匀的应力和应变，焊缝的纵向缩短对薄板边缘的压力超过一定数值时，即会产生较严重的波浪式变形，影响工件的外形美观。

4TIG焊接不锈钢工艺参数的研究

4.1焊接电流

焊接电流是决定焊缝熔深的最主要参数，要按照焊接材料、厚度、接头形式、焊接位置等因素来选定。TIG焊开始和结束时对焊接电流通常都采取缓升或缓降，即在焊接引弧时采用较小的电流引燃电弧，然后焊机自动按所设定的时间速率提升至所需要使用的焊接电流值。这一点主要是为了减少钨极的过热与烧损，同时给焊接行走提供一个缓冲时间，也利用对电弧引燃后初始状态进行观察。在焊接结束时，焊接电流按设定的时间速率下降，最后熄灭，这主要是使电弧下的熔池凹陷区又一个金属回填过程，防止大电流熄弧是在焊缝上形成弧坑，同时在封闭形焊缝焊接时，使焊缝的最后连接部位不致产生过量熔化。

通过查阅资料得知在其他参数不变的情况下，焊接电流在一定范围内变化时能得到优良的熔池形貌和高质量的焊缝。

4.2焊接速度

当焊接电流确定后，焊接速度决定单位长度焊缝的热输入量。提高焊接的速度，则减少热输入，熔深和熔宽均减小；反之，则增大。如果要保持一定的焊缝成形系数，焊接电流和焊接速度应同时提高和减少。

TIG焊在5~50cm/min的焊接速度下能够维持比其他焊接方法更为稳定的焊缝形态。利用这一特点，TIG焊常被使用在高速自动焊中。但是，高速自动焊容易产生咬边及焊缝不均匀缺陷。咬边不仅使焊缝外观恶化，还会引起应力集中，对接头强度有不良影响。因此在进行高速自动TIG焊时，必须均衡确定焊接电流和焊接速度。

通过查阅资料得知在其他参数不变的情况下，焊接速度在一定范围内变化时能得到优良的熔池形貌和高质量的焊缝。

4.3保护气体流量

TIG焊决定保护效果的主要因素有保护气体流量、喷嘴尺寸、喷嘴与母材的距离、外来风等。保护气体流量的选择通常先要考虑所需保护的范围、焊枪喷嘴尺寸以及所使用焊接电流的大小。对于一定孔径的喷嘴，流量过小，气流挺度太差，排除周围空气的能力弱，保护效果不好。但流量过大，则可能会形成紊流，并导致空气卷入。每一个口径的喷嘴都有一个合适的保护气体流量范围，这个范围可以通过试验确定。通常钨极氩弧焊喷嘴内经在5~20mm之间，气体流量在5~25L/min之间。

通过查阅资料得知在其他参数不变的情况下，保护气体流量在一定范围内变化时能得到优良的熔池形貌和高质量的焊缝。

4.4其他参数

4.4.1钨极直径与形状

钨极的直径要很据焊接电流值和极性来选取，由于钨极作为阴极时从电弧得到的热量少于作为阳极是的情况，因此，在同一直径下，直流正接时允许的电流数值较大，而直流反接及交流焊接时允许的电流小。电极直径与最大允许电流的对应关系。

钨极的端部形状对电弧的稳定性及自身的损耗有影响。如果断面凹凸不平时，产生的电弧既不集中又不稳定，因此钨极端部必须磨光。在直流正接和小电流薄板焊接时，可使用小直径钨极并将末端磨成尖锥角，这样电弧容易引燃和稳定；但随着焊接电流的增大，将会因电流密度过大而使末端过热熔化和烧损，电弧斑点也会扩展到钨极前端的锥面上，使弧柱明显的扩散漂移而影响焊缝成形。因此在电流过大焊接时，应将钨极前端磨成带有平台的锥形或钝角，这样可使电弧斑点稳定，弧柱扩散减少，对焊件加热集中，增加焊缝熔深。在焊接电流200A以下时，钨极前端角度为30̊~50可以得到较大的熔深，因此均可以采用这一电极角度；当焊接电流超过250A后，钨极前端会产生升熔化损失。

4.4.2钨极的伸出长度

钨极伸出长度是指从喷嘴端部伸出的距离。对焊接保护效果及焊接操作性均有影响。该长度应根据街头的形状确定，并对气体流量作适当的调整。

通常钨极伸出长度主要取决于焊接接头的外形。本次试验采用钢煤斗内衬相同的6mm不锈钢板平板堆焊试验，为了能够焊透不锈钢板，并较多地看到焊接熔池，故采用伸出长度为3~4mm。

5结语

通过研究不同焊接工艺参数下不锈钢焊接，找到各种工艺参数下的理想熔池形貌，以确定在此工艺参数范围内焊接可得到良好的焊缝形貌，从而改善焊接工艺、提高焊接生产效率、节约劳动成本。利用到电力工程不锈钢焊接时，如能选用合适的工艺、设备，便可得到变形最小、外形美观、高质量的焊缝。以质量保证高品质，拓展公司市场。

参考文献

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[2]杨春利，林三宝.电弧焊基础[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.

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[5]李亚江.气体保护焊工艺及应用[M].北京：化学工业出版社，2004.

作者简介

姓名：王金鹏，工作单位：山东电力建设第三工程有限公司，职务：机械铆焊工程师。