奥氏体不锈钢的钨极脉冲氩弧焊技术

谭远福

摘 要：文章根据奥氏体不锈钢钨极惰性气体保护电弧焊的特点，对发展起来的一种新的焊接工艺——钨极脉冲氩弧焊从设备、工作原理、工艺特点和工艺参数选用等方面进行系统的探讨分析，把实际生产中的经验进行总结出来，为提高不锈钢产品的焊接质量提供参考。

关键词：奥氏体不锈钢；钨极氩弧焊；低频脉冲；高频脉冲

中图书分类号：TG457.11 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）32-0179-02

1 钨极脉冲氩弧焊工作原理

氩弧焊是钨极惰性气体保护电弧焊TIG（tungsten inert gas welding）中应用最广泛的一种，属于非熔化极惰性气体保护焊，焊接时钨极只起导电作用，不作填充金属（不熔化），如图1所示。氩气通过焊枪进入焊接区，钨极和被焊工件之间通电产生电弧，电弧在惰性气体的气氛中燃烧。氩气在焊接过程中钨极、工件、填充焊丝不发生任何化学、冶金作用。惰性气体保护焊最显著的特点是电弧燃烧稳定，能有效地隔绝周围的空气，使熔池、填充焊丝不被氧化和氮化，因而能获得高质量的焊缝，且能进行全位置焊接。

钨极脉冲氩弧焊是在普通钨极氩弧焊基础上发展起来的一种新的焊接工艺，通过控制焊接电流按一定频率周期的变化。每一次脉冲电流通过时，焊件被加热熔化，形成一个点状熔池。脉冲电流处于停歇期间，点状熔池冷凝。脉冲电流处于停歇期间，电弧由基值电流维持燃烧（输入给焊件的能量很少），即以一个较小基值电流来维持一个电弧的电离通道，以便下一次脉冲电流导通时，脉冲电弧能可靠地燃烧，熔化金属，形成一个新的焊点。只要合理地调节间歇时间，适当的焊枪移动速度，保证相邻两个焊点之间有一定相互重叠量，就可获得一条连续致密的焊缝。

2 钨极氩弧焊设备

2.1 钨极氩弧焊机

钨极氩弧焊的电源必须具有陡降或垂直陡降的特性，此外，焊接非重要件，可用焊条电弧焊的弧焊发电机或弧焊整流器作弧焊电源，配以专用焊枪，也可实现手工钨极氩弧焊。

专用焊机应具有下列功能：焊前提前1.5～4.0 s输送保护气体，以驱赶气管内和焊接区间的空气，防止产生气孔；焊后延迟5～15 s停输送保护气体，以保证尚未冷却的钨极和熔池能在保护气氛下冷却，防止氧化和产生气孔；自动接通和切断保护气源及引弧、稳弧电路，防止接触引弧烧损钨极和接头产生夹钨缺陷；控制电源的通断；焊接结束前电流能自动衰减，以消除弧坑和防止弧坑开裂。

2.2 钨极氩弧焊焊枪

焊枪由喷嘴、钨极夹持装置、导线、气水输送胶管、启动开关等零部件组成。根据适用的焊接电流大小，焊枪分水冷和气冷式两类。常用的水冷式焊枪可匹配在大功率氩弧焊机上，气冷却式的焊枪一般匹配在小功率氩弧焊上。如图2所示为手工钨极氩弧焊焊枪。

2.3 气体保护装置

气体保护装置有氩气瓶、减压器和流量计。氩气瓶是储存氩气的压力容器，使用时应注意安全规则。按国标氩气瓶应为灰色，并标有“氩”字样。使用中应注意瓶内氩气不得用尽，应保留0.5 MPa的余气，以防止空气混入而造成氩气不纯。减压器可用普通氧气减压器代用。流量计是标定通入气体流量的装置，保证氩气在焊接过程中按给定的流量输送。常用的有玻璃转子流量计或医用流量计。但应注意流量计的示值受气体密度的影响。使用非氩气专用流量计时，表中的示值并非氩气的真实流量。现在已有氩气减压器和流量计结合一体的仪器。

3 钨极脉冲氩弧焊的工艺特点及其适用范围

在焊接厚度小于1 mm奥氏体型不锈钢箔片和金属管时，若采用普通钨极氩弧焊，焊接电流只允许用到几安培或十几安培。虽然所选用的钨极直径可以相应减小，但是电流密度仍然太小，导致钨极局部的极斑漂移、电弧不稳；如果焊接电流调得大些，会使焊件过热而烧穿。为了克服上述缺点，且又能保证连续焊接，在20世纪60年代研制成功了气体保护脉冲电弧焊。它的工艺特点及适用范围如下。

①可调工艺参数多，可以精确地控制待焊件的热输入和熔池的形状及尺寸。因而可提高焊缝搞烧穿和熔池的保持能力，易获得均匀熔深。所以特别适用于薄板（薄至0.1 mm）焊接和全位置焊接以及单面背面成形的焊接工艺。

②可以用较低的热输入获得较大的熔深，这样可以减少焊接热影响区和焊件变形。

③在焊接过程中，脉冲电流对点状熔池有较强的搅拌作用，而且熔池金属冷疑快，高温停留时间短，焊缝金属组织致密，可以减少敏感材料产生裂纹的倾向。对于奥氏体不锈钢，还能提高焊接接头耐腐蚀性能。

④每个焊点加热和冷却迅速，很适合于焊接导热性能强或厚度特别大的焊件。

⑤焊缝盛开美观，质量稳定，焊接接头力学性能高于普通钨极氩弧焊焊接接头力学性能。

根据脉冲频率不同，可分为低频和高频脉冲氩弧焊。钨极脉冲氩弧焊可根据焊件的厚薄来选择是否填加焊丝，也可以用氦气作为保护气体。

4 低频脉冲钨极氩弧焊

焊接电弧电流的大小（直流电或交流电的有效值）呈周期性脉冲变化，脉冲的频率，从每秒接近于一次至几次，至多不过十几次。即以低频率脉冲的方法供给电流脉冲。在一个脉冲电流期间，基体金属熔化到一定的熔深；随之，马上转变为一个小电流（基值电流），它的主要作用是维持电弧不致熄灭，也提供一个熔池冷却凝固条件，使焊件不致烧穿。其实，脉冲氩弧焊所完成的连续焊缝是由许多焊点搭接而成的。焊接电流周期性变化，不仅能保证得到一定熔深，又不致于焊穿工件，而且随着频率节奏可以得到波纹美观的焊缝。使焊接接头金相组织变得均匀，还细化了晶粒从而提高了焊接接头的力学性能和耐腐蚀能力。所以用脉冲氩弧焊焊接奥氏体型不锈钢薄件和中厚件是非常有益的。

不锈钢脉冲钨极氩弧焊焊接工艺参数可参考表1，机械操作钨极脉冲氩弧焊焊接奥氏体型不锈钢导管全位置的焊接参数见表2。

5 高频脉冲钨极氩弧焊

高频脉冲钨极氩弧焊与低频脉冲钨极氩弧焊不同之处，是焊接电流以每秒几千次甚至几万次的极高频率变化着。这样的高频脉冲电流使电弧的磁收缩效应比较强烈，电弧直径受到的压缩更为激烈，增强了电弧的挺度。同时使熔池能很好的搅拌，改善了焊缝的冶金性能，特别适合铝及铝合金的焊接。高频脉冲电弧产生的压力还导致超声振动，它可以增强熔化金属的流动性。这些都有利于细化晶粒，减少焊缝气孔，使焊缝成型美观。在焊接电流平均值相等的情况下，高频脉冲钨极氩弧焊速度可比普通钨极氩弧焊提高一倍，这就必然缩短焊缝金属在高温的停留时间，对改善奥氏体不锈钢耐蚀性是有益的。但是，这种焊接方法在施焊过程中有刺耳的噪声。

6 结 语

奥氏体不锈钢具有优良的焊接性，由于奥氏体不锈钢导热系数小而热膨胀系数大，焊接时易于产生较大的变形和焊接应力，普通钨极氩弧焊易造成较大焊接变形，或者出现烧穿，对于加工后再焊接的工件，采用钨极脉冲氩弧焊可以解决传统的焊接变形的问题。薄壁精铸件、超薄板料和超薄管料焊接的问题也得到了有效的解决。

参考文献：

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