自动等离子弧焊机用于不锈钢容器焊接

梅应虎 张东辉

（液化空气（杭州）有限公司 杭州）

一、3～8 mm板厚奥氏体不锈钢容器的纵缝和环缝焊接

目前，奥氏体不锈钢容器在食品、医药、化工和空气分离等设备制造领域占有一定比例。自动等离子弧焊机具有高效率、高质量的特点，非常适合3～8 mm板厚奥氏体不锈钢容器的焊接。液化空气（杭州）有限公司从法国液化空气焊接有限公司引进1台自动等离子弧焊机（PlasmaManager Installation），以提高3～8 mm板厚奥氏体不锈钢容器的焊接工艺。焊机由十字架、MANAGER型控制系统（操作台和控制箱）、NERTAMATIC 300 TR型焊接电源箱、机头升降箱、焊炬、送丝机、喷嘴冷却水箱、离子气流量调节箱、视频单元、焊接滚轮架和气托等组成。

1.焊接工艺

3～8 mm板厚奥氏体不锈钢容器纵缝和环缝的焊接，采用小孔型等离子弧焊工艺。第一焊道是主焊道，利用稳定电流形成小孔效应，在焊接过程中添加焊丝；第二焊道是辅助、可选焊道，利用脉冲电流形成小孔效应，在焊接过程中不添加焊丝，脉冲等离子弧焊工艺，兼有脉冲电弧焊和等离子弧焊的双重优点，可以获得更加致密、有规则波纹的焊缝。

2.焊前准备

（1）工件待焊区域必须清理干净。

（2）纵缝和环缝焊接均采用无间隙的I型坡口（无需加工的坡口形式），坡口断面应平直、无凹坑和毛刺缺陷，坡口间隙和错边量理论上是0，因此均应严格控制在0.5 mm以内。

（3）采用不添加焊丝的手工氩弧焊工艺对工件进行点固焊，点固焊长度为20 mm、间隔为50 mm。

（4）在工件下方，安装气托并连接气托保护气，气托安装质量优劣，直接影响背面焊缝的保护。

（5）选择直流正极性接法（工件接电源正极，焊炬电极接电源负极）。

（6）安装并清洁焊丝盘，焊丝为直径1 mm的不锈钢焊丝。

3.气体选择与设定（表1）

高纯氩气除具备惰性气体特性外，还具有所需电弧电压低、容易引弧且稳定的优点，适合作为离子气和背面焊缝保护气；氩氢气是还原性焊接混合气，含有少量氢气的氩氢混合气具有一定化学还原性，可获得光亮的焊缝外观成形，而且其具有热输入高的优点，在相同焊接电流条件下可获得较快的焊接速度，因此氩氢混合气适合作为小孔熔池和正面焊缝保护气。

表1 气体选择与设定

4.起弧与收弧

对于纵缝焊接的起弧和收弧，应分别在预先安装的起弧板、收弧板上进行；对于环缝焊接的起弧和收弧，则只能在焊接参数上分别采用缓升焊接电流与离子气流量、衰减焊接电流与离子气流量的方法进行。

表2 304不锈钢主要焊接参数

5.焊接参数

小孔熔池的直径由焊接电流、离子气流量、焊接速度、工件材料和板厚共同决定。对于一定材料和板厚的工件，焊接电流或离子气流量过大或焊接速度过小，会导致小孔熔池直径过大、液体金属容易滴落；焊接电流或离子气流量过小，或焊接速度过大，则小孔熔池无法形成。在这两种情况下，都无法得到预期焊缝。因此，焊接电流、离子气流量和焊接速度等3个参数应相互匹配。此外，电弧电压和送丝速度，对于预期焊缝的获得也很重要。

小孔型等离子弧焊工艺的缺点是可变焊接参数多、焊接参数匹配区间狭窄和焊接参数调整复杂。为此，针对板厚为5 mm、6 mm、8 mm的304不锈钢容器纵缝和环缝焊接，经过多次反复实践，总结、归纳并优化了该工艺的焊接参数（表2）。这些焊接参数的获得，对于奥氏体不锈钢容器焊接至关重要。

二、焊接效果

（1）焊缝外观检验结果。焊缝成形良好（焊缝与母材圆滑过渡，焊波均匀、致密，焊接接头匀直），且不存在任何咬边、焊瘤、凹陷、焊接变形、表面气孔、表面裂纹和表面夹渣等缺陷。

（2）射线探伤检验结果。焊缝为I级焊缝，且不存在任何未焊透、未熔合和裂纹等缺陷。

综上，选用的焊接工艺、焊接参数和焊接设备，已达到预期理想的焊接效果。

液化空气（杭州）有限公司使用自动等离子弧焊机，已完成大量奥氏体不锈钢容器的焊接工作，取得了良好经济效益和社会效益，以高品质的焊接质量，赢得国内外客户和第三方检验机构的好评。