不锈钢手工钨极氩弧焊和电弧焊工艺对比分析

马继斌 张磊 赵占胜

摘要：不锈钢是一种抵抗腐蚀能力很强的特殊类型的钢，在各种领域都有着广泛的应用。本文从不锈钢的焊接工艺着手研究了含铬的马氏体不锈钢、主要结构是铁素体的铁素体不锈钢以及奥氏体不锈钢的焊接工艺。详细研究了手工钨极氩弧焊接不锈钢的工艺特点，从焊接位置和焊接电流、焊道选择和焊接电流匹配、焊接速度和焊接层厚度的选择等方面全面讨论了不锈钢电弧焊工艺。分别阐述了不锈钢手工钨极氩弧焊和电弧焊工艺的异同点。

关键词：不锈钢；手工钨极氩弧焊；电弧焊

0引言

不锈钢是一种抵抗腐蚀能力很强的特殊类型的钢，对不锈钢最基本的要求是具有较强的抗腐蚀能力，应具有优良的力学性能以实现多种应用环境中的力学性能需求，易于进行冷加工和热加工以制造不同形状的不锈钢材料以满足应用需求，不锈钢还应具有优异的焊接性能来完成不锈钢结构件的焊接成形工序。不锈钢的组成成分和组成结构有很大的差别，这种结构和成分的差别给焊接过程增加了不少难度。例如在对尺寸比较薄的结构件焊接时容易出现薄件焊接变形的情况，奥氏体不锈钢在进行热加工时容易出现裂纹的现象，在对奥氏体不锈钢进行焊接时常常也会遇到腐蚀的情况，腐蚀的方式常常以晶间腐蚀方式进行。同种钢之间相互焊接结和以后结合强度较高，但异种不锈钢之间相互焊接结合之后，经常会出现结合强度低的问题。

1不锈钢的焊接工艺

马氏体不锈钢主要是含铬的不锈钢，含铬的不锈钢会在一定程度的热处理后发生结构转变，淬火后马氏体不锈钢的硬度提高程度大，强度和硬度显著提高但焊接性能下降，马氏体不锈钢常常在焊接之后出现冷裂纹的现象，有时还会出现马氏体不锈钢变脆的情况。很多种焊接方法都能实现马氏体不锈钢的焊接工作，但焊条电弧焊和熔化极气体保护焊仍然是两种行之有效的焊接方法。

铁素体不锈钢的主要结构是铁素体，由于铁素体不锈钢没有马氏体不锈钢的脆硬性强，因此铁素体不锈钢焊接之后性能较好。另一个原因是由于其线膨胀系数不大，冷热裂纹在铁素体不锈钢的焊接过程中出现较少。氩弧焊和等离子弧焊以及真空电子束焊方法可以使熔池表面保持清洁，可以在焊接过程中防止熔池的污染。焊接材料的选取上常采用铁素体合金、和奥氏体合金为主，可以增加焊接后材料的结合强度。

奥氏体不锈钢相比于铁素体不锈钢和马氏体不锈钢来说具有更加优良的焊接特性，还对多种焊接方法适用，在工业生产中应考虑的问题是在保证焊接质量的同时，应选择合适的焊接工艺尽量降低焊接成本，在考虑技术性的前提下还要考虑经济性原则。药芯焊丝电弧焊对奥氏体不锈钢的焊接效果最好，在工业中对奥氏体不锈钢进行药芯焊丝电弧焊的工艺最为广泛。采用药芯焊丝电弧焊的方法对奥氏体不锈钢进行焊接可以实现工业上的连续生产，焊接需要的接头数量较少，焊接过程中温度升温导致的发红发热现象不明显，整个焊接过程所需要的时间短，焊接后还不需要对焊缝进行处理。

2不锈钢手工钨极氩弧焊工艺特点

（1）电弧热量集中

不锈钢手工钨极氩弧焊工艺是一种电弧热量集中的不锈钢焊接工艺，以奥氏体不锈钢为例来研究手工钨极氩弧焊工艺，奥氏体不锈钢因导热特性不好而具有较高的线膨胀系数，因此在对奥氏体不锈钢进行焊接工艺时可能会出现奥氏体不锈钢形状改变，焊接过程中温度较难控制，焊接过热现象时有发生。因此对奥氏体不锈钢进行手工钨极氩弧焊工艺控制应该以把握焊接速度为核心，快速焊接是比较合适的。手工钨极氩弧焊具有热量集中的特点，还具有操作简单、携带便捷的突出优势，在石油生产环境、化工生产厂家等地点应用广泛，还适用于其他复杂的焊接环境。焊接工艺控制方面，对奥氏体不锈钢的焊接应采用短弧焊接，并尽量减少单次焊接的时间，这样可以最大程度的降低焊缝过热的情况出现概率。易于减少应力集中和应力腐蚀，提高焊缝质量，降低焊缝开裂的可能性。

（2）小电流焊接

不锈钢手工钨极氩弧焊用于奥氏体不锈钢的焊接还有一个优势是小电流焊接的实现，奥氏体不锈钢具有较低的电导率，这就为不锈钢熔深一定的情况下需要的电流变小，对焊接质量、焊接尺寸和焊接过热进行综合研究和试验表明，采用不锈钢手工钨极氩弧焊对奥氏体不锈钢进行焊接所需要的电流强度相比于该方法用在普通结构钢低百分之二十左右。与此同时，采用手工钨极氩弧焊对奥氏体不锈钢进行焊接时应选用小直径的焊丝，小直径的焊丝进行焊接后焊缝尺寸小，工艺性能优良，有助于提高焊接件的完整性。

3 不锈钢电弧焊工艺分析

手工电弧焊是一种非常简单的焊接工艺，加热源是电弧，采用电弧产生的高温使焊条熔化而使焊条金属与母材不锈钢结合在一起而产生焊缝。手工电弧焊具有操作简便的特点，而且对于场地没有过多的限制，灵活性比较强，适用于简单的灵活焊接维修场景，对于不同的焊接环境有着较强的适应能力。电弧焊的加热源电弧可以采用两种供电方式，分别是交流电源和直流电源。无论选择哪种供电方式，设备的结构都不复杂，且设备体积较小，方便攜带，在施工现场或者加工现场出现不锈钢断裂时可以简便的进行焊接。手工电弧焊的应力和变形方面控制较为简便，由于工艺简单，因此可以通过调整电流强度来调整电弧发热源产生的温度，通过调整焊点和电弧的距离也可以调整电弧焊的工艺参数，以得到不同应力状态和不同的不锈钢变形量的焊缝。但电弧焊因技术简单且较为初级，存在生产效率比较低的问题，并且生产环境的条件很差，对焊接工人的身体健康有较大的影响。

手工电弧焊采用接触短路引弧法进行电弧焊，弧焊设备中主要包含弧焊变压器和弧焊整流器，手工电弧焊对不锈钢的焊接时其弧焊电源应该防止受潮并且接地。

还以奥氏体不锈钢为研究对象，特点如下：

（1）焊接位置和焊接电流

电弧焊分为平焊、立焊、横焊和仰焊等焊接位置区分，在采用平焊时焊接电流应比其他焊接位置采用更大的焊接电流，其余焊接位置所需要的焊接电流较小，只需要平焊的百分之八十左右。

（2）焊道选择和焊接电流匹配

在采用电弧焊对奥氏体不锈钢进行焊接时尝尝要进行一层焊接打底，打底的目的是制备过渡焊层以增加焊缝和金属之间的结合强度。在这一层打底焊道的制备过程中应该采用较小的电流，这是为了方便操作，也方便控制焊接打底层的质量。用电弧焊对焊道进行填充时，应采用较大电流，较大电流可以使焊缝质量提高，获得良好的焊缝力学性能。在对盖面焊道进行焊接时最应该注意采用小电流，这样的焊接工艺可以避免咬边问题的发生，保证焊接工艺的美观性。

（3）焊接速度和焊接层厚度的选择

采用电弧焊对奥氏体不锈钢进行焊接需要考虑的一项重要工艺参数是焊接速度，是否匀速焊接对奥氏体不锈钢焊缝的力学性能有较大的影响。根据实验结果和实际生产经验可知，当焊接层厚度与焊条直径相差不多时，生产效率较高，焊接层厚度过大时其塑性显著降低。

参考文献：

[1]郭凯红.OCr18Ni9手工钨极氩弧焊和电弧焊工艺对比[J].机械管理开发，2011（01）：104-105.

[2]闻瑞利.Q345R手工电弧焊及钨极氩弧焊工艺的研究[J].职业，2010（33）：172-174.

[3]严连菊，傅存海.全自动窄间隙钨极氩弧焊和传统手工焊焊接接头性能比较[J].科技视界，2012（26）：78-79+502.

作者简介：马继斌，性别：男，籍贯：陕西省汉中市，民族：汉，学历：中技，现有职称：高级工，研究方向：金属焊接（手工焊，钨极氩弧焊）。