不锈钢热丝TIG堆焊缓冷工艺研究

2018-05-14赵斌张亮姜子龙

科技风 2018年11期

赵斌　张亮　姜子龙

摘要：由于堆焊缓冷工艺对于焊接件的使用性能具有重要的影响，所以对焊接件缓冷工艺进行研究对于堆焊工艺的改进和提升具有重要的意义。本文主要对不锈钢热丝TIG堆焊缓冷工艺进行研究，然后利用无损检测和力学性能检测来对堆焊层缓冷后的部分进行研究，以期为不锈钢丝TIG堆焊缓冷工艺的改进提供理论支持和参考。

关键词：不锈钢；TIG堆焊；缓冷；检测

TIG堆焊就是指在惰性保护气体氩气的保护下利用钨极与焊接件之间所产生的电弧热融化母材以及焊丝形成堆焊层以达到快速尺寸修补或者再制造的目的。在焊接开始时，设备的钨极处产生高电压以击穿处于钨极和基体之间的气体，进而形成稳定的电弧，在这个过程中基体和焊丝都被部分融化而形成熔池，然后经过缓冷处理后，熔化后的焊丝逐渐冷却凝结成熔覆层。氩气的作用是隔绝空气保护电极和焊接熔池以及基体，进而形成质量良好的保护层，由于钨极在高温下不易融化，所以电弧的稳定性一般较好，且随着焊丝的连续添加，进而形成质量稳定的堆焊层，而在对薄板进行堆焊时，还需要采用脉冲电流的方式以防止焊接电流击穿薄板基体，其TIG堆焊示意图如下图所示。

1 试验

取SA5083试板一块儿，不锈钢热丝TIG堆焊试验在该板上进行，堆焊后对于堆焊层不进行任何热处理工作，自然冷却至室温。

2 试验参数

本试验采用SA50803板块，焊接设备采用Polysoude PC 600，焊接方法采用热丝TIG焊，过渡层的焊材牌号为24.13LHF，直径1.2mm的焊丝，耐腐蚀层的焊材牌号为19.9LQ，直径1.2mm焊丝。该堆焊层由一层过渡层和三层耐腐蚀层构成，其堆焊层的厚度为8mm，预热温度≧140℃，焊接后其焊接层不进行后处理，直接缓冷至室温。后期利用机械加工方法对堆焊层进行剔除操作，以检测其内部是否有裂纹或者缺陷存在，并对其堆焊层进行力学性能测试，测试内容包涵耐弯测试和金相检验，堆焊参数如下表所示。

3 对堆焊层中氢含量的影响

对堆焊后的基体和堆焊层进行消氢处理，其目的在于促使焊缝中的扩散氢得以排除，进而降低堆焊层内部及焊接热影响区域内部氢含量，以避免焊接冷缝的产生，本节将主要从氢气的来源、焊接方法和焊接类型这几个方面来对焊接后消氢工艺对焊层质量所产生的影响进行分析和研究。

（1）焊縫中氢的来源。

研究发现，焊缝中以及焊接热影响区域内的氢主要来自于焊材，即焊丝中所包涵的氢气、空气中的水蒸气、基体表面的油污以及锈迹等。基于这种情况，在进行堆焊时，一般对焊丝采取真空密封处理，以减少焊丝自身由于空气潮湿等原因而携带的氢气；同时，在堆焊前期，需要对焊接基体表面进行焊接打磨，并使用干净的脱脂棉蘸取丙酮后对基体进行清洗，这样可以有效的祛除焊接件表面的油污和锈迹等杂质；在对基体进行堆焊时，还需要提前对焊接部位进行预热，预热温度≧140℃，其目的在于消除工件表面的水蒸气等，通过这些针对焊丝和基体的前处理操作，由基体和焊材所导致的焊缝氢能够很好的避免，进而提高焊层的质量。

（2）焊接方法对焊缝中氢的影响。

堆焊是指在氩气的保护下，通过钨极放电对焊丝熔化加热进而达到焊接的目的，该方法是一种低氢的焊接方法。一般在进行工件焊接时，焊接区域还需要通以充足的氩气（纯度≧99.999%）对焊缝和焊接热影响区域进行保护，以防止空气中的水蒸气等进入焊接熔池内，进而造成焊缝含氢量增大等现象发生。

（3）焊接方式对焊缝含氢量的影响。

不锈钢热丝TIG堆焊工艺中，堆焊层的厚度可以达到8mm，堆焊层数达3—4层，这种堆焊的方式属于多层堆焊，由多层堆焊的特点可知，后序堆焊层会对前期堆焊层起堆焊消氢的作用，而对于整个TIG堆焊而言，整个堆焊层除表面堆焊层外，其它堆焊工序都经历了消氢处理，这有利于减少堆焊层内的氢气含量。

4 消氢温度的理论分析

由堆焊经验公式以及基体SA5083试板的化学成分可以计算出堆焊试样的碳当量为P=0.57，那么根据公式可得焊接后的温度为：Tp=455.5×0.57-111.4=148℃。

计算后发现焊接后温度148℃与实际实验过程中的试样板预热温度140℃十分接近，而焊接过程中层间温度大都集中在200℃，该温度已经超出了由经验公式所计算出来的焊接后温度，这表明在焊接过程中，后续堆焊工艺对前道工序具有消氢的效果，而在焊接后冷却过程中，堆焊层在一定的时间范围内处于消氢状态。

5 结论

本文通过对不锈钢热丝TIG堆焊缓冷工艺进行研究后发现，其结论主要体现在以下两个方面：

（1）试验结果表明，采用不锈钢热丝TIG堆焊缓冷工艺提高了堆焊层的焊接质量；

（2）通过对不锈钢热丝TIG堆焊工艺过程进行分析后发现，热丝TIG堆焊所得的不锈钢堆焊层焊缝和热影响区域内的氢含量较少。

参考文献：