TIG焊接不锈钢薄板.doc

   钨极氩弧焊在不锈焊钢薄板接中的应用
        一、不锈钢薄板的焊接工艺性分析
      焊接1mm以下不锈钢薄板，由于其自身拘束度小，导热系数小（约为普低钢的1/3），但线膨胀系数较大，当焊接时温度变化较快，则产生的热应力比正常温度下时存在的应力大得多，很容易出现常见的焊接烧穿和焊接变形（大多为波浪变形）等缺陷。
       如何防止出现上述缺陷，并获得外形美观的焊缝，是以下重点要讨论的问题。
       1、焊接熔池受力状况
       以平对接焊为例，熔池金属的受力情况如下图示。

        熔池主要受到的作用力有：电弧的总作用力P；熔池金属的重力Q；熔池金属表面张力F。当熔池金属体积质量和熔宽一定时，熔池深度取决于电弧力P 的大小，而熔深和电弧力又与焊接电流密切相关，熔宽则由电弧电压决定。随着熔池金属的体积增大，表面张力F也随着增大，造成表面张力不能平衡电弧作用力P和熔池金属的重力Q，此时熔池金属会下淌，造成熔池烧穿。由此可见，电弧总作用力P和熔池金属的重力Q是使熔池烧穿的力，而表面张力F是阻止熔池下塌或烧穿的力。为使薄板焊接不致于烧穿，则必须想办法提高金属熔池的表面张力F，而要提高表面张力F，就必须控制熔池的热输入，即热输入量。
       2、工件的焊接变形
       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。
       3、解决不锈钢薄板在焊接时产生的过烧（烧穿）、变形的主要措施
      （1）严格控制焊接接头上的热输入量，选择合适的焊接方法和工艺参数（主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度）。
      （2）装配尺寸力求精确，接口间隙尽量小。间隙稍大容易烧穿，或形成较大的焊瘤。
      （3）必须采用精装夹具，要求夹紧力平衡均匀。
        综上所述，焊接不锈钢薄板时关键要注意的问题是：严格控制焊接接头上的热输入量，力求在能完成焊接的前提下尽量减小热量输入，从而减小热影响区，避免上述缺陷的出现。
       二、钨极氩弧焊在不锈钢薄板焊接中的应用技术要领
       1、TIG焊接的工艺技术要领
     （1）焊机及电源极性的选用。焊接1mm以下的不锈钢薄板可作如下选用：厚度>0.5mm时，选用NSA4—300型焊机；厚度<0.5mm时可在焊接回路中接入脉冲焊断续器（也可以用直流弧焊电源改装）。
       TIG焊可分直流和交流脉冲两种。直流脉冲TIG焊主要用于焊接钢、软钢、耐热钢等；交流脉冲TIG焊主要用于焊接铝、镁、铜及其合金等轻金属。交、直流两种脉冲都采用陡降特性电源。TIG焊焊接不锈钢薄板通常采用直流正接法。
（2） 主要技术参数。

   用TIG焊焊接不锈钢薄板时的工艺参数见下表1：

 表1   TIG焊接不锈钢薄板工艺参数
板厚(mm)
钨极直径(mm)
电流(A)
电压(mm)
焊丝(mm)
钨极伸长(mm)
氩气流量(L/min)
喷嘴φ(mm)
0.3
1
10-15
10-15
1.2
3-4
6-8
12
0.6
1
20-25
15-20
1.2
3-4
6-8
12
0.8
1.6
40-50
20-25
1.6
3-4
6-8
12
1.0
2.0
50-60
25-30
1.6
3-4
6-8
12

        (3） 引弧、定位焊。引弧形式有非接触式和接触式的短路引弧两种：前者电极不与工件接触，既适于直流也适于交流；后者仅适于直流焊接。采用短路方法引弧时，不应在焊件上直接起弧，因易产生夹钨或和工件粘接，电弧也不可能立即稳定，电弧容易击穿母材，所以应采用引弧板装置，在引弧点旁放一块紫铜板，先在其上引弧，待钨极头加热至一定温度后再移至待焊部位。
在实际生产中，TIG 焊常用引弧器引弧，在高频电流或高压脉冲电流的作用下，使氩气电离而引然电弧。定位焊时，焊丝应比正常焊时采用的焊丝细，因点焊时温度低、冷却快，电弧停留时间较长，故容易烧穿。进行点固定位焊时，应把焊丝放在点焊部位，电弧产生稳定后再移到焊丝处，待焊丝熔化并与两侧母材熔合后再迅速停弧。
       2、正常焊接
       在一般情况下，用普通TIG焊进行薄板焊接时，通常电流均取小值，当电流<20A时，易产生电弧漂移，阴极斑点温度很高，会使焊接区域产生发热烧损和发射电子条件变差，致使阴极斑点不断跳动，很难维持正常焊接。而采用脉冲TIG焊后，峰值电流可使电弧稳定，指向性好，易使母材熔化成形，并循环交替，确保焊接过程的顺利进行；同时能得到性能良好、外形美观、熔池互相搭接良好的焊缝。
      （1）正常焊接时可采用φ16焊丝，先在定位点起弧，待焊点熔化并与工件两侧熔合后再送入焊丝，焊丝始终跟随熔池，焊枪的喷嘴与焊件表面构成80o角左右，焊丝与焊件表面夹角为10o左右为宜，在不妨碍视线下，尽量采用短弧焊接以增强氩气保护效果，同时应注意观察熔池的大小，焊速应先稍慢后快，焊枪通常不摆动；焊速和焊丝应根据具体情况密切配合，尽量减少接头；焊缝长度一次性不宜焊接过长，否则会因过热而形成塌陷甚至烧穿，此时就算补焊完整，Cr、Ni等元素大量烧损，对材料耐蚀性非常不利。
       若中途停顿后再继续施焊时，要用电弧把原熔池的焊道重新熔化，形成新的熔池后再加焊丝并与前焊道重叠3-5mm。在重叠处要少加焊丝，使接头处圆滑过渡，氩气纯度应在99.6%以上、流量应保持在6-8L／min，流量过大时，保护层会产生不规则流动，易使空气卷入，反而降低保护效果，所以气体流量也要选择合适。不锈钢的焊缝颜色与保护效果见表2。   
表2不锈钢的焊缝颜色与保护效果
焊缝颜色
银白、金黄色
蓝色
红灰色
灰色
黑色
保护效果
最好
良好
尚可
不良
最坏
      （2）焊接过程中,在焊接电流一定条件下,焊接速度与焊接热输入成反比.当焊接速度过大时,焊接热输入小,易产生未焊透.咬边等缺陷,达不到单面焊双面的效果;当焊接速度过小时,焊接热输入大,会造成焊接熔池过烧.甚至烧穿.因此,焊接速度必须有.一个合适的范围,试验得知,当焊接电流为50-60A,焊接速度0.60-0.65m/min较为理想。
（3） 压板的选择，压板间距与不锈钢厚度有关,钢板越薄压板间距要求越小,如压板间距过大,焊接过程中会使钢板产生变形,易产生烧穿缺陷,但压板间距也不能太小,否则喷嘴无法靠近熔池,会使氩气保护效果变差,经过多次试验证明,当气压琴键式夹具压板间距调为11-12mm时,焊接效果较好.
（4） 对接打底时，为防止底层焊道的背面被氧化，背面也需要实施气体保护。为使氩气很好地保护焊接熔池，和便于施焊操作，钨极中心线与焊接处工件一般应保持80~85°角,填充焊丝与工件表面夹角应尽可能地小，一般为10°左右。
（5）焊接结束时，如果收弧方法不正确，在收弧时易产生弧坑、裂纹、气孔以及烧穿等缺陷，因此，最好采用引出板，焊后将引出板切除掉。如没有引出板或没有电流自动衰减装置的焊机时，收弧时要多向熔池送丝，填满弧坑，然后缓慢收弧。
      （6）焊后变形是精密焊件的一个重要指标，其变形程度与所选的工艺参数、夹具、散热装置有很大关系。因此，条件许可必须采用精确的工装夹具，保证焊缝两侧受力均匀，避免焊缝形成开裂、变形；同时尽量减小热量输入，减少焊接热影响区，必要时可采取跳跃式焊接和远距离降温法等方式。
对接打底时，为防止底层焊道的背面被氧化，背面也需要实施气体保护。为使氩气很好地保护焊接熔池，和便于施焊操作，钨极中心线与焊接处工件一般应保持80~85°角,填充焊丝与工件表面夹角应尽可能地小，一般为10°左右。

        焊后可用耐高温塑料锤（或木锤）进行现场适当的敲击，以达到变形最小，焊缝外形更美观的目的.
      综上所述，TIG焊热量集中、热影响区小、变形小，最适宜焊接不锈钢薄板材料，焊接时如能选用合适的工艺、设备，便可得到外形美观、高质量的焊缝。