不銹鋼在我國(guó)的使用量正逐年增加，不銹鋼的使用量由1988年的30萬(wàn)噸增加到2000年的165萬(wàn)噸，年增長(zhǎng)率為15.26%。而在不銹鋼的使用中以薄板為主，2000年薄板的消費(fèi)量為91萬(wàn)噸，占到使用總量的一半。而且薄壁不銹鋼板也已經(jīng)應(yīng)用到國(guó)民生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，如：食品加工行業(yè)，主要制造食品加工機(jī)械；壓力容器行業(yè)，主要是機(jī)電和化工部門(mén)；電力工業(yè)。另外還有一些其它行業(yè)：廚房設(shè)備、建筑裝潢、家用電器和汽車(chē)行業(yè)等。在這些行業(yè)中，不銹鋼的焊接是產(chǎn)品生產(chǎn)的一個(gè)重要工序，焊接質(zhì)量的好壞直接決定產(chǎn)品的質(zhì)量。在不銹鋼的TIG焊接過(guò)程中主要存在板材變形、焊縫表面氧化、焊接速度慢的缺陷，本文主要在焊接工藝和焊接工裝兩個(gè)方面來(lái)闡明薄壁不銹鋼板TIG焊接方法。
1. TIG焊接工藝
TIG焊又稱(chēng)鎢極氬弧焊，是一種非熔化極惰性氣體保護(hù)焊，其工藝過(guò)程：在惰性氣體保護(hù)下，通過(guò)鎢極與薄壁不銹鋼板之間產(chǎn)生電弧產(chǎn)生的熱熔化鋼板的對(duì)接而形成熔池來(lái)產(chǎn)生焊縫，屬于自熔化焊接。不銹鋼薄板采用鎢極氬弧焊比其它焊接方法有非常好的優(yōu)越性能：焊縫質(zhì)量高；電弧熱量集中，功率密度大，熱影響區(qū)��；單面焊雙面成型，明弧操作，便于對(duì)電弧熔池的觀察；板材表面及焊縫質(zhì)量好。
因此，采用TIG焊接方法對(duì)薄壁不銹鋼板進(jìn)行焊接適應(yīng)了現(xiàn)代產(chǎn)品高質(zhì)量的要求，是焊接生產(chǎn)由手工向自動(dòng)化發(fā)展的標(biāo)志。
a) 焊接電流
焊接電流是鎢極氬弧焊最主要的工藝參數(shù)，電弧熱量正比于焊接電流，要改變電弧功率主要通過(guò)改變焊接電流的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。焊接時(shí)，增加焊接電流可以增加熔深和熔寬，即可焊的板厚增加。在焊接條件和其它工藝參數(shù)不變的情況下，一定厚度的薄壁不銹鋼板的焊接電流只能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，超出此范圍，就會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷。
b) 焊接速度
焊接速度與線(xiàn)能量有關(guān)，線(xiàn)能量反比于焊接速度，焊接速度決定著對(duì)每單位長(zhǎng)度焊縫所提供的能量，同時(shí)影響熔深和熔寬，焊接速度的快慢直接影響焊縫的質(zhì)量。如果提高焊接速度，線(xiàn)能量將會(huì)降低，可避免金屬過(guò)熱，減少熱影響區(qū)，熔深和熔寬也減小。因此在保證焊接質(zhì)量的前提下，盡量提高焊接速度。但焊接速度過(guò)快會(huì)產(chǎn)生保護(hù)效果差，焊縫正反面不均勻和未焊透等缺陷。所以在鎢極氬弧焊的時(shí)候，焊接速度比較才能保證焊接質(zhì)量。
c) 電弧電壓和電弧長(zhǎng)度
電弧的熱量也正比與電弧電壓，根據(jù)鎢極氬弧焊的電弧靜特性，焊接過(guò)程中電弧電壓只與電弧的高度有關(guān)，而對(duì)焊接電流影響很小。因此，在焊接電流一定的情況下，改變電弧電壓可以電弧的功率。電弧電壓和弧長(zhǎng)存在一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性函數(shù)關(guān)系，當(dāng)弧長(zhǎng)增加時(shí)，電弧電壓成正比增加，電弧功率增加。但電弧長(zhǎng)度超出一定的范圍后，在弧長(zhǎng)增加的同時(shí)，弧柱的截面積也增加，熱效率降低，保護(hù)效果變差。焊接時(shí)電弧長(zhǎng)度對(duì)熱影響區(qū)有直接的影響。薄壁不銹鋼板焊接時(shí)，鎢極伸出噴嘴的長(zhǎng)度一般在8-10mm左右，電弧的長(zhǎng)度控制在2mm左右為不錯(cuò)。
d) 焊接電極
鎢極氬弧時(shí)采用的電極材料一般為鈰鎢和釷鎢，焊接時(shí)要求電極有發(fā)射電子能力強(qiáng)、容易引弧、電弧的穩(wěn)定性好，尤其在高溫的時(shí)候不易熔化，許用電流大等性能。目前被廣泛使用的鈰鎢具有電子逸出功比釷鎢電極低10%；弧束細(xì)長(zhǎng)，熱量集中，可提高電流密度5-8%；使用壽命長(zhǎng)，是釷鎢的一倍；引弧容易、方便、穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)。所以，鈰鎢的使用率更高。在選定電極材料后，要根據(jù)焊接電流的大小選擇合適直徑的電極，不同直徑的電極有不同電流使用范圍見(jiàn)表1。另外鎢極的形狀對(duì)焊接有一定的影響。電極端部的錐角α和端部平臺(tái)直徑對(duì)電弧的穩(wěn)定和焊縫成形有重要的影響。端部角度如果太小，電流密度將提高，焊縫容易產(chǎn)生弧坑，所以不同直徑的鎢極α角和平臺(tái)要求是不一樣的，具體見(jiàn)表2。
表1
|
直徑
電流 |
1 |
1.6 |
2.4 |
3.2 |
4.0 |
5.0 |
|
直流正接 |
15—80 |
70—150 |
150—250 |
250—400 |
400—500 |
500—750 |
|
直流反接 |
—— |
10—20 |
15—30 |
25—40 |
40—55 |
55—80 |
|
交 流 |
20—60 |
60—120 |
100—180 |
160—250 |
200—320 |
290—390 |
表2
|
鎢極直徑l mm |
1.0 |
1.0 |
1.6 |
1.6 |
2.4 |
2.4 |
3.2 |
3.2 |
|
端部直徑d mm |
0.125 |
1.25 |
0.5 |
0.8 |
0.8 |
1.1 |
1.1 |
1.5 |
|
端部角度 α° |
12° |
20° |
25° |
30° |
35° |
45° |
60° |
90° |
e) 保護(hù)氣體
TIG焊所采用的保護(hù)氣體一般為氬氣。氬氣是一種單原子惰性氣體，它即不與金屬反應(yīng)，也不熔于金屬中，本身的導(dǎo)熱系數(shù)小，高溫時(shí)不分解。但用氬氣作為保護(hù)氣時(shí)焊接速度慢，生產(chǎn)效率低。
用Ar+H2混合氣體可以提高電弧能量，增加焊接速度。在氬氣中加入氫氣，可以提高電弧電壓，從而提高電弧熱功率，增加熔深，提高焊接速度。表3是在其它工藝參數(shù)一定的情況下，分別用Ar和Ar+H2作為保護(hù)氣時(shí)的焊接速度比較。
表3
|
保護(hù)氣種類(lèi) |
板厚mm |
焊接電流A |
焊接速度mm/min |
|
Ar |
0.5 |
30 |
400 |
|
Ar |
1.0 |
60 |
300 |
|
Ar+ H2 |
0.5 |
30 |
800 |
|
Ar+ H2 |
1.0 |
60 |
800 |
可見(jiàn)，采用Ar+ H2混合氣體可明顯提高焊接速度。用Ar+ H2混合氣體焊接1.6mm以下的不銹鋼板對(duì)接接頭，焊接速度比純氬快50%，此外還有防止咬邊和抑制CO氣孔產(chǎn)生作用。因此，采用Ar+H2混合氣體不僅可以獲得優(yōu)質(zhì)焊縫而且還可以保證焊接生產(chǎn)效率，克服了氬弧焊速度慢的缺點(diǎn)，是逐漸被接受的保護(hù)氣體。
2. 焊接設(shè)備
薄壁不銹鋼板的TIG焊接設(shè)備主要有焊接電源和焊接專(zhuān)機(jī)兩部分。 |
