薄壁不鏽鋼板的TIG自動焊接

不鏽鋼在我國的使用量正逐年增加，不鏽鋼的使用量由1988年的30萬噸增加到2000年的165萬噸，年增長率為15.26%。而在不鏽鋼的使用中以薄板為主，2000年薄板的消費量為91萬噸，占到使用總量的一半。而且薄壁不鏽鋼板也已經應用到國民生產和生活的各個領域，如：食品加工行業，主要製造食品加工機械；壓力容器行業，主要是機電和化工部門；電力工業。另外還有一些其它行業：廚房設備、建築裝潢、家用電器和汽車行業等。在這些行業中，不鏽鋼的焊接是產品生產的一個重要工序，焊接質量的好壞直接決定產品的質量。在不鏽鋼的TIG焊接過程中主要存在板材變形、焊縫表麵氧化、焊接速度慢的缺陷，本文主要在焊接工藝和焊接工裝兩個方麵來闡明薄壁不鏽鋼板TIG焊接方法。

1.     TIG焊接工藝

TIG焊又稱鎢極氬弧焊，是一種非熔化極惰性氣體保護焊，其工藝過程：在惰性氣體保護下，通過鎢極與薄壁不鏽鋼板之間產生電弧產生的熱熔化鋼板的對接而形成熔池來產生焊縫，屬於自熔化焊接。不鏽鋼薄板采用鎢極氬弧焊比其它焊接方法有非常好的優越性能：焊縫質量高；電弧熱量集中，功率密度大，熱影響區小；單麵焊雙麵成型，明弧操作，便於對電弧熔池的觀察；板材表麵及焊縫質量好。

因此，采用TIG焊接方法對薄壁不鏽鋼板進行焊接適應了現代產品高質量的要求，是焊接生產由手工向自動化發展的標誌。

a)       焊接電流

焊接電流是鎢極氬弧焊最主要的工藝參數，電弧熱量正比於焊接電流，要改變電弧功率主要通過改變焊接電流的大小來實現。焊接時，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不變的情況下，一定厚度的薄壁不鏽鋼板的焊接電流隻能在一定範圍內調節，超出此範圍，就會產生焊接缺陷。

b)       焊接速度

焊接速度與線能量有關，線能量反比於焊接速度，焊接速度決定著對每單位長度焊縫所提供的能量，同時影響熔深和熔寬，焊接速度的快慢直接影響焊縫的質量。如果提高焊接速度，線能量將會降低，可避免金屬過熱，減少熱影響區，熔深和熔寬也減小。因此在保證焊接質量的前提下，盡量提高焊接速度。但焊接速度過快會產生保護效果差，焊縫正反麵不均勻和未焊透等缺陷。所以在鎢極氬弧焊的時候，焊接速度比較才能保證焊接質量。

c)       電弧電壓和電弧長度

電弧的熱量也正比與電弧電壓，根據鎢極氬弧焊的電弧靜特性，焊接過程中電弧電壓隻與電弧的高度有關，而對焊接電流影響很小。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。電弧電壓和弧長存在一個簡單的線性函數關係，當弧長增加時，電弧電壓成正比增加，電弧功率增加。但電弧長度超出一定的範圍後，在弧長增加的同時，弧柱的截麵積也增加，熱效率降低，保護效果變差。焊接時電弧長度對熱影響區有直接的影響。薄壁不鏽鋼板焊接時，鎢極伸出噴嘴的長度一般在8-10mm左右，電弧的長度控製在2mm左右為不錯。

d)       焊接電極

鎢極氬弧時采用的電極材料一般為鈰鎢和釷鎢，焊接時要求電極有發射電子能力強、容易引弧、電弧的穩定性好，尤其在高溫的時候不易熔化，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%；弧束細長，熱量集中，可提高電流密度5-8%；使用壽命長，是釷鎢的一倍；引弧容易、方便、穩定優點。所以，鈰鎢的使用率更高。在選定電極材料後，要根據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範圍見表1。另外鎢極的形狀對焊接有一定的影響。電極端部的錐角α和端部平台直徑對電弧的穩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，焊縫容易產生弧坑，所以不同直徑的鎢極α角和平台要求是不一樣的，具體見表2。

表1

表2

e)       保護氣體

TIG焊所采用的保護氣體一般為氬氣。氬氣是一種單原子惰性氣體，它即不與金屬反應，也不熔於金屬中，本身的導熱係數小，高溫時不分解。但用氬氣作為保護氣時焊接速度慢，生產效率低。

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是在其它工藝參數一定的情況下，分別用Ar和Ar+H₂作為保護氣時的焊接速度比較。

表3

可見，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以下的不鏽鋼板對接接頭，焊接速度比純氬快50%，此外還有防止咬邊和抑製CO氣孔產生作用。因此，采用Ar+H2混合氣體不僅可以獲得優質焊縫而且還可以保證焊接生產效率，克服了氬弧焊速度慢的缺點，是逐漸被接受的保護氣體。

2.     焊接設備

薄壁不鏽鋼板的TIG焊接設備主要有焊接電源和焊接專機兩部分。