TIG 焊接不锈钢管工艺对焊缝质量的影响

陈茂军，靳全胜

（西安航空职业技术学院，西安 710089）

不锈钢钢管是一种经济型端面钢材，具有较高的抗弯强度和抗拉强度，质量轻、耐腐蚀性好，广泛用于石油、化工、医疗、机械仪表等工业输送管道以及机械结构部件之中；在折弯、抗扭强度相同时，因其质量较轻，也广泛应用于制造机械零件和工程结构[1－7]。以H03Cr22Ni8Mo3N不锈钢管为原料，分别用两组不同的工艺参数进行TIG焊接，焊后对不同工艺参数的焊缝进行质量分析对比，得出合理的焊接工艺参数。

1 试验方法

1.1 试验材料

焊接用H03Cr22Ni8Mo3N化学成分见表1，钢管的规格φ114mm×5mm。

表1 H03Cr22Ni8Mo3N焊管母材的化学成分 %

1.2 焊接前的准备

焊前应将焊丝放于木板上或木箱内，置于干燥处，焊前须用丙酮擦拭干净；不锈钢管开V形坡口，坡口内外两侧各20 mm范围表面的油污、氧化皮应清除干净，保持洁净[8]。再用硬度纸板分别堵住待焊管件两端，用细软管通入氩气对管件内壁进行保护，焊接试件的结构如图1所示。

共制备4个试件，分A组和B组（每组两个试件）。焊接前对每组试件点焊2～3个点，并固定工件。提前2～5 min给管件内部通入氩气[9]，使管件内部的空气基本排出。

图1 不锈钢管的焊接结构图

1.3 焊接设备及工艺参数

焊接设备采用山东奥太公司生产的ZX7－400STG逆变式手弧/氩弧多功能电焊机。试验分两组（A和B）进行，每组焊接时先打底焊，然后进行填充盖面焊接，焊接工艺参数见表2。

表2 焊接工艺参数

1.4 实施焊接

焊接时，固定工件，先焊管件上半部分。注意焊丝送进的基本方法，焊枪倾角及焊枪摆枪的基本要领。当接近点焊位置时，用角磨机打磨焊点周围，露出金属光泽，用丙酮和酒精彻底清洗干净，然后再继续焊接。打底焊时，要注意焊接速度的控制；填充盖面焊接时，要注意两边的熔合线，避免咬边等缺陷的产生。焊接之前要提前2～5 min通入氩气，焊接完成之后要滞后停气，并清理焊缝表面。焊件的固定及焊接如图2所示。

图2 不锈钢管的固定及焊接

2 试验结果及分析

2.1 焊缝外观成形

图3 焊后试件的照片

如图3所示，按照相应的焊接工艺完成试件的焊接。氩气的保护效果可以根据颜色来判断，银白、金黄为最好；蓝色为较好；红灰色为良好[5]。

2.2 焊后检验

首先进行外观检验[10]，从图3可以看出，焊件背面成形良好，没有焊接缺陷；焊件B的正面焊缝要比焊件A的成形更好，焊件A的焊缝表面宽窄不均；焊件A焊缝的正反面有红色氧化物。可见，焊件B的正反面成形良好。

另外，对焊件进行了X射线无损检测，没有发现气孔、未焊透、未熔合、夹渣和夹钨等缺陷。

2.3 结果分析

从图3得知，焊件B焊缝的正反面质量均要好于焊件A，这主要是焊接工艺参数的影响。焊件A的打底焊电流和焊件B的基本相当；但焊件B的填充盖面电流为105 A，比焊件A的填充盖面电流（90 A）大；焊件A和B的打底焊速度分别为36.4 mm/min和63.2 mm/min，填充盖面焊接速度分别为59.9 mm/min和104 mm/min，焊件B在打底、填充盖面时的焊接速度约为焊件A的2倍。由于不锈钢焊接时的导热性较差，电流相当的情况下，增大焊接速度，可以使焊缝成形更好，且氩气对焊缝的保护效果也会有所提高。焊件A打底和填充盖面焊时，焊接速度较小，焊接热输入增加，焊缝受热区域增加，所以焊件A的内外表面出现了暗红色的氧化物，原因可能是焊接过程中，焊接工艺参数不合理或者操作不当扰乱了氩气流，空气进入到焊缝中引起焊缝的氧化[10]。

3 结 论

采用不同的工艺参数对厚5 mm，材质为HO3Cr22Ni8Mo3N的不锈钢管进行V形坡口平对接焊时，焊件B的焊缝表面成形要比焊件A的好，焊件A和B的焊缝背面成形良好，但焊件A的背面出现了暗红色的物质，焊件B焊缝的背面颜色正常。这说明焊接工艺参数对焊缝成形有重要影响，焊件B所用的焊接工艺参数要比焊件A的更为合理；焊件B的背面比焊件A的背面气体保护的更好。

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