薄壁不锈钢板的TIG自动焊接

不锈钢在我国的使用量正逐年增加，不锈钢的使用量由1988年的30万吨增加到2000年的165万吨，年增长率为15.26%。而在不锈钢的使用中以薄板为主，2000年薄板的消费量为91万吨，占到使用总量的一半。而且薄壁不锈钢板也已经应用到国民生产和生活的各个领域，如：食品加工行业，主要制造食品加工机械；压力容器行业，主要是机电和化工部门；电力工业。另外还有一些其它行业：厨房设备、建筑装潢、家用电器和汽车行业等。在这些行业中，不锈钢的焊接是产品生产的一个重要工序，焊接质量的好坏直接决定产品的质量。在不锈钢的TIG焊接过程中主要存在板材变形、焊缝表面氧化、焊接速度慢的缺陷，本文主要在焊接工艺和焊接工装两个方面来阐明薄壁不锈钢板TIG焊接方法。

1.     TIG焊接工艺

TIG焊又称钨极氩弧焊，是一种非熔化极惰性气体保护焊，其工艺过程：在惰性气体保护下，通过钨极与薄壁不锈钢板之间产生电弧产生的热熔化钢板的对接而形成熔池来产生焊缝，属于自熔化焊接。不锈钢薄板采用钨极氩弧焊比其它焊接方法有非常好的优越性能：焊缝质量高；电弧热量集中，功率密度大，热影响区小；单面焊双面成型，明弧操作，便于对电弧熔池的观察；板材表面及焊缝质量好。

因此，采用TIG焊接方法对薄壁不锈钢板进行焊接适应了现代产品高质量的要求，是焊接生产由手工向自动化发展的标志。

a)       焊接电流

焊接电流是钨极氩弧焊最主要的工艺参数，电弧热量正比于焊接电流，要改变电弧功率主要通过改变焊接电流的大小来实现。焊接时，增加焊接电流可以增加熔深和熔宽，即可焊的板厚增加。在焊接条件和其它工艺参数不变的情况下，一定厚度的薄壁不锈钢板的焊接电流只能在一定范围内调节，超出此范围，就会产生焊接缺陷。

b)       焊接速度

焊接速度与线能量有关，线能量反比于焊接速度，焊接速度决定着对每单位长度焊缝所提供的能量，同时影响熔深和熔宽，焊接速度的快慢直接影响焊缝的质量。如果提高焊接速度，线能量将会降低，可避免金属过热，减少热影响区，熔深和熔宽也减小。因此在保证焊接质量的前提下，尽量提高焊接速度。但焊接速度过快会产生保护效果差，焊缝正反面不均匀和未焊透等缺陷。所以在钨极氩弧焊的时候，焊接速度比较才能保证焊接质量。

c)       电弧电压和电弧长度

电弧的热量也正比与电弧电压，根据钨极氩弧焊的电弧静特性，焊接过程中电弧电压只与电弧的高度有关，而对焊接电流影响很小。因此，在焊接电流一定的情况下，改变电弧电压可以电弧的功率。电弧电压和弧长存在一个简单的线性函数关系，当弧长增加时，电弧电压成正比增加，电弧功率增加。但电弧长度超出一定的范围后，在弧长增加的同时，弧柱的截面积也增加，热效率降低，保护效果变差。焊接时电弧长度对热影响区有直接的影响。薄壁不锈钢板焊接时，钨极伸出喷嘴的长度一般在8-10mm左右，电弧的长度控制在2mm左右为不错。

d)       焊接电极

钨极氩弧时采用的电极材料一般为铈钨和钍钨，焊接时要求电极有发射电子能力强、容易引弧、电弧的稳定性好，尤其在高温的时候不易熔化，许用电流大等性能。目前被广泛使用的铈钨具有电子逸出功比钍钨电极低10%；弧束细长，热量集中，可提高电流密度5-8%；使用寿命长，是钍钨的一倍；引弧容易、方便、稳定优点。所以，铈钨的使用率更高。在选定电极材料后，要根据焊接电流的大小选择合适直径的电极，不同直径的电极有不同电流使用范围见表1。另外钨极的形状对焊接有一定的影响。电极端部的锥角α和端部平台直径对电弧的稳定和焊缝成形有重要的影响。端部角度如果太小，电流密度将提高，焊缝容易产生弧坑，所以不同直径的钨极α角和平台要求是不一样的，具体见表2。

表1

表2

e)       保护气体

TIG焊所采用的保护气体一般为氩气。氩气是一种单原子惰性气体，它即不与金属反应，也不熔于金属中，本身的导热系数小，高温时不分解。但用氩气作为保护气时焊接速度慢，生产效率低。

用Ar+H₂混合气体可以提高电弧能量，增加焊接速度。在氩气中加入氢气，可以提高电弧电压，从而提高电弧热功率，增加熔深，提高焊接速度。表3是在其它工艺参数一定的情况下，分别用Ar和Ar+H₂作为保护气时的焊接速度比较。

表3

可见，采用Ar+ H₂混合气体可明显提高焊接速度。用Ar+ H₂混合气体焊接1.6mm以下的不锈钢板对接接头，焊接速度比纯氩快50%，此外还有防止咬边和抑制CO气孔产生作用。因此，采用Ar+H2混合气体不仅可以获得优质焊缝而且还可以保证焊接生产效率，克服了氩弧焊速度慢的缺点，是逐渐被接受的保护气体。

2.     焊接设备

薄壁不锈钢板的TIG焊接设备主要有焊接电源和焊接专机两部分。