1. 坡口形式
由于受许用焊接电流的限制,这种焊接方法主要用于薄板的单层焊和中厚板多层焊的封底焊道,也可用于中厚板的焊接。在保证焊透的情况下,对接焊缝应力求缩小焊缝截面积,减少熔敷金属并考虑操作方便,常用的坡口形式有V形、U形、双面V形及V-U组合形等。奥氏体型不锈钢管子对接焊坡口形式见表4-26。
表4-26奥氏体型不锈钢管子对接焊坡口形式
各种接头中T形接头、对接接头的保护效果较好,而角接接头、端接接头因气体流量分散性较大,保护效果较差,如图4-35所示。
2. 焊前清理
焊接区及填充焊丝均应进行严格清理,清除氧化膜、油污、脏物和水分等污物。
3. 焊接参数
a. 焊接电流
根据焊件厚度、接头形式、焊接位置等因素来选用焊接电流,除此还要考虑钨极所承受电流的能力。焊接电流过大,容易产生烧穿或使焊缝下陷和咬边等缺陷,严重时还会引起钨极烧损或产生夹钨等缺陷。焊接电流过小,电弧燃烧不稳定,会造成未焊透等缺欠。
b. 电弧电压
主要取决于焊接过程中电弧的长度,电弧拉长、电弧电压增大,熔宽增宽,熔深变浅。当电弧电压过高时,会导致焊接电弧不稳,易产生未焊透、未熔合和熔池保护不佳等缺陷。应在保证电弧不短路的情况下,尽量减少弧长,电弧电压一般控制在9~20V范围内,最常用的电弧电压为9~14V。
c. 焊接速度
为了不破坏气流对熔池的保护作用,焊接速度一般不宜过快。在保证焊缝金属和母材金属不被氧化的前提下,为了提高生产效率,尽可能提高焊接速度。提高焊接速度,焊接接头在450~850℃危险温度停留时间会相对减少,有利于提高焊接接头的耐腐蚀性能。
d. 焊丝
同一牌号的奥氏体不锈钢焊接,焊丝的选择见表4-27,不同牌号的奥氏体不锈钢焊接,焊丝的选择见表4-28。不锈钢药芯焊丝的选用见表2-28~表2-31。
我国的不锈钢药芯焊丝与AWS A5.22-1995《耐腐蚀铬及铬镍钢用药芯焊丝》及其他国家不锈钢药芯焊丝的对应关系,见表2-64。
e. 氩气纯度与流量
氩气纯度不低于99.9%(体积分数),氩气纯度愈高,保护效果愈好。气体流量过低,气体挺度不足,排除周围空气的能力减弱,造成熔池保护效果不佳;气体流量过大,容易将熔池周围的空气卷入熔池,形成气体紊流,降低保护效果。氩气流量与喷嘴直径大小有关,见式(4-6)。
氩气流量不仅与喷嘴直径有关,还与焊接电流大小有关,它们之间的参数选择见表4-29。
f. 电极极性
为了减少钨极烧损,延长钨极寿命,一般采用直流电源正接(工件接电源正极,钨极接电源负极。直流正接在工艺文件上用符号DC或DCSP表示,DC是英文di-rect current 的缩写;DCSP 是英文 direct current straight polarity的缩写),也可以用交流钨极氩弧焊机焊接奥氏体型不锈钢。
g. 钨极
钨极有纯钨极、钍钨极和铈钨极3种,其中铈钨极(活化钨极)比纯钨极的工艺性好得多,且对人体损害小,推荐首选使用。钨极直径与相应焊接电源和极性条件下的焊接电流允许值,参见表4-30、表4-31。施焊前,要将钨极端部磨成一定形状,通常有尖头和平头等形状。采用较小的焊接电流施焊时,要选用小直径的钨棒,端头磨成尖头形状,锥顶角度约30°,如图4-36(a)所示。当采用大的焊接电流施焊时,钨极应磨成带有平顶的锥形形状,如图4-36(b)所示。平顶锥形的端头可避免尖端过热熔化,减少钨极端部损耗,同时还有利于防止阴极斑点的游动,从而稳定电弧。钨极端头愈尖愈易烧损,烧损后将导致电弧电压增高,直接影响熔池保护效果,也会使焊缝氧化,甚至产生焊缝宽度不均的缺陷。
h. 钨极伸出长度
钨极伸出长度指钨极超出喷嘴端面的长度。钨极伸出的短,可以使喷嘴与焊件相对靠近,气体保护效果好,通常钨极伸出长度为2~8mm。
i. 喷嘴(nozzle)
常用钨极氩弧焊用喷嘴结构如图4-37所示,D端与焊枪连接段为长10~12mm的圆柱体;小圆柱的末端部分的长度L不应小于喷嘴孔径,其长度以1.2~1.5倍喷嘴孔内径(d)为宜。喷嘴的锥形部分有缓冲气流的作用,可改善保护效果。为了提高气体保护效果,喷嘴的内壁应光滑、不允许有棱角、凹槽,不得沾上飞溅物。为了使氩气从喷嘴喷出时成为稳定的层流,提高气体保护效果,焊枪应有气体透镜(类似稳定装置)、多孔性挡板(可用1~2层铜丝网组成,网目数不得少于600~700孔/c㎡)及缓冲室。气体流量不变,增大喷嘴内径时,气体挺度下降,对熔池保护减弱;气体流量不变,喷嘴内径变小时,气体的流速增加过多,可造成气体紊流,也会造成保护效果不好。实践证明,在手工钨极氩弧焊时,喷嘴内径在8~20mm 范围内,气体流量以10~25L/min为宜。当喷嘴和气体流量一定时,喷嘴至焊件之间的距离愈短,则保护效果愈好,但过小会影响焊工的视线和引起钨极与焊件短路。对于喷嘴内径为8~20mm的喷嘴,距离焊件一般不超过15mm。
j. 焊接电流、喷嘴直径和保护气体流量对应关系
焊接电流、喷嘴直径和保护气体流量对应关系见表4-29。
k. 冷却水流量
焊枪额定电流大于160A时,焊接前焊枪须通冷却水,焊接完成须滞后停止冷却水。冷却水流量不得小于1L/min,否则焊机无法启动或易烧毁焊枪。
4. 提高气体保护效果的措施
为了使焊接接头正面和背面得到可靠保护,可采用图4-38~图4-40所示的工艺装备来提高保护效果。
5. 操作技术
装配定位焊,应采用与正式焊接相同的焊丝和工艺,定位焊缝的长度距离应根据焊件厚度与结构刚度而定。一般每段定位焊缝长度为5~15mm,焊缝厚度不大于2mm。例如直径φ60mm以下的不锈钢管子,用定位焊点固定2~3处,定位焊缝长度约5mm。直径159mm的不锈钢管子,用定位焊点固定4处,定位焊缝长度约10mm。定位焊缝须保证质量,不允许存在焊接缺陷。对接焊时,焊枪与焊件之间保持后倾,钨极与焊件之间倾角为75°~80°,填充焊丝与焊件倾角为75°~15°,希望填充焊丝与焊件倾角越小越好,过大则容易扰乱气体保护;角接焊时,除了对接焊的要求外,还要求与板之间的相对位置。
填充焊丝时动作要缓、稳,不要破坏氩气对熔池的保护。不能像气焊那样在熔池中搅拌,应一滴一滴地缓慢送入熔池,或者将焊丝端头浸入熔池中不断填入,并向前移动,焊丝端头不能脱离气体保护区。要防止焊丝与钨极接触、碰撞,否则加剧钨极烧损,而引起焊缝夹钨。焊接收弧时、应减慢焊接速度、增加焊丝填充量。焊接薄板时,为了防止变形可采用铜衬垫,并将焊件压贴于衬垫上,以利于散热。在铜垫板上加工出凹槽,凹槽对准焊缝以便背面充氩气保护,见图4-39、图4-40。电弧熄灭后,焊枪喷嘴仍须对准熔池,以延长氩气保护效果。
实践证明,从焊接接头的颜色,也可以判断焊接区的保护效果,详见表4-32。
机械操作不加填充焊丝的钨极氩弧焊焊接工艺参数,见表4-33;机械操作加填充焊丝的钨极氩弧焊焊接工艺参数,见表4-34;钨极氩弧焊加填充焊丝焊接薄板奥氏体不锈钢焊接参数,见表4-35;手工钨极氩弧焊加填充焊丝的焊接参数,见表4-36~表4-38,奥氏体不锈钢管钨极氩弧焊焊接参数,见表4-39。