不銹鋼熱絲TIG堆焊緩冷工藝研究

趙斌　張亮　姜子龍

摘要：由于堆焊緩冷工藝對于焊接件的使用性能具有重要的影響，所以對焊接件緩冷工藝進(jìn)行研究對于堆焊工藝的改進(jìn)和提升具有重要的意義。本文主要對不銹鋼熱絲TIG堆焊緩冷工藝進(jìn)行研究，然后利用無損檢測和力學(xué)性能檢測來對堆焊層緩冷后的部分進(jìn)行研究，以期為不銹鋼絲TIG堆焊緩冷工藝的改進(jìn)提供理論支持和參考。

關(guān)鍵詞：不銹鋼；TIG堆焊；緩冷；檢測

TIG堆焊就是指在惰性保護氣體氬氣的保護下利用鎢極與焊接件之間所產(chǎn)生的電弧熱融化母材以及焊絲形成堆焊層以達(dá)到快速尺寸修補或者再制造的目的。在焊接開始時，設(shè)備的鎢極處產(chǎn)生高電壓以擊穿處于鎢極和基體之間的氣體，進(jìn)而形成穩(wěn)定的電弧，在這個過程中基體和焊絲都被部分融化而形成熔池，然后經(jīng)過緩冷處理后，熔化后的焊絲逐漸冷卻凝結(jié)成熔覆層。氬氣的作用是隔絕空氣保護電極和焊接熔池以及基體，進(jìn)而形成質(zhì)量良好的保護層，由于鎢極在高溫下不易融化，所以電弧的穩(wěn)定性一般較好，且隨著焊絲的連續(xù)添加，進(jìn)而形成質(zhì)量穩(wěn)定的堆焊層，而在對薄板進(jìn)行堆焊時，還需要采用脈沖電流的方式以防止焊接電流擊穿薄板基體，其TIG堆焊示意圖如下圖所示。

1 試驗

取SA5083試板一塊兒，不銹鋼熱絲TIG堆焊試驗在該板上進(jìn)行，堆焊后對于堆焊層不進(jìn)行任何熱處理工作，自然冷卻至室溫。

2 試驗參數(shù)

本試驗采用SA50803板塊，焊接設(shè)備采用Polysoude PC 600，焊接方法采用熱絲TIG焊，過渡層的焊材牌號為24.13LHF，直徑1.2mm的焊絲，耐腐蝕層的焊材牌號為19.9LQ，直徑1.2mm焊絲。該堆焊層由一層過渡層和三層耐腐蝕層構(gòu)成，其堆焊層的厚度為8mm，預(yù)熱溫度≧140℃，焊接后其焊接層不進(jìn)行后處理，直接緩冷至室溫。后期利用機械加工方法對堆焊層進(jìn)行剔除操作，以檢測其內(nèi)部是否有裂紋或者缺陷存在，并對其堆焊層進(jìn)行力學(xué)性能測試，測試內(nèi)容包涵耐彎測試和金相檢驗，堆焊參數(shù)如下表所示。

3 對堆焊層中氫含量的影響

對堆焊后的基體和堆焊層進(jìn)行消氫處理，其目的在于促使焊縫中的擴散氫得以排除，進(jìn)而降低堆焊層內(nèi)部及焊接熱影響區(qū)域內(nèi)部氫含量，以避免焊接冷縫的產(chǎn)生，本節(jié)將主要從氫氣的來源、焊接方法和焊接類型這幾個方面來對焊接后消氫工藝對焊層質(zhì)量所產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析和研究。

（1）焊縫中氫的來源。

研究發(fā)現(xiàn)，焊縫中以及焊接熱影響區(qū)域內(nèi)的氫主要來自于焊材，即焊絲中所包涵的氫氣、空氣中的水蒸氣、基體表面的油污以及銹跡等。基于這種情況，在進(jìn)行堆焊時，一般對焊絲采取真空密封處理，以減少焊絲自身由于空氣潮濕等原因而攜帶的氫氣；同時，在堆焊前期，需要對焊接基體表面進(jìn)行焊接打磨，并使用干凈的脫脂棉蘸取丙酮后對基體進(jìn)行清洗，這樣可以有效的祛除焊接件表面的油污和銹跡等雜質(zhì)；在對基體進(jìn)行堆焊時，還需要提前對焊接部位進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度≧140℃，其目的在于消除工件表面的水蒸氣等，通過這些針對焊絲和基體的前處理操作，由基體和焊材所導(dǎo)致的焊縫氫能夠很好的避免，進(jìn)而提高焊層的質(zhì)量。

（2）焊接方法對焊縫中氫的影響。

堆焊是指在氬氣的保護下，通過鎢極放電對焊絲熔化加熱進(jìn)而達(dá)到焊接的目的，該方法是一種低氫的焊接方法。一般在進(jìn)行工件焊接時，焊接區(qū)域還需要通以充足的氬氣（純度≧99.999%）對焊縫和焊接熱影響區(qū)域進(jìn)行保護，以防止空氣中的水蒸氣等進(jìn)入焊接熔池內(nèi)，進(jìn)而造成焊縫含氫量增大等現(xiàn)象發(fā)生。

（3）焊接方式對焊縫含氫量的影響。

不銹鋼熱絲TIG堆焊工藝中，堆焊層的厚度可以達(dá)到8mm，堆焊層數(shù)達(dá)3—4層，這種堆焊的方式屬于多層堆焊，由多層堆焊的特點可知，后序堆焊層會對前期堆焊層起堆焊消氫的作用，而對于整個TIG堆焊而言，整個堆焊層除表面堆焊層外，其它堆焊工序都經(jīng)歷了消氫處理，這有利于減少堆焊層內(nèi)的氫氣含量。

4 消氫溫度的理論分析

由堆焊經(jīng)驗公式以及基體SA5083試板的化學(xué) 成分可以計算出堆焊試樣的碳當(dāng)量為P=0.57，那么根據(jù)公式可得焊接后的溫度為：Tp=455.5×0.57-111.4=148℃。

計算后發(fā)現(xiàn)焊接后溫度148℃與實際實驗過程中的試樣板預(yù)熱溫度140℃十分接近，而焊接過程中層間溫度大都集中在200℃，該溫度已經(jīng)超出了由經(jīng)驗公式所計算出來的焊接后溫度，這表明在焊接過程中，后續(xù)堆焊工藝對前道工序具有消氫的效果，而在焊接后冷卻過程中，堆焊層在一定的時間范圍內(nèi)處于消氫狀態(tài)。

5 結(jié)論

本文通過對不銹鋼熱絲TIG堆焊緩冷工藝進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，其結(jié)論主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

（1）試驗結(jié)果表明，采用不銹鋼熱絲TIG堆焊緩冷工藝提高了堆焊層的焊接質(zhì)量；

（2）通過對不銹鋼熱絲TIG堆焊工藝過程進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，熱絲TIG堆焊所得的不銹鋼堆焊層焊縫和熱影響區(qū)域內(nèi)的氫含量較少。

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