鎢極氬弧焊和自動焊埋弧焊組合焊接工藝

李永強

（浙江雙子智能裝備有限公司，浙江 杭州 310000）

隨著科學技術的高速發展，焊接在生產制造領域的應用越來越廣泛。在人們的日常生活中，焊接產品及焊接設備生產的產品隨處可見；可以說如果沒有焊接工藝，人類的文明史將倒退百年以上。焊接工藝是焊接實施過程中必不可少的，直接關系到焊接實施成功與否。選擇合理的焊接工藝是工廠生產過程中尤為重要的決策。組合焊接工藝能把多種焊接方法的優劣勢互相補充避免，繼而有焊縫質量好、焊接效率高、生產成本低、設備投資小等優勢，在工廠生產制造過程中可以得到廣泛推廣應用，從而促進我國裝備制造業的快速發展[1，2]。

1 目前工廠焊接制造狀況分析

中厚板焊接制造的機械設備在國民經濟領域及國防軍工等各個行業得到廣泛應用，并起著重要而不可替代的作用。現對氬弧焊打底在中厚板焊工藝中的應用來做論述。根據不同的材料、厚度、生產加工條件等，選擇的焊接方法也各不相同，同一種材料不同厚度有多種焊接方法，同一種厚度不同材料也有多種焊接方法。可謂條條大路通羅馬，只不過哪條大路是最適合工廠實際生產制造情況的。因此，生產制造工廠要選擇一個適合自己企業最優的焊接工藝，即質量好，效率高，生產投入成本低，安全可靠的焊接工藝。常用的焊接方法有：焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、電阻焊、釬焊、等離子焊、自動焊埋弧焊、二氧化碳氣體保護焊等等，在這里就不一一羅列了。每一種焊接方法都有其優劣勢，因此，焊接方法及工藝的選擇，在滿足必要的要求前提下，結合企業自身現有的焊接設備狀況，經濟效益最優的焊接工藝是工廠的首選焊接工藝[3，4]。

本文以奧氏體不銹鋼（牌號S30408）中厚板焊接工藝鎢極氬弧焊和自動焊埋弧焊組合焊接工藝進行論述。絕大多數企業的焊接工藝都是單一的焊接方法，但考慮到焊接質量及制造成本等方面的因素，組合焊接工藝在生產制造過程中的應用是必不可少的[5]。組合焊接工藝可以把不同焊接方法的優勢充分發揮出來，減少規避劣勢。最終得到質量好，生產成本低的焊接產品。

2 鎢極氬弧焊和自動焊埋弧焊組合焊接工藝論述

奧氏體不銹鋼除有良好的耐腐蝕性能外，還有很好的工藝性能如冷加工成形和焊接性能，另外，有高的低溫韌性，無磁性和冷變形強化的能力，因此，這種類型的鋼得到了廣泛的應用，是應用最多的不銹鋼材料。現對奧氏體不銹鋼（牌號S30408）中厚板焊接工藝，鎢極氬弧焊（TIG或GTAW）打底＋自動焊埋弧焊（SAW）蓋面的組合焊接工藝進行論述，可以起到典型的代表作用，以點概面，可以得到廣泛的推廣運用。

鎢極氬弧焊的優勢是：焊接質量好，融合性強，焊縫強度好，外觀漂亮，無焊渣飛濺等；劣勢是：成本高，生產效率低，需要純度較高的氬氣等；自動焊埋弧焊的優勢是：生產效率高，成本低，焊接質量好，工人生產勞動強度低，焊縫強度好，外觀漂亮；劣勢是：現實工廠生產過程中，焊前準備要求高，需要專業設備加工坡口，工件坡口及預留間隙要求較高導致焊前準備成本高。另外，絕大多數的板材焊接都是在冷加工變形后進行焊接，例如：裁剪下料、卷圓、折彎、旋壓等冷加工，也有熱加工后進行焊接的，例如：等離子切割、乙炔氧氣切割等熱加工，這些冷加工和熱加工都增加了焊前準備的難度，導致焊前準備不確定因素增加，很難達到自動埋弧焊的焊前準備要求，導致焊縫質量不能滿足產品質量要求，無法大面積推廣使用。鎢極氬弧焊＋自動焊埋弧焊組合焊的目的就是把這兩種焊接方法的優勢發揮出來，劣勢互相對沖避免。

目前國內絕大多數焊接制造工廠開坡口的設備只是普通的坡口機，大型刨床用的比較少，該設備購置成本高，且生產效率低，普通坡口機對薄板加工坡口的尺寸質量有保障，但對厚板加工坡口的尺寸質量無法保障，導致坡口不規整，間隙不均勻。無法滿足自動埋弧焊的焊前準備要求。如果進行強行自動埋弧焊接，將會導致焊縫質量不合格，會出現氣孔、夾渣、凹凸不平、未焊透、焊瘤、裂紋等缺陷，更無法通過無損檢測標準，且焊后不利于焊劑的清理。圖1無氬弧焊打底的埋弧自動焊無損檢測相片，從相片可以看出焊縫內存在較嚴重的未焊透和氣孔等缺陷，無法滿足焊接產品質量要求。而鎢極氬弧焊（TIG或GTAW）對坡口的尺寸質量要求不高（即焊前準備要求不高），普通坡口機即可滿足工藝需求。

圖1 無氬弧焊打底的埋弧自動焊無損檢測相片

綜合以上因素，工廠結合實際生產設備（鎢極氬弧焊機和自動焊埋弧焊機的購置成本較低）及制造質量和成本的要求，對于奧氏體不銹鋼（牌號S30408）中厚板可采用鎢極氬弧焊（TIG或GTAW）打底＋自動焊埋弧焊（SAW）蓋面的組合焊接工藝。非常適合壓力容器產品中需要無損檢測的中厚板焊縫。既能保證對焊縫質量的各項要求，也能提高生產效率，降低制造成本。鎢極氬弧焊打底正常情況下只需要一道焊接，自動焊埋弧焊蓋面可根據板的厚度、材質、焊絲規格等工藝參數條件確定焊接道（層）數。附圖2焊道順序簡圖為四道（層）焊接焊道截面示意圖。

圖2 焊道順序簡圖

圖2 焊道順序簡圖中“1”道焊接為鎢極氬弧焊（TIG或GTAW）打底。施焊后焊縫實際效果圖片見附圖3氬弧焊打底施焊后實圖。

圖3 氬弧焊打底施焊后實圖

從焊縫實圖上不難看出，焊縫表面平滑均勻整齊，無焊渣焊瘤，自動焊埋弧焊施焊前，不需要再進行任何焊前準備工作，這樣就解決了坡口及間隙質量滿足不了自動焊埋弧焊（SAW）焊前準備要求的問題。另外，如果“1”道焊接縫采用自動焊埋弧焊，焊縫融池小，不利于焊縫融池內由于焊前處理產生的雜質及有害物質析出，也不利于自動焊埋弧焊焊劑清除，鎢極氬弧焊打底就不涉及焊劑清理的問題。“1”道鎢極氬弧焊打底時熱影響區（HAZ）體積也較小，因此焊接接頭變形量較小，殘余應力也小；有利于提高焊縫質量。但鎢極氬弧焊成本高、效率低，從工廠焊接制造成本上考慮不是最優的焊接方法；因此，在滿足質量和安全的前提下，可組合選用自動焊埋弧焊共同完成整個施焊工藝過程（根據工廠設備情況，也可選用焊條電弧焊）。

圖4 埋弧焊施焊后焊縫實圖

圖2 焊道順序簡圖中“2”、“3”、“4”道焊接可直接采用自動焊埋弧焊施焊，施焊后焊縫實圖見附圖4埋弧焊施焊后焊縫實圖，從焊縫實圖上不難看出，焊縫外觀表面非常漂亮，焊接質量也很好。圖5鎢極氬弧焊和自動焊埋弧焊組合施焊無損檢測相片，從相片可以看出焊縫內無缺陷，符合NB/T47013《承壓設備無損檢測》一級焊縫質量要求。這樣的焊接工藝就既能保證焊縫質量要求，也能提高生產效率，降低車間一線工人的勞動強度。

圖5 鎢極氬弧焊和自動焊埋弧焊組合施焊無損檢測相片

鎢極氬弧焊打底后，焊縫表面平滑均勻整齊，非常利于下一道自動焊埋弧焊繼續焊接，能保證焊層間非常好地熔合，整體焊縫的質量也會非常好。另外，焊縫變寬及焊接融池面積增大，有利于埋弧焊焊劑清理，提高生產效率。

任何焊接方法和焊接工藝都不是完美無缺的，鎢極氬弧焊（TIG或GTAW）打底＋自動焊埋弧焊（SAW）蓋面的組合焊接工藝同樣也不是完美無缺的焊接工藝，這個組合工藝的缺點是需要轉序生產，另外，埋弧焊本身適應性差。每個焊接生產制造企業要根據自身企業的實際情況選擇最優的組合。隨著科學技術的發展，焊接設備也在不斷的創新，更加先進的焊接方法也將層出不窮。就目前焊接領域生產設備和工藝狀況而言，組合焊接工藝具有廣泛的發展應用前景。

4 結束語

在未來的焊接制造工藝發展中，組合焊接工藝發展前景廣闊，組合焊接工藝設備投入小，焊接質量好，生產成本低，效率高等優勢明顯，定會得到廣泛推廣使用，有助于焊接制造企業提升產能，改善焊接產品質量。對生產焊機設備的廠家創新也起到推動作用。本文以鎢極氬弧焊（TIG或GTAW）打底＋自動焊埋弧焊（SAW）蓋面的組合焊接工藝為例進行論述，但組合焊接工藝不限于此，要拓展運用，例如：鎢極氬弧焊（TIG或GTAW）＋焊條電弧焊（SMAW）、電阻點焊（SW）＋熔化極氣體保護焊（GMAW）等。不同行業有不同的焊接制造工藝，更多優秀的組合焊接工藝需要在焊接制造過程中不斷開發運用，并推廣使用，利國利民。