奧氏體不銹鋼管道CO2氬氣混合氣體保護焊工藝研究

張凱

摘要：本文敘述了CO2氣體保護焊的原理和分類，介紹混合氣體、焊絲及半自動焊的使用方法、CO2半自動操作技術，系統闡述了奧氏體不銹鋼管道的焊接工藝。

關鍵詞：CO2氣體保護焊;氬氣;不銹鋼管道

1、前言

CO2氣體保護焊是一種高效率低成本的焊接方法，目前已廣泛應用在我國的船舶制造。汽車制造及其他鋼結構的制造等部門，正逐步替代了焊條電弧焊，特別是逆變式焊機體積小，重量輕，電流大等優點，越來越被廣泛的引用。

根據我公司自動化設備訂單的要求，品質高，工藝嚴格，設備需求全部用不銹鋼材料制作，空壓機房向外輸送管道全部采用奧氏體不銹鋼管道安裝，（奧氏體管65mmX6mm）。

2、奧氏體不銹鋼的焊接性

能在大氣中耐腐蝕的鋼叫不銹鋼，將不銹鋼加熱到900度-1100度淬火后，按所得到的組織不同不銹鋼可分為三類：鉻不銹鋼、鉻鎳奧氏體不銹鋼、鉻錳氮不銹鋼。

不銹鋼在一般情況下具有良好塑性，但在熱加工不當時，會產生脆化而形成裂紋。奧氏體或鐵素體不銹鋼在高溫（375度—875度）長時間保溫會生成一種Fe-Cr金屬間化合物，性能極硬而脆，且分布在晶界中，使不銹鋼的沖擊韌性大大下降而脆化。

1）奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕

奧氏體不銹鋼具有良好的焊接性，如焊接材料或焊接工藝不正確時會出現晶間腐蝕或熱裂紋缺陷。晶間腐蝕發生于晶粒邊界，它是奧氏體最危險的破壞形式之一。不銹鋼具有抗腐蝕能力的必要條件是含鉻量大于12%，當含鉻量小于12%時，就會失去防腐蝕能力。奧氏體不銹鋼就是由于晶界處形成貧鉻區（含鉻量小于12%）而造成的，其原因相當奧氏體不銹鋼處在450度-850度溫度下，碳在奧氏體中的擴散速度大于鉻在奧氏體擴散速度，室溫下碳在奧氏體中的溶解度很小，約為0.02%-0.03%，當奧氏體鋼種含碳量超過這個數時就不斷的向奧氏體晶界中擴散，晶界附近大量的鉻和碳化合成碳化鉻，造成奧氏體界面的鉻減少，這種腐蝕可以發生在熱影響區，焊縫或熔合線上，

2）CO2氣體保護焊焊接不銹鋼存在氧化和增碳

CO2氣體保護焊具有氧化性，高溫下生成氧原子，極易使合金元素產生氧化反映。不銹鋼最主要的合金元數是鉻，鉻對氧的親和力比鐵對氧的親和力大。焊接過程中容易生成氧化鉻。這就使不銹鋼的含鉻量降低，影響了抗腐蝕性。對藥芯焊絲來說采用存Co2作保護氣體進行焊接，焊逢金屬碳含量可控制在很低的數值。大大減弱了氧化和增碳反映。

3）熱烈紋，奧氏體不銹鋼含有較多的鎳（8%---20%）同時鋼中還存在S，P等雜質元素如S于Ni形成Ni3S2共晶雜質熔點為645度，而共晶雜質的熔點僅有625度。不銹鋼從液態轉為固態時間較長，于是結晶過程中雜質偏析嚴重，形成的低熔共晶雜質多。

3、影響焊接質量因素

焊接質量的好壞，直接影響著焊接結構的是使用壽命和安全，如果焊接接口中存在著嚴重的缺陷，會使得焊接結構的強度減弱，引起結構的破壞，必須樹立“質量第一的”觀念，嚴格遵守焊接工藝規程，認真進行操作。焊后及時自行檢驗，發現焊接缺陷及時修正，確保產品的焊接質量。

1）影響焊接質量的因素

（1）CO2氣體保護焊半自動焊是靠手工操作的，操作者的技能和工作情況對焊接質量有著較密切的關系。

（2）Co2氣體保護焊機的性能應符合Co2氣體保護焊的要求，要有水平或緩降的電源外特性，良好的動特性，以及滿意的調節性能，送絲機平穩送絲，氣體流量穩定，工裝設備運轉良好。

（3）母材的焊接性良好，Co2及氬氣氣體的純度符合工藝要求，更重要的是焊絲，通常運用和母材同一類鋼、其合金元素高于母材以補充在焊接過程中的氧化和燒損，藥芯焊絲的質量優于實芯焊絲

（4）在室外進行Co2氣體保護焊時要有良好的氣候，風速不得大于2M/S，另外工作場地要有良好的通風，風速大時要用擋風板，圍住工作場地，避免氣體保護不勻造成焊接缺陷。

4、CO2氬氣氣體保護焊的優點

Co2氣體保護焊是一種高效率低成本的焊接方法，Co2氣體保護焊不同于焊條電弧焊和埋弧焊，對于實心焊絲來說，它沒有焊條上的藥皮和焊絲外的焊劑，焊接電弧和熔池都是靠氣體的保護，焊接冶金處理是依靠焊絲來實現的，而對于藥絲焊絲來說它既是氣保護又有熔渣保護，熔渣——氣體聯合保護可達到較好的冶金處理效果

CO2氣體保護焊生產率高，電流密度大，電弧熱量集中，焊絲的熔敷系數很大，不僅遠大于焊條電弧焊，比埋弧焊大，還有Co2氣體保護焊由于焊絲給送是連續的，可以持續長時間工作，不需要更換焊條，又很少清理焊渣。因此大大節省了輔助時間。Co2氣體保護焊的生產率比焊條電弧焊高1-3倍。

成本低：Co2氬氣氣體來源廣價格低，氣體保護焊的能源消耗也低，通常Co2氣體保護焊的成本僅為焊條電弧焊的40%-50%左右，是目前廉價的焊接方法。

Co2氣體保護焊熱量集中，加熱面積少，并且Co2氣體從噴嘴射向焊件可以帶走一些焊件上的熱量，從而使焊接熱影響區減少焊件變形。氬氣保護可隔絕空氣中氧氣、氮氣、氫氣等對電弧和熔池產生的不良影響，減少合金元素的燒損，以得到致密、無飛濺、質量高的焊接接頭

Co2氬氣混合氣體保護焊對鐵銹和水分的敏感性比埋弧焊和單純氬弧焊低。

Co2氬氣氣體氣體保護焊比單純Co2氣體保護焊電弧燃燒穩定，飛濺小，所焊的焊件應力、變形、裂紋傾向小。

5、奧氏體不銹鋼管道CO2氬氣混合氣體保護焊工藝

1）焊接材料

CO2氣體的性質：Co2氣體有固態、液態、氣態，氣體無色略有氣味，在常溫下很穩定，在高溫4700度幾乎能全部分解成Co和o2。液態Co2在常溫下被氣化1公斤液態Co2氣體在0度和一個大氣壓下能氣化成509升，焊接用的Co2氣體通常儲存與鋼瓶中，使用時Co2氣體從瓶中輸出。焊接用的Co2氣體純度要求較高，一般不應低于99.5%。對于優質的焊接接頭的焊接則要求氣體純度不低于99.8%。氣體純度低，焊縫易生成氣孔，且焊縫含氫量增加，塑性韌性下降。

氬氣的性質：氬氣是一種化學性質非常不活潑的氣體，即使在高溫下也不和金屬發生化學反應，從而沒有了合金元素氧化燒損及由此帶來的一系列問題。氬氣也不溶于液態的金屬，因而不會引起氣孔。氬是一種單原子氣體，以原子狀態存在，在高溫下沒有分子分解或原子吸熱的現象。氬氣的比熱容和熱傳導能力小，即本身吸收量小，向外傳熱也少，電弧中的熱量不易散失，使焊接電弧燃燒穩定，熱量集中，有利于焊接的進行。

藥芯焊絲：鋼管內填充藥粉稱為藥芯焊絲，藥芯焊絲中的藥粉和焊條中的藥皮兩者成分相似，起作用也相同。藥芯焊絲Co2氬氣氣體氣體保護焊實施氣體—熔渣聯合保護，克服了實心焊絲的缺點，它主要表現在飛濺少，焊縫成型美觀，操作性能好。

2）焊接設備

半自動焊機由焊接電源、控制裝置、焊槍及供氣系統組成。Co2氣體保護焊半自動焊需要控制氣體焊接電源及焊絲的給送。控制焊接啟動、停止的開關安置在焊槍上，控制啟動和停止實質上是控制氣體、焊接電源焊絲的輸送和停止，啟動時接通焊槍開關可使控制裝置內的電磁接通器動作，輸出Co2氣體延遲一定時間后焊接電源接通和焊絲輸出，于是引燃電弧焊接工作開始，停止焊接工作時，松開焊槍開關，先停止給送焊絲和卻斷電源電弧被熄滅，再滯后停止送氣，焊接工作結束。調節電弧電壓和焊接電流，實質是調節焊絲的給送速度，增加焊絲的給送速度，就是增大焊接電流。送絲機用的是推絲式送絲機。主要由直流送絲電機，減速箱。焊絲給送滾輪于壓緊滾輪及焊絲盤組成。調整合適的壓力，能使焊絲平穩的送入焊搶的軟管電纜，最后進入電弧區。藥芯焊絲不能壓的太緊，太緊容易損壞外套，使藥粉破壞，堵死軟管。

參考文獻：

[1] 葛兆祥主編.焊接工藝及原理.北京：電力工業出版社，1997.

[2] 周興中主編.焊接方法與設備.北京：機械工業出版社，1990.

（作者單位：煙臺世洋精工有限公司）