工藝參數對304不銹鋼鎢極氬弧焊焊縫質量的影響

陳晨

【摘 要】概述了鎢極氬弧焊主要的影響因素。利用鎢極脈沖氬弧焊焊機，對尺寸為φ12×1.2mm的奧氏體304不銹鋼管材進行焊接，采用設備自動生成參數焊接后的焊縫尺寸較大，焊縫向管內凸出尺寸較大，嚴重影響管材的后續加工，并且表面有一定的氧化現象。通過修改焊接參數，包括峰值電流及氣體流量，使上述問題得到解決，獲得了尺寸、形狀合理，表面質量良好的焊縫組織。通過試驗，合理選擇焊接參數，這對形成質量良好的焊縫有重要影響，并為304不銹鋼氬弧焊焊接提供了工藝依據。

【關鍵詞】304不銹鋼;氬弧焊;工藝參數

奧氏體不銹鋼在低溫下具有良好的塑性及韌性，所以常利用其低溫韌性制造低溫壓力容器，對于壓力容器焊接是必不可少的環節，常用的焊接就是鎢極氣體保護焊。對于奧氏體304不銹鋼，在焊接中會存在接頭區晶間腐蝕、應力腐蝕等問題[1]。在正確選擇設備的基礎上，如何合理的選擇焊接參數、避免焊接缺陷的產生，成為獲得較高質量壓力容器的關鍵。采用鎢極惰性氣體保護焊，保護氣體采用氬氣，可以達到電弧燃燒穩定，有效隔絕周圍空氣的目的，使熔池不被氧化，獲得高質量的焊縫[2]。

本文采用鎢極脈沖氬弧焊焊接的方式，針對304不銹鋼管材進行焊接。通過調整相關焊接參數，消除焊縫缺陷，改善焊縫質量。

1.前期準備

試驗所用材料為φ12×1.2mm的奧氏體304不銹鋼管材，管材焊接端端面打磨平整，砂紙打磨至1000#;管材內外表面清洗干凈，不能有油漬及灰塵。

管材焊接形式為全位置管-管焊接，采用iArc orbital 1200 鎢極脈沖氬弧焊焊機，全封閉式管-管對焊。要求每次焊接所用的鎢極狀態一致（保證30-45°的尖角），鎢極保持尖角、無圓鈍。

2.實驗

（1）設備默認試驗參數狀態下焊接

在焊機中輸入壁厚1.2mm，管徑12mm，在焊機默認生成參數下的焊接，焊縫整體形貌如圖1所示，焊接參數（編號100#）如表1所示。

使用編號為100#的焊接參數獲得的焊縫微觀組織如圖1所示，放大倍數為25倍，可以觀察到焊縫的整體形貌，并標注了焊縫不同區域焊縫不同區域的尺寸。其中，徑向最大寬度為3.6mm，最小寬度約3mm，焊縫厚度大于壁厚約為1.49mm，并向圓心方向突出成弧形;熔合線呈平滑的弧形，左右兩側對稱，形狀一致。

從圖1可以看出，焊縫整體可分為5個區域，其中A1和A2區域形貌一致，寬度均約為87.85μm，約為焊縫寬度的6%-8%，熔合線處晶粒破碎而變得形狀不規則，晶界變得不連續，距離熔合線越遠奧氏體形貌由破碎晶粒轉變為短的胞狀晶。由熔合線向熔池中心發展，組織形貌趨于一致，呈現胞狀樹枝晶，B1和B2區域，兩個區域形貌一致，并且胞狀樹枝晶成垂直于熔合線的方向生長，該區域寬度約為450μm，約占焊縫寬度的15%-20%，組織為奧氏體和鐵素體，這是由奧氏體304不銹鋼的成分決定的。在熔池中心C區域，晶粒形貌轉變為較短的樹枝晶或等軸晶，枝晶長度在50μm以下，晶粒生長變得沒有方向性，并且該區域面積較大，寬度將近2000μm，為焊縫寬度的70%以上。

（2）調整焊接參數后焊接

通過觀察編號為100#的管材焊縫表面尺寸、質量等，發現焊縫較寬，焊縫向管材內凸起尺寸較大，這嚴重影響管材后續加工，并且表面個別位置存在氧化層。為了改善上述現象，通過降低峰值電流值來調整焊縫的尺寸，加大保護氣體流量來避免表面的氧化現象。

編號為100#及95#的焊縫如圖5所示，編號為95#的試驗參數將峰值電流從55.2A下降至44A，梯度為2A，保護氣體流量提高至14L/min，其余參數設置與編號100#相同。可以看出，95#焊縫寬度變化不明顯，但是表面質量得到明顯改善，表面呈白亮的狀態。此外，通過對比金相圖片圖1和圖3可以看出，修改焊接參數后，焊縫處向管內凸出的情況也得到了明顯的改善。

圖3為編號95#的焊縫微觀形貌，焊縫寬度方面，100#試樣外側焊縫寬度為3643.55μm，95#試樣寬度下降至3076.92μm;管材內側寬度，100#試樣寬度為31602.1μm，95#試樣寬度下降至2500μm。焊縫在厚度方面尺寸基本沒有變化，但是改善了焊縫整體向內突出的情況，焊縫外側表面變得平滑，不再向內凹陷，內部凸起也變得均勻。

3.結論

利用鎢極脈沖氬弧焊焊機，采用全封閉式管-管對焊的方式，對尺寸為φ12×1.2mm的奧氏體304不銹鋼管材進行焊接，采用設備自動生成參數焊接后的焊縫尺寸較大，焊縫向管內凸出尺寸較大，嚴重影響管材的后續加工，并且表面有一定的氧化現象。通過修改焊接參數，包括峰值電流及氣體流量，使上述問題得到解決，獲得了尺寸、形狀合理，表面質量良好的焊縫組織。通過試驗表明，合理選擇焊接參數對形成質量良好的焊縫有重要影響。

參考文獻：

[1]楊曉倩，李亞江，王娟，等。304不銹鋼PAW-GTAW組合焊接頭顯微組織與硬度的研究。《現代焊接》，2016（1）：23-27

[2]譚遠福。奧氏體不銹鋼的鎢極脈沖氬弧焊技術。《企業技術開發》，2012（31）：179-180

[3]方文鵬，杜曉偉，陳勇。鎢極氬弧焊工藝參數的選擇和焊縫缺陷的預防。《電焊機》，2006（36）：13-16

（作者單位：吉林安德電化科技有限公司沈陽分公司）