摘 要
表面美观以及使用可能性多样化且耐腐蚀性能好的不锈钢材料近年来得到了广泛使用，而不锈钢薄板相比与其他材料的优点也得到了广泛的使用，因为对于钢板来言，主要的连接技术就是进行焊接，但在薄板（即板厚≤3mm）焊接过程中，由于电流过大，或焊接停留时间过长等原因都会导致焊件出现不同程度的缺陷，比如裂纹、夹渣、气孔、未焊透等，甚至会造成对焊件变形的不可挽回伤害。本论文则阐述下不锈钢薄板焊接的一些行之有效的方法以及一些初浅的见解。
关键词：不锈钢薄板
氩弧焊接
焊接缺陷
I
1.不锈钢薄板焊接性及焊接方法分析
不锈钢在我国的使用量正逐年增加，不锈钢的使用量由2000年的165万吨增加到2012年的561.4万吨。而在不锈钢的使用中以薄板为主，大概能占到使用总量的一半。不锈钢的焊接是产品生产的一个重要工序，焊接质量的好坏直接决定产品的质量。
1.1 工艺焊接性
工艺焊接性是指在一定焊接工艺下，能否获得优质焊接接头的难易程度。它包括两个方面内容：
①焊合性能：在一定焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性。 ②使用性能：在一定焊接工艺条件下，一定的金属焊接接头对使用要求的适应性。
对于熔化焊来说，焊接过程一般要经历传热和冶金反应。因此，工艺焊接性又分为“热焊接性”和“冶金焊接性”。热焊接性是指在焊接热过程条件下，对焊接热影响区组织性能及产生缺陷的影响程度。它是评定被焊金属对热得敏感性，主要与被焊材质及焊接工艺条件有关。冶金焊接性是指冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度。焊接性是说明材料对焊接加工的适应性，是指在一定得焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式下，能否获得优质焊接接头的难易程度和该焊接接头能否在使用条件下可靠运行。焊接性的具体内容可分为工艺焊接性和使用焊接性。
在不锈钢焊接领域，由于其种类繁多因而其焊接性也不尽相同，必须根据不同的钢种来确定其焊接性，选用合适的焊接参数显得尤为重要！
1.2 焊接工件的烧穿和变形
不锈钢薄板的焊接由于其自身拘束度小、导热系数小，线膨胀系数较大，当焊接温度变化较快时，则产生的热应力大，最容易出现就是过热烧穿和焊接变形缺陷。
1.2.1 产生原因
不锈钢薄板板壁导热速度快，电流过高或停留时间过长都会造成温度过热从而形成烧穿。而且不锈钢薄板的拘束度较小，在焊接过程中受到局部加热、冷却作用，
形成了不均匀的加热、冷却，焊件会产生不均匀的应力和应变，焊缝的纵向缩短对薄板边缘的压力超过一定值时，即会产生较严重的波浪式变形，影响工件的外形质量。
1.2.2 解决办法
解决不锈钢薄板焊接时产生的过烧烧穿、变形的主要措施有：
①严格控制焊接接头上的热输入量，选择合适的焊接方法和焊接电流、电弧电压、焊接速度。
②装配尺寸力求精确，接口间隙尽量小。间隙稍大容易烧穿，或形成较大的焊瘤。
③必须采用精装夹具，夹紧力平衡均匀。
④焊接不锈钢薄板关键在于严格控制焊接接头上的线能量，力求在能完成焊接的前提下尽量减小热量输入，从而减小热影响区，避免上述缺陷的出现。
1.3 焊接方法分析
目前的不锈钢的焊接采用的主要焊接方法均为成熟的焊接工艺，如钨极氩弧焊、焊条电弧焊、埋弧自动焊等。
①钨极氩弧焊采用的保护气体为氩气，焊接时它既不与金属起化学反应，也不溶解与液态金属中，故可以避免焊缝中金属元素的烧损和由此带来的其它焊接缺陷，同时因其密度较大，在保护时不易漂浮散失，保护效果好。该焊接方法由于热源和填充焊丝是分别控制的，热量调节方便，使输入焊缝的焊接线能量更容易控制，故适合于各种位置的焊接，也容易实现单面焊双面成型。
②焊条电弧焊由于操作灵活、方便，焊接设备简单、易于移动，设备费用比其它电弧焊方法低，因而得到了广泛的应用。该焊接方法与熔化极气体保护焊、埋弧自动焊等焊接方法相比，其熔敷速度慢及熔敷系数低，并且每焊接完一条焊道均需要清理熔渣，而坡口内的清渣是比较繁琐的。
③熔化极惰性气体保护焊，由于采用氩气或在氩气中添加了少量的O2作为保护气体，因而其电弧稳定，熔滴细小且过渡稳定，飞溅很小。该焊接方法的电流密度高、母材熔深深，因而其焊丝的熔化速度和焊缝的熔敷速度高，焊接生产效率高，尤其适于中等厚度和大厚度结构的焊接。该焊接设备比较复杂，设备成本较高通过以上分析，考虑焊接成形和焊接成本。
2.钨极氩弧焊
钨极氩弧焊对于不锈钢薄板是一个合理的焊接方法选择，而对于1～3mm的不锈钢薄板，主要采用钨极氩弧焊。
2.1 钨极氩弧焊的特点
氩弧焊焊应用了脉冲电弧，它具有热输入低、热量集中、热影响区小、焊接变形小、热输入均匀，能较好地控制线能量；保护气流具有冷却作用，可降低熔池表面温度，提高熔池表面张力；便于操作，容易观察熔池状态，焊缝致密机械性能好表面成形美观。目前钨极氩弧焊焊广泛应用于各行业，尤其是在不锈钢薄板的焊接中应用较广。
2.2 技术要领
①引弧、定位焊。引弧形式有非接触式和接触式短路引弧2种。前者电极不与工件接触，既适于直流也适于交流焊接；后者仅适于直流焊接。采用短路方法引弧，不应在焊件上直接起弧，因易产生夹钨或与工件粘接，电弧也不能立即稳定，电弧容易击穿母材，所以应采用引弧板。在引弧点旁放一块紫铜板，先在其上引弧，待钨极头加热至一定温度后再移至待焊部位。在实际生产中，钨极氩弧焊焊常用引弧器引弧，在高频电流或高压脉冲电流的作用下，使氩气电离而引然电弧。定位焊时，焊丝应比常用焊丝细，因点焊时温度低、冷却快，电弧停留时间较长，故容易烧穿。进行点固定位焊时，应把焊丝放在点焊部位，电弧稳定后再移到焊丝处，待焊丝熔化并与两侧母材熔合后迅速停弧。
②正常焊接。用普通钨极氩弧焊焊进行薄板焊接时，电流均取小值，当电流小于20A时，易产生电弧漂移，阴极斑点温度很高，会使焊接区域产生发热烧损和发射电子条件变差，致使阴极斑点不断跳动，很难维持正常焊接。而采用脉冲钨极氩弧焊焊时，峰值电流可使电弧稳定，指向性好，易使母材熔化成形，并循环交替，确保焊接过程的顺利进行，能得到性能良好、外观漂亮、形成熔池互相搭接的焊缝。
2.3 钨极氩弧焊焊接优势
①焊缝表面光洁无需二次加工。 ②速度快变形小。
③电弧可见，焊缝易对中，可全位置焊接。
④焊缝牢固不低原材料的性能。
3.氩弧焊焊接工艺参数选择
为了达到较好的焊接质量，焊接工艺参数必须合理的进行选择。
3.1 焊接电流及钨极直径选择
经过多次试验证明，在钨极直径为1.6mm，焊接电流大于60A时，易使熔池过烧，甚至因试板局部对接间隙过大而生烧穿缺陷。若产生烧穿缺陷，一则难以补焊，二则即使采用手工氩弧焊补焊效果好，也会产生较大波浪变形：当焊接电流小于50A时，背面易产生未焊透缺陷，达不到单面焊双面成形的效果。因此焊接电流选择50-60A较为合适。
3.2 氩气流量及喷嘴直径
据资料介绍，在一定条件下使用钨极氩弧焊焊接时，氩气流量和喷嘴直径有一个较好的匹配范围，此时氩气保护效果最好，也就是当喷嘴直径一定时，氩气保护流量过低，气流挺度差，排除周围空气的能力低，保护效果不好；氩气流量过大，容易造成紊流，使外界空气卷入，同样降低保护效果。试验证明，当喷嘴直径为10mm，氩气流量为8-10L/Min时，氩气保护效果较好。此外，背面保护气体的流量也心须合适，流量过小，起不到保护效果;流量过大，不仅造成气体浪费，而且可能造成背面焊缝上凹，实际焊接时背面保护气体流量选择4-6L/mm。
3.3 焊接速度
焊接过程中，在焊接电流一定条件下，焊接速度与焊接热输入成反比。当焊接速度过大时，焊接热输入小，易产生未焊透。咬边等缺陷，达不到单面焊双面的效果;当焊接速度过小时，焊接热输入大，会造成焊接熔池过烧。甚至烧穿。因此，焊接速度必须有一个合适的范围，试验得知，当焊接电流为50-60A，焊接速度0.60-0.65m/min较为理想。
4.焊接质量影响原因分析
不锈钢焊接由于设备、材料、工艺手段、操作方法不同，所得到的焊接质量千
差万别。现就钨极氩弧焊，在焊接304不锈钢薄板中影响其焊接质量的一些主要原因分析及解决办法供大家参考。
4.1 焊接质量评价术语以及含义
①焊缝牢固度：主要看工件正反二面材料是否完全熔接，抗拉抗折能力。
②焊缝平面度：指的是焊缝及热影响区实际平面与基准平面间隙值，间隙越大工件变形量就越大，平面度就越差，反之就平面度就好。
③焊缝直线度：指的是工件拼缝中心线与实际焊缝中心线偏差值。偏差越大直线度越差。
④焊缝高度和宽度：指的是焊接后最高厚度减材料厚度和焊缝截面中基材被熔化最长的长度。
⑤焊缝颜色：最好的是银白色，金黄色，蓝色为良好，红灰色为一般，灰色不良，而黑色则为最差。
⑥焊缝均匀性：指的是一定焊接长度中焊缝高度、焊缝直线度、焊缝宽度最大值和最小值的差值，差值越小均匀性越好。
⑦起弧和收弧点质量： 起弧和收弧点的面表质量，以不咬边不熔蚀材料边部为最好。以少咬边不熔蚀材料边部为次之。咬边又熔蚀材料边部为差。
⑧焊接裂纹：热裂纹、冷裂纹、应力腐蚀裂纹的统称。
⑨焊接尺寸精度： 指的是工件设计尺寸、角度，与实际尺寸和角度的偏差，偏差越大精度越低。反之则高。
4.2 影响质量原因分析
对于焊接质量评价中的各种工艺参数的实际控制方法。
4.2.1 焊缝牢固度
与焊接电流、焊接速度、钨棒与工件位置高度及角度、工件拼缝间隙等因素有关。厚度为0.8mm，电流一般控制在75~110A，焊接速度一般为700~1000mm/min，钨棒针尖与工件距离为2.7~3.0mm，焊枪角度一般与工件垂直向焊接方向后倾15~20度。焊丝的送丝角度与工件平面成10~15度，并与焊接方向线重合。焊丝直径选用0.55mm，焊接后效果较好。
4.2.2 焊缝平面度
①首先控制好焊接电流和电压、焊接速度、焊缝宽度。
②控制好变形，工件焊接尺寸才有保证。可采取尽可能减少工件发热量、发热面积。
较合适夹具压紧压平。 ③尽可能快速冷却装置。
④焊缝长度大于120mm，拼接时考虑焊缝的收缩率。0.8mm厚材料收缩率大概为0.08%~0.15%。（用小电流焊接使工件变形相应减小；调平压板增加了与工件传导面积；加大夹紧力使工件变形量减到最小；压板用紫铜制作下支梁镶紫铜并通冷却水增加热传导速度。）焊缝直线度的控制与工件焊接质量有直接关系，自动焊上控制容易，手工氩弧焊完全取决于操作者熟练程度，与焊接牢固性等有关。为较好控制焊缝直线度，仅可能采用自动焊接。对于焊缝的收缩率，在工件拼接时起始点不能留间隙，结束处按焊缝长度结合材料厚度收缩率留出一定间隙。材料厚度不同收缩率不同，一般是材料越厚收缩率越大。
4.2.3 焊缝直线度的控制
在实际中焊缝直线度对外观影响很大，手工操作时主要取决于工人的熟练程度，采用自动焊接能很好控制焊缝直线度。
4.2.4 焊缝高度和宽度的控制
①对加丝焊接来说与送丝速度、焊丝直径、电流大小、工件之间的间隙大小、焊接速度有关，在相对不变的前提下主要有以下特性：焊缝高度与送丝速度成正比、与焊丝直径成正比、与焊接电流成反比、与工件间隙成反比、与焊接速度成反比。
②对不加丝焊接来说与电流大小、工件之间的间隙大小、焊接速度有关，在相对不变的前提下主要有以下特性：与焊接电流成反比、与工件间隙成反比、与焊接速度成反比。
焊缝宽度与焊接电流成正比、与焊接速度成反比。合理控制上述过程能得到理想的焊缝高度和宽度。
4.2.5 焊缝均匀性控制
焊缝均匀性的控制与工件焊接质量有直接关系，自动焊上控制容易，手工氩弧焊完全取决于操作者熟练程度，与焊接牢固、美观、平面度等有关。为较好控制焊缝均匀性，仅可能采用自动焊接。
4.2.6 焊缝颜色
焊缝颜色可直接反影出焊接过程中的气体保护状态、冷却状况、焊接电流、焊接速度等调节的合理性。为达到较好的焊缝颜色，一般采用下列办法：
①较好气体保护。一般内嘴直径在5~20mm之间，气体流量为5~25L/min。气体流量过小，气流挺度差、排开空气能力差，影响保护效果。流量过大，则造成紊流、卷入空气使保护效果显著下降。喷嘴直径过大，不但影响观察焊缝，而且使气流流速过低，造成挺度不足保护效果下降。施工时应注意环境风速对保护作用的影响，当风速超过规定值时，会造成保护气体紊乱，这时应适当增加气体流量克服风速对其影响。
②使工件有较好的热传导，提高冷却速度，增加冷却效果.。比如用紫铜做夹紧工装夹在焊缝相近处、在工装上通冷却水等等。
③在保证焊接牢固度前提下，仅可能采用小电流减小热量产生。
④合适的焊接速度，速度过快工件温度还很高时已移出气体保护范围这样颜色会不好，速度过慢时在单位时间内对工件的热量会增多工件变色会严重。
⑤保护气体延时关闭。
4.2.7 起弧与收弧的控制
由于设由于设备和操作技能方面的局限性，往往起弧与收弧处缺陷较多。可以采用下列手段加以解决：
①减小起弧和收弧电流，减慢电流提升速度，这样能有效防止咬边、熔蚀等缺陷。
②在工件上增加一定长度的引弧板和收弧板，完成焊接后去除。 ③起弧时提高送丝速度等。
4.2.8 裂纹
在304不锈钢焊接中大多产生的是热裂纹，最直接的原因为材料中有害元素S、P、C、Si、Mn影响较为突出，解决办法有限制有害元素含量，焊缝中加入细化晶粒元素。工艺上可采用引弧板和收弧板将弧坑移出工件外，可以避免弧坑裂纹在工件上产生。
4.2.9 焊件的尺寸包括长度尺寸和角度
焊缝在冷却后都具有收缩性，焊缝距离越长收缩越大，板料越厚收缩越大，当
然还有电流大小对它的影响，焊接速度、冷却速度等诸多因素。为保证工件焊接后达到设计尺寸要求，可以采用给焊接拼缝一定的间隙（间隙形状如等腰三角形），当然起弧处是不能有间隙的。以0.8mm厚304不锈钢板（用数控直缝焊机焊接且用夹具压紧）为例，它的收缩值为0.8mm厚材料收缩率为0.08%~0.15%，在没加夹紧装置时收缩更大，对角焊接时的角度误差也如此。
5.结论
本文主要阐述了使用钨极氩弧焊对不锈钢薄板焊接的一些行之有效的方法以及一些初浅的见解。钨极氩弧焊接热量集中、热影响区域小、变形小、特别适合不锈钢薄板的焊接。同时焊接过程中要选择合理的工艺参数，如采用合适的焊接电流、焊接速度，钨极长度，焊接角度以及对焊接工件进行与拼装台的紧密结合等技术方法，则可以得到焊缝颜色和焊接质量较好以及焊接后变形较小的焊缝。
参考文献
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