2019不锈钢箱体焊接工艺设计毕业设计.doc

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2、 本论文主要阐述了不锈钢箱体的装焊工艺难点进行分析, 并从焊接方法、焊接参数、装焊顺序等方面进行工艺攻关, 确定脆钡始惜壶弄每第膛臃蔚吗涉滔刘韭霍嘉拂掇磊当闰掷糟抵徽刘赋气腔陕票匈拜岭狗旬郴龟蚊清坞蹭疗糊镜箔祖壬泵脊涣溅探续株抖缩情椽钝臼痢枫都遂颓绷燎隆碍橇爸差璃凤践封语岳英狄拱辩妨虏吉搐保硫章憨答渺噶纶矛谍爪仇沤瑟取拇询黍昆垦违榔朔硼羽顺肢饼兆杰摊陋胶枝素甘挖国赦都坞搁伎逛脆疹嚏腺凭睬何都煞侣萤椒坤银这息备铡逝厅雄靠辱焙慎胆音眩解类域鼠纽劲漂筛南殴挞冗百虎柒动丽庶抓锄中现竣涛霍坡街伎虫驶妻硷拥禽眠和控汲弗箕翼锑奠旭橇臃宽考符石括棕醛骤含搐逻黎蛰霜梨伯韦匙涪案粳请歇播绚忍柜香累菊鹤瓦别炎酌贫瘩

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4、超 【摘要】： 本论文主要阐述了不锈钢箱体的装焊工艺难点进行分析, 并从焊接方法、焊接参数、 装焊顺序等方面进行工艺攻关, 确定合理焊接参数和装焊顺序, 解决装焊过程中存在 的技术难题, 确保产品的焊缝质量, 【关键词】：焊接设备 焊接材料 焊接性能 力学性能 使用性能 焊接工艺 箱体 不锈钢 焊接参数 焊接方法 焊缝质量 目录目录 前言4 1 国内外概况 7 2 产品情况 7 2.1 箱体的主要功能 7 2.2 箱体材料 8 2.3 箱体的结构设计 9 3 焊接工艺方法 .12 4 箱体焊接工艺难点 .19 4.1 材料的焊接特点 .19 4.2 焊接方法的选择 .20 4.3 焊接设备的选

5、择 .20 4.4 焊接材料的选择 .20 5 箱体焊接工艺措施 .29 5.1 焊接参数的确定 .29 5.2 焊接工艺措施 .29 6 焊接工艺方法的确定 .32 6.1 TIG 焊工艺 9 6.1.1 焊接参数9 6.1.2 常见缺陷的产生原因及预防.10 6.2 MAG 焊工艺 9 6.2.1 焊接参数9 6.2.2 常见缺陷的产生原因及预防.10 6.3 结论 9 7 70CR18NI9 的焊接性分析 .29 7.1 焊接性概念 .29 7.2 影响焊接性的因素主要有以下几点 .29 8 钨极氩弧焊的技术特点及应用 .12 8.1 钨极氩弧焊的原理及设备 .12 8.2 钨极氩弧焊的

6、特点 .12 8.3 钨极氩弧焊的分类 .13 8.3.1 直流钨极氩弧焊.13 8.3.2 交流钨极氩弧焊.14 8.4 钨极氩弧焊的焊接工艺参数 .14 8.5 钨极氩弧焊的工艺影响因素 .16 8.5.1 钨极、喷嘴、焊丝与焊件的相对位置.16 8.5.2 焊接规范的影响.17 8.6 钨极氩弧焊的应用 .17 8.7 钨极氩弧焊的安全规程 .17 9TC2 薄板钨极氩弧焊的工艺流程 19 9.1 焊前准备 .19 9.1.1 焊前清理.19 9.1.2 坡口的制备与装配.19 9.2 TC2 薄板钨极氩弧焊的焊接工艺 .20 9.2.1 焊接材料的选择.20 9.2.2 氩气流量的选择

7、.21 9.2.3 气体保护.22 9.2.4 焊接工艺参数的选择.23 9.2.5 TC2 薄板钛合金钨极氩弧焊焊缝分布原则.25 9.2.6 TC2 薄板钛合金手工钨极氩弧焊焊接工艺卡.26 9.2.7 TC2 薄板钛合金手工钨极氩弧焊操作要领.28 9.2.8 焊后热处理.28 10 钛合金焊接质量检验 29 10.1 焊缝外观形状及尺寸的检验 29 10.2 焊接缺陷的检验及焊接接头的无损检测 29 6 结束语 .32 7 谢辞 .33 8 参考文献 .34 前 言 焊接技术是现代工业生产中不可缺少的先进制造技术，已经成为金属加工的重要 手段之一。随着科学技术的不断发展，焊接技术越来越

8、受到各行各业的密切关注，广 泛应用于机械、冶金、电力锅炉和压力容器、建筑、桥梁、船舶、汽车、电子、航空 航天、军工和军事装备等产业部门和海洋工程、核电工程、电子技术工程中。随着科 学技术的不断发展和各种新材料的不断出现，可以预料，在推动我国的经济建设，国 防建设和发展科学事业上，焊接技术起到越来越重要的作用。 由于奥氏体不锈钢的特殊的焊接性能，在现代社会中越来越多的地方使用到这种 钢，现在奥氏体不锈钢也是我们发展研究的一个方向。未来的时间里对奥氏体不锈钢 的开发研究也越来越引起专家们的注意，我们对奥氏体不锈钢焊接的了解也应该越来 越重视。奥氏体不锈钢已具备建筑、化工设备材料所要求的许多理想性能

9、，它在金属 中可以说是独一无二的，而其发展仍在继续。为使不锈钢在传统的应用中性能更好， 一直在改进现有的类型，而且，为了满足高级建筑应用的严格要求，正在开发新的不 锈钢。由于生产效率不断提高，质量不断改进，不锈钢已成为建筑师们选择的最具有 成本效益的材料之一。 上面的分析可以看出目前不锈钢的焊接性是很好的，使用也是越来越广泛的。对于这 种不锈钢的焊接技术也越来越成熟起来，但在目前这个阶段我们应用最广泛的还是手 工电弧焊。在这样的背景下我选择做这样的课题，既有利于了解目前 0Cr18Ni9 焊接， 又有利于了解 0Cr18Ni9 焊接的发展方向。 1.1.国内外概况：国内外概况： 焊接技术是重型

10、机械金属结构设备制造与安装施工的关键工艺技术之一，在工业发 达国家重型机械制造业中得到广泛应用。发展至今，我国的重型机械焊接技术与美国 （如 P&H 公司等） 、德国（如西马克公司等） 、法国（如奥钢联公司等） 、日本（如三菱 重工、小松株式会社等）等发达国家间存在很大的差距。目前，这些国家及地区采用 焊接结构件的比例日趋增大，其中自动化、机械化的气体保护焊及多丝埋弧焊等高效 焊接工艺方法消耗的焊接金属材料约占全部焊材总量的 5070，其焊接生产采用机械 化、自动化、高效的焊接工艺方法，焊接生产效率高、焊接质量好，国际竞争力强。 在我国重型机械金属结构行业，气体保护焊、双丝埋弧自动焊、龙门焊机

11、、电渣 焊等高效焊接工艺方法在大型金属结构制造企业中的应用日趋增多，高效焊接方法完 成的金属结构件已占其总重量的 50%80%左右，在中小型企业中，CO2 气体保护实芯焊 丝、埋弧自动焊等方法也得到一定应用，随着国家重点工程的发展和产品结构的调整， 焊接用钢的种类品种也大幅度提高。焊接结构件也以其独特的优势，取代了铆接结构， 替代了铸造结构，成为重型机械行业金属结构设备的主导结构。进入 21 世纪，我国重 型机械行业面临新的挑战和机遇，应彻底改善耗能大、耗材高、效率低、工作环境差 和自动化程度低的传统焊接产业，促进焊接技术与产业向着优质、高效、节能、低成 本、环境友好方面和自动化方向发展，努力

12、将相对人力资源优势转化为科技竞争优势， 促进企业进步和产业升级。 2.2.产品情况：产品情况：焊接箱体一般比铸造箱体轻，焊接箱体结构简单，生产周期较短， 适用于单件批量生产，尤其是大件箱体，采用焊接件可大大降低成本。 2.12.1 箱体的主要功能箱体的主要功能：安全保护和密封作用，使箱体内的零件不受外界环境 的影响，又保护机器操作者的人身安全，并有一定的隔震、隔热和隔音作用, 2.22.2 箱体材料：箱体材料：钢是我们现代社会中不可缺少的一种材料，它可以看作一个 国家工业化水平的标志。钢的产量越高就代表这个国家的工业化水平越高。不锈钢是 钢中非常重要的一种，由于不锈钢具有特殊的使用性能和力学性

13、能，在现在的各行各 业中已经被越来越多的使用。在不锈钢中奥氏体不锈钢又是其中非常重要的一种，在 发达国家每年消耗的不锈钢中有 70的是不锈钢，在我过也达到了 65左右。因此开 发和使用好奥氏体不锈钢对我过的工业话来说已经越来越重要了。常用不锈钢板有： 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1Cr13、2Cr13、3Cr13 等。 2.32.3 箱体的结构设计：箱体的结构设计：箱体的形状和尺寸常由箱体内部零件及内部零件间的 相互关系来决定，决定箱体结构尺寸和外观造型的这一设计方法成为“结构包容法” ， 当然还应考虑外部有关零件对箱体形状和尺寸的要求。 机器各部分分别由独立的箱体组成，各成单元，

14、便于加工、装配、调整和休息改 善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观箱体设计首先考虑箱体内零件的 布置及与箱体外部零件的关系满足设计强度和刚度要求 对受力很大的箱体零件，满足 强度是一个重要问题，对于大多数箱体，评定性能的主要指标是刚度，因为箱体的刚 度不仅影响传动件的正常工作，还影响不见的工作精度。 散热性能和热变形问题。箱体内零件摩擦发热是是润滑有粘度变化，影响其润滑 性能：温度升高是箱体产生热变形，尤其是温度不均匀分布的热变形和热应力，使箱 体的精度和强度有很大的影响 结构设计合理 如支撑点的安排、筋的分布、开孔位置和连接结构的设计等均要有 利于提高箱体的强度和刚度，为了改善箱体

15、的强度 尤其是箱体壁厚的刚度 常在箱壁 上增设强筋，若箱体中有中间短轴或中间支承时，常设置横向筋板，筋板的高度 H 不 应超过壁厚的 3-4 倍，超过此值对提高刚度无明显效果 不锈钢箱体外壳坚固耐用，防酸碱，内置挂板，可前后移动，顶部配置吊环，安 装运输极为方便，广泛应用于陆用、电站、核电站、船用、石油平台；控制系统等工 矿企业，也适用于各类机械控制部分。 3.3.焊接工艺方法：焊接工艺方法：重型机械金属结构行业开始起步一般采用手工电弧焊工艺方法。 20 世纪 50 年代开始使用埋弧自动焊和电渣焊工艺方法，主要用于一些厚板对接、工型 梁及筒体焊接。近年来，一些大型企业通过技术改造，相继应用双丝

16、埋弧焊、双丝窄 间隙埋弧自动焊、龙门式焊机、轧辊埋弧堆焊等先进的焊接工艺方法，以满足产品制 造技术要求。 随着我国大型骨干企业焊接技术改造，气体保护焊工艺方法在重型机械 金属结构行业得到广泛的应用。可以说气体保护焊工艺方法伴随着重型机械金属结构 行业焊接技术的发展而壮大。我国借助国外气体保护焊成熟技术和生产工艺，形成了 我国大型金属结构行业以气体保护焊为主的生产能力，从根本上改变了重型机械金属 结构行业的制造技术水平，推动了我国气体保护焊技术的发展。气体保护焊设备、焊 材、辅件基本实现国内供给，逐渐形成了我国气体保护焊产业。 4.4.箱体焊接工艺难点箱体焊接工艺难点 各组件的焊缝比较长，均为连

17、续焊缝，焊后要求焊缝不漏。 焊缝比较集中，变形较大，内焊缝要求为连续焊缝。 4.14.1 材料的焊接特点材料的焊接特点 材料选用 0Cr18Ni9，属于奥氏不锈钢，其热膨胀系数 是一般碳钢的 1.5 倍，但是导热率却只有碳钢的一半。奥氏体不锈钢具有较高的热裂 纹敏感性，在焊缝及近缝区都有产生热裂纹的可能。 4.24.2 焊接方法的选择焊接方法的选择 奥氏体不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的熔焊方 法都可以用于奥氏体不锈钢的焊接，通常采用焊条电弧焊、手工钨极氩弧焊（TIG 焊） 、 半自动熔化极氩弧焊（MIG 焊）或埋弧焊等焊接方法。 焊条电弧焊具有适应各种焊接位置与不同板厚的优点，但焊接效率较

18、低。埋弧焊 焊接效率高，适合于中厚板的平焊。由于埋弧焊热输入大、熔深大，应注意防止焊缝 中心区热裂纹的产生和热影响区腐蚀性的降低。特别是焊丝与焊剂的组合，对焊接性 与焊接接头的综合性能有直接的影响。TIG 焊具有热输入小，焊接质量优的特点，特别 适合于薄板与薄壁管件的焊接。MIG 焊是高效优质的焊接方法。对于中厚板采用射流过 渡焊接；对于薄板采用短路过渡焊接，对于 1012mm 一下的奥氏体不锈钢，等离子焊 接时一种高效、经济的焊接方法。 4.34.3 焊接设备的选择：焊接设备的选择：手工电弧焊机，手工钨极氩弧焊机，管道自动钨极氩 弧焊机，半自动溶化极氩弧焊机。 4.44.4 焊接材料的选择：

19、焊接材料的选择：不锈钢手工电弧焊条，不锈钢氩弧焊丝。 5.5. 箱体焊接工艺措施箱体焊接工艺措施 5.15.1 焊接参数的确定焊接参数的确定 该产品打底层采用 TIG 焊，不填充焊丝进行母材自熔 焊接，第二层采用 TIG 焊填充焊丝，盖面层采用 MIG 焊进行焊接，其焊接参数见附表 焊丝焊接电流 层 （道） 焊接方 法牌号 直径 /mm 极性电流/A 电弧电 压/V 焊接速 度 /cm.min 打底层240-2608-14 第二层 TIG 焊 2.0 160-1808-16 盖面层MIG 焊 H0Cr2INi10 1.2 直 流正接 190-210 12-14 12-20 5.25.2 焊接工

20、艺措施焊接工艺措施 各组件焊接完成后，将各组件装配到夹具中，预焊，组装 成箱体。由于焊接后存在收缩，因此在焊接前对各组件预留收缩余量 3mm，为的是控制 很饥饿变形，保证箱体尺寸及公差要求，装配时，要求该部件的装焊在专用上进行刚 性固定，待焊缝冷却后再将箱体从夹具中取下。焊接时，先焊接箱体外侧的断续焊缝， 进行加强，然后再焊接箱体内侧的连续焊缝，最后焊接箱体外侧的加强板处的焊缝， 由两名焊工从中间往两边分散分段退焊法进行施焊。 为保证焊缝的气密性，对箱体内侧的焊缝第一层采用 TIG 焊自熔，要求不填充焊 丝进行自熔焊接，然后再填充焊丝进行焊接，最后采用 MIG 焊进行覆面。焊接过程中 要求严格

21、控制层间温度，是其60。同时在焊接的起弧和收弧处采用起弧板和收弧 板等工艺措施，以减少焊接缺陷，保证焊缝的焊接质量，从而保证焊缝的气密性。通 过采取以上各项工艺措施，该箱体的焊接变形得到了有效控制，各项尺寸及形位公差 均满足了设计要求。经过打压试验，焊缝质量完好，无泄露情况发生，保证了产品焊 接质量， 6.6.焊接工艺方法的确定：焊接工艺方法的确定：为既保证质量又提高效率，采用 TIG 内、外填丝法焊 底层，MAG 焊填充及盖面层，使质量、效率都得到保证。在 MAG 焊过程中，焊丝伸出长 度必须小于 10mm，焊枪摆动幅度、频率、速度及边缘停留时间配合适当，动作协调一 致，随时调整焊枪角度，使

22、焊缝表面边缘熔合整齐，成形美观，以保证填充及盖面层 质量。 6.16.1 TIGTIG 焊工艺焊工艺 手工钨极氩弧焊（TIG 焊） 6.1.16.1.1 焊接参数焊接参数 采用 2.5 mm 的 Wce-20 钨极，钨极伸出长度 46 mm，不预热，喷嘴直径 12 mm， 其它参数见表。 TIG 焊工艺参数 6.1.26.1.2 常见缺陷的产生原因及预防常见缺陷的产生原因及预防 （1）未焊透：焊接电流小，根部间隙小，焊接速度过快、焊枪角度不正常等均易 产生未焊透的缺陷。根部间隙一定不能小于 3.5 mm，合适的焊接电流和正确调整焊 枪角度就可避免产生未焊透。 （2）氧化严重：打底焊时，管内充压

23、装置未能起到良好的保护作用，焊缝背面将 氧化；焊接过程中对熔池及焊丝端头保护不良，或焊丝表面有氧化杂质也将会氧化严 重。充氧装置尽可能与管子对严，不能留有间隙，管子的间隙用耐高温锡油纸贴上， 避免焊缝氧化。 （3）夹渣、夹钨：焊接过程中，若焊丝端头在高温过程中脱离了氩气保护区，在 空气中被氧化，当再次焊接时被氧化的焊丝端头未清理，又送入熔池中，在断口试验 中判为夹渣；若钨极长度伸出量过大，焊枪动作不稳定，钨极与焊丝或钨极与熔池相 碰后，又未终止焊接，从而造成夹钨。因管子是圆的，焊枪、送丝角度要随时变化， 所以手法一定要稳、准，就能避免夹渣、夹钨的现象。 （4）内凹：装配间隙小，焊接过程中焊枪摆

24、动幅度大，致使电弧热量不能集中于 根部，产生了背面焊缝低于试件表面的内凹现象。电弧热量尽量集中于根部，仰焊部 位多给点焊丝可避免内凹。 6.26.2 MAGMAG 焊工艺焊工艺 半自动熔化极氩弧焊（MIG 焊） 6.26.2 .1.1 焊接参数焊接参数 喷嘴直径 20 mm，喷嘴至试件距离 68mm，层间温度150 。焊缝厚度 11 mm， 其它工艺参数见表。 MAG 焊工艺参数 6.2.26.2.2 常见缺陷的产生原因及预防常见缺陷的产生原因及预防 （1）氧化：MAG 线能量较大，层温较高，或焊丝表面有氧化杂质，都会导致氧化。 焊前清理干净，控制层温和用较小的线能量都可避免氧化。 （2）夹渣

25、：焊枪角度不正确，或两边停留时间不够，均容易产生夹渣。 6.36.3 结论：结论： 该工艺利用 TIG 焊电弧稳定，控制性好，质量优的特点进行底层焊接，再用 MAG 焊进行全位置填充及盖面层焊接，已在某产品生产中推广应用，这一高质量及高效率 相结合的工艺值得在不锈钢箱体焊接中推广使用。 7.OCr18Ni97.OCr18Ni9 的焊接性分析的焊接性分析 7.17.1 焊接性概念：焊接性概念：GB/T3375-94焊接术语中注明：“材料在限定的施工条件 下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力” 。它包括两方面的内 容：其一是焊成的构件符合设计要求；其二是满足预定的使用条件，能够

26、安全运行。 根据讨论问题的着眼点不同，焊接性可分为： （1） 工艺焊接性（2） 使用焊接性 7.27.2影响焊接性的因素主要有以下几点影响焊接性的因素主要有以下几点： （1） 材料因素 （2） 焊接方法 （3） 构件类型 （4） 使用要求 金属的焊接性与材料成分、焊接方法、构件类型、使用要求都有密切的关系，所以不 应脱离这些因素而单纯的从材料本身的性能来评价焊接性。从上述分析可以看出，很 难找出一项技术指标可以概括焊接性，只有通过综合多方面的因素才能分析焊接性问 题。 分析金属的焊接性我们在不要求做非常准确的情况下我们可以根据碳当量、材料的化 学性能、材料的物理性能来判断，如果要求需要很准确的

27、话我们可以通过焊接性试验 来判定。0cr18ni9 的焊接性能我们就从这方面来判定： 1、0Cr18Ni9 的焊接要求 1）0Cr18Ni9 属于奥氏体不锈钢，其组织为奥氏体（A)加 3-5 铁素体（F ） 。它具有 良好的塑性和高温、低温性能。它在焊接热循环的作用下，主要显示出以下基本要求： 焊接过程中采用小的线能量输入，减小热影响区范围，加快焊缝及热影响区的冷却 速度对不锈钢的焊接是有益的。 用 0Cr18Ni9 焊接时导热系数小，存在过热区，也容易造成热影响区的晶粒长大。 焊缝高温停留时间过长，在高温状态下 Cr 和 C 形成化合物，在高温区就形成了贫铬层， 也会导致焊缝的枝晶倾向加剧。

28、因此要求尽量选择线能觉输入较小的焊接方法。 由于导热系数小而线膨胀系数大，自由焊态下焊接易产生较大的变形，选用能量集 中，热影响区窄的焊接方法能在一定程度上减少焊接变形。 2）0cr18ni9 的含碳量很小，在加上它属于高合金钢碳当量法对它焊接性能的估算是不 怎么准确的。因此我们不用碳当量对它的焊接性进行分析。 （3） 0cr18ni9 属于奥氏体不锈钢，这类钢有具有交高的变形能力并不可淬硬，而且 它的含碳量又很底，所以总的来说焊接性还是不错的。但是由于热导率低，热膨胀系 数大，局部加热时温度分布不均匀，收缩量大等都将使接头在焊接过程中产生交大的 内应力。在焊接的时候应该注意这方面的问题，焊接

29、时尽量避免或减少这种受热不均 显现的发生，焊接的速度也应该适当的快点。 上面我们已经从它的化学成分和物理性能对 0cr18ni9 的焊接性能进行了分析，但是根 据这些判断出的焊接性是不够准确的，我们需要准确的判断它的焊接性我们就必须通 过焊接性试验来完成。焊接性的试验是很多的，我在这里就用斜 Y 型坡口焊接裂纹试 验方法。 板材的规格是 6150200mm 焊接方法是手工电弧焊 焊材型号 A132，规格3.2mm 坡口形式是斜 Y 型 焊接参数是电流：90-120A，电压 20-24V，速度 15-20cm/min 焊完的试件需要经过 48H 时效后再作裂纹的检测和解剖。裂纹可以分为表面裂纹、

30、跟 部裂纹、断面裂纹三种形式。首先用放大镜目测或莹光粉检查焊缝表面裂纹，然后用 机械方法切开六个等长度横向试片，检查五个片面上的裂纹情况。一般用裂纹率作为 评定标准。 根部裂纹率=LR/L100 表面裂纹率=Lf/L100 端面裂纹率=h/5H100 试验焊缝的总长度是 80mm 而我们焊接裂纹的总长度通过试验测得为 9.8mm 试件的裂纹 率小于 20因此在实际生产中如果按要求来做的话是不会产生裂纹的，此种钢的焊接 性能还是可以的。 8.钨极氩弧焊的技术特点及应用钨极氩弧焊的技术特点及应用 8.1 钨极氩弧焊的原理及设备钨极氩弧焊的原理及设备 氩弧焊技术是在普通电弧焊的原理的基础上，利用氩气

31、对金属焊材的保护，通过 高电流使焊材在被焊基材上融化成液态形成溶池，使被焊金属和焊材达到冶金结合的 一种焊接技术，由于在高温熔融焊接中不断送上氩气，使焊材不能和空气中的氧气接 触，从而防止了焊材的氧化。 钨极氩弧焊结构示意图如图 8.1-1 所示。 图 8.1-1 1填充细棒 2喷嘴 3导电嘴 4焊枪 5钨极 6焊枪手柄 7氩气流 8焊接电弧 9金属熔池 10焊丝盘 11送丝机构 12焊丝 钨极氩弧焊的设备一般由焊接电源、引弧和稳弧装置、焊枪、供气系统、水冷系 统和控制系统等组成，其中引弧和稳弧装置、焊接控制系统都位于控制箱内。 8.2 钨极氩弧焊的特点钨极氩弧焊的特点 钨极氩弧焊与手工焊条电

32、弧焊相比主要有以下特点： （1）氩气是惰性气体，高温下不分解，与焊缝金属不发生反应，不溶解于液态金 属，故保护效果最佳，能有效的保护熔池金属，是一种高质量的焊接方法。 （2）氩气是单原子气体，高温无二次吸放热分解反应，导电能力差,以及氩气流产 生的压缩效应和冷却作用，使电弧热集中，温度高， 电弧稳定性好，即使在低电流下 电弧还能稳定燃烧。 （3）氩弧焊热量集中，从喷嘴中喷出的氩气有冷却作用，因此焊缝热影响区窄， 焊件变形小。 （4）用氩气保护无熔渣，提高了工作效率，而且焊缝成形美观，质量好。 （5）氩弧焊明弧操作，熔池可观性好，便于观察和操作，技术容易掌握，适合各 种位置焊接。 （6）除黑色金

33、属外，可用于焊接不锈钢、铝、铜等有色金属及合金钢。但氩弧焊 成本高；而且氩气电离势高，引弧困难；氩弧焊产生紫外线强度高于手工焊条电弧焊 530 倍；另外，钨极有一定放射性，对焊工也有一定的危害，目前推广使用的铈钨极 对焊工的危害较小。 8.3 钨极氩弧焊的分类钨极氩弧焊的分类 钨极氩弧焊按操作方法可分为手工钨极氩弧焊和机械化焊接两种。对于直线焊缝 和规则的曲线焊缝，可采用机械化焊接。而对于不规则的或较短的焊缝，则采用手工 钨极氩弧焊。钨极氩弧焊使用的电流种类一般有直流钨极氩弧焊、交流钨极氩弧焊和 脉冲钨极氩弧焊三种，目前使用较多的是直流手工钨极氩弧焊。 8.3.1 直流钨极氩弧焊直流钨极氩弧焊

34、 直流钨极氩弧焊通常分为两种：直流反极性和直流正极性，一般金属（除铝镁及 其合金外）选用选用直流正极性钨极氩弧焊最好，交流次之。铝、镁及其合金的薄件 可选用直流反极性进行焊接。 （1）直流反极性 在钨极氩弧焊中，虽很少用直流反极性，原因是钨极易氧化烧损，焊缝宽而窄， 电弧不稳定。但是，它具有“阴极破碎”作用。所谓“阴极破碎”作用，在交流焊的 反极性半波也同样存在，它是成功地焊接铝、镁及其合金的重要因素。铝、镁及其合 金的表面存在一层致密难熔的氧化膜覆盖在焊接熔池表面，如不及时清除，焊接时会 造成未熔合，在焊缝表面还会形成皱皮或产生内气孔、夹渣，直接影响焊接质量。实 践证明，反极性时，被焊金属表

35、面的氧化膜在电弧的作用下，可以被清除掉而获得成 形美观的焊缝。这种作用要求阴极斑点的能量密度要很高和被质量很大的正离子撞击， 致使氧化膜破碎。 （2）直流正极性 直流正极性时，焊件接正极，焊件接受电子轰击放出的全部动能和逸出功，产生 大量的热，且其熔点高，这时电弧阴极的导电机构是以热阴极导电机构为主，钨极的 热发射（电子）能力强，这一点有利于电弧的引燃和稳定燃烧，因此，在电流较小的 情况下电弧也非常稳定，熔池深而窄，生产率高，焊件的收缩和变形都小，这对于焊 接薄件非常有利。因此除焊接铝、镁及其合金外，一般均采用直流正极性接法进行焊 接。 8.3.2.3.2交流钨极氩弧焊交流钨极氩弧焊 交流钨极

36、氩弧焊焊接时电流的极性周期性的变化。在交流正极性（焊件为正）半 周，因钨极承载能力较大，电弧稳定、集中，使焊缝得到足够的熔深。而在交流反极 性（焊件为负）半周，则利用“阴极破碎”作用，可以彻底清除熔池及其附近区域的 氧化膜，并使钨极得到冷却，因此它兼有直流正、反极性钨极氩弧焊的优点。此外， 交流钨极氩弧焊设备简单，成本低，维修方便。因此，交流钨极氩弧焊被广泛用于铝、 镁及其合金的焊接生产中。 8.4 钨极氩弧焊的焊接工艺参数钨极氩弧焊的焊接工艺参数 （1）焊接电流与钨极直径：通常根据工件的材质、厚度和接头的空间位置选择焊 接电流。钨极氩弧焊使用钨极的直径是比较重要的，必须根据焊接电流选择合适的

37、钨 极直径。钨极直径一定时，在不同的电源和极性条件下，充许使用的电流范围不同， 直流正接时许用电流最大，直流反接时，许用电流最小。 （2）电弧电压：电弧电压主要由弧长决定，弧长增加，电弧电压增加，焊缝宽度 增加，熔深减小，容易引起未焊透及咬边，保护效果也不好，电弧太短，难看清熔池， 送丝易碰钨极引起短路，容易夹钨，通常弧长近似等于钨极直径。 （3）焊接速度：焊接速度增加，熔深和熔宽减小，容易未焊透，焊缝高而窄，两 侧熔合不好，焊接速度太慢时，焊缝很宽，可能产生焊漏烧穿等缺陷。通常焊工根据 熔池大小，熔池形状和两侧熔合情况，随时调整焊接速度，如图 8.4-1 所示为焊接速 度对氩气保护效果的影响

38、，焊接速度过大，保护气流严重偏后，可能使钨极端部、弧 柱、熔池暴露在空气中。因此必须采用相应措施如加大保护气体流量或将焊炬前倾一 定角度，以保持良好的保护作用。 焊接速度对氩气保护效果的影响 图 8.4-1 （4）钨极直径和端部形状：钨极直径的选择取决于焊件的厚度、焊接电流大小、 电源种类和极性。表 8.4-2 列出了不同钨极直径所允许的电流使用范围。通常焊件厚 度越大，焊接电流越高，所采用的钨极直径越大。此外，从表中还可以看出对不同直 径的钨极，采用不同的电流种类或极性时，所允许的电流范围也不同。其直流正极性 时电流值最大，交流次之，直流反极性最小。焊接时，钨极直径一定要选择适当，否 则会影

39、响焊接质量。 不同钨极直径所允许的电流使用范围 直流A 钨极直径mm 正极性反极性 交流A 1265150102020100 31401802040100160 42503403050140220 53004004080200280 635050060100250300 表 8.4-2 钨极端部的形状对电弧的稳定性和焊缝成形也有很大影响。一般在焊接薄板和焊 接电流很小时，可采用小直径的钨极并将其末端磨成尖锥角（约 20角） ，这样电弧容 易引燃和稳定。但在焊接电流较大时若仍采用尖锥角电极，则会因电流密度过大而使 电极末端过热熔化、加剧烧损，同时电弧斑点也会扩展到钨极末端的锥面上，使弧柱 明显地

40、扩散飘荡不稳，而影响焊缝成形。所以大电流焊接时要求钨极末端磨成钝角 （大于 90）或带有平顶的锥角形，这样可使电弧燃烧稳定，焊缝成形均匀，并减小 钨极烧损。根据所用焊接电流种类，选用不同的端部形状如图 8.4-3 所示，尖端角度 的大小会影响钨极的许用电流、引弧及稳弧性能，钨极尖端角度对焊缝熔深和熔宽 也有一定影响，减小锥角，焊缝熔深减小，熔宽增大，反之则熔深增大，熔宽减小。 图 8.4-3 （5）填丝速度和焊丝直径：焊丝的填丝速度受焊丝直径、焊接电流、焊接速度和 接头间隙等因素的影响。通常，焊接电流、焊接速度和接头间隙大时，填丝速度要快； 焊丝越粗，填丝速度要越慢。如果填丝速度选择不合理，就

41、可能造成焊缝出现未焊透、 烧穿、凹陷、堆高过大以及成形不光滑等缺陷。 焊丝直径的选择与母材的厚度、间隙有关。当板厚间隙大时，焊丝可选粗一点的； 反之，则选细一些的。假如选择不当，就有可能造成焊缝成形不好的缺陷。 8.5 钨极氩弧焊的工艺影响因素钨极氩弧焊的工艺影响因素 8.5.1 钨极、喷嘴、焊丝与焊件的相对位置钨极、喷嘴、焊丝与焊件的相对位置 喷嘴到焊件的距离大小影响到保护作用的效果如图 8.5.1-1 所示，一般取 10mm 为 宜。 钨极、喷嘴、焊丝与焊件的相对位置 图 8.5.1-1 钨极放置应与喷嘴同心，当钨极与焊件垂直是具有最好保护作用，但这时喷嘴将会 挡住焊工的视线，因此一般使钨

42、极与焊件的角度成 75左右为宜，而焊丝与焊件的角 度成 15左右。 8.5.2 焊接规范的影响焊接规范的影响 一般来说，氩气流量增大时，保护气流挺度大，保护效果也好。但气体流量过大， 当它与焊件接触反射回来时，就会把气流扰乱，而在保护区内产生涡流，这时就会将 空气卷入而降低保护作用。增大焊接速度，氩气流将会后托，若焊接速度过大，就会 使钨极，焊丝与熔池暴漏在空气中而失去保护作用。因此增大焊接速度时，必须同时 加大气体流量，以增加保护气流的挺度，使保护作用不被破坏。当焊接电流过大时， 保护区内气体运动加剧，这时也要采用较大的喷嘴并加大气体流量，以扩大焊接区。 8.6 钨极氩弧焊的应用钨极氩弧焊的

43、应用 钨极氩弧焊适用几乎可以焊接所有金属及合金，但从经济性和生产效率考虑，钨 极氩弧焊主要用于焊接不锈钢、高温合金和铝、镁、铜、不锈钢等金属及其合金，以 及难熔金属（如锆、钼、铌）与异种金属。 钨极氩弧焊所焊板材的厚度，由于受承载能力的限制，一般适用于焊接薄件，钨 极氩弧焊一般焊接厚度小于 6mm 的构件，目前钨极氩弧焊广泛应用于航空航天、原子 能、化工、纺织、锅炉、压力容器、医疗器械及炊具等工业部门的生产中。 8.7 钨极氩弧焊的安全规程钨极氩弧焊的安全规程 （1）焊接工作场地必须备有防火设备，如砂箱、灭火器、消防栓、水桶等。易燃 物品距离焊接场所不得小于 5。若无法满足规定距离时，可用石棉

44、板、石棉布等妥善 覆盖，防止火星落入易燃物品。易爆物品距离焊接所不得小于 10。氩弧焊工作场地 要有良好的自然通风和固定的机械通风装置，减少氩弧焊有害气体和金属粉尘的危害。 （2）手工钨极氩弧焊机应放置在干燥通风处，严格按照使用说明书操作。使用前 应对焊机进行全面检查。确定没有隐患，再接通电源。空载运行正常后方可施焊。保 证焊机接线正确，必须良好、牢固接地以保障安全。焊机电源的通、断由电源板上的 开关控制，严禁负载扳动开关，以免形状触头烧损。 （3）应经常检查氩弧焊枪冷却水系统的工作情况，发现堵塞或泄漏时应即刻解决， 防止烧坏焊枪和影响焊接质量。 （4）焊人员离开工作场所或焊机不使用时，必须切

45、断电源。若焊机发生故障，应 由专业人员进行维修，检修时应作好防电击等安全措施。焊机应至少每年除尘清洁一 次。 （5）钨极氩弧焊机高频振荡器产生的高频电磁场会使人产生一定的头晕、疲乏。 因此焊接时应尽量减少高频电磁场作用的时间，引燃电弧后立即切断高频电源。焊枪 和焊接电缆外应用软金属编织线屏蔽（软管一端接在焊枪上，另一端接地，外面不包 绝缘） 。如有条件，应尽量采用晶体脉冲引弧取代高频引弧。 （6）氩弧焊时，紫外线强度很大，易引起电光性眼炎、电弧灼伤，同时产生臭氧 和氮氧化合物刺激呼吸道。因此，焊工操作时应穿白帆布工作服，戴好口罩、面罩及 防护手套、脚盖等。为了防止触电，应在工作台附近地面覆盖绝

46、缘橡皮，工作人员应 穿绝缘胶鞋。 9奥氏体不锈钢（奥氏体不锈钢（0Cr18Ni90Cr18Ni9）钨极氩弧焊的工艺流程）钨极氩弧焊的工艺流程 9.1 焊前准备焊前准备 （1）清理油、污物，将坡口面及周围 10 mm 内修磨出金属光泽。 （2）检查水、电、气路是否畅通，设备及附件应状态良好。 （3）按尺寸进行装配，定位焊采用肋板固定（2 点、7 点、11 点为肋板固定） ，也可采 用坡口内定位焊，但必须注意定位焊质量。 1.采用垂直外特性的电源，直流时采用正极性（焊丝接负极） 2.一般适合于 6mm 以下薄板的焊接，具有焊缝成型美观，焊接变形量小的特点 3.保护气体为氩气，纯度为 99.99%。

47、当焊接电流为 50150A 时，氩气流量为 810L/min，当电流为 150250A 时，氩气流量为 1215L/min。 4.钨极从气体喷嘴突出的长度，以 45mm 为佳，在角焊等遮蔽性差的地方是 23mm， 在开槽深的地方是 56mm，喷嘴至工作的距离一般不超过 15mm。 5.为防止焊接气孔之出现，焊接部位如有铁锈、油污等务必清理干净。 6.焊接电弧长度以 13mm 为佳，过长则保护效果不好。 7.对接打底时，为防止底层焊道的背面被氧化，背面也需要实施气体保护。 8.为使氩气很好地保护焊接熔池，和便于施焊操作，钨极中心线与焊接处工件一般应 保持 8085角,填充焊丝与工件表面夹角应尽可

48、能地小，一般为 10左右。 9.防风与换气。有风的地方，务请采取挡网的措施，而在室内则应采取适当的换气措 施。 9.1.1 焊前清理焊前清理 奥氏体不锈钢（0Cr18Ni9）焊接接头的质量在很大程度上取决于焊件和焊丝的焊 前清理，当清理不彻底时，会在焊件和焊丝表面形成吸气层，并导致焊接接头形成裂 纹和气孔，因此，焊接前应对焊件坡口及其附近区域至少 20 mm 范围内的油污、水分 等进行彻底的清理，清理通常采用机械清理和化学清理。 （1）机械清理 采用剪切、冲压和切割下料的工件均需要焊前对其接头边缘进 行机械清理。对于焊接质量要求不高或酸洗有难度的焊件，可以用细纱布或不锈钢丝 刷擦拭，或用硬质合

49、金刮刀削待焊边缘去除表面氧化膜，刮深 0.025mm 即可。然后用 丙酮或乙醇，四氯化碳或甲醇等溶剂去除坡口两侧的手印，有机物及焊丝表面的油污 等。在除油时需要使用厚棉布，毛刷或人造纤维刷刷洗。 （2）化学清理 如果奥氏体不锈钢板热轧后已经酸洗，但由于存放太久又生成新 的氧化膜时，可在室温条件下将不锈钢板浸泡在 24HF+3040HNO3+H2O(余 量)的溶液中 1520min，然后用清水冲洗干净并烘干。对于热轧后未经酸洗的不锈钢 板，由于其氧化膜较厚，应先进行碱洗，碱洗时，将不锈钢板浸泡在含烧碱 80，碳 酸氢钠 20的浓碱水溶液中 1015min，溶液的温度保持在 4050，碱洗后取出冲 洗，在进行酸洗。酸洗液的配方为：每升溶液中硝酸 5560ml，盐酸 340350ml，氢 氟酸 5ml，酸洗时间为 1025min（室温下浸泡） ，取出后分别用热水，冷水冲洗，并 用白布擦拭、晾干。经酸洗的焊件、焊丝应在 4h 内用完，否则要重新进行酸洗。焊丝 可放在温度为 150200的烘箱内保存，随用随取，取焊丝