氣體保護(hù)鎢極電弧焊 (GTAW) 有時(shí)也叫做惰性氣體保護(hù)鎢極 (TIG) 焊，特別適用于短焊道手工焊。對(duì)于簡(jiǎn)單的幾何形狀它可以自動(dòng)操作，但作為大型設(shè)備大量焊接的主要方法一般是不經(jīng)濟(jì)的。由于許多加工即使把另一種工藝作為主要焊接方法也需要一些GTA焊接，因此，對(duì)于維修和局部修整，對(duì)GTAW工藝進(jìn)行評(píng)定通常是恰當(dāng)?shù)摹?/span>

鎢極氬弧焊 © Sandvik

設(shè)備 

GTAW最好采用恒定電流電源， 用高頻電路輔助起弧。GTA焊應(yīng)采用直流正極性 (DCSP)，焊條為負(fù)極。使用直流反極性 (DCRP)會(huì)損壞電極。雙相不銹鋼的焊接可采用2％釷鎢 (AWS EW-Th2)、2%鈰鎢電極 (EW-Ce2) 或2%鑭鎢電極 (EWGLa2)。通過將電極研磨成頂角為30 到60度、錐點(diǎn)為小平面的錐形，幫助控制電弧。應(yīng)通過實(shí)際生產(chǎn)中的一些試驗(yàn)來確定GTAW自動(dòng)焊確保焊透的理想頂角。

填充金屬 

用于雙相不銹鋼焊接的填充金屬多數(shù)是“匹配”的，但相對(duì)于與之匹配的鍛軋產(chǎn)品，其鎳含量一般更高。通常鎳含量比鍛軋產(chǎn)品高約 2％– 4％。填充金屬中的氮含量一般略低于母材。普遍認(rèn)為較高合金化的雙相不銹鋼填充金屬適用于焊接低合金化的雙相不銹鋼。采用“匹配”填充金屬焊接雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼 或碳鋼和合金鋼可以獲得令人滿意的結(jié)果。

保護(hù)

像所有的氣體保護(hù)焊接工藝一樣，采用GTAW時(shí)，必須保護(hù)焊接熔池免受空氣氧化和污染。通常采用惰性氣體，氬氣，純度為99.95％或更高的干燥焊接級(jí)氬氣實(shí)施這種保護(hù)。 重要的是氣體處理系統(tǒng)應(yīng)清潔、 干燥和無泄漏，可調(diào)節(jié)流量以供應(yīng)足量氣體，以及防止保護(hù)氣體紊流和吸入空氣。應(yīng)在起弧前幾秒鐘啟動(dòng)氣體，滅弧后再保持幾秒鐘，保持時(shí)間最好足夠長(zhǎng)，以使焊縫和熱影響區(qū)冷卻到不銹鋼氧化溫度范圍以下。為保護(hù)焊條，使用常規(guī)氣體擴(kuò)散網(wǎng)屏(氣篩 )時(shí)建議流速為 12 - 18l/min (0.4-0.6cfm)，使用常規(guī)噴嘴時(shí)要求流速為上述流速的一半。

焊縫背面用保護(hù)氣體 (也是純氬) 流速取決于焊縫根部體積，但應(yīng)足以確?？諝馔耆艃舨⑹购缚p獲得完全的保護(hù)(以沒有回火色為準(zhǔn))。由于氬氣比空氣重，應(yīng)從封閉體積的下部向上送氣，吹洗氬氣的用量最少為焊縫根部體積的7倍。 

用純氬保護(hù)可得到滿意的焊接效果，但也有進(jìn)一步改進(jìn)的可能。添加高達(dá)3％的干燥氮?dú)庥兄诒Ａ艉缚p金屬的氮含量，尤其對(duì)于較高合金化的雙相不銹鋼而言。但發(fā)現(xiàn)加氮后增加了電極消耗，而加入氦可局部抵消這種影響。

應(yīng)避免向保護(hù)氣體中加入氧氣和二氧化碳，因?yàn)樗鼈儠?huì)降低焊縫的耐蝕性。由于雙相不銹鋼中的鐵素體相可能產(chǎn)生氫脆或氫致開裂，所以在保護(hù)氣體和焊縫背面用保護(hù)氣體中不應(yīng)當(dāng)使用氫氣。 

如果焊炬配有氣體輸送系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)，則應(yīng)對(duì)它們進(jìn)行定期檢查， 以保證保存的氣體干燥、清潔。 

技術(shù)和參數(shù) 

對(duì)于雙相不銹鋼來說，坡口、對(duì)準(zhǔn)、根部鈍邊和間隙準(zhǔn)備的均勻一致特別重要。雖然奧氏體不銹鋼允許使用一些焊接技巧克服坡口準(zhǔn)備的缺陷，但使用這些技巧卻使雙相不銹鋼有在相應(yīng)溫度區(qū)間停留時(shí)間延長(zhǎng)的危險(xiǎn)。如果可能的話，不建議使用銅墊板，因?yàn)殡p相不銹鋼對(duì)銅造成的表面污染敏感。

在焊接區(qū)外起弧會(huì)產(chǎn)生局部自熔焊焊點(diǎn)，冷卻速度很快，導(dǎo)致局部高鐵素體含量及耐蝕性的下降。為了避免產(chǎn)生這種問題，應(yīng)在焊接接頭上起弧。

應(yīng)采用完全的氣體保護(hù)進(jìn)行定位焊。在根部焊道的起點(diǎn)不應(yīng)當(dāng)進(jìn)行定位焊。理想情況下，為了避免定位焊引起的根部焊道開裂，根部焊道最好采用斷續(xù)焊且磨掉定位焊縫或在焊接根部前局部修磨定位焊縫。應(yīng)仔細(xì)保持根部間隙寬度以確保根部焊道熱輸入和稀釋的一致。應(yīng)在焊接填充焊道前研磨根部焊道的起點(diǎn)和終點(diǎn)。各焊接道次間，應(yīng)允許工件冷卻到150℃(300℉)以下(對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼)和100℃ (210℉) 以下(對(duì)于超級(jí)雙相不銹鋼)，以便后續(xù)焊接中使熱影響區(qū)有足夠的時(shí)間冷卻。

用GTAW法焊接雙相不銹鋼時(shí)最常使用的填充金屬為鎳略高的 “匹配” 填充金屬。超級(jí)雙相不銹鋼填充金屬已成功用于焊接2205母材。一般使用的焊絲直徑為1.6、2.4和3.2mm (1/16、3/32和1/8英寸)。焊絲應(yīng)當(dāng)清潔、干燥，使用前應(yīng)保存在有蓋容器內(nèi)。在平焊位置進(jìn)行焊接效果最佳。焊炬應(yīng)保持盡可能接近垂直以使保護(hù)氣體中吸入的空氣量最少。

為滿足多種材料厚度和接頭設(shè)計(jì)要求，選擇熱輸入的靈活性很大。按下列公式計(jì)算，熱輸入一般在0.5 - 2.5kJ/mm (15-65kJ/英寸) 范圍內(nèi)。 

熱輸入(kJ/mm) = (V x A)/(S x 1000) 

其中 V = 電壓 (伏特)， A = 電流 (安培)， S = 移動(dòng)速度 (mm/s) 

或

熱輸入(kJ/inch)=(VxAx 6)/(Sx 100) 

其中 V = 電壓 (伏特)， A = 電流 (安培)， S = 移動(dòng)速度 (in/min)

一般推薦的熱輸入：

2304或經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼：0.5 - 1.5 kJ/mm (15 - 38 kJ/in）

2205：0.5 - 2.5 kJ/mm (15 - 65 kJ/in) 

2507：0.3 - 1.5 kJ/mm (8- 38 kJ/in)

采用GTAW焊接，如果有良好的氣體保護(hù)，并適當(dāng)?shù)乜刂圃谀承囟鹊耐Ａ魰r(shí)間，則焊接的焊縫具有良好的韌性和耐蝕性。GTAW適用于各種場(chǎng)合的焊接。GTAW經(jīng)常用來補(bǔ)充和完成采用其他焊接方法組裝的大型構(gòu)件。對(duì)各類可能使用GTAW的情況進(jìn)行焊接工藝評(píng)定是很重要的。

大口徑雙相不銹鋼跨境管道的機(jī)械化焊接 

© Arco Exploration and Production Technology

氣體保護(hù)金屬極電弧焊(GMAW)有時(shí)稱為惰性氣體保護(hù)金屬極電弧焊 (MIG)，它特別適用于要求經(jīng)濟(jì)地熔敷大量焊縫金屬的長(zhǎng)焊道的焊接。對(duì)簡(jiǎn)單形狀的結(jié)構(gòu)可進(jìn)行自動(dòng)焊接。經(jīng)常使用GMAW進(jìn)行長(zhǎng)焊道的焊接，隨后用GTAW進(jìn)行補(bǔ)充以獲得復(fù)雜操作中的最佳控制。

2205雙相不銹鋼T形法蘭 © Arco Exploration and Production Technology

設(shè)備

GMAW需要專業(yè)設(shè)備，包括可變斜率和可變電感控制或具有產(chǎn)生脈沖電弧電流能力的恒壓電源。GMAW應(yīng)采用直流反極性 (DCRP)，焊條為正極。GMAW可有三種電弧過渡方式。

短路過渡 

這種方式需要單獨(dú)的斜率和二次電感控制，適用于焊接厚達(dá)約3毫米(1/8英寸)的材料。該方式使GMAW的熱輸入最低，且特別適用于薄規(guī)格軋材，薄斷面材料采用較高熱輸入時(shí)有變形的危險(xiǎn)。它也可用于非正常位置的焊接。 

脈沖電弧過渡 

這種方式需要兩個(gè)電源提供兩級(jí)的輸出功率，由電源轉(zhuǎn)換提供脈沖。 在噴射過渡階段金屬過渡量大，而在顆粒狀熔滴過渡階段金屬過渡量少。 這種組合具有金屬熔敷速度較高但又限制了熱輸入的優(yōu)點(diǎn)。

噴射過渡 

這種方式熔敷速度高，電弧穩(wěn)定，但熱輸入高。一般局限于平焊。 采用這種方式進(jìn)行中等大小焊縫的長(zhǎng)、直焊道的焊接是很經(jīng)濟(jì)的。 

填充金屬 

GMAW使用的自耗電極為連續(xù)焊絲，由自動(dòng)進(jìn)料系統(tǒng)通過焊炬供絲。用GMAW法焊接雙相不銹鋼的填充金屬是鎳含量高的“匹配”成分，以達(dá)到所期望的焊態(tài)相平衡和性能。

保護(hù)

GMAW保護(hù)氣體的選擇比GTAW略復(fù)雜，且在很大程度上取決于金屬加工廠是依賴于已購(gòu)混合氣體，還是具有現(xiàn)場(chǎng)混合氣體能力。GMAW的保護(hù)氣體從純氬到氬氣含量為80％并添加氦氣、氮?dú)?、氧氣和二氧化碳，添加這些氣體來提高焊接構(gòu)件的可焊性和成品性能。氣流速度取決于過渡方式、過渡速度和焊絲直徑，但對(duì)于直徑為1-1.6mm (0.035-0.063英寸)的焊絲 ， 氣流速度一般在12-16l/min(0.4-0.6cfm)。焊接過程中應(yīng)避免焊絲過度伸出以保持其處于氣體保護(hù)狀態(tài)。和GTAW一樣，完好的氣體輸送系統(tǒng)很關(guān)鍵，應(yīng)采取措施預(yù)防保護(hù)氣體吸入空氣。如果進(jìn)行較長(zhǎng)焊道的焊接，為了保證焊接質(zhì)量，應(yīng)從通風(fēng)裝置開始進(jìn)行氣體保護(hù)。保護(hù)氣體或焊縫背面保護(hù)氣體不應(yīng)當(dāng)使用氫氣，因?yàn)殡p相不銹鋼中的鐵素體相有可能產(chǎn)生氫脆或氫致開裂。

技術(shù)和參數(shù) 

表17匯總了短路電弧過渡和噴射電弧過渡的典型焊接參數(shù)。就像GTAW焊接雙相不銹鋼一 樣，GMAW要求良好且一致的坡口加工、對(duì)準(zhǔn)和根部鈍邊或間隙。如果可能的話，應(yīng)避免使用銅墊板，因?yàn)殡p相不銹鋼對(duì)銅造成的表面污染敏感， 且銅墊板在某些情況下會(huì)導(dǎo)致冷卻過快。

表17  采用短路電弧過渡和噴射電弧過渡方式、不同焊絲尺寸進(jìn)行雙相不銹鋼 氣體保護(hù)金屬極電弧焊 (GMAW) 的典型參數(shù) (來源：Avesta Welding)

任何在焊接區(qū)以外起弧會(huì)產(chǎn)生自熔焊局部焊點(diǎn)，其冷卻速度很快，導(dǎo)致局部高鐵素體含量和耐蝕性的損失。為了避免產(chǎn)生問題，應(yīng)在焊接接頭本身起弧。任何焊縫區(qū)外的起弧點(diǎn)均應(yīng)采用精細(xì)打磨的方法去除。

應(yīng)采用完全的氣體保護(hù)進(jìn)行定位焊。在根部焊道的起點(diǎn)不應(yīng)當(dāng)進(jìn)行定位焊。為了避免定位焊引起的根部焊道開裂，根部焊道最好采用斷續(xù)焊且磨掉定位焊縫，或在焊接根部前局部修磨定位焊縫。應(yīng)仔細(xì)保持根部間隙寬度以確保根部焊道熱輸入和稀釋的一致。應(yīng)在焊接填充金屬前研磨根部焊道的起點(diǎn)和終點(diǎn)。應(yīng)允許工件在各道次間冷卻到150℃ (300°F) 以下以使后續(xù)焊道的熱影響區(qū)有足夠時(shí)間冷卻。

一般使用的焊絲直徑為1.0, 1.2 和1.6mm (1/32, 3/64和1/16英寸)。焊絲應(yīng)清潔、干燥，使用前應(yīng)保存在有蓋容器內(nèi)。導(dǎo)管應(yīng)保持清潔干燥。在平焊位置進(jìn)行焊接效果最佳。焊炬應(yīng)盡可能保持接近垂直以使吸入保護(hù)氣體中的空氣量最少。

阿拉斯加北坡的大直徑雙相不銹鋼管道的機(jī)械化焊接

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