奥氏体不锈钢管道CO2氩气混合气体保护焊工艺研究

张凯

摘要：本文叙述了CO2气体保护焊的原理和分类，介绍混合气体、焊丝及半自动焊的使用方法、CO2半自动操作技术，系统阐述了奥氏体不锈钢管道的焊接工艺。

关键词：CO2气体保护焊;氩气;不锈钢管道

1、前言

CO2气体保护焊是一种高效率低成本的焊接方法，目前已广泛应用在我国的船舶制造。汽车制造及其他钢结构的制造等部门，正逐步替代了焊条电弧焊，特别是逆变式焊机体积小，重量轻，电流大等优点，越来越被广泛的引用。

根据我公司自动化设备订单的要求，品质高，工艺严格，设备需求全部用不锈钢材料制作，空压机房向外输送管道全部采用奥氏体不锈钢管道安装，（奥氏体管65mmX6mm）。

2、奥氏体不锈钢的焊接性

能在大气中耐腐蚀的钢叫不锈钢，将不锈钢加热到900度-1100度淬火后，按所得到的组织不同不锈钢可分为三类：铬不锈钢、铬镍奥氏体不锈钢、铬锰氮不锈钢。

不锈钢在一般情况下具有良好塑性，但在热加工不当时，会产生脆化而形成裂纹。奥氏体或鐵素体不锈钢在高温（375度—875度）长时间保温会生成一种Fe-Cr金属间化合物，性能极硬而脆，且分布在晶界中，使不锈钢的冲击韧性大大下降而脆化。

1）奥氏体不锈钢的晶间腐蚀

奥氏体不锈钢具有良好的焊接性，如焊接材料或焊接工艺不正确时会出现晶间腐蚀或热裂纹缺陷。晶间腐蚀发生于晶粒边界，它是奥氏体最危险的破坏形式之一。不锈钢具有抗腐蚀能力的必要条件是含鉻量大于12%，当含鉻量小于12%时，就会失去防腐蚀能力。奥氏体不锈钢就是由于晶界处形成贫鉻区（含鉻量小于12%）而造成的，其原因相当奥氏体不锈钢处在450度-850度温度下，碳在奥氏体中的扩散速度大于鉻在奥氏体扩散速度，室温下碳在奥氏体中的溶解度很小，约为0.02%-0.03%，当奥氏体钢种含碳量超过这个数时就不断的向奥氏体晶界中扩散，晶界附近大量的鉻和碳化合成碳化鉻，造成奥氏体界面的鉻减少，这种腐蚀可以发生在热影响区，焊缝或熔合线上，

2）CO2气体保护焊焊接不锈钢存在氧化和增碳

CO2气体保护焊具有氧化性，高温下生成氧原子，极易使合金元素产生氧化反映。不锈钢最主要的合金元数是铬，铬对氧的亲和力比铁对氧的亲和力大。焊接过程中容易生成氧化铬。这就使不锈钢的含铬量降低，影响了抗腐蚀性。对药芯焊丝来说采用存Co2作保护气体进行焊接，焊逢金属碳含量可控制在很低的数值。大大减弱了氧化和增碳反映。

3）热烈纹，奥氏体不锈钢含有较多的镍（8%---20%）同时钢中还存在S，P等杂质元素如S于Ni形成Ni3S2共晶杂质熔点为645度，而共晶杂质的熔点仅有625度。不锈钢从液态转为固态时间较长，于是结晶过程中杂质偏析严重，形成的低熔共晶杂质多。

3、影响焊接质量因素

焊接质量的好坏，直接影响着焊接结构的是使用寿命和安全，如果焊接接口中存在着严重的缺陷，会使得焊接结构的强度减弱，引起结构的破坏，必须树立“质量第一的”观念，严格遵守焊接工艺规程，认真进行操作。焊后及时自行检验，发现焊接缺陷及时修正，确保产品的焊接质量。

1）影响焊接质量的因素

（1）CO2气体保护焊半自动焊是靠手工操作的，操作者的技能和工作情况对焊接质量有着较密切的关系。

（2）Co2气体保护焊机的性能应符合Co2气体保护焊的要求，要有水平或缓降的电源外特性，良好的动特性，以及满意的调节性能，送丝机平稳送丝，气体流量稳定，工装设备运转良好。

（3）母材的焊接性良好，Co2及氩气气体的纯度符合工艺要求，更重要的是焊丝，通常运用和母材同一类钢、其合金元素高于母材以补充在焊接过程中的氧化和烧损，药芯焊丝的质量优于实芯焊丝

（4）在室外进行Co2气体保护焊时要有良好的气候，风速不得大于2M/S，另外工作场地要有良好的通风，风速大时要用挡风板，围住工作场地，避免气体保护不匀造成焊接缺陷。

4、CO2氩气气体保护焊的优点

Co2气体保护焊是一种高效率低成本的焊接方法，Co2气体保护焊不同于焊条电弧焊和埋弧焊，对于实心焊丝来说，它没有焊条上的药皮和焊丝外的焊剂，焊接电弧和熔池都是靠气体的保护，焊接冶金处理是依靠焊丝来实现的，而对于药丝焊丝来说它既是气保护又有熔渣保护，熔渣——气体联合保护可达到较好的冶金处理效果

CO2气体保护焊生产率高，电流密度大，电弧热量集中，焊丝的熔敷系数很大，不仅远大于焊条电弧焊，比埋弧焊大，还有Co2气体保护焊由于焊丝给送是连续的，可以持续长时间工作，不需要更换焊条，又很少清理焊渣。因此大大节省了辅助时间。Co2气体保护焊的生产率比焊条电弧焊高1-3倍。

成本低：Co2氩气气体来源广价格低，气体保护焊的能源消耗也低，通常Co2气体保护焊的成本仅为焊条电弧焊的40%-50%左右，是目前廉价的焊接方法。

Co2气体保护焊热量集中，加热面积少，并且Co2气体从喷嘴射向焊件可以带走一些焊件上的热量，从而使焊接热影响区减少焊件变形。氩气保护可隔绝空气中氧气、氮气、氢气等对电弧和熔池产生的不良影响，减少合金元素的烧损，以得到致密、无飞溅、质量高的焊接接头

Co2氩气混合气体保护焊对铁锈和水分的敏感性比埋弧焊和单纯氩弧焊低。

Co2氩气气体气体保护焊比单纯Co2气体保护焊电弧燃烧稳定，飞溅小，所焊的焊件应力、变形、裂纹倾向小。

5、奥氏体不锈钢管道CO2氩气混合气体保护焊工艺

1）焊接材料

CO2气体的性质：Co2气体有固态、液态、气态，气体无色略有气味，在常温下很稳定，在高温4700度几乎能全部分解成Co和o2。液态Co2在常温下被气化1公斤液态Co2气体在0度和一个大气压下能气化成509升，焊接用的Co2气体通常储存与钢瓶中，使用时Co2气体从瓶中输出。焊接用的Co2气体纯度要求较高，一般不应低于99.5%。对于优质的焊接接头的焊接则要求气体纯度不低于99.8%。气体纯度低，焊缝易生成气孔，且焊缝含氢量增加，塑性韧性下降。

氩气的性质：氩气是一种化学性质非常不活泼的气体，即使在高温下也不和金属发生化学反应，从而没有了合金元素氧化烧损及由此带来的一系列问题。氩气也不溶于液态的金属，因而不会引起气孔。氩是一种单原子气体，以原子状态存在，在高温下没有分子分解或原子吸热的现象。氩气的比热容和热传导能力小，即本身吸收量小，向外传热也少，电弧中的热量不易散失，使焊接电弧燃烧稳定，热量集中，有利于焊接的进行。

药芯焊丝：钢管内填充药粉称为药芯焊丝，药芯焊丝中的药粉和焊条中的药皮两者成分相似，起作用也相同。药芯焊丝Co2氩气气体气体保护焊实施气体—熔渣联合保护，克服了实心焊丝的缺点，它主要表现在飞溅少，焊缝成型美观，操作性能好。

2）焊接设备

半自动焊机由焊接电源、控制装置、焊枪及供气系统组成。Co2气体保护焊半自动焊需要控制气体焊接电源及焊丝的给送。控制焊接启动、停止的开关安置在焊枪上，控制启动和停止实质上是控制气体、焊接电源焊丝的输送和停止，启动时接通焊枪开关可使控制装置内的电磁接通器动作，输出Co2气体延迟一定时间后焊接电源接通和焊丝输出，于是引燃电弧焊接工作开始，停止焊接工作时，松开焊枪开关，先停止给送焊丝和却断电源电弧被熄灭，再滞后停止送气，焊接工作结束。调节电弧电压和焊接电流，实质是调节焊丝的给送速度，增加焊丝的给送速度，就是增大焊接电流。送丝机用的是推丝式送丝机。主要由直流送丝电机，减速箱。焊丝给送滚轮于压紧滚轮及焊丝盘组成。调整合适的压力，能使焊丝平稳的送入焊抢的软管电缆，最后进入电弧区。药芯焊丝不能压的太紧，太紧容易损坏外套，使药粉破坏，堵死软管。

参考文献：

[1] 葛兆祥主编.焊接工艺及原理.北京：电力工业出版社，1997.

[2] 周兴中主编.焊接方法与设备.北京：机械工业出版社，1990.

（作者单位：烟台世洋精工有限公司）