浙江至德鋼業(yè)有限公司對(duì)不銹鋼精密管進(jìn)行了微束等離子弧焊封口試驗(yàn)研究，分析了不銹鋼精密管的焊接特點(diǎn)，并通過(guò)試驗(yàn)得出了不銹鋼精密管的合理焊接工藝參數(shù)，取得了滿(mǎn)意的焊接封口質(zhì)量和外觀成形。在科研生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到不銹鋼精密管的封端口焊接問(wèn)題，通常這些精密管直徑較細(xì)，直徑在2~5mm，壁厚0.3~0.5mm。很多時(shí)候需要通過(guò)填充焊絲處理后才能進(jìn)行封口。例如豆?jié){機(jī)使用的溫度傳感器組件中，要求不銹鋼管一端封口，原有的封口工藝是通過(guò)添加焊絲焊接成形，封口端圓頭的壁太厚，影響傳感器的靈敏度。目前要求用材料本身密封端口，并使端頭成半球面，而且封口厚度不能大于壁厚。

 為了解決這個(gè)焊接問(wèn)題，我們采用不加填充絲的微束等離子弧焊接工藝。微束等離子弧焊接是一項(xiàng)新的焊接工藝，它對(duì)于高熔點(diǎn)金屬、金屬薄膜、金屬細(xì)絲的焊接尤顯成效。由于微束等離子弧呈現(xiàn)為一束能量密度很高的“針狀”弧柱，因此具有焊接速度快、熔池均勻、焊縫狹窄、光亮牢固、熱影響區(qū)小、變形小以及力學(xué)性能高等特點(diǎn)。至德鋼業(yè)研究了不銹鋼精密管的微束等離子弧封口焊接工藝，并對(duì)焊接管進(jìn)行了檢驗(yàn)，獲得了滿(mǎn)意效果，成品率達(dá)90%以上。

一、試驗(yàn)方法

 1. 試驗(yàn)用母材及尺寸

 薄壁不銹鋼管的材質(zhì)為304（06Cr19Ni10），規(guī)格為5mm×0.4mm。

 2. 焊接設(shè)備的選用

 焊接采用30A微束等離子弧焊接電源。由于微束等離子弧焊機(jī)的大小和鎢極內(nèi)縮尺寸將影響焊接電流的大小，且在工作過(guò)程中不能直接調(diào)節(jié)，所以焊前應(yīng)根據(jù)試樣的材質(zhì)和尺寸確定。試驗(yàn)中焊機(jī)噴嘴直徑0.8mm，鎢極直徑1.2mm，鎢極內(nèi)縮尺寸為1.5mm，電極端部在使用前磨成10~15的圓錐角。

 3. 焊前準(zhǔn)備

 焊前不銹鋼薄壁管必須清洗干凈，因?yàn)榧词故俏⒘康挠椭畚锘蜓趸瘜樱瑢?duì)焊接質(zhì)量都有較大影響。夾具要求光滑平整。操作前，先用細(xì)砂紙打磨去除薄壁細(xì)管端口的氧化膜和毛刺，使端面光滑平整，再用丙酮超聲清洗去除管件表面的雜質(zhì)和油污，烘干后再用鉗子把細(xì)管一端口捏成如圖1所示的形狀，實(shí)施焊尾封口。同時(shí)為防止熔池與空氣接觸氧化，用專(zhuān)用輔具對(duì)管內(nèi)通惰性氣體氬氣進(jìn)行保護(hù)，使焊縫背部不受空氣氧化污染。

 4. 焊接過(guò)程

 試驗(yàn)所用的電極為鎢鈰電極。等離子工作氣體為氬氣，保護(hù)氣體是氬氣中添加少量的氫氣。焊接電流采用直流正接。焊接時(shí)具體程序如下：①保護(hù)氣體提前供氣；②接通主電源和高壓脈沖電源實(shí)現(xiàn)引??；③接通脈沖電源，把待焊的管端垂直向上對(duì)準(zhǔn)等離子弧開(kāi)始焊接；④觀察端口形成半球面后，衰減脈沖并熄?。虎萃Ｖ顾蜌?，完成焊接。

二、結(jié)果與討論

1. 焊接工藝參數(shù)選擇

 微束脈沖等離子弧焊采用熔入型焊接工藝，焊接過(guò)程的控制參數(shù)較多，焊接工藝比較復(fù)雜，在焊機(jī)的大小和鎢極內(nèi)縮尺寸確定的情況下，影響焊縫成形和質(zhì)量的因素主要有焊接電流、離子氣流量、焊接速度以及保護(hù)氣流量。

（1）焊接電流。焊接電流是微束等離子弧焊的重要工藝參數(shù)，對(duì)焊縫形狀和焊接質(zhì)量影響很大。封口焊時(shí)，過(guò)大的電流會(huì)將不銹鋼精密管燒穿；若焊接電流選用的太小，會(huì)產(chǎn)生未焊透，焊縫呈小鋸齒狀。因此，正確選擇焊接電流十分重要。電流強(qiáng)度可根據(jù)焊接經(jīng)驗(yàn)先初步設(shè)定，再通過(guò)多次試驗(yàn)修正后最終確定，使焊縫有足夠的熔深、熔寬和良好的外觀形狀，以滿(mǎn)足封口設(shè)計(jì)上的要求。

（2）焊接速度。焊接速度也是一個(gè)重要的焊接工藝參數(shù)。當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，焊接速度快，則被焊接件單位長(zhǎng)度上受熱少，即焊接線(xiàn)能量小，不足以完全熔化焊縫金屬，僅局部熔化，使焊縫呈鋸齒狀。相反，若焊速太慢，則被焊接件單位長(zhǎng)度上受熱又過(guò)大，母材過(guò)度熔化，會(huì)產(chǎn)生燒穿或焊縫下陷。對(duì)于薄壁不銹鋼管，選擇焊接速度要與焊接電流配合，使用大電流焊接時(shí)，要配合高焊接速度，若選用小電流焊接時(shí)，則要配合低焊接速度，只要焊接電流和焊接速度匹配得當(dāng)，就會(huì)得到優(yōu)質(zhì)焊縫。焊接速度的確定也應(yīng)根據(jù)不銹鋼管的壁厚、尺寸和試驗(yàn)進(jìn)行確定。

（3）離子氣流量。微束等離子弧的等離子氣用氬氣，其電離電位較低，容易引弧。作為離子氣，其流量在焊接過(guò)程中一方面影響著等離子弧的穩(wěn)定性和形態(tài)，另一方面還決定著焊縫質(zhì)量。當(dāng)離子氣流量增大時(shí)，則微束等離子弧的弧柱伸出噴嘴的長(zhǎng)度會(huì)增長(zhǎng)，電弧剛性增大，微束等離子弧的轉(zhuǎn)移變得容易。同時(shí)，焊縫的熔深和熔寬開(kāi)始增加。但增大到一定值后，則微束等離子弧就工作在切割狀態(tài)中，將無(wú)法焊接。離子氣流量過(guò)小，則電弧剛性變小，焊縫熔深、熔寬下降，電弧不穩(wěn)，微束等離子弧的轉(zhuǎn)移也越加困難，甚至出現(xiàn)斷弧。實(shí)際操作時(shí)，選擇只要保證電弧噴出噴嘴的量即可。

（4）保護(hù)氣體流量。焊接不銹鋼常用Ar+2%～5%H2混合氣體作為保護(hù)氣。用氬氫混合氣體可顯著提高電弧壓縮性能和能量密度，提高熱效率，改善熔池流動(dòng)性和濕潤(rùn)性，改善焊縫的保護(hù)效果。但要注意，在一定條件下進(jìn)行等離子弧焊接時(shí)，離子氣、保護(hù)氣都用同一種氣體時(shí)，二者的流量應(yīng)有一個(gè)合理的比例。如果離子氣流最過(guò)小，保護(hù)氣流量過(guò)大，由于保護(hù)氣的冷卻作用，將會(huì)使工作氣流紊亂，電弧不穩(wěn)，保護(hù)效果反而不好，且造成不必要的浪費(fèi)。最后還需強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：應(yīng)用混合保護(hù)氣體時(shí)，一定要保證混合均勻，否則，會(huì)造成電弧不穩(wěn)，影響正常焊接進(jìn)行。

  在上述裝配條件下，經(jīng)多次焊接工藝試驗(yàn)，獲得了薄壁不銹鋼微束等離子弧焊接工藝參數(shù)：焊接電流15~20A；焊接速度3m/min；等離子氣流量0.4~0.5L/min；保護(hù)氣體（Ar+2%H2）流量4～5L/min。

2. 試件檢驗(yàn)

（1）外觀檢查：經(jīng)目測(cè)薄壁不銹鋼管無(wú)明顯變形，用5倍放大鏡目視檢查，焊縫表面無(wú)咬邊、凸起缺陷，表面光滑。

（2）用X射線(xiàn)探傷，根部充分焊透，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合、未焊透等缺陷，說(shuō)明獲得了質(zhì)量?jī)?yōu)良的接頭。

（3）滲漏試驗(yàn)：試件在自由狀態(tài)下，經(jīng)受0.8MPa的氣壓，保壓3分鐘無(wú)泄漏現(xiàn)象；

（4）氨質(zhì)譜檢漏：試樣經(jīng)氨質(zhì)譜檢漏漏率在10-10Pa.m2/s，說(shuō)明該工藝條件下焊接接頭的致密性良好，不存在微氣孔。

（5）試件解剖后管內(nèi)焊縫呈銀白色，說(shuō)明管內(nèi)充氬氣保護(hù)效果良好。

三、結(jié)論

  采用微束等離子弧焊接工藝，可較好地解決了不銹鋼精密管的封口問(wèn)題，不僅操作簡(jiǎn)單，成功率高，成品率達(dá)90%以上，而且還能很好地控制管材變形，封口效果好，外形美觀，密封性能強(qiáng)，壁薄實(shí)用。實(shí)踐證明：不銹鋼薄壁管的封端口技術(shù)對(duì)科研和生產(chǎn)類(lèi)似產(chǎn)品有借鑒和指導(dǎo)的意義。