工藝參數(shù)對304不銹鋼鎢極氬弧焊焊縫質(zhì)量的影響獲獎科研報告

工藝參數(shù)對304不銹鋼鎢極氬弧焊焊縫質(zhì)量的影響獲獎科研報告

【摘要】概述了鎢極氬弧焊主要的影響因素。利用鎢極脈沖氬弧焊焊機，對尺寸為φ12×1.2mm的奧氏體304不銹鋼管材進行焊接，采用設(shè)備自動生成參數(shù)焊接后的焊縫尺寸較大，焊縫向管內(nèi)凸出尺寸較大，嚴重影響管材的后續(xù)加工，并且表面有一定的氧化現(xiàn)象。通過修改焊接參數(shù)，包括峰值電流及氣體流量，使上述問題得到解決，獲得了尺寸、形狀合理，表面質(zhì)量良好的焊縫組織。通過試驗，合理選擇焊接參數(shù)，這對形成質(zhì)量良好的焊縫有重要影響，并為304不銹鋼氬弧焊焊接提供了工藝依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】304不銹鋼;氬弧焊;工藝參數(shù)

奧氏體不銹鋼在低溫下具有良好的塑性及韌性，所以常利用其低溫韌性制造低溫壓力容器，對于壓力容器焊接是必不可少的環(huán)節(jié)，常用的焊接就是鎢極氣體保護焊。對于奧氏體304不銹鋼，在焊接中會存在接頭區(qū)晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等問題[1]。在正確選擇設(shè)備的基礎(chǔ)上，如何合理的選擇焊接參數(shù)、避免焊接缺陷的產(chǎn)生，成為獲得較高質(zhì)量壓力容器的關(guān)鍵。采用鎢極惰性氣體保護焊，保護氣體采用氬氣，可以達到電弧燃燒穩(wěn)定，有效隔絕周圍空氣的目的，使熔池不被氧化，獲得高質(zhì)量的焊縫[2]。

本文采用鎢極脈沖氬弧焊焊接的方式，針對304不銹鋼管材進行焊接。通過調(diào)整相關(guān)焊接參數(shù)，消除焊縫缺陷，改善焊縫質(zhì)量。

1.前期準備

試驗所用材料為φ12×1.2mm的奧氏體304不銹鋼管材，管材焊接端端面打磨平整，砂紙打磨至1000#;管材內(nèi)外表面清洗干凈，不能有油漬及灰塵。

管材焊接形式為全位置管-管焊接，采用iArcorbital1200鎢極脈沖氬弧焊焊機，全封閉式管-管對焊。要求每次焊接所用的鎢極狀態(tài)一致（保證30-45°的尖角），鎢極保持尖角、無圓鈍。

2.實驗

（1）設(shè)備默認試驗參數(shù)狀態(tài)下焊接

在焊機中輸入壁厚1.2mm，管徑12mm，在焊機默認生成參數(shù)下的焊接，焊縫整體形貌如圖1所示，焊接參數(shù)（編號100#）如表1所示。

使用編號為100#的焊接參數(shù)獲得的焊縫微觀組織如圖1所示，放大倍數(shù)為25倍，可以觀察到焊縫的整體形貌，并標注了焊縫不同區(qū)域焊縫不同區(qū)域的尺寸。其中，徑向最大寬度為3.6mm，最小寬度約3mm，焊縫厚度大于壁厚約為1.49mm，并向圓心方向突出成弧形;熔合線呈平滑的弧形，左右兩側(cè)對稱，形狀一致。

從圖1可以看出，焊縫整體可分為5個區(qū)域，其中A1和A2區(qū)域形貌一致，寬度均約為87.85μm，約為焊縫寬度的6%-8%，熔合線處晶粒破碎而變得形狀不規(guī)則，晶界變得不連續(xù)，距離熔合線越遠奧氏體形貌由破碎晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)槎痰陌麪罹?。由熔合線向熔池中心發(fā)展，組織形貌趨于一致，呈現(xiàn)胞狀樹枝晶，B1和B2區(qū)域，兩個區(qū)域形貌一致，并且胞狀樹枝晶成垂直于熔合線的方向生長，該區(qū)域?qū)挾燃s為450μm，約占焊縫寬度的15%-20%，組織為奧氏體和鐵素體，這是由奧氏體304不銹鋼的成分決定的。在熔池中心C區(qū)域，晶粒形貌轉(zhuǎn)變?yōu)檩^短的樹枝晶或等軸晶，枝晶長度在50μm以下，晶粒生長變得沒有方向性，并且該區(qū)域面積較大，寬度將近2000μm，為焊縫寬度的70%以上。

（2）調(diào)整焊接參數(shù)后焊接

通過觀察編號為100#的管材焊縫表面尺寸、質(zhì)量等，發(fā)現(xiàn)焊縫較寬，焊縫向管材內(nèi)凸起尺寸較大，這嚴重影響管材后續(xù)加工，并且表面?zhèn)€別位置存在氧化層。為了改善上述現(xiàn)象，通過降低峰值電流值來調(diào)整焊縫的尺寸，加大保護氣體流量來避免表面的氧化現(xiàn)象。

編號為100#及95#的焊縫如圖5所示，編號為95#的試驗參數(shù)將峰值電流從55.2A下降至44A，梯度為2A，保護氣體流量提高至14L/min，其余參數(shù)設(shè)置與編號100#相同。可以看出，95#焊縫寬度變化不明顯，但是表面質(zhì)量得到明顯改善，表面呈白亮的狀態(tài)。此外，通過對比金相圖片圖1和圖3可以看出，修改焊接參數(shù)后，焊縫處向管內(nèi)凸出的情況也得到了明顯的改善。

圖3為編號95#的焊縫微觀形貌，焊縫寬度方面，100#試樣外側(cè)焊縫寬度為3643.55μm，95#試樣寬度下降至3076.92μm;管材內(nèi)側(cè)寬度，100#試樣寬度為31602.1μm，95#試樣寬度下降至2500μm。焊縫在厚度方面尺寸基本沒有變化，但是改善了焊縫整體向內(nèi)突出的情況，焊縫外側(cè)表面變得平滑，不再向內(nèi)凹陷，內(nèi)部凸起也變得均勻。

3.結(jié)論

利用鎢極脈沖氬弧焊焊機，采用全封閉式管-管對焊的方式，對尺寸為φ12×1.2mm的奧氏體304不銹鋼管材進行焊接，采用設(shè)備自動生成參數(shù)焊接后的焊縫尺寸較大，焊縫向管內(nèi)凸出尺寸較大，嚴重影響管材的后續(xù)加工，