由于06Cr19Ni10不銹鋼管在氧化性質(zhì)中具有良好的耐腐蝕性，被廣泛應用于各種領(lǐng)域。而鎢極氬弧焊適用于06Cr19Ni10不銹鋼管全位置焊接，焊縫成形美觀(guān)，合金過(guò)度系數高，焊縫成分易控制，是最適合焊接06Cr19Ni10鋼的焊接方法。近年來(lái)，鐵路制造業(yè)發(fā)展迅速，機車(chē)車(chē)輛管系制造中因特殊性不再單一使用普通鋼管，而是越來(lái)越多地使用含各種合金元素的鋼管，最常使用的是06Cr19Ni10不銹鋼管，因此對各種材料的焊接要求也就越來(lái)越高。不銹鋼管含有大于12%的鉻以及鎳、錳、鉬等元素，以改善不銹鋼管的組織和性能，使其具有良好的耐腐蝕性、耐熱性能、加工工藝性和較理想的力學(xué)性能。常見(jiàn)的不銹鋼管按組織分類(lèi)可分為馬氏體不銹鋼管、鐵素體不銹鋼管和06Cr19Ni10不銹鋼管。本文主要對06Cr19Ni10不銹鋼管TIG焊接性進(jìn)行分析，并介紹其應用情況。

一、焊接性分析

 06Cr19Ni10不銹鋼管具有良好的耐腐蝕性、塑性、耐高溫性能，與其他類(lèi)型的不銹鋼管相比，其焊接性較好。06Cr19Ni10不銹鋼管一般都要經(jīng)過(guò)固溶處理，固溶處理使鉻的碳化物固溶到06Cr19Ni10中，獲得穩定的06Cr19Ni10，改善其耐腐蝕性能。06Cr19Ni10不銹鋼管的物理性能與低碳鋼相比差異較大。06Cr19Ni10不銹鋼管導熱系數小、熔點(diǎn)低、線(xiàn)膨脹系數大，因此，在相同的焊接參數下，被加熱到600℃以上的區域大，焊縫金屬高溫停留時(shí)間長(cháng)，容易形成粗大的鑄態(tài)組織，并產(chǎn)生較大的應力和變形。殘余應力的存在易產(chǎn)生焊接熱應力裂紋和應力腐蝕開(kāi)裂。06Cr19Ni10不銹鋼管在任何溫度下都不會(huì )發(fā)生相變，對氫不敏感，焊接接頭在焊態(tài)下具有較好的塑韌性。下面對06Cr19Ni10不銹鋼管可焊性進(jìn)行分析。

 06Cr19Ni10不銹鋼管可焊性分析，由于鎢極氬弧焊容易控制焊縫成形，也容易實(shí)現單面焊雙面成形。從表來(lái)看，06Cr19Ni10不銹鋼管用鎢極氬弧焊焊接非常合適，06Cr19Ni10不銹鋼管的TIG焊焊接也可選用直流正接。由于06Cr19Ni10不銹鋼管的主要成分為鉻、鎳、錳、硅，且含碳量較低，該材料具有良好的塑性，說(shuō)明該材料的焊接性較好。雖然鎢極氬弧焊焊接不銹鋼管尤其是焊接較薄的板材、管材具有獨特的優(yōu)勢，焊接質(zhì)量容易保障，但是如果工藝參數調節不當或焊工操作不正確也會(huì )產(chǎn)生嚴重缺陷。例如，06Cr19Ni10晶粒邊界會(huì )產(chǎn)生碳擴散現象,并與鉻結合，生成碳化鉻。當晶粒界附近的鉻含量小于12%時(shí)，造成貧鉻，從而在腐蝕介質(zhì)作用下貧鉻區將失去耐腐蝕性能，導致不銹鋼管晶間腐蝕。這種腐蝕現象受到應力作用時(shí)就會(huì )沿晶斷裂，這是06Cr19Ni10不銹鋼管最危險的一種破壞形式。晶間腐蝕受應力作用時(shí)，產(chǎn)生斷裂的區域分別作用在焊接接頭的熱影響區、焊縫或熔合線(xiàn)上。06Cr19Ni10不銹鋼管不是在任何時(shí)候都會(huì )產(chǎn)生晶間腐蝕，它與鋼的加熱溫度和產(chǎn)生晶間腐蝕的溫度敏感區、焊接過(guò)程中高溫停留時(shí)間有關(guān)。最敏感的溫度區間為450~850℃，當加熱溫度小于450℃時(shí)，不會(huì )產(chǎn)生碳擴散現象，即：不會(huì )形成碳化鉻化合物。當溫度升高至830℃以上時(shí)，此時(shí)晶粒內鉻擴散現象增強，大量的鉻與晶粒的碳化合生成碳化鉻，但兩者都不會(huì )形成貧鉻。產(chǎn)生晶間腐蝕最敏感的溫度為630℃，因此在焊接過(guò)程中應嚴格控制危險溫度區,盡量降低630℃的高溫度停留時(shí)間。

二、焊接工藝

 1. 焊接方法

 采用鎢極氬弧焊（TIG）直流正接。

 2. 試件材料及尺寸

 試件材料及尺寸為06Cr19Ni10，Φ40×3mm。

 3. 焊接材料

 焊接材料為H0Cr21Ni10、Φ2.4mm，鈰鎢極Φ2.0mm。

 4. 保護氣體

 保護氣體為氬氣、純度為99.99%。

 5. 清理

 管材的端口對接前，必須把坡口內外兩側20mm范圍內的油漆、油污、氧化皮或其他對施焊有害的物質(zhì)清理干凈，再用棉布蘸上丙酮溶液把焊縫兩側20mm范圍內擦洗一遍。

 6. 裝配

 焊口組對的精度直接影響焊縫內部質(zhì)量。特別注意的是，不得錯邊，一定要保證管子裝配同軸，否則會(huì )直接影響打底層管壁內成形的質(zhì)量，出現未焊透缺陷。坡口形式為單面對稱(chēng)V形坡口，其坡口角度為60°，鈍邊為0.5-1mm，對口時(shí)間隙為2.5-3mm，不得有錯邊。

 7. 定位焊

 由于管徑直徑小,所以采用一點(diǎn)定位,在管徑橫截面“12點(diǎn)鐘”位置焊一點(diǎn)，定位焊長(cháng)度15~20mm，將焊點(diǎn)接頭兩端修磨成斜坡以便于接頭。定位焊時(shí)，管子內部必須充氬保護，以防止氧化。由于焊絲直徑是2.4mm，所以組對間隙應大于焊絲直徑，以便在焊接過(guò)程中焊絲能夠填充至熔池根部，保證背面焊縫質(zhì)量。

三、操作要點(diǎn)及注意事項

 焊縫分左、右兩個(gè)半圈進(jìn)行，如圖所示。在仰焊“6點(diǎn)鐘”位置起焊，在平焊“12點(diǎn)鐘”位置收弧。由于是斜45°定位焊接，在焊接時(shí)一定要注意焊接角度和熔池形態(tài)的變化，應使熔池始終與地面保持水平，以防止熔化金屬在重力的作用下產(chǎn)生上部咬邊、下部熔合不良、外部成型差等缺陷。

 1. 打底焊

 在管道橫截面上“5點(diǎn)鐘”或“7點(diǎn)鐘”位置引燃電弧，引燃電弧后，將電弧長(cháng)度控制在2~3mm，焊機暫停在引弧處。待兩側鈍邊開(kāi)始熔化時(shí)，立刻開(kāi)始送絲，填充金屬與鈍邊完全熔化形成明亮清晰的熔池后，焊機與地面保持水平勻速上移，伴隨連續送絲，焊機同時(shí)做小幅度鋸齒形水平橫向擺動(dòng)。仰焊部位送絲時(shí)，有意識將焊機往根部推，使管壁內部的熔池成型飽滿(mǎn)，以避免根部凹坑。當焊至“10點(diǎn)鐘”位置時(shí)，焊機應略向后傾，焊接速度加快，以避免熔池溫度過(guò)高而下墜。若熔池過(guò)大，可利用電流衰減功能適當降低熔池溫度。若施焊過(guò)程中斷需要接頭時(shí)，應先將收弧處焊縫打磨成斜坡?tīng)?，在斜坡后約10mm處重新引弧，電弧移至斜坡內時(shí)稍加焊絲，當焊至斜坡端部出現熔孔后，立即送絲并轉入正常焊接。焊至定位焊縫斜坡處接頭時(shí)，電弧稍作停留，暫緩送絲，待熔池與斜坡端部完全熔化后再送絲。同時(shí)，焊機應作小幅度擺動(dòng)，使接頭部位充分融合，形成平整的接頭。收弧時(shí)，應向熔池送入2~3滴填充金屬使熔池飽滿(mǎn)，同時(shí)將熔池逐步過(guò)渡到坡口側，利用收弧電流使熔池溫度逐漸降低，熔池由大變小。電弧熄滅后，應延長(cháng)對收弧處氬氣保護，以避免氧化出現弧坑裂紋及縮孔。前半圈焊完后，應將仰焊部位起弧處焊縫端部修

 磨成斜坡?tīng)?，后半圈施焊時(shí)用左手重復前半圈的焊接方法。當焊至橫截面“12點(diǎn)鐘”位置時(shí)，應與前半圈焊縫重疊5~10mm。打底焊時(shí)，必須要保證底部焊透，焊道兩側坡口邊必須保持完整，以保證蓋面焊焊縫寬窄一致。

 2. 蓋面焊

 蓋面焊時(shí)的操作方法與打底焊基本相同，在焊接前適當調整焊接電流。打底焊完成后，不要急于蓋面焊，讓試件適當冷卻。這樣是為了降低試件溫度，防止連續焊接造成試件過(guò)熱，使底部焊縫產(chǎn)生下墜以及在蓋面焊時(shí)產(chǎn)生咬邊。在填充焊絲時(shí)，要注意觀(guān)察坡口邊是否填滿(mǎn)，防止產(chǎn)生因焊縫缺肉而造成的缺陷。

四、焊接時(shí)容易出現的問(wèn)題和預防措施

 1. 氣孔

 氣孔形成的原因如下：

   a. 管材表面有水、油、銹，并且不銹鋼管在彎制、校管的過(guò)程中難免會(huì )沾上油污，這些氧化物都會(huì )在焊接過(guò)程中產(chǎn)生氣孔。

   b. 焊接過(guò)程中氣體保護的大小和氣體質(zhì)量好壞也有可能形成氣孔。預防措施為：應該用白棉布蘸上丙酮溶液仔細清洗端口20mm內的污物及其他對焊接有害的東西。在焊接時(shí)需要低溫預熱（約100℃左右）去除管材上的水汽。但溫度不能太高，否則會(huì )使管材受熱而產(chǎn)生變形。如果有氧化膜，還需要用角磨機或銼刀去打磨端口。

 2. 縮孔

 06Cr19Ni10不銹鋼管在焊接時(shí)若突然熄弧或收弧過(guò)快會(huì )在焊縫表面留下縮孔。特別是大電流焊接時(shí)，更是如此。嚴重的縮孔能貫穿整個(gè)焊縫，影響焊接強度。預防措施為：一是電流衰減熄弧，二是間斷法熄弧。這兩種方法的目的都是為了使焊縫熄弧時(shí)不至于冷卻過(guò)快而產(chǎn)生縮孔。

 3. 焊瘤

 06Cr19Ni10不銹鋼管在焊接時(shí)，若熔池的位置到了重力作用較強的位置，此時(shí)如果不稍微地加快焊接速度，熔池會(huì )在重力作用下下垂而在焊縫反面產(chǎn)生焊瘤。蓋面層焊接時(shí)，此情況更為明顯，因為蓋面層焊接之前就有打底層的焊接而使管材溫度升高。此外，由于蓋面層焊接時(shí)在溶池中加入了焊絲，此時(shí)熔池的自重更大，再加上管材溫度的升高，更易產(chǎn)生焊瘤。預防措施為：經(jīng)過(guò)對焊接過(guò)程的觀(guān)察，80%的焊瘤都產(chǎn)生于蓋面層，此時(shí)，要控制焊瘤的產(chǎn)生，就要控制好焊接速度及焊縫的溫度。由于焊接速度是變數，就要憑焊工的經(jīng)驗去掌握。另外，打底層和蓋面層之間間隔15分鐘左右增加管內的氬氣的流量，也能很好地控制焊瘤的產(chǎn)生。

 4. 焊縫氧化過(guò)于嚴重

 06Cr19Ni10不銹鋼管焊縫氧化會(huì )嚴重影響焊縫質(zhì)量，降低焊接強度，影響產(chǎn)品安全系數以及使用壽命。防止措施為：06Cr19Ni10不銹鋼管在焊接時(shí)電流不能過(guò)大，應嚴格按照表中的參數來(lái)設定。在打底焊之前，試管內必須做充氬保護，以防止焊縫背面氧化。在焊接時(shí)，應盡量使用小的線(xiàn)能量、小電流、快速焊，焊縫成型后，表面應有金黃色的金屬光澤。如焊縫發(fā)灰白色，說(shuō)明焊縫開(kāi)始氧化。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果不做氬氣室或者過(guò)大的焊接電流，可使焊縫及熱影響區的晶粒粗大，并使管材接頭的力學(xué)性能及耐蝕性下降，容易造成焊縫反面成形過(guò)高，甚至還會(huì )燒穿管材。另外，打底層焊完不能立即焊蓋面層，否則也會(huì )使焊縫的溫度過(guò)高而出現上述缺陷。

 5. 未焊透、未熔合

 對于一道焊縫來(lái)說(shuō)，未焊透、未熔合是一種嚴重的缺陷，其原因一般是操作不熟練或者是焊接規范不合適造成的。在焊接過(guò)程中送絲量過(guò)大，鎢極發(fā)出的熱量在短時(shí)間內不能把送給的焊絲與打底層及兩側的組織充分熔合，就會(huì )產(chǎn)生未熔合。06Cr19Ni10不銹鋼管在焊接打底層使之自熔成形時(shí)，焊接速度過(guò)快以及焊接電流過(guò)小都會(huì )使焊縫反面未焊透。這些缺陷會(huì )引起應力集中，降低焊縫結構強度。

 預防措施為：應掌握好焊接速度，電流也應按規范來(lái)調節，并仔細觀(guān)察熔池，應讓管材的端口充分互熔，且在熔池稍微下垂后，反面方可成形良好。當然，持焊機的手要穩且可輕微有規律地擺動(dòng)，以使焊縫的端口能充分互溶。在蓋面層的焊接時(shí)，送絲頻率要稍快且送絲量要稍少點(diǎn)。這樣能使打底層與蓋面層充分熔合，不會(huì )產(chǎn)生未熔合。在焊縫接頭時(shí)，起弧后應回燒前一段焊縫1~2cm左右，使焊縫的接頭充分熔合，不會(huì )產(chǎn)生缺陷。

 6. 熱裂紋

 06Cr19Ni10不銹鋼管液相線(xiàn)和固相線(xiàn)距離大，使低熔點(diǎn)雜質(zhì)偏析嚴重，而且集中在晶界處，加之膨脹系數大，冷卻時(shí)收縮應力大，便會(huì )產(chǎn)生熱裂紋。這也是06Cr19Ni10不銹鋼管焊接時(shí)比較容易產(chǎn)生的一種缺陷。預防措施為：合理地選用焊接填充材料，減少焊縫金屬中的有害雜質(zhì)，提高焊縫的抗裂性。另外采用小電流，快速焊，收尾時(shí)盡量填滿(mǎn)弧坑。

五、結束語(yǔ)

 采用TIG焊焊接06Cr19Ni10不銹鋼管，焊接質(zhì)量要求高，雖工藝復雜，但只要掌握該不銹鋼管的焊接特點(diǎn)，嚴格按照焊接技術(shù)和工藝要求，認真仔細地焊好每一層焊道，就能達到06Cr19Ni10不銹鋼管產(chǎn)品的質(zhì)量設計要求。實(shí)踐證明，上面所述的焊接工藝是合理可行的。從各種檢驗結果來(lái)看，此焊接工藝能使焊縫質(zhì)量?jì)?yōu)良，紋路清晰美觀(guān)，符合產(chǎn)品質(zhì)量要求，且成功應用于生產(chǎn)。