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摘要：氩弧焊在电极焊接过程中根据焊接过程中是否熔化主要分为非熔化极或钨极氩弧焊以及熔化极氩弧两大类。就以钨极氩弧焊为例，它主要是电弧在钨极与工件之间燃烧，该燃烧所产生的高温能够将所焊接金属对象的局部熔化形成新的焊接结构，而在焊接电弧周围也会产生一种不与金属起任何化学反应的惰性气体，形成一个保护气罩，避免出现焊接氧化或吸收各种有害气体的情况，形成致密的焊接接头。本文中就主要探讨了这种非熔化极氩弧焊（钨极氩弧焊）在多层薄壁金属材料——多层薄壁金属圆管中的弧焊焊接工艺应用，并分析了焊接质量的正确检验方法。
关键词：多层薄壁金属圆管；钨极氩弧焊；焊接质量检验；焊接方法
非熔化极惰性气体保护焊所采用的就是目前比较常见的非熔化极氩弧焊，即钨极氩弧焊。在弧焊氩气的保护下可选择在钨极与工件之间进行电弧加热金属并形成焊接接头。这一工艺方法历史久远，早在1911年就已经有人考虑到了在氦气中利用钨丝焊接的方法，并在该方法中利用氦气作为保护焊保护气体。不过这种方法比较容易导致钨丝过热，当金属钨在焊接过程中进入焊缝就会严重影响到焊接质量。目前新的钨极氩弧焊技术希望有效克服上述问题，例如采用钨极氩弧焊技术对多层薄壁金属圆管进行弧焊焊接过程中，需要正确使用焊接技术方法，并做好焊接质量检验工作[1]。
一、钨极氩弧焊的科学工作原理
钨极氩弧焊是利用氩气作为保护气体的电弧焊技术，它会在钨极与工件之间产生明确的电弧热熔化母材材料以及填充焊丝内容，它也是目前气体保护焊中比较常用的一种高品质熔化焊方法。当前钨极氩弧焊的应用范围相当之广，像钢丝以及各种厚度、位置的焊件都能进行焊接，具体的焊接方法主要为手工与自动焊接两种，焊缝焊接质量高且可应付高强度钢、高合金钢以及有色金属的焊接。
具体到钨极氩弧焊的工作原理，它利用高熔点钨极作为保护焊电极，以工件作为另一个电极，再利用氦气、氩气、氦混合气体等等作为保护介质进行燃烧，并在焊丝、工件之间的电弧中选择热源展开电弧焊操作过程。目前国内经常采用氩气作为主要保护气体，所以钨极氩弧焊就由此而来[2]。
钨极氩弧焊的焊接过程相对稳定，电弧能量参数可实现精确控制，因为氩气本身属于单原子分子，它的稳定性表现较好，在高温下不易分解、不易吸热、热导率表现相对偏小，电弧热量损失也相对偏小。整体看来由于氩气属于一种惰性气体，所以它的高温稳定性良好，焊接质量也相对较高。在高温状态下不溶于液态金属，同时也不会与金属起化学反应。而又由于氩的原子量偏大，所以它非常有利于形成良好的气流隔离层，可有效阻止氧、氮等等侵入到焊缝金属中，避免气孔产生。再者，它比较适用于多层薄板薄壁焊接，且能够实现全位置焊接，在不加任何衬垫的基础之上可实现单面或双面成形工艺焊接。在整个焊接过程中要实现自动化，通常情况下钨极氩弧焊的电弧多为明弧，焊接过程中参数表现相对稳定，可实现检测技术与控制技术到位[3]。
二、多层薄壁金属圆管的焊接技术应用要点
（一）多层薄壁金属圆管的焊接技术特点
钨极氩弧焊属于一种明弧焊，电弧表现相对稳定且热量集中，在惰性气体氩气保护下，其焊接熔池比较纯净，焊缝质量良好，可实现对奥氏体不锈钢的有效焊接。在焊接过程中，需要为焊缝的正面与背面做好相关保护措施，避免其在焊接中产生严重氧化现象，影响焊缝成型质量与焊接性能。在具体的焊接工艺操作过程中，还需要针对多层薄壁金属圆管的实际特点明确焊接技术特点[4]。
第一，管壁相对较薄，较难使用电焊焊接技术，焊枪无法伸进管内焊接[5]。
第二，多层薄壁金属圆管的导热性表现较差，焊接过程中容易出现管直接烧穿问题。
第三，由于多层薄壁金属圆管的导热性能偏差，所以在焊接过程中也容易出现烧穿问题[6]。
第四，在单面施焊过程中可实现双面成形，但要确保焊缝内壁绝对光滑[7]。
（二）多层薄壁金属圆管的焊接设备选择
在多层薄壁金属圆管的焊接设备选择中，要将氩气作为是第一焊接保护器，它的焊接纯度应该控制在99.99%~99.999%范围间[8]。考虑到氩气本身惰性强所以不易于其它金属材料、气体发生化学反应。在使用氩气过程中也要根据被焊接金属材料的电流大小调节来决定具体使用的焊接方法，当穿过电流越大时，保护气流量也就越大，所以在焊接过程中应该选择活泼元素材料居多，保护并加大穿过电流流量[9]。另外，氩气流量的选择还要根据圆管管壁的厚度与电流大小、焊缝位置来确定。氩气由于没有脱氧或去氢作用，因此需要在焊接前进行除油、去水、去锈、完成相关准备工作才能正式投入到多层薄壁金属圆管焊接工艺操作过程中[10]。
（三）多层薄壁金属圆管的焊接工艺方法的应用
多层薄壁金属圆管的焊接工艺过程耗时较短，是变化复杂但过程完整的物理冶金过程[11]。在具体的多层薄壁金属圆管焊接方面，需要采用到自动控制、计算机信息处理等等复杂材料成型加工过程，确保在采用钨极氩弧焊过程中电弧运动的实际位置不断发生改变。而在具体的焊接设备实时监测过程中则需要充分明确焊缝偏差与熔透情况，随时对焊接路径与参数进行调整[12]。
在焊接试验过程中运用到机器人系统，即钨极氩弧焊管道焊接机，该焊接机能够实现对多层薄壁金属圆管焊接操作的全过程自动化。在焊接过程中采用到了管径内壁堆焊自动化焊接设备，配套高效钨极氩弧焊电源、冷却水箱各一套，另外配备两套钨极氩弧焊枪，主要是在集中控制系统控制下完成设备的螺旋摆动堆焊过程，另外还配备了移距堆焊技术应用，满足自动焊接工艺的所有技术条件。试验中主要根据实际生产经验确定打底焊接电弧电压（9V），同时保护气体流量设计在15L/min，焊接速度控制在55mm/min，填丝速度控制在0.3~0.4m/min[13]。需要优化主要参数明确焊接电流与组对间隙，然后再展开焊接试验过程。针对多层薄壁金属圆管的焊接层次与参数应当设计如下，以填充焊为例，它的焊丝直径应该控制在1.2mm，焊接电流设置为110~130A，电弧电压控制在9V，气体流量设计为15L/min。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在焊接过程中还要对焊接电流与组对简析的实验材料管壁厚度进行规范，将管壁厚度设置为6~8mm左右，实验中采用到了16Mn钢管，而焊丝则选择为实芯焊丝，焊丝直径设置为1.2mm[14]。
在实际的焊接工艺操作中，首先采用铜丝配合砂纸清除试样表面的氧化物，然后采用丙酮溶液清洗试样表面油污。在完成预处理后，将试样基体与氩弧焊机的地线紧固练习起来，并选择在试样表面进行脉冲堆焊和短焊，始终利用低热输入方法保养焊接[15]。在工艺操作中，堆焊层厚度一般控制在2~3mm左右，每一堆堆焊长度应该控制在60mm左右并进行锤击处理。全部堆焊完毕后，采用线切割方法获得堆焊层截面部分，然后制备金相试样[16]。
在堆焊工艺操作中可从堆焊层截面发现堆焊层是没有任何气孔的，但它存在氧化物夹渣、裂纹焊接等等缺陷问题。再者就是堆焊层组织作为一种细针状马氏体组织，其耐磨损性能表现良好。在试验过程中应该结合堆焊层截面的硬度进行实验操作，如此也可加速针对多层薄壁金属圆管焊接的操作过程[17]。
三、多层薄壁金属圆管的焊接质量检验方法
针对多层薄壁金属圆管的焊接质量检验方法丰富，下文主要围绕外部焊接缺陷检验与内部焊接缺陷检验两方面来展开探讨。
外部焊接缺陷检验分析
外部焊接缺陷检验分析主要针对多层薄壁金属圆管的焊缝外观尺寸展开检查，一般可借助样板进行对照分析，了解焊缝检测尺与焊缝万能量的检验过程。再者，利用肉眼或放大镜也能进行直接缺陷检测，例如可采用最高20倍的放大镜进行检查，明确外部焊接缺陷结果，提高检验质量。
（一）内部焊接缺陷检验分析
在内部焊接过程中，需要对焊接内部缺陷进行检验，例如针对焊接接头的检验。虽然说在检验中并不能要求焊接接头完美，但也必须符合内部焊接要求。要选择正确的焊接点，保证焊接缺陷被降到最低。另外就是根据焊接产品的实际工况条件来决定焊接内部缺陷弥补工作。一般来说，具体的焊接检验方法就包括了水压检验、致密性检验以及无损检验等等[18]。
在针对某些焊接结构的设计过程中，需要首先明确一点焊接机头不存在任何缺陷及限制，然后才能对设备上的焊缝进行有效焊接。在焊接之前，要做好无损检测。举个例子，在利用X射线进行探伤技术操作过程中，应该结合无损检测对X射线进行检测，满足X射线的无损检测，观察X射线是否穿过被照射物体之后发生严重损耗。另外，像其它焊接缺陷也不容忽视，例如裂缝焊接缺陷、气孔、未焊透等等。可在检测过程中采用照相机进行曝光，然后将影像提取出来作为照相底片，以便于随后查询应用。在焊接质量检测过程中，还要对焊接组织性能进行检验，教师可采用破坏性检验例如力学性检验、金相试验与化学分析等等，结合实际的焊接情况，确定焊接对象质量优劣，并明确焊接项目的取样数量[19]。
再举例子，在针对一根多层薄壁金属圆管焊接过程中可深度分析他的全截面试样，如果在它的试件焊缝两侧的母材之间存在焊缝，要分析其母材的弯曲性能显著特征，基于纵向弯曲试验来代替横向弯曲试验。如果是纵向弯曲试验需要取面弯或背弯试样个两个展开设计分析。而在针对多层薄壁金属圆管焊接过程中母材钢号的不同，则要确保其每侧影响区域至少配置提取3个冲击试样。必要时需要制备小尺寸的冲击试样（5mmx15mmx50mm），并取缔冲击试验过程，整体操作效率更高[20]。
总结：
文中对当前的非熔化极氩弧焊（钨极氩弧焊）进行分析，探讨了该焊接技术在多层薄壁金属圆管焊接过程中的技术应用，结合对该焊接材料的特性与所采用的焊接技术、焊接试验内容进行分析，基本上了解并获得了一套良好的钨极氩弧焊焊接方案。利用相关结论获得了焊接技术规范，成功完成了焊接试验过程，保证焊接试验后产品合格率超过95%以上。
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论文作者:吴新洲
论文发表刊物:《防护工程》2019年15期
论文发表时间:2019/12/4
标签：薄壁论文; 圆管论文; 多层论文; 电弧论文; 过程中论文; 金属论文; 氩弧焊论文; 《防护工程》2019年15期论文;