工艺参数对304不锈钢钨极氩弧焊焊缝质量的影响获奖科研报告

工艺参数对304不锈钢钨极氩弧焊焊缝质量的影响获奖科研报告

【摘要】概述了钨极氩弧焊主要的影响因素。利用钨极脉冲氩弧焊焊机，对尺寸为φ12×1.2mm的奥氏体304不锈钢管材进行焊接，采用设备自动生成参数焊接后的焊缝尺寸较大，焊缝向管内凸出尺寸较大，严重影响管材的后续加工，并且表面有一定的氧化现象。通过修改焊接参数，包括峰值电流及气体流量，使上述问题得到解决，获得了尺寸、形状合理，表面质量良好的焊缝组织。通过试验，合理选择焊接参数，这对形成质量良好的焊缝有重要影响，并为304不锈钢氩弧焊焊接提供了工艺依据。

【关键词】304不锈钢;氩弧焊;工艺参数

奥氏体不锈钢在低温下具有良好的塑性及韧性，所以常利用其低温韧性制造低温压力容器，对于压力容器焊接是必不可少的环节，常用的焊接就是钨极气体保护焊。对于奥氏体304不锈钢，在焊接中会存在接头区晶间腐蚀、应力腐蚀等问题[1]。在正确选择设备的基础上，如何合理的选择焊接参数、避免焊接缺陷的产生，成为获得较高质量压力容器的关键。采用钨极惰性气体保护焊，保护气体采用氩气，可以达到电弧燃烧稳定，有效隔绝周围空气的目的，使熔池不被氧化，获得高质量的焊縫[2]。

本文采用钨极脉冲氩弧焊焊接的方式，针对304不锈钢管材进行焊接。通过调整相关焊接参数，消除焊缝缺陷，改善焊缝质量。

1.前期准备

试验所用材料为φ12×1.2mm的奥氏体304不锈钢管材，管材焊接端端面打磨平整，砂纸打磨至1000#;管材内外表面清洗干净，不能有油渍及灰尘。

管材焊接形式为全位置管-管焊接，采用iArcorbital1200钨极脉冲氩弧焊焊机，全封闭式管-管对焊。要求每次焊接所用的钨极状态一致（保证30-45°的尖角），钨极保持尖角、无圆钝。

2.实验

（1）设备默认试验参数状态下焊接

在焊机中输入壁厚1.2mm，管径12mm，在焊机默认生成参数下的焊接，焊缝整体形貌如图1所示，焊接参数（编号100#）如表1所示。

使用编号为100#的焊接参数获得的焊缝微观组织如图1所示，放大倍数为25倍，可以观察到焊缝的整体形貌，并标注了焊缝不同区域焊缝不同区域的尺寸。其中，径向最大宽度为3.6mm，最小宽度约3mm，焊缝厚度大于壁厚约为1.49mm，并向圆心方向突出成弧形;熔合线呈平滑的弧形，左右两侧对称，形状一致。

从图1可以看出，焊缝整体可分为5个区域，其中A1和A2区域形貌一致，宽度均约为87.85μm，约为焊缝宽度的6%-8%，熔合线处晶粒破碎而变得形状不规则，晶界变得不连续，距离熔合线越远奥氏体形貌由破碎晶粒转变为短的胞状晶。由熔合线向熔池中心发展，组织形貌趋于一致，呈现胞状树枝晶，B1和B2区域，两个区域形貌一致，并且胞状树枝晶成垂直于熔合线的方向生长，该区域宽度约为450μm，约占焊缝宽度的15%-20%，组织为奥氏体和铁素体，这是由奥氏体304不锈钢的成分决定的。在熔池中心C区域，晶粒形貌转变为较短的树枝晶或等轴晶，枝晶长度在50μm以下，晶粒生长变得没有方向性，并且该区域面积较大，宽度将近2000μm，为焊缝宽度的70%以上。

（2）调整焊接参数后焊接

通过观察编号为100#的管材焊缝表面尺寸、质量等，发现焊缝较宽，焊缝向管材内凸起尺寸较大，这严重影响管材后续加工，并且表面个别位置存在氧化层。为了改善上述现象，通过降低峰值电流值来调整焊缝的尺寸，加大保护气体流量来避免表面的氧化现象。

编号为100#及95#的焊缝如图5所示，编号为95#的试验参数将峰值电流从55.2A下降至44A，梯度为2A，保护气体流量提高至14L/min，其余参数设置与编号100#相同。可以看出，95#焊缝宽度变化不明显，但是表面质量得到明显改善，表面呈白亮的状态。此外，通过对比金相图片图1和图3可以看出，修改焊接参数后，焊缝处向管内凸出的情况也得到了明显的改善。

图3为编号95#的焊缝微观形貌，焊缝宽度方面，100#试样外侧焊缝宽度为3643.55μm，95#试样宽度下降至3076.92μm;管材内侧宽度，100#试样宽度为31602.1μm，95#试样宽度下降至2500μm。焊缝在厚度方面尺寸基本没有变化，但是改善了焊缝整体向内突出的情况，焊缝外侧表面变得平滑，不再向内凹陷，内部凸起也变得均匀。

3.结论

利用钨极脉冲氩弧焊焊机，采用全封闭式管-管对焊的方式，对尺寸为φ12×1.2mm的奥氏体304不锈钢管材进行焊接，采用设备自动生成参数焊接后的焊缝尺寸较大，焊缝向管内凸出尺寸较大，严重影响管材的后续加工，