不銹鋼焊管焊接方法的選擇及工藝參數的制定

 不銹鋼焊管的焊接方法前面已介紹，為了提高不銹鋼焊管的生產效率及焊縫質量的穩定性，應根據不銹鋼焊管的材質及壁厚合理地選用焊接方法。

一、不銹鋼焊管焊接方法的選擇

  不銹鋼焊管焊接方法選擇應根據被焊接不銹鋼鋼管的材質和壁厚來選擇。因為不同的焊接方法，具有不同的電弧熱和電弧力，不同的焊接方法具有不同的特性。如，鎢極氬弧焊的特點是電流密度較小，電弧燃燒穩定，焊縫成型好，特別適于薄板焊接，而厚板焊接就不是首選；等離子弧的特點是弧柱溫度高，能量密度大，等離子弧的挺直度好，其剛性和柔性具有較寬的調節范圍，而且工作穩定，但操作起來較復雜；埋弧焊則具有熔深能力和焊絲熔敷效率高的特點，因而焊接速度可以大大提高，焊接成本較低，但勞動條件及環境相對較差。由此可見，不同的焊接方法具有不同的能力和不同的運行成本，根據焊管的材質和壁厚，合理選擇焊接方法是保證焊接質量、提高生產率、降低成本的一項非常重要的工作。

  此外，就是同一種焊接方法，焊接電流的種類及大小、電弧電壓、焊接速度、使用的焊接材料等，都對電弧熱和電弧力有較大影響。所以，不同的焊接方法，只能適應于不同材料、不同厚度的焊接；如直流鎢極氬弧焊只適宜焊接薄壁管，交流氬弧焊只能焊接鋁合金薄壁管等。圖5-23顯示了不同焊接方法，適應于不同厚度的不銹鋼焊接的焊接速度的范圍。

不銹鋼焊管焊接方法的選擇和工藝參數的確定，應依據材質和壁厚綜合考慮，并要努力達到下述各項的要求：

  1. 確保焊接質量達到相關標準的要求；

  2. 焊接過程要穩定可靠（故障和焊接缺陷少）；

  3. 焊接速度要快，即生產效率要高；

  4.焊接成本及消耗是最低的。

上述各條要相互協調配合，不可片面強調某一條，而忽略其他方面，否則將不會達到預期效果。

 從圖5-23可以看出，鎢極氬弧（TIG)填絲焊，可焊接不銹鋼的厚度在0.2mm~4.5mm之間，速度在10cm/min~100cm/min之間。鎢極氬弧焊（TIG),可焊接不銹鋼的厚度在0.2mm~5.5mm之間，速度在10cm/min~150cm/min之間。

 熔化極氬弧焊（MIG),可焊接不銹鋼的厚度在2.0mm~6.5mm之間，速度在35cm/min~110cm/min之間。

 等離子弧焊（PAW),可焊接不銹鋼的厚度在2.0mm~8.0mm之間，速度在10cm/min~90cm/min之間。

 因為各種焊接方法都有它的最大輸出能量極限，所以，它的可悍厚度也是有限的。因此可根據厚度及生產實際靈活選擇，如多種焊接方法的組合焊接等。

厚度在0.5mm~4.0mm之間，可采用TIG焊（僅適用于帶鋼連續成型焊接機組）；厚度≥2mm還可采用PAW焊（適用于帶鋼連續成型焊接機組和非連續焊接機組）；

厚度在1.5mm~4.0mm之間，也可采用多陰極TIG焊（適用于帶鋼連續成型焊接機組）；

厚度在4.0mm~8mm之間，可采用PAW焊一次焊成（適用于帶鋼連續成型焊接機組和非連續焊接機組）；

厚度≥8.0mm,可采用PAW焊打底加其他焊接方法蓋面的方式，如TIG焊蓋面、SAW焊蓋面、藥芯焊絲焊蓋面等方式（適用于非連續焊接機組）。

 焊接方法及其焊接電流與焊管壁厚的關系見圖5-24。

 另外，將激光焊用于不銹鋼焊管也是不銹鋼焊管的一個發展方向。

二、焊接工藝參數的選定

 焊接工藝參數的確定是在焊接方法確定之后的又一項非常重要的工作。不同的焊接方法有其不同的工藝參數。

 影響熔池（焊縫）尺寸的因素很多，關系也較復雜，但還是可以通過實踐來找出各種因素與焊縫尺寸的關系。有了電子計算機后，也可根據焊接條件算出焊縫和熱影響區的尺寸，甚至它們的金相組織和械性能等，但這也是在大量實踐積累的基礎上，歸納出相關的數學關系式后方可進行的。

 現以埋弧焊工藝為例，說明焊接時各種因素對焊縫尺寸影響的實際規律。

1. 電流、電壓、焊速等的影響

 焊接電流、電弧電壓和焊接速度是電弧焊焊接工藝的主要參數，是決定焊縫尺寸的主要能量參數。

  a. 焊接電流實

  當焊接電流增大時（其他條件不變），焊縫的熔深和余高均增大，熔寬沒多大變化（或略為增大）。這是因為：

  ①. 電流增大后，工件上的電弧力和熱輸入均增大，熱源位置相應下移，熔深增大。熔深與焊接電流近似于正比關系。比例系數（熔深系數）與電弧焊的方法、電極（焊絲）直徑、焊接速度、電流大小等有關，見表 5-6 。

  ②. 電流增大后，焊絲熔化量近似于成比例地增加，由于熔寬幾乎不變，所以余高也增大。

  ③. 電流增大后，弧柱直徑增大，但是電弧潛入工件的深度增大，電弧斑點移動范圍受到限制，因而熔寬幾乎不變。焊縫成型系數則由于熔深增大而減小。熔合比亦有所增大。熔化極氬弧焊電流密度高時，會出現指狀熔深，尤其焊鋁時較明顯。

 b. 電弧電壓

電弧電壓增大后，電弧功率加大，輸入工件熱的有所增大，同時弧長拉長，電弧在工件上籠罩的半徑增大，熱量被擴散，因此熔深略有減小而熔寬增大。余高略有減小，這是因為熔寬增大，焊絲熔化量卻稍有減小所致。母材的熔合比則有所增大。

各種電弧焊方法，由于焊接材料及電弧介質的組成不同，它們的電弧電壓及電弧特性不同，焊接電源的外特性也不相同，因此，電弧電壓的選用范圍也不一樣。為了得到合適的焊縫成型，通常在增大電流時，也要適當地提高電弧電壓，也可以說電弧電壓要根據焊接電流來確定。

 c. 焊接速度

焊速提高時線能量減小，熔寬和熔深都減小，余高也減小，因為單位長度焊縫上的焊絲金屬的熔敷量與焊速成反比，而熔寬則近似于與速度的平方根成反比。熔合比近似于不變。

焊接速度的高低是焊接生產率高低的重要指標之一。從提高焊接生產率考慮，措施之一是提高焊速。要保證給定的焊縫尺寸，則在提高焊速時要相應地提高焊接電流和電弧電壓，這3個量是相互聯系的。

 大功率電弧高速焊時，強大的電弧力把熔池金屬猛烈地排到尾部，并在那里迅速凝固，熔池金屬沒有均勻分布在整個焊縫寬度上，形成咬邊，這種現象限制了焊速的提高。采用雙陰極氬弧焊、多陰極氬弧焊和多槍等離子弧焊可進一步提高焊速，并可防止上述現象的產生。

2. 焊接電流的種類和極性以及電極尺寸等的影響

電弧焊的焊接電流種類、極性和熔化極的熔滴過渡形式都會影響到工件上熱量輸入的大小，也影響到熔滴過渡的情況以及熔池表面氧化膜的去除等。如交、直流鎢極氬弧焊在工件上熱量輸人的大小就不相同，直流正極性的熔深最大，直流負極性的熔深最小，交流介于兩者之間；熔化極氬弧焊，目前主要采用直流負極性進行焊接，熔深大，而直流正極性和交流焊接時，效果都不理想。鎢極氬弧焊和等離子弧焊在相同的焊接電流下，電弧能量密度是不相同的；就是熔化極氬弧焊，焊接電流大小的不同，熔滴過渡形式（噴射過渡、短路過渡）也不相同。

3. 焊管材質和壁厚的影響

 材料的熱物理性能對焊縫成型的影響是，材料的比熱容越大，則單位體積金屬升溫和熔化需要的熱量越多，因比，熔深和熔寬都小；材料的熱導率大，則熔深、熔寬小，而余高較大；材料的密度大，則熔池金屬的排出、流動困難，熔深減小。如銅、鋁、鈦和鋼等的焊接就會遇到上述情況。

 材料的厚度無疑會影響到材料內部的熱傳導，壁厚越厚，則散失的熱量越多，熔深和熔寬都小。但當熔深超出壁厚的0.6倍時，焊縫根部出現熱飽和現象反而會使熔深增大。