钨极氩弧焊与等离子弧焊两种焊接方法的比对.

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不锈钢等离子弧焊+钨极氩弧焊双枪焊接工艺研究刘红郝先进甘柏胜吴晔华

不锈钢等离子弧焊+钨极氩弧焊双枪焊接工艺研究刘红郝先进甘柏胜吴晔华发布时间：2023-07-17T14:42:36.800Z 来源：《中国电业与能源》2023年9期作者：刘红郝先进甘柏胜吴晔华[导读] 本文以提高薄壁不锈钢焊接效率为出发点，引入一种等离子弧焊+钨极氩弧焊双枪复合工艺，针对该复合工艺进行设备集成、坡口选择、配套工装设计、工艺开发等，并进行焊接接头力学性能测试，评述该复合焊接工艺在薄壁不锈钢焊接方面的适用性。

中国核工业二三建设有限公司摘要：本文以提高薄壁不锈钢焊接效率为出发点，引入一种等离子弧焊+钨极氩弧焊双枪复合工艺，针对该复合工艺进行设备集成、坡口选择、配套工装设计、工艺开发等，并进行焊接接头力学性能测试，评述该复合焊接工艺在薄壁不锈钢焊接方面的适用性。

关键词：等离子焊接；钨极氩弧焊；焊接工艺1.引言在规模化的工业生产中，传统的氩弧焊与电弧焊以及其组合工艺已经不再能满足生产的实际需求，为了增加焊接效率，降低人工成本，焊接自动化程度日益提升，多种焊接方法组合的焊接形式也变成一种新的突破点。

相比传统的手工焊，等离子弧焊除了具有焊前准备少、对焊工技术要求较低的优点之外，还具有焊接效率高、焊缝成型好、焊缝质量高以及使用成本低等优势。

核电项目有大量薄壁不锈钢长直缝焊接，钢材厚度在3~10mm，目前主要采用钨极氩弧焊进行焊接，但钨极氩弧焊焊接效率低、焊接变形大，为解决这一问题，本文提出通过自动化方式将等离子弧焊和氩弧焊组合在一起对薄壁不锈钢进行焊接，利用离子弧良好的穿透能力，从而对焊缝进行高效快速的焊接。

2.等离子弧焊和钨极氩弧焊双枪复合特点等离子弧焊（PAW）是一种高能束流焊，它是利用等离子弧高能量密度束流作为焊接热源的熔焊方法[1]。

等离子弧焊和钨极氩弧焊双枪复合焊利用等离子弧良好的小孔穿透能力进行打底，通过钨极氩弧焊自由电弧良好的覆盖能力，配合适量的填充金属进行填充盖面工作，达到正、背面稳定成型的目的。

钨极氩弧焊及等离子弧焊电极选择

1．钨极氩弧焊及等离子弧焊用电极由钨金属棒作为钨极氩弧焊（TIG）或等离子弧焊（PAW）的电极称为钨电极，简称钨极，属于非熔化电极的一种。

焊接过程中对非熔化电极的基本要求是：能传导电流、发射电子的能力强、在高温下工作不熔化并且使用寿命长等。

金属钨能导电，其熔点（3410℃）和沸点（5900℃）比其他金属都高，电子逸出功为4.5eV，与铁相当，在高温时有强烈的电子发射能力。

所以金属钨是最适合作钨极氩弧焊或等离子弧焊所用电极的非熔化电极材料。

1.1 钨极的种类及特点钨极氩弧焊用的电极材料与等离子弧焊相同，常用的钨极主要有纯钨、铈钨、钍钨和锆钨等。

常用钨极的种类及化学组成见表1。

国外部分钨极牌号及主要化学成分见表2。

纯钨极熔点和沸点高,不易熔化蒸发、烧损，但电子发射能力较其他钨极差，不利于电弧稳定燃烧。

此外，电流承载能力较低，抗污染性能差。

钍钨极的电子发射能力强，电子逸出功为2.7eV，允许的电流密度大，电弧燃烧较稳定，寿命较长，但钍元素具有一定的放射性，在国外较常采用。

铈钨极电子逸出功低(2.4eV)，引弧和稳弧性能不亚于钍钨极，化学稳定性高，允许的电流密度大，无放射性，是目前国内普遍采用的一种。

锆钨极的各种性能介于纯钨极和钍钨极之间。

在需要防止电极污染焊缝金属的特殊条件下使用。

焊接时，电极尖端易保持半球形，适于交流焊接。

1.2 钨极承载电流的能力钨极的电流承载能力除了与它们的化学成分有关外，还受到许多其他因素的影响，如焊枪的形式、电极夹头的极性、电极直径、电源种类、电极从焊枪中伸出的长度、焊接位置、保护气体的性质等。

在工艺条件相同的情况下，用直流电焊接对各种类型电极的载流能力的影响没有很大的差别。

钨极的载流能力大都与其极性有关，大约2/3的热量产生在阳极上，1/3的热量产生在阴极上。

因此，在不过热条件下，电极接负极（正接法）时可以承载的电流比电极接正极（反接法）时大得多（约10倍）；同样，直流电源情况下电极接负极时的载流能力比交流电情况下的载流能力大。

常见的焊接工艺比较

前常用的焊接工艺有：→电弧焊〔氩弧焊、手弧焊、埋弧焊、钨极气体保卫电弧焊、等离子弧焊、气体保卫焊〕→电阻焊→高能束焊〔电子束焊、激光焊〕→钎焊→以电阻热为能源：电渣焊、高频焊；→以化学能为焊接能源：气焊、气压焊、爆炸焊；→以机械能为焊接能源：摩擦焊、冷压焊、超声波焊、扩散焊1．电弧焊电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法。

它包括有：手弧焊、埋弧焊、钨极气体保卫电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保卫焊等。

尽大局部电弧焊是以电极与工件之间燃烧的电弧作热源。

在形成接头时，能够采纳也能够不采纳填充金属。

所用的电极是在焊接过程中熔化的焊丝时，喊作熔化极电弧焊，诸如手弧焊、埋弧焊、气体保卫电弧焊、管状焊丝电弧焊等；所用的电极是在焊接过程中不熔化的碳棒或钨棒时，喊作不熔化极电弧焊，诸如钨极氩弧焊、等离子弧焊等。

〔1〕手弧焊手弧焊是各种电弧焊方法中开展最早、目前仍然应用最广的一种焊接方法。

它是以外部涂有涂料的焊条作电极和填充金属，电弧是在焊条的端部和被焊工件外表之间燃烧。

涂料在电弧热作用下一方面能够产生气体以保卫电弧，另一方面能够产生熔渣覆盖在熔池表面，防止熔化金属与四周气体的相互作用。

熔渣的更重要作用是与熔化金属产生物理化学反响或添加合金元素，改善焊缝金属性能。

手弧焊设备简单、轻便，操作灵活。

能够应用于维修及装配中的短缝的焊接，特殊是能够用于难以到达的部位的焊接。

手弧焊配用相应的焊条可适用于大多数工业用碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍及其合金。

〔2〕埋弧焊埋弧焊是以连续送时的焊丝作为电极和填充金属。

焊接时，在焊接区的上面覆盖一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂层下燃烧，将焊丝端部和局部母材熔化，形成焊缝。

在电弧热的作用下，上局部焊剂熔化熔渣并与液态金属发生冶金反响。

熔渣浮在金属熔池的外表，一方面能够保卫焊缝金属，防止空气的污染，并与熔化金属产生物理化学反响，改善焊缝金属的万分及性能；另一方面还能够使焊缝金属缓慢泠却。

埋弧焊能够采纳较大的焊接电流。

2022年熔化焊接与热切割作业(特种作业)考试题库(全真题库)

2022年熔化焊接与热切割作业（特种作业）考试题库（全真题库）单选题1.电离子的离子气从喷嘴流出时受到孔径限制,使弧柱截面变小,孔径对弧柱的压缩作用称为()。

A、机械压缩B、磁收缩C、热收缩答案：A解析：电离子的离子气从喷嘴流出时受到孔径限制，使弧柱截面变小，该孔径对弧柱的压缩作用称机械压缩。

水冷喷嘴内壁表面有一层冷气膜，电弧经过孔道时，冷气膜一方面使喷嘴与弧柱绝缘，另一方面使弧柱有效截面进一步收缩，这种收缩称热收缩。

弧柱电流自身磁场对弧柱的压缩作用称磁收缩。

2.埋弧焊未被融化的焊剂人工回收后()再次利用.A、直接可以B、处理后可以C、不可以解析：焊接时，焊剂由漏斗铺撒在电弧的前方。

焊接后，未被熔化的焊剂可用焊剂回收装置自动回收，或由人工清理回收，处理后可以再次利用。

3.采用钨极氩弧焊焊接工件时,()。

A、两者均可B、不需要填加焊丝C、需要填加焊丝答案：A解析：很薄的焊件进行点焊或焊接时，可以不添加焊丝，一定板厚或者开坡口焊接，必须添加焊丝。

根据工件厚度等因素决定，钨极氩弧焊是否需要填充焊丝。

工件低于0.5毫米，建议将两个工件卷边，利用钨极氩弧焊电弧使母材自熔。

不填丝焊接。

某些金属裂纹，也可以用自熔办法不填充焊丝。

厚度较大、打底焊接等情况下，需要填充焊丝。

4.加热可以增强原子的()。

A、势能B、热能C、动能解析：加热可以增强原子的动能，原子运动加快产生热能。

火箭加速升空地过程中，火箭地质量不变，速度增大，动能增大；高度增加，重力势能增大5.洛氏硬度的符号是()。

A、HRCB、HBC、HV答案：A解析：HR是洛氏硬度的符号。

按硬度试验的方法不同，硬度的符号有：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA，HRB，HRC)、维氏硬度(HV)，里氏硬度（HL）肖氏硬度（HS）、橡胶塑料邵氏硬度(HA,HD)等。

其中以HB及HRC较为常用。

6.我国现行的消防法规体系不包括()。

A、消防法律B、刑事法规C、消防法规答案：B解析：刑事法规属于人为犯罪，违法等，与消防并无关系。

D406A钢焊接

Ｄ４０６Ａ钢焊接工艺研究　中南大学陈孝龙摘要对Ｄ４０６Ａ钢的焊接工艺及焊接接头的机械性能进行了研究，通过采取严格控制环境温度及相对湿度，焊前严格清理，装配时使用内撑均匀加力，密点定位，加强层间清理，连续焊接等一系列工艺措施，焊接质量稳定，各项技术指标均符合设计技术条件，已形成了一套用于Ｄ４０６Ａ材料的有效焊接工艺方法。

　关键词Ｄ４０６Ａ钢焊接机械性能冷裂纹１引言　随着导弹事业的发展，超高强度钢的应用日趋广泛。

特别是在固体火箭发动机壳体上，就大量采用超高强度钢。

D406A是我国自行研制的一种超高强度钢，其含碳量较高，再加上合金元素的作用，使钢材的热敏感性增大，淬硬倾向增大，可焊性变差。

焊后容易出现冷裂纹等严重焊接缺陷。

与传统高强度钢如30CrMnSiA等材料相比，D406A超高强度钢的强度极限σb可达1600MPa以上，其比强度提高。

应用该钢后，壳体质量降低，有效载荷增加。

但是提高材料强度往往和提高材料塑性相矛盾。

因此随着超高强度钢的广泛应用，就必须对材料综合性能及加工工艺提出更高的要求。

２技术指标　焊缝等级：QJ175-93标准I级；基体抗拉强度：σb≥1620MPa；基体延伸率：δ5≥8%；接头抗拉强度：σhb≥1490MPa接头弯曲角：α≥35°无裂纹；断裂韧性：K IC≥81MPa・m1/2。

３试验研究　3.1 裂纹试验3.1.1 环境试验表1为D406A钢的化学成分，表2为H10号焊丝（H10SiMnCrNiMoV A）的化学成分。

表１Ｄ４０６Ａ钢的化学成分　元素 C Mn Si S P Ni Cr Mo V 范围0.28～0.33 0.70～1.0 1.40～1.70 ≤0.010 ≤0.013 0.25 1.0～1.30 0.40～0.55 0.08～0.15 表２Ｈ１０ＳｉＭｎＣｒＮｉＭｏＶＡ的化学成分　代号 C Mn Si P S Cr Ni Mo V AlH10 0.08～0.12 0.9～1.1 1.1～1.3 ≤0.006 ≤0.005 1.4～1.6 1.8～2.0 0.4～0.6 0.05～0.15 ≤0.10由于D406A钢具有较高的含碳量，加上合金元素的作用，在焊接条件下，其焊缝及近缝区被强烈淬硬，淬硬组织的产生为接头形成冷裂纹提供了必要的基本条件，而淬硬倾向主要取决于钢材的化学成分、焊接规范和焊后的冷却条件。

2022年特种设备焊接作业《(JS)金属焊接》安全生产模拟考试题(八)

2022年特种设备焊接作业《(JS)金属焊接》安全生产模拟考试题（一）姓名:_____________ 年级:____________ 学号:______________1、（判断题）钛具有耐蚀性能是因为钛的表面能生成一层致密的氧化膜，对基材有保护性。

A 、正确B 、错误正确答案：错误2、（判断题）选择CO ₂焊丝直径主要是根据焊件的厚度、施焊位置和生产率来决定。

A 、正确B 、错误正确答案：错误3、（判断题）粗丝CO ₂时，熔滴过渡形式往往都是喷射过渡。

A 、正确B 、错误正确答案：错误4、（判断题）等离子弧焊是一种不熔化极电弧焊，是利用电极和焊件之间的压缩电弧(转移电弧)来实现焊接的。

A 、正确B 、错误正确答案：错误5、（判断题）搭接接头由于钢板之间连接的面积较多，所以是一种强度较高的接头形式。

A 、正确B 、错误正确答案：错误6、（判断题）试件和焊件的双面焊、角焊缝，焊件不要求焊透的对接焊缝和管板角接头，均视为带衬垫。

A 、正确B 、错误正确答案：错误7、（判断题）搭接接头的强度没有对接接头高。

Al11、（判断题）由于铜具有良好的导热性，所以用铜来制作气电立焊的滑块A 、正确B 、错误正确答案：错误12、（判断题）电渣焊时熔化金属表面覆盖一层熔渣，因此氧化现象不严重。

A、正确B、错误正确答案：错误13、（判断题）摩擦焊的加压系统采用液压方式，具有足够大的顶锻力，所以顶锻不必趁热顶锻。

A、正确B、错误正确答案：错误14、（判断题）气电立焊电流密度高，焊接线能量小。

A、正确B、错误正确答案：错误15、（判断题）铝及铝合金多用在化工设备上，因此只要求具有耐腐蚀性。

A、正确B、错误正确答案：错误16、（判断题）在金属容器及管道内焊接时，应使用36V安全行灯照明。

A、正确B、错误正确答案：错误17、（判断题）等离子弧焊除适用于对接接头之外还适用于T形和角接头；A、正确B、错误正确答案：错误18、（判断题）电渣对接焊工件应开I型坡口。

2205双相不锈钢焊接和焊后热处理工艺

2205双相不锈钢焊接和焊后热处理工艺研究摘要：采用了等离子弧焊（PAW）打底+钨极氩弧焊（TIG）盖面和等离子弧焊（PAW）打底+熔化极氩弧焊（MIG）盖面两种焊接工艺焊接2205双相不锈钢，并对焊接接头进行了固溶处理，对采用两种焊接工艺的焊件进行金相组织、铁素体-奥氏体两相比例、力学性能以及耐点腐蚀性检测。

结果表明，两种焊接工艺都可以保证焊接接头的各项性能均能满足技术要求，TIG焊盖面的焊接接头铁素体含量低于MIG 焊盖面，且冲击韧性也于优于MIG焊盖面，而MIG焊盖面的焊接接头的耐点腐蚀性能优于TIG焊盖面。

关键词：2205双相不锈钢TIG焊MIG焊力学性能点腐蚀一、引言双相不锈钢是由奥氏体和铁素体两相组成，当两相比例约为50％时，双相不锈钢将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢所有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，使其兼具奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点。

2205双相不锈钢是20世纪70年代首先由瑞典研制成功，材料牌号为SAF2205，属于第二代双相不锈钢。

中国在80年代初开始研究相当SAF2205的00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢，它是一种典型的含N、超低碳、双相铁素体—奥氏体不锈钢，它具有较高的屈服强度（为奥氏体不锈钢的二倍）及良好的塑性，有良好的低温冲击性能，优良的耐应力腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀性能；与奥氏体不锈钢相比，具有导热系数大、线膨胀系数小、可焊性好、热裂倾向小、钢中含镍量较小、价格相对便宜等优点，使其广泛应用于化工、石油能源及海洋等领域，是目前应用最普遍的双相不锈钢材料。

本实验分别采用了两种不同焊接方法进行对比，在焊后对焊接接送进行了热处理，研究了焊接和热影响区组织及性能变化和奥氏体-铁素体相比例对其的影响。

二、实验材料和实验方法1、实验材料实验采用太原钢铁公司生的2205双相不锈钢，其化学成分和力学性能如表1和表2所示。

2205双相不锈钢试板的尺寸为160mm×320mm×10mm。

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等离子弧具有良好的收孔效应，容易实现单面焊双面成型工艺。厚度8mm以下的对接接头可不开双面成型工艺。厚度8mm以下的对接接头可不开坡口，采用直边对接接头形式，可大大缩短焊前准备和焊接时间，与手工TIG焊相比，焊接效率准备和焊接时间，与手工TIG焊相比，焊接效率可提高4~5倍，图4 185对比了两种焊接方法的坡可提高4~5倍，图4-185对比了两种焊接方法的坡口形式；
等离子弧焊焊接成形的焊接接头
TIG 焊焊接成形的焊接接头
电弧挺直性好。以焊接电流10A为例，等离电弧挺直性好。以焊接电流10A为例，等离子弧焊喷嘴高度达6.4mm时，弧柱仍较挺直，子弧焊喷嘴高度达6.4mm时，弧柱仍较挺直，而钨极氩弧焊的弧长仅能采用0.6mm（弧长而钨极氩弧焊的弧长仅能采用0.6mm（弧长大于0.6mm后稳定性变差）。钨极氩弧焊的大于0.6mm后稳定性变差）。钨极氩弧焊的扩散角约45° 扩散角约45°，呈圆锥形，工件上的加热面积与弧长成平方关系，只要电弧长度有很小变化将引起单位面积上输入量的较大变化。而等离子弧的扩散角仅5 变化。而等离子弧的扩散角仅5°左右基本上是圆柱形，弧长变化对工件上的加热面积和电流密度影响比较小，所以等离子弧焊弧长变化对焊缝成形的影响不明显。
等离子弧焊的焊缝成形具有深而窄的特点，热影响区小（如下图所示，等离子弧焊缝深而窄，典型的酒杯状焊缝，几乎显示不出热影响区；而钨极氩弧焊的热影响区达到3~4mm），适于焊接对热作用较敏区达到3~4mm），适于焊接对热作用较敏感的钢材，例如奥氏体不锈钢和耐热钢等。因此等离子弧焊具有焊接速度快；焊缝深度比大，截面积小；薄板焊接变形小，厚板焊接缩孔倾向小及热影响区窄等特点。
等离子弧焊时，由于电弧稳定性高，焊缝外表成形均整美观，余高小。大大减少了焊缝焊后修整的工作量。在不锈钢焊件的焊接中，光滑的焊缝表面可显著提高接头的耐蚀性。
等离子弧焊焊缝的质量具有很好的重复TIG焊钨极承载电流能力较差，过大的电流 TIG焊会引起钨极的熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池而引起夹钨。因此，熔敷速度小、熔深浅、生产率低。而等离子弧焊枪的钨极内缩在喷嘴之内，电极不可能与工件相接触，因而没有焊缝夹钨的问题。
等离子弧焊与TIG焊相比，有以下优点：等离子弧焊与TIG焊相比，有以下优点：等离子电弧能量集中，弧柱的最高温度达到 24000K以上。电弧高度稳定并具有很强的穿透能 24000K以上。电弧高度稳定并具有很强的穿透能力。对于碳钢和不锈钢，一次行程可熔透的最大厚度为8mm，而传统的TIG焊仅为3.0mm，参见图厚度为8mm，而传统的TIG焊仅为3.0mm，参见图 4-184的对比数据； 184的对比数据；
综上所述，基于以上优点，等离子弧焊已成为饮料加工工业和制药工业、石油化工等用压力容器制造中首选的焊接工艺方法。
钨极氩弧焊与等离子弧焊两种焊接方法的比对
概述等离子弧焊是由钨极惰性气体保护焊发展而成的一种高效、优质、经济的焊接方法。它利用各种约束机制，充分发挥了电弧等离子区的高温、高穿透能力，使电弧的特性发生了质的变化。图4 穿透能力，使电弧的特性发生了质的变化。图4183对比了在氩气保护下的自如电弧和压缩电弧的 183对比了在氩气保护下的自如电弧和压缩电弧的形态，等离子区范围以及电弧各区的温度分布。从中可清楚地看到，压缩电弧不仅具有比自如电弧更高的温度，而且扩大了电弧等离子区的范围，电弧的形态从锥形变成了圆柱形。由此使等离子弧焊具有一系列有利的工艺特点。