深熔氬弧焊與等離子弧焊工藝性能對比分析

陳儉峰，王昌盛，鮑碧霞

寧波明欣化工機(jī)械有限責(zé)任公司 浙江寧波 315202

1 序言

深熔氬弧焊（K-TIG）焊機(jī)作為一種新型高效的熔焊設(shè)備，與較成熟的等離子弧焊設(shè)備相比，因其價位與使用性能，在化工裝備行業(yè)中的應(yīng)用推廣存在爭議。由于化工容器設(shè)備對抗拉強(qiáng)度、彎曲、低溫沖擊韌度等要求較高，而深熔氬弧焊的焊接熱輸入較高、熔池寬度大，直接影響焊接接頭的力學(xué)性能[1]。為此，針對寧波明欣化工機(jī)械有限責(zé)任公司現(xiàn)有的深熔氬弧焊設(shè)備與等離子弧焊設(shè)備進(jìn)行了工藝對比試驗(yàn)，分析了兩種工藝的各自特點(diǎn)。

2 工藝性能對比分析

（1）電弧原理 深熔氬弧焊采用壓縮電弧，焊接能量密度很大；等離子弧焊的電弧不經(jīng)過壓縮，主要是靠電流形成的電弧力與液體金屬的靜壓力、表面張力保持熔池的動態(tài)平衡。

（2）裝配要求 在深熔氬弧焊調(diào)試過程中，試板厚度8mm時焊縫最大間隙控制在2mm以內(nèi)，錯邊量控制在2mm以內(nèi)（薄板范圍會更?。?。例如：8mm碳素鋼焊縫間隙1.4mm、錯邊量為1.3mm時，根部即能成形。

而等離子弧焊在調(diào)試過程中焊縫間隙、錯邊量均應(yīng)控制在1mm以內(nèi)（焊縫間隙1.5mm，錯邊量1.5mm為極限狀態(tài)）。同時裝配根部需打磨齊平，否則較難成形。

（3）坡口要求 深熔氬弧焊與等離子弧焊均要求坡口表面打磨干凈，且平整。

（4）起弧過程 深熔氬弧焊設(shè)備沒有設(shè)置預(yù)熔電流功能，調(diào)試設(shè)備時需人為調(diào)整起弧電流參數(shù)，這容易造成燒穿或未焊透，起弧完成后需再調(diào)整電流。而等離子弧焊設(shè)備有預(yù)熔電流功能，調(diào)試時起弧過程相對穩(wěn)定。只要焊前預(yù)先設(shè)置，施工時即可直接調(diào)用。

（5）電弧自動調(diào)節(jié)功能 深熔氬弧焊焊接過程中需手工調(diào)節(jié)電弧長度，不自帶自動調(diào)節(jié)弧長功能，對焊工技能水平要求較高。而等離子弧焊設(shè)備帶自動調(diào)節(jié)弧長功能，相對較好操作，但遇到燒穿時，自動調(diào)節(jié)弧長功能易出現(xiàn)異常。

（6）過程穩(wěn)定性 深熔氬弧焊焊接過程中電流較大，穩(wěn)定性相對較差，熔池有跳動現(xiàn)象，背面成形易產(chǎn)生不連續(xù)性。而等離子弧焊焊接過程中電流較小，波動較小，相對穩(wěn)定。

（7）收弧穩(wěn)定性 深熔氬弧焊環(huán)縫收弧過程中需加大收弧電流，完成鎖孔?？v縫在引弧板上如不調(diào)整參數(shù)，易在T形接頭處燒穿。等離子弧焊環(huán)縫收弧點(diǎn)存在鎖孔封閉困難，易留下空洞。

（8）保護(hù)氣體和穿透力 深熔氬弧焊保護(hù)氣體采用單一Ar時，焊接12mm厚碳素鋼、10mm厚不銹鋼均可一次性焊透。等離子弧焊采用Ar+H2作為保護(hù)氣體時穿透力較強(qiáng)，焊接10mm厚碳素鋼與不銹鋼均可一次性焊透。如采用單一Ar，熔深則一般不超過8mm。

（9）焊接速度 采用深熔氬弧焊焊接8mm厚不銹鋼時，穩(wěn)定的焊接速度為250～300mm/min，而等離子弧焊在相同條件下的焊接速度為200mm/min左右。

（10）焊工技能水平要求 在工件裝配較好的情況下，深熔氬弧焊對焊工技能水平要求比等離子弧焊高。

（11）耗材 深熔氬弧焊耗材相對成本較低。等離子弧焊設(shè)備的等離子焊槍、噴嘴等易被腐蝕，需要頻繁更換，耗材成本高。

（12）焊縫截面對比 以8mm厚Q345R板為例，深熔氬弧焊焊縫是等離子弧焊焊縫面積的2.5～3倍。在焊接過程中，深熔氬弧焊熔池較寬，熔池穩(wěn)定性較差，需根據(jù)熔池跳動情況調(diào)整焊接參數(shù)（見圖1）。

圖1 8mm厚板等離子弧焊與深熔氬弧焊的焊縫截面

3 力學(xué)性能對比分析

（1）不銹鋼的力學(xué)性能 試驗(yàn)采用6mm厚、同一爐批號的S30408不銹鋼作為母材，在較適宜參數(shù)下采用深熔氬弧焊、等離子弧焊分別焊接兩副試板（普通試板+應(yīng)變強(qiáng)化試驗(yàn)試板）。試板RT檢測按NB/T 47013.2—2015評定，AB-Ⅰ級合格。焊后分別進(jìn)行了拉伸、彎曲、－196℃沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果分別見表1、表2。由表1、表2可知，S30408不銹鋼試板采用深熔氬弧焊和等離子弧焊力學(xué)性能均符合要求。而采用等離子弧焊獲得的沖擊性能較好。

（2）碳素鋼的力學(xué)性能 試驗(yàn)采用6mm的同一爐批號Q345R碳素鋼作為母材，在較適宜參數(shù)下采用深熔氬弧焊、等離子弧焊分別進(jìn)行焊接和RT檢測，試板按NB/T 47013.2—2015評定，AB-Ⅰ級合格。焊后分別進(jìn)行了拉伸、彎曲、－20℃沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3可知，采用深熔氬弧焊和等離子弧焊焊接Q345R碳素鋼時，抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度均符合要求。但采用深熔氬弧焊時，沖擊性能明顯下降，不符合GB/T 150—2011的最低要求。

（3）碳素鋼沖擊性能對比 由于上述試驗(yàn)中Q345R碳素鋼的深熔氬弧焊沖擊性能較差，所以針對Q345R進(jìn)行了不同厚度試板的力學(xué)性能試驗(yàn)。所有測試試板均在穩(wěn)定的焊接參數(shù)和工藝下進(jìn)行，焊后進(jìn)行RT檢測，并按NB/T 47013.2—2015評定，AB-Ⅰ級合格。不同板厚Q345R碳素鋼的力學(xué)性能見表4。由表4可知，板厚為6mm、10mm的Q345R碳素鋼-20℃沖擊試驗(yàn)，沖擊吸收能量不能全部符合標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，碳素鋼采用深熔氬弧焊時，如考慮沖擊性能最低要求，需調(diào)節(jié)更適宜的焊接參數(shù)，控制焊接熱輸入，來提高焊接接頭的沖擊吸收能量。

表1 S30408不銹鋼普通試板的力學(xué)性能

表2 S30408不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化試板的力學(xué)性能

表3 Q345R碳素鋼的力學(xué)性能

表4 不同板厚Q345R碳素鋼的力學(xué)性能

4 結(jié)束語

1）深熔氬弧焊裝配要求比等離子弧焊低，可獲得的熔深厚度比等離子弧焊大，生產(chǎn)效率高。

2）深熔氬弧焊比等離子弧焊熔池大，焊縫截面大，同時對焊工操作技能要求也高。

3）深熔氬弧焊焊接不銹鋼時力學(xué)性能均能符合要求，但沖擊性能比等離子弧焊略差。

4）深熔氬弧焊焊接碳素鋼時需調(diào)節(jié)合適的參數(shù)，才能保證接頭的沖擊性能。