《不锈钢板材的焊接技术：工艺原理与质量控制》

一、引言

二、不锈钢板材焊接的工艺原理

（一）不锈钢的焊接性分析

1. 化学成分对焊接的影响
   不锈钢中主要合金元素铬、镍、钼等在焊接过程中起着关键作用。铬能提高不锈钢的抗氧化性和耐腐蚀性，但在焊接时，铬易与碳结合形成碳化铬，在晶界析出，导致晶间腐蚀。因此，控制焊缝中的碳含量是减少晶间腐蚀的重要措施。镍能增加不锈钢的韧性和耐腐蚀性，在焊接时有利于提高焊缝的质量。钼能增强不锈钢在氯化物等腐蚀性介质中的抗腐蚀能力，但钼含量高可能会使焊接过程中的热裂纹倾向增加。了解这些元素的特性有助于在焊接过程中采取相应的措施来保证焊缝性能。

2. 物理性能对焊接的影响
   不锈钢的物理性能如热导率低、线膨胀系数大等特点对焊接有显著影响。热导率低意味着焊接时热量集中在焊缝区域，需要控制焊接热输入，防止过热和变形。线膨胀系数大则会导致焊接过程中产生较大的变形和残余应力，如果控制不当，可能引起焊接裂纹。因此，在焊接不锈钢板材时，需要考虑合适的焊接顺序和拘束条件来减小变形和应力。

（二）焊接冶金过程

1. 熔池的形成与凝固
   在焊接过程中，焊接热源使不锈钢板材局部熔化形成熔池。熔池中的液态金属在热源移开后迅速凝固。在这个过程中，熔池中的合金元素会发生重新分布，与母材和填充金属相互作用。例如，焊缝中的合金元素含量会影响焊缝的组织和性能。如果填充金属选择不当，可能导致焊缝的耐腐蚀性、强度等性能不符合要求。同时，熔池凝固过程中的冷却速度对焊缝组织有很大影响，快速冷却可能形成马氏体等硬脆组织，降低焊缝的韧性。

2. 气体保护与杂质控制
   由于不锈钢对氧、氢等气体的敏感性，焊接时需要进行气体保护。在熔化极气体保护焊（MIG）和钨极氩弧焊（TIG）等焊接方法中，氩气常作为保护气体。氩气可以隔绝空气，防止焊缝金属氧化和氮化。此外，焊接过程中要注意控制杂质的进入，如油污、铁锈等。这些杂质在焊接过程中会分解产生气体，形成气孔等焊接缺陷，同时也可能影响焊缝的化学成分和性能。

三、不锈钢板材焊接方法及选择

（一）钨极氩弧焊（TIG）

1. 原理与特点
   TIG 焊是以钨极作为电极，利用氩气作为保护气体，通过钨极与焊件之间产生的电弧来熔化母材和填充金属进行焊接。其优点是焊缝质量高，能焊接薄板和各种位置的焊缝，焊接过程稳定，焊缝外观美观。由于氩气的保护作用，焊缝金属的氧化程度低，特别适合焊接对焊缝质量要求高的不锈钢板材，如不锈钢管道、压力容器等。但 TIG 焊的焊接速度相对较慢，焊接效率较低，对焊工的操作技能要求较高。

2. 工艺参数
   TIG 焊的主要工艺参数包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、氩气流量、钨极直径等。焊接电流根据焊件的厚度和材质选择，一般来说，焊件越厚，电流越大。电弧电压主要由弧长决定，保持合适的弧长可以保证电弧的稳定性和焊缝质量。焊接速度要与焊接电流相匹配，过快会导致焊缝熔深不足，过慢则可能使焊缝过热。氩气流量要足够大以保证对焊缝的有效保护，一般在 6 - 15L/min 之间，具体数值根据焊接情况调整。钨极直径根据焊接电流选择，直径过大或过小都会影响电弧的稳定性和焊接质量。

（二）熔化极气体保护焊（MIG）

1. 原理与特点
   MIG 焊是以可熔化的焊丝作为电极，在氩气或氩气与其他气体的混合气体保护下，利用焊丝与焊件之间的电弧来熔化母材和焊丝进行焊接。MIG 焊的焊接速度快，熔敷效率高，适合焊接中厚板不锈钢。与 TIG 焊相比，MIG 焊可以采用较大的焊接电流，焊缝熔深大。同时，MIG 焊可以实现自动或半自动焊接，提高了焊接效率。但是，MIG 焊对焊接参数的控制要求较高，否则容易出现飞溅、气孔等焊接缺陷。

2. 工艺参数
   MIG 焊的关键工艺参数包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、送丝速度、气体流量等。焊接电流和电弧电压要相互匹配，以保证焊缝的良好成型。送丝速度影响焊缝的熔敷量，与焊接电流有一定的对应关系。气体流量要根据焊接环境和保护要求确定，一般氩气流量在 15 - 25L/min 左右。焊接速度要根据焊件的厚度和焊接要求进行调整，过快可能导致焊缝不连续，过慢则可能使焊缝过热、变形过大。

（三）手工电弧焊

1. 原理与特点
   手工电弧焊是利用焊条与焊件之间产生的电弧来熔化焊条和母材进行焊接。其设备简单，操作灵活，可在各种位置和复杂环境下进行焊接。对于一些形状不规则或现场安装的不锈钢焊件，手工电弧焊有一定的优势。但是，手工电弧焊的焊缝质量相对较难控制，容易出现气孔、夹渣、咬边等焊接缺陷。而且，焊条的选择要根据不锈钢的材质来确定，不同类型的不锈钢需要使用不同型号的焊条。

2. 工艺参数
   手工电弧焊的主要参数包括焊接电流、焊条直径、焊接速度等。焊接电流根据焊条直径选择，一般焊条直径越大，电流越大。焊接速度要适中，过快会导致焊缝熔深不足，过慢则可能使焊缝过高、过宽，并且容易产生焊接缺陷。在焊接过程中，焊工要根据焊缝的成型情况及时调整焊接参数。

四、不锈钢板材焊接质量控制

（一）焊接前的准备

1. 焊件清理
   焊接前要对不锈钢板材的焊件表面进行彻底清理，去除油污、铁锈、水分等杂质。可以使用有机溶剂清洗油污，用机械打磨或化学酸洗的方法去除铁锈。焊件表面的清洁程度直接影响焊缝质量，杂质的存在可能导致气孔、夹渣等缺陷。

2. 焊接材料选择与检验
   根据不锈钢板材的材质选择合适的焊接材料，如焊条、焊丝和保护气体。焊接材料的质量要符合标准，在使用前要进行检验，包括化学成分分析、外观检查等。对于焊条，要检查是否有药皮脱落、受潮等情况；对于焊丝，要检查其表面是否光滑、有无油污等；对于保护气体，要检查气体的纯度。

3. 坡口制备
   根据焊件的厚度和焊接要求制备坡口。坡口的形状和尺寸要符合设计要求，常见的坡口形式有 V 形、U 形、X 形等。坡口的加工可以采用机械加工或火焰切割等方法，但要注意加工后的坡口表面要平整，不得有裂纹、分层等缺陷。同时，坡口两侧要清理干净，保证焊接质量。

（二）焊接过程中的质量控制

1. 焊接参数监控
   在焊接过程中，要实时监控焊接参数，如焊接电流、电压、速度、气体流量等。通过焊接设备上的仪表或监控系统进行监测，确保参数在规定的范围内。如果参数出现偏差，要及时调整，以保证焊缝质量的稳定。

2. 焊接操作规范
   焊工要严格按照焊接操作规范进行焊接。在 TIG 焊和 MIG 焊中，要保持焊枪的角度和位置正确，保证氩气对焊缝的有效保护。在手工电弧焊中，要掌握好焊条的运条方法，控制好电弧长度。焊接过程中要注意焊缝的成型情况，及时发现和处理焊接缺陷，如气孔、夹渣等。如果发现焊缝有缺陷，要及时停止焊接，采取相应的措施进行修复。

（三）焊接后的质量检查

1. 外观检查
   焊接后首先要对焊缝进行外观检查。检查焊缝的表面是否有气孔、裂纹、咬边、未熔合等缺陷。焊缝的余高、宽度要符合设计要求。外观检查可以通过肉眼观察或使用低倍放大镜进行。对于表面质量不符合要求的焊缝，要进行修补。

2. 无损检测
   为了检查焊缝内部的质量，可以采用无损检测方法，如 X 射线探伤、超声波探伤、渗透探伤等。X 射线探伤可以检测焊缝内部的气孔、夹渣、裂纹等缺陷，通过拍摄 X 射线底片来分析焊缝质量。超声波探伤则是利用超声波在焊缝中的传播特性来检测缺陷，具有操作方便、检测速度快等优点。渗透探伤适用于检测表面开口的缺陷，如裂纹等。根据焊件的使用要求和质量标准，选择合适的无损检测方法对焊缝进行全面检查。

五、结论