卓金管件有限公司不锈钢电弧辅助活性TIG焊工艺研究
文献概况
本文发表于《机械工程学报》2010年第46卷第8期，由兰州理工大学有色金属新材料国家重点实验室黄勇、樊丁、林涛等作者完成。研究提出了一种新型活性TIG焊方法——电弧辅助活性TIG焊（AA-TIG），采用CO₂+Ar作为小电流钨极电弧的保护气体，实现了10mm厚不锈钢板材的单道焊透与单面焊双面成形。
技术背景与创新点
传统TIG焊在焊接较厚不锈钢板时面临熔深浅、效率低、需多层多道焊接等瓶颈。活性TIG焊（A-TIG）通过在氩气中加入少量CO₂，利用电弧收缩效应显著增加熔深，已在碳钢焊接中得到广泛应用。然而，将A-TIG应用于不锈钢焊接时，CO₂的氧化性可能带来焊缝增碳、组织劣化等风险。本文的创新之处在于提出了"电弧辅助"的概念，即采用小电流钨极电弧作为辅助热源，配合正常TIG焊，在兼顾熔深需求的同时控制焊缝质量。
工艺参数与试验设计
双弧参数配置
AA-TIG焊的核心在于双弧协同：
- 主弧（正常TIG焊）：提供主要热输入，控制焊缝宽度与成形；
- 辅助弧（小电流钨极电弧）：采用CO₂+Ar混合气体保护，利用电弧收缩效应增加熔深。
关键工艺参数影响
研究分别考察了小电流钨极电弧和正常TIG焊工艺参数对焊缝熔深的影响，并通过正交试验或单因素试验确定了最佳焊接规范。
焊缝质量评价
焊缝成形
采用AA-TIG焊可单道焊透10mm厚不锈钢板材，实现单面焊双面成形。这一结果对于现场焊接、管道环焊缝焊接等不便背面操作的工况具有直接的工程价值。
微观组织与化学成分
| 评价项目 | AA-TIG焊结果 | 与传统TIG焊对比 |
|---|---|---|
| 焊缝显微组织 | 与母材相近 | 几乎没有变化 |
| 焊缝化学成分 | 符合标准要求 | 与母材基本一致 |
这一结果极为重要，说明CO₂+Ar混合气体在小电流辅助弧中并未对主焊缝造成明显的增碳或氧化影响。小电流设计可能是控制这一问题的关键——低电流密度下CO₂的还原反应有限，且辅助弧的热输入较小，不足以引起焊缝金属的显著氧化。
腐蚀性能与低温韧性
| 性能指标 | AA-TIG焊结果 | 标准要求 |
|---|---|---|
| Cu/CuSO₄腐蚀性能 | 满足 | 符合相关标准 |
| 低温冲击韧度 | 满足 | 符合相关标准 |
Cu/CuSO₄腐蚀试验是评估不锈钢耐晶间腐蚀的经典方法，结果表明AA-TIG焊焊缝未出现明显的敏化现象。
与工程实践的结合
在石化、电力、造船等行业中，不锈钢管道的环焊缝焊接是常见工序。传统TIG焊焊接厚壁不锈钢管时，需要背面充氩保护、多层多道焊接，工艺复杂且成本高。AA-TIG焊的单面焊双面成形能力可显著简化工艺流程，降低生产成本。
从FMEA角度分析，AA-TIG焊的主要风险点包括：
- 辅助弧参数失控导致焊缝增碳；
- 双弧空间配合不当导致成形不良；
- CO₂含量波动引起焊缝质量不稳定。
针对这些风险，建议在工艺规程中明确辅助弧电流上限、CO₂流量控制范围以及双弧间距公差。
学习心得与启示
本文的研究体现了"适度引入活性气体"的工艺哲学。在不锈钢焊接中，CO₂通常被视为有害元素，但通过小电流辅助弧的巧妙设计，既利用了电弧收缩效应带来的熔深优势，又避免了CO₂对焊缝的负面影响。这种"扬长避短"的思路在焊接工艺创新中值得推广。同时，AA-TIG焊的单面焊双面成形能力对于厚壁不锈钢结构的现场焊接具有重要实用价值，值得进一步开展工业化验证。