鎢極氬弧焊接不銹鋼管操作要點主要有以下幾項
1. 引弧方法
引弧有兩種方法,非接觸引弧法(或稱擊穿引弧法)和接觸引弧法。
a. 非接觸引弧: 非接觸式引弧一般采用引弧器引弧。
從原理上可分為高頻高壓引弧和高壓脈沖引弧。高頻高壓引弧一般采用頻率為150~260kHz,電壓為2500~5000V的交流電源;高壓脈沖引弧采用50~100次/s,電壓峰值為5000~10000V的直流電源。這種引弧方式是依靠高電壓在鎢極和工件表面產生強烈的電場,使兩極間的氣隙被擊穿,產生電流通道而引燃電弧。專用GTAW電源均有高頻高壓或高壓脈沖引弧和穩弧裝置。焊接時鎢極前端垂直工件,保持3~5mm距離,而后接通電源、在高頻高壓或高壓脈沖作用下,擊穿氣隙放電,使保護氣電離形成離子流而引燃電弧。非接觸引弧鎢極燒損很小,而且易引弧,因此應用廣泛。
b. 接觸引弧: 接觸引弧法多用于簡易氬弧焊設備。
但接觸引弧法在接觸瞬間會產生很大的短路電流,鎢極端部容易燒損或容易造成母材電弧擦傷,但由于設備簡單(不需要高壓高頻或高壓脈沖引弧和穩弧裝置),所以在焊接非重要件打底焊及薄板焊接中也有應用(隨著鎢極氬弧焊應用的普及,此種引弧方法已很少采用)。使用時鎢極與引弧板接觸引燃電弧,電弧引燃后,焊槍停留在引弧處不動(3~5s),當獲得一定大小、明亮清晰和保護良好的熔池后,就可以添加焊絲,開始焊接過程。然后將電弧轉向焊縫進行焊接。
2. 控制熔池的形狀和大小
控制熔池的形狀和大小,關鍵是控制焊接溫度,因為焊接溫度對焊接質量的影響很大,各種焊接缺陷的產生是溫度不合適造成的,例如:熱裂紋、咬邊、弧坑裂紋、凹陷、凸瘤、合金元素燒損等都是因為焊接溫度過高產生的;冷裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合等焊接缺陷是因為焊接溫度不夠導致的。焊接熱循環(weldingcycle)中兩個最重要的參數:一個是道間溫度(含焊接起始溫度);另一個是線能量,都是控制焊接溫度的。通常情況下,焊接電流與電弧電壓調定的情況下,控制焊接速度是最方便的,當然有時也調整焊槍傾角。正常焊接時熔池的平面視圖應該是鴨蛋圓形、短軸約為鎢極直徑的2~2.5倍,兩側母材熔人1~1.5mm,電弧中心約在熔池的1/3處,也是溫度最高處,焊絲即在此處添加。
3. 運弧要有規律
它與氣焊有相似之處,但操作上要求更嚴格。焊槍(arc weldinggun)、焊絲(welding wire)、焊件(weldment)間均有一定的位置關系,見圖4-32。焊槍軸線與已焊表面的夾角稱為焊槍傾角,它直接影響熱量輸入、保護效果和操作視野,一般焊槍傾角為70°~85°,焊槍傾角90°時保護效果最好,但從焊槍中噴出的保護氣流隨著焊槍移動速度的增加而向后偏離,可能使熔池得不到充分的保護,所以焊速不能太快。
GTAW一般采用左焊法,焊槍多做直線移動,大厚度的工件有時也做橫向擺動。直線移動有兩種形式:勻速直線移動和斷續直線移動。勻速直線移動:電弧穩定,保護良好,避免重復加熱,適用于不銹鋼、耐熱鋼薄件焊接;斷續直線移動:焊槍間隔一定的時間停留和前移,一般在焊槍停留時加人焊絲,然后焊槍前移一定距離后再停留加入焊絲。斷續直線移動方法適合于3~6mm中等厚度材料的焊接。
大厚度的工件焊接時焊槍橫向擺動時,焊槍應保持高度不變,平穩地做小幅度的橫向擺動,也可分兩種形式:一種是月牙形擺動,在兩側略停頓而平穩前移,通過焊縫中心時擺速加快,以保證熔池溫度均勻,此法適合于T形角焊接以及等厚較寬焊縫的對接焊;另一種是斜圓弧形擺動,此方法適合于不等厚對縫和角縫焊接,焊槍軌跡呈斜圓弧平穩前移,焊槍向厚側傾斜,并在厚側停留時間略長。
深坡口打底焊使用陶瓷噴嘴時,可以將噴嘴靠在坡口邊緣上,有規則的向前橫擺著移動。為了保證兩側鈍邊熔化良好,可以靠在坡口邊緣向兩側稍做弧形擺動。焊絲要送到熔池的根部,連續送絲不要間斷,并與焊槍做反方向擺動。但小管打底焊都采用直線移動。
4. 焊槍握法
用右手拇指和食指握住焊槍手柄,其余三指觸及工件作為支點(不能將噴嘴靠在坡口邊緣上時)。焊接小管時手腕沿管壁轉動,指尖始終貼在管壁上,焊接大管時,作為支點的三個手指交替沿管壁行走,以保持運弧平穩。
5. 焊絲送絲方法
填充焊絲的加入對焊縫質量的影響很大。若送絲過快,焊縫易堆高,氧化膜難以排除;若送絲過慢,焊縫易出現咬邊或下凹。所以送絲動作要熟練。常用的送絲方法有兩種:指續法和手動法。
a. 指續法
將焊絲夾在大拇指與食指、中指中間,靠中指和無名指起撐托作用,當大拇指將焊絲向前移動時,食指往后移動,然后大拇指迅速擦焊絲的表面往后移動到食指的地方、大拇指再將焊絲向前移動,如此反復將焊絲不斷地送入熔池中。這種方法適用于較長的焊接接頭。
b.手動法
將焊絲夾在大拇指與食指、中指之間,手指不動,而是靠手或手臂沿焊縫前后移動和手腕的上下反復運動將焊絲送入熔池中。該方法應用比較廣泛。按焊絲送入熔池的方式可分為四種:壓入法、續入法、點移法和點滴法。
壓入法如圖4-33(a)所示,用手將焊絲稍向下壓,使焊絲末端緊靠在熔池邊沿。該方法操作簡單,但是因為手拿焊絲較長,焊絲端頭不穩定,易擺動,造成送絲困難。
續入法如圖4-33(b)所示,將焊絲末端伸入熔池中,手往前移動,使焊絲連續加入熔池中。該方法適用于細焊絲或間隙較大的接頭,但不易保證焊接質量,很少采用。
點移法如圖4-33(c)所示,以手腕上下反復動作和手往后慢慢移動,將焊絲逐步加入熔池中。采用該方法時由于焊絲的上下反復運動,當焊絲抬起時在電弧作用下,可充分地將熔池表面的氧化膜去除,從而防止產生夾渣,同時由于焊絲填加在熔池的前部邊緣,有利于減少氣孔。因此應用比較廣泛。
點滴法如圖4-33(d)所示,焊絲靠手的上下反復動作,將焊絲熔化后的熔滴滴入熔池中。該方法與點移法的優點相同,所以比較常用。
焊絲送入角度、送入方式與熟練程度有關,它直接影響到焊縫的幾何形狀。焊絲應低角度送入,一般為10°~15°,通常不大于20°。這樣有助于熔化端被保護氣覆蓋并避免碰撞鎢極,使焊絲以滴狀過渡到熔池中的距離縮短。送絲動作要輕,不要擾動氣體保護層,以免空氣侵入。焊絲在進入熔池時,要避免與鎢極接觸短路,以免鎢極燒損落入熔池,引起焊縫夾鎢。焊絲末端不要伸入弧柱內,即在熔池和鎢極中間,否則,在弧柱高溫作用下,焊絲劇烈熔化滴人熔池,引起飛濺并發出乒乒乓乓的響聲,從而破壞了電弧的穩定燃燒,結果會造成熔池內部污染,也使焊縫外觀成形不好,灰黑不亮。
焊絲熔入熔池大致可分為五個步驟
i. 焊槍垂直于工件,引燃電弧形成熔池,當工件被電弧加熱到呈現白亮并將發生流動形成熔池時,就要準備將焊絲送人。
ii. 焊槍稍向后移動并傾斜10°~15°。
iii. 向熔池前方內側邊緣約在熔池的1/3處送入焊絲末端,靠熔池的熱量將焊絲熔人,不要像氣焊那樣攪拌熔池(ii、iii同時進行)。
IV. 抽回焊絲,但其末端并不離開保護區,與熔池前沿保持著如分似離的狀態,準備再次加入焊絲。
V. 焊槍前移至熔池前沿形成新的熔池(重復ii、IV、V動作直至焊接結束)。
6. 送絲
送絲可分為外填絲、內填絲和依絲法三種。
a. 外填絲法
外填絲法是電弧在管壁外側燃燒,焊絲從坡口一側填加的操作方法。焊槍與焊絲的位置見圖4-32。管道坡口根部間隙的大小隨填絲動作、管徑大小、管壁厚度而定。對于大直徑厚壁管(管徑≥219mm、厚度≥18mm)的坡口根部間隙應稍大于焊絲直徑,焊接中焊絲連續送入熔池,稍做橫向擺動,這樣可適當多填些焊絲,在保證坡口兩側熔化良好的情況下也使焊縫有一定的厚度。對于小直徑薄壁管,坡口根部間隙一般要求小于或等于焊絲直徑,焊絲在坡口中沿管壁給送,不做橫向擺動。焊速稍快,焊縫不必太厚,采用斷續送絲或連續送絲均可。
斷續送絲法(或稱之為“點滴送入法”):是靠手的反復送拉動作將焊絲端頭的熔滴送入熔池,熔化后將焊絲拉回退出熔池,但不離開保護區,焊絲拉回時靠電弧吹力將熔池表面的氧化膜排除掉。此法適用于各種接頭,特別是組對間隙小、有墊板的薄板焊縫或角焊縫焊接,焊后焊縫表面呈清晰均勻的魚鱗狀。斷續送絲法容易掌握,初學者多采用這種送絲法。但只適用于小電流、慢焊速、表面波紋粗的焊縫,當間隙較大或電流不適合時,用斷續送絲法就難于控制焊接熔池,背面容易產生凹陷。
連續送絲法:將焊絲端頭插入熔池,利用手指交替移動連續送入焊絲,隨著電弧向前不斷移動,熔池逐漸形成。此法與自動焊的送絲法相似,其特點是電流大、焊速快、波紋細、成形美觀。但需手指連續穩定交替移動焊絲,需要熟練的送絲技能。用連續送絲法焊接間隙較大的工件時,如果掌握的好,可以在快速加焊絲時也不產生凸瘤,仰焊時也不產生凹陷,焊接速度快、質量好。
b. 內填絲法
內填絲法是電弧在管壁外側燃燒,焊絲從坡口間隙伸人管內向熔池送人的操作方法。焊接中要求坡口間隙始終大于焊絲直徑0.5~1.0mm,否則會造成所謂的卡絲現象,影響焊接順利進行。為防止間隙縮小,應采取相應措施,如剛性固定,合理的焊接順序,適當加大間隙等。
外填絲法與內填絲法相比較,由于前者間隙小,所以焊接速度快,填充金屬少,操作技術容易掌握;后者適合于操作困難的焊接位置。輸油管道有時要求采用內填絲法。只要焊槍能達到,無論什么樣的困難位置都能施焊。組對要求不十分嚴格,即使在局部坡口根部間隙不均勻或少量錯邊的情況下,也能得到較滿意的結果。由于操作時焊工從坡口根部間隙中直接觀察焊道成形,故可保證焊縫根部熔透良好。其最大優點是能預防仰焊部位凹陷。
作為焊工應該掌握這兩種基本填絲操作方法,以便在不同的焊接部位,根據實際情況進行應用。一般選擇原則是:凡焊接操作的空間開闊,送絲沒有障礙,視線不受影響的管道焊接,宜采用外填絲法,反之則宜采用內填絲法。實際上,所謂的內填絲法也不可能整條焊縫全部采用,通常只在困難位置或指定時才采用。內外填絲的操作方法應相互結合,視焊接操作方便而選定。
c. 依絲法
依絲法將焊絲彎成圓弧狀緊貼在坡口根部間隙處,電弧同時熔化坡口鈍邊和焊絲,這時要求坡口根部間隙小于焊絲直徑。該送絲方法可避免焊絲遮擋焊工視線,適合于困難位置的焊接。
焊絲送入動作要熟練,速度要均勻,快慢適當。過快,焊縫堆積過高,過慢,焊縫凹陷或咬邊。
在焊接操作過程中,由于操作不慎,焊絲與鎢極相碰,造成瞬間短路。發生所謂的打鎢現象,熔池被炸開,一陣煙霧,造成焊縫表面污染和內部夾鎢,還破壞了電弧的穩定燃燒。必須立即停止焊接,進行處理。將污染處用機械法處理,直至露出光亮的金屬光澤,被污染的鎢極應在引弧板上引燃電弧,熔化掉鎢極表面的氧化物,直至引弧板上被電弧光照射的斑痕白亮而無黑色,熔池清晰時,方可繼續焊接。采用直流電源焊接時,發生打鎢現象應重新修磨鎢極。
為了便于送絲,觀察熔池和焊縫,防止噴嘴燒損,鎢極應伸出噴嘴端面2~3mm,鎢極端部與熔池表面的距離(弧長)保持在3mm左右,這樣可使焊工的視線開闊,送絲方便,避免打鎢,從而減少焊縫被污染的可能性。
7. 左焊法和右焊法
如圖4-34所示,手工鎢極氬弧焊根據焊槍的移動方向及送絲位置分為左焊法和右焊法。
a. 左焊法
焊接過程中焊接熱源(焊槍)從接頭右端向左端移動,并指向待焊部分的操作法稱為左焊法。左焊法焊絲位于電弧前面。該方法便于觀察熔池。焊絲常以點移法和點滴法加入,焊縫成形好,容易掌握。因此應用比較普遍。
b. 右焊法
在焊接過程中焊接熱源(焊槍)從接頭左端向右端移動,并指向已焊部分的操作法稱為右焊法。右焊法焊絲位于電弧后面。操作時不易觀察到熔池,較難控制熔池的溫度,熔深比左焊法深,焊縫較寬,適用于厚板焊接,但比較難掌握。
8. 停弧
停弧就是由于某種原因而中途停下來,然后再繼續進行焊接。正確的停弧方法,是采用逐漸加快運弧速度后(縮小熔池面積)再收弧的方法,這樣可以沒有弧坑和縮孔,給下次引弧繼續焊接創造條件,加快運弧的長度為20mm左右。再引弧焊接時,待熔池形成后,向后壓1~2個波紋,接頭起點不加或少加焊絲,然后轉入正常焊接,為了防止產生氣孔,保證焊接質量,起點或接頭處應適當放慢焊接速度。
9. 收弧
收弧也稱熄弧,是焊接終止的必須手法。收弧很重要,應高度重視。若收弧不當,易引起弧坑裂紋,縮孔等缺欠,常用收弧方法有以下幾種。
a. 焊接電流衰減法
利用衰減裝置,逐漸減小焊接電流,從而使熔池逐漸縮小,以至母材不能熔化,達到收弧處無縮孔的目的,普通的GTAW焊機都帶有衰減裝置。
b. 增加焊速法
在焊接終止時,焊槍前移速度逐漸加快,焊絲的給送量逐漸減少,直到母材不熔化為止。基本要點是逐漸減少熱量輸入,重疊焊縫20~30mm。此法最適合于環縫,無弧坑,無縮孔。
c. 多次熄弧法
終止時焊速減慢,焊槍后傾角加大,拉長電弧,使電弧熱主要集中在焊絲上,而焊絲的給送量增大,填滿弧坑,并使焊縫增高,熄弧后馬上再引燃電弧,重復兩三次,便于熔池在凝固時能繼續得到焊絲補給,使收弧處逐步冷卻。但多次熄弧后收弧處往往較高,需將收弧處增高的焊縫修平。
d. 應用熄弧板法
平板對接時常應用熄弧板,焊后將熄弧板去掉修平。
實際操作證明:有衰減裝置用電流衰減法收弧最好,無衰減裝置用增加焊速法收弧最好,可避免弧坑和縮孔,熄弧后不能馬上把焊槍移走,應停留在收弧處待2~5s,用保護氣體保護高溫下的收弧部位不被氧化。
10. 接頭
當更換焊絲、修磨鎢極等停弧而需要重新接頭時,必須在待焊處的前方5~10mm處引弧,電弧穩定之后將電弧拉回焊接處。重疊處要少加焊絲,以保證與原焊縫厚薄寬窄均勻一致。接頭處如操作不當往往不容易保證質量,所以應盡量減少接頭。
部分焊工一時掌握不了焊絲的正確握法,不是以左手的拇指和食指作為送絲動力,而是靠左手前后移動來送絲(氣焊送絲法),這就勢必經常變換握絲位置而增加接頭次數。另外,氣焊送絲法為了避免焊絲抖動,握絲處距焊絲末端又不宜過長,每用完這一段焊絲就要停下來倒手,這也必然會增加接頭次數。為解決這一矛盾,使用不停弧熱接頭是個好方法。該方法是當需要變換握絲位置(倒手)而出現接頭時,先將焊絲末端和熔池相接觸,同時將電弧稍作后移,或引向坡口一邊。待熔池凝固與焊絲末端粘在一起的剎那間,迅速變換握絲位置。完成這一動作后,將電弧立即恢復原位,繼續焊接。采用熱接頭法,既能保證質量,又可提高效率,但要求操作技術熟練,動作快而準。
焊接中由于位置變換、逆向分段退焊等原因必須停弧,而出現兩段焊縫交接的接頭,常見的前后段焊縫接頭的類型有:頭頭相接(水平固定管仰位),尾尾相接(水平固定管平位),頭尾相接(分段退焊),尾頭相接(轉動管)。這些接頭由于溫度的差別和填充金屬量的變化,容易出現未焊透、夾雜、氣孔等缺陷。因此要求做到:接頭處要修磨成斜坡,不能有死角;重新引弧的位置應重疊20~30mm,重疊處只加少許焊絲;熔池要貫穿到接頭的根部,確保接頭處熔透。