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1.概述

目前國內GIS殼體多數為厚度6~12mm的Al-Mg類板材卷焊后鉚焊法蘭及其他附件的組焊結構，在焊接該類殼體時離不開TIG（氬弧焊）焊，國內許多制造廠家在TIG焊方面是大同小異、各存優劣。筆者經過長時間探索和走訪交流，總結了一套較為實用的該類殼體的TIG焊焊接工藝，并在業內取得了較好的效果。與此同時，還總結了該類殼體的TIG焊焊接缺陷及成因，對于其焊接質量的提升起到了有力的促進作用。現總結如下，以與同仁互通，攜手并進，進一步提高我國GIS殼體的焊接效率和質量。

2.TIG焊工藝

（1）焊材的選擇我國在應用TIG焊焊接鋁合金時多采用鈰鎢作電極，其發射X射線劑量較小，抗氧化性較釷鎢有明顯改善；易于引弧，最低引弧電流為8A，引弧長度為10mm；化學穩定性好，且允許的電流密度大，燒損率低。焊接保護氣體為純度99.99%的氬氣。交流TIG焊時，鎢極端部應呈半球形（制法：先將鎢極端部磨成圓錐形，然后垂直夾持鎢極，用大于使用電流20A的電流進行焊接幾秒鐘即可獲得）；直流正接TIG焊時，鎢極端部應磨成60°~120°的圓錐，以便在焊接過程中獲得最大的熔深。（2）焊前對母材和焊絲的制備焊前必須對母材焊道及其周圍50mm內進行清理，一般用f0.15mm的不銹鋼絲刷或刮刀清理其上的油污和氧化膜，必須使母材露出原始金屬光澤。另外，對焊絲也要進行清理。其清洗方法參照鋁及鋁合金化學清洗法（見表4）進行。必須注意焊件和焊絲在清洗后到焊接前的存放時間盡量縮短，在氣候潮濕的環境里不得超過4~8h，在氣候干燥的環境里也不得超過24h否則需要重新清洗。對于表面拋光的焊材無需進行焊前清理或清洗。在用砂輪或砂布對焊材打磨后必須再用不銹鋼絲刷或化學法進行清理其表面，防止沙粒導致焊縫出現夾渣的缺陷。（3）殼體焊件的裝配殼體鉚接件的接頭形式和裝配間隙參照表2執行，為增加焊縫強度和確保焊縫熔合及焊透，坡口角度只能加大而不能減小。其夾持力以一般以100mm長度有35kg左右的均勻夾緊力為好，這樣既克服焊接過程中焊件的位移，又能防止焊件因拘束度過大而導致焊縫的開裂。需注意：在焊接筒體對接的縱縫時，可適當增大預留的對接間隙，以便縱縫有較適宜的橫向收縮的余地，防止筒體焊后在焊縫側因收縮而引起的“急彎”變形現象；裝配法蘭時須留好一定的反變形余量，以防止焊成品的機械加工余量的不足；縱縫鉚點必須牢固，且不得間距過大（特別是在琴鍵式焊機上焊接），防止焊接過程中因焊接區域溫度較高引起母材的塌陷而造成焊縫的錯邊；對于擴孔和拔口部位的鉚點更需注意加密，以防止焊接過程中母材受熱變軟而導致殘余應力誘發收縮變形（焊接鉚接法蘭及擴孔和拔口部位的焊縫時須先焊接內焊縫），對于確實無法消除的變形必須在裝配時增加撐筋。（4）裝配后的焊接首先，鎢極交直流手工氬弧焊參數（見表3、表4）：焊前須檢查焊接設備、供氣、供水、噴嘴、鎢極的狀態，引弧前需提前5~10s送氣，且引弧和熄弧必須在引弧板和熄弧板上進行。定位焊的部位通常置于雙面焊正面坡口的背面，單面焊在坡口內進行，但須去除定位焊縫的多余部分。定位焊必須焊透，且無氣孔、裂紋、未熔合等缺陷，否則需鏟除重焊。為保證焊透，電弧在引弧點須稍作停留，待母材熔化并形成熔池后再填絲運行。環形定位焊應先從定位間隙最大處始焊，然后對稱焊接其他部位。焊接對接焊縫時焊槍須后傾，并與已焊縫夾角呈70°~85°狀態，焊絲與未焊縫呈10°~15°狀態，鎢極伸出長度為5~6mm。焊接角焊縫時，焊槍在保持上述狀態的前提下還需與底板的夾角呈45°~60°的狀態，鎢極伸出長度為7~8mm，噴嘴距離工件8~12mm。注意：送絲時防止焊絲與鎢極接觸，以免焊絲污染鎢極；填絲位置一般在熔池前緣；送絲回撤時不要使焊絲熱端退出氣體保護區，以免焊絲熱端氧化。焊接過程中應保持穩定的短弧，以便獲得較大的熔深和防止咬邊。雙面焊時，打底焊必須焊透，可不填絲，隨后需填絲時并可增大焊接熱輸入進行焊接，焊接反面封底焊前必須對打底焊縫根部進行清根，開坡口或不開坡口；對接焊的焊縫須高于母材且與母材圓滑過渡；熄弧時不要留弧坑，防止發生弧坑裂紋，通常采用衰減熄弧法和堆高熄弧法，且在熄弧后應繼續對焊縫送氣5~15s。其次，鎢極交流自動氬弧焊參數（見表5）：焊前檢查同上，裝配質量要求較高。焊接時，鎢極尖端與工件之間的距離保持在0.8~2mm。

3.常見焊接缺陷及成因

（1）氣孔成因：焊件和焊絲焊前清理不徹底或清理后待焊時間過長或重新污染；供氣系統不干燥或漏氣；厚大焊件未預熱；焊件速度過高；多層多道焊件的層間清理不徹底；焊接時氣體保護不良；母材或焊絲的材質含氫量過高；焊接區域有較大的側風；焊接環境濕度偏大；保護氣體純度低；坡口夾角偏小導致焊縫未焊透而存在空隙，致使后續焊接過程中空隙內的氣體發生膨脹而引發熔池含氣；噴嘴規格偏大或距離熔池太遠；鎢極與噴嘴不同心；電弧不穩、過長，鎢極伸出過長；截面積較大焊縫的焊道單一，熔池偏大導致氣體未完全排出；保護氣體流量過大。（2）裂紋成因：母材的焊接性不良；焊絲抗熱裂性差；拘束度過大；熱輸入過大；焊接速度過高；定位焊點存在裂紋；焊件間隙過大；焊縫中的鎂含量小于3%，或鐵、硅雜質含量超出規定時，裂紋傾向增大；焊絲的熔化溫度偏高引起熱影響區液化裂紋；結構設計不合理，焊縫過于集中或受熱區溫度過高，造成接頭拘束應力過大；電極停留時間長，組織過熱；弧坑沒填滿而出現弧坑裂紋。（3）咬邊成因：弧長過大；電流過大；焊槍傾角不合適；電弧橫向擺動時在坡口邊緣停留時間短；電弧電壓太高；焊炬擺幅不均勻；填絲太少；焊接速度太快。（4）未焊透成因：坡口夾角偏小；背面清根不徹底；電流偏小；弧長過大；焊接速度過高；焊接時焊槍擺動過急；電極被鋁污染；坡口焊時鎢極尖角過大；鈍邊偏大；焊件間隙、坡口角度、焊接電流均過小；焊件邊緣的毛刺、底邊的污垢焊前沒有除凈；焊槍與焊絲傾角不正確；點焊點存在未焊透隱患。（5）未熔合成因：母材表面氧化層未清理徹底；坡口夾角偏小；弧長過大或焊槍傾角不合適；焊件或焊絲表面不清潔；焊接電流過小；焊接速度過高；下坡焊。（6）焊道尺寸不合格成因：焊接參數不合適；人員操作不當；焊接方式不合理；送絲速度和焊接速度與焊件間隙不匹配；電弧不穩定；MIG焊時焊材清理不徹底引起的弧長瞬間過大；焊接速度過大易導致焊縫表面出現駝峰現象；保護氣體流量過大導致鋁液翻騰引起焊縫起皺。（7）焊縫夾鎢成因：鎢極過熱熔合化；鎢極接觸熔池或母材；焊接參數不合適；電極材料選用不當；鎢極尖端燒損后未及時做好修磨；鎢極直徑偏小；鎢極末端形狀與焊接電流選擇不合理，使尖端脫落；填絲觸及到熱鎢極尖端和錯用氧化性氣體。（8）焊縫向母材急劇過渡成因：焊縫反面墊板凹槽形狀及尺寸不正確（不得采用矩形凹槽）；操作人員操作不當。（9）焊縫夾渣成因：焊件或焊絲表面清理不徹底或清理后待焊時間過長或發生新的污染；噴嘴不清潔致使焊接過程中渣子脫落到熔池中。（10）焊件塌陷或錯邊成因：點焊點開裂或點焊點距離過大；存在內應力的焊縫未添加撐筋；焊接溫度過高；焊接速度偏低；電極發生偏移導致焊縫兩側母材受熱不均度誤差較大。（11）淌瘤成因：下坡焊；焊接電流過大；焊接速度偏低；操作方式不當。（12）焊縫發黑成因：鎢極與焊件接觸；保護氣體保護效果不良。（13）焊縫直線度較差成因：操作者操作不穩；自動焊的焊絲排出時發生旋擰現象（焊絲盤旋時因旋擰而導致焊絲存在內應力）；噴嘴內有干擾焊絲的渣子；焊件在焊接過程中發生了移動。（14）焊縫被劃傷成因：噴嘴與熔池接觸。（15）焊縫表面魚鱗紋臺階距離較大且落差嚴重成因：送絲較慢，不夠頻繁合理；焊接手法不合適，未做好電極對焊接區域的“回熱”處理。（16）焊件變形較大成因：焊接順序不合理；焊件接頭形式不合理；焊接電流偏高；未采取反變形和防止變形的措施。

4.結語

該文詳細論述了GIS殼體在應用TIG焊焊接過程中的工藝步驟和相關參數，并總結了該類焊接所發生過的缺陷及成因，對實際生產具有一定的指導意義，值得推廣參考。

作者:趙忠剛 郭玉明 張鳳英 單位:泰安鑫杰機械有限公司