奥氏体型不锈钢气体保护焊焊接技术

气体保护焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，简称气电焊。根据气电焊的电极熔化与否，分成熔化极气电焊和非熔化极气电焊两种。熔化极气电焊，以焊丝作为电极，在施焊过程中，电极又作为填充金属熔入熔池形成焊缝金属；非熔化极气电焊，用纯钨或活化钨作为电极，施焊过程中电极不熔化，添加填充焊丝或不加焊丝形成焊缝金属。气电焊的外加气体，按其化学活沷性不同，又分惰性气体（如Ar、He或Ar+He）保护焊和活性气体（如CO 2、Ar+O 2、Ar+H 2）保护焊。通常焊接奥氏体型不锈钢以氩气保护焊为主，其焊接方法分类见图3⁃31所示。

一、钨极氩弧焊焊接工艺

钨极氩弧焊如图3⁃32所示，在焊机所夹持的钨极与被焊工件之间通电产生电弧，电弧空间通以惰性气体（Ar或He），使电弧在惰性气体的气氛中燃烧。氩或氦原子在焊接过程中与钨极、焊件、填充焊丝不发生任何化学、冶金作用。氩弧焊的显著特点是电弧燃烧稳定，能有效地隔绝周围空气，使熔池、填充焊丝不受氧化和氮化，因而能获得高质量的焊缝，且能进行全位置焊接。但钨极所通过的电流密度受到限制，若通过电流密度太大，就会烧损钨极，使焊缝金属造成夹钨的缺陷。钨极氩弧焊电弧能量密度低，也不能获得较大的熔深和较高的劳动生产率。如使用同钨极氩弧焊同样的电流密度的条件下，采用钨极氦弧焊，其电弧电压较高，电弧热功率高，氦气作为热能载体，它的热传导能比氩气约大9倍。这样，钨极氦弧焊就有大量的热能输送到焊接熔池中去，从而获得较大的熔深和较高的劳动生产率。但是氦气来源较为困难，价格比氩气高20～30倍，同时氦气的密度比氩气小，要达到同样的保护效果，氦气的耗量就要增大，所以氦弧焊成本太高。焊接薄的和中等厚度的奥氏体型不锈钢一般极少采用它，只有在焊接关键焊件时才使用氦弧焊。

1.钨极氩弧焊的特点

钨极氩弧焊时，母材金属加热特点（主要指能量密度和热功率大小）介于气焊和焊条电弧焊之间，加之在很小的焊接电流（≤10A）下，电弧仍可稳定燃烧，特别适于焊接薄件或超薄件奥氏体型不锈钢的焊接构件。钨极氩弧焊时能清晰地观察到焊接熔池和熔透情况，因此，在要求保证焊透及反面又有一定成形要求的情况下，单面焊采用内壁（或背面）通氩气的钨极氩弧封底焊的方法，在国内外已得到普遍的应用。钨极氩弧焊采用的填充丝为裸焊丝，在施焊过程中，不会产生飞溅，焊缝成形美观，焊缝上不存在渣壳，无需清理。

钨极氩弧焊电弧的热功率低，所以焊接速度相对其他电弧焊而言比较低。焊接同样厚度的奥氏体型不锈钢材料时，钨极氩弧焊焊接速度约为焊条电弧焊速度的1/2到1/3，导致焊接接头热影响区较宽，冷却速度较缓慢。焊缝及热影响区冷却过程中在400～800℃的危险温度区间停留时间较长，使钨极氩弧焊的焊接接头耐蚀性（包括晶间腐蚀和均匀腐蚀）比焊条电弧焊的焊接接头要低。

此外，保护气体幕易受周围气流的干扰，不宜在野外操作。

2.钨极氩弧焊机及其他器具

（1）钨极氩弧焊机

钨极氩弧焊的电源必须具有陡降或垂直陡降外特性。我国对电焊机型号编制方法已有国家标准（GB/T 10249—2010），国内几种专用的钨极氩弧焊机的型号见表3⁃21。除此，还可以用焊条电弧焊的弧焊整流器，配以专用焊机，也可作为手工钨极氩弧焊使用，但仅适用于薄件焊接结构。

专用焊机应具有下列功能：

焊前提前1.5～4.0s输送保护气，以驱赶管内和焊接区间空气。

2）焊后延迟5～15s停气，以保证尚未冷却的钨极和熔池能在保护气氛下冷却下来。有自动接通和切断保护气及引弧、稳弧的电路。

4）能控制电源的通断。

5）焊接结束前电流能自动衰减，以消除弧坑和防止产生弧坑裂纹。一般采用直流电源正极性，也可将交流电源用于钨极氩弧焊焊接奥氏体型不锈钢。

（2）钨极氩弧焊焊机由喷嘴、钨极夹持装置、导线、气水输送胶管、起动开关等零部件组成。根据适用的焊接电流大小，焊机分水冷和气冷式两类。常用水冷却式焊机型号有QS—75°/400、QS—75°/500等型号，均可匹配在大功率氩弧焊机上；气冷却式的焊机型号有QQ—85°/100A、QQ—85°/200A等型号，可配在小功率氩弧焊机上。

（3）气体保护装置

有氩气瓶、减压器和流量计。氩气瓶是储存氩气的高压容器，使用时应注意安全规则。按国标氩气瓶应为灰色，并标有‘氩’字样。使用中应注意瓶内氩气不得用尽，应保留0.1～0.2MPa的余气，以防止空气混入而造成氩气不纯。减压器可用普通氧气减压器QD—3A和QD—2A代用。流量计是标定通入气体流量的装置，保证氩气在焊接过程中按给定的数量输送。常用的有LZB型玻璃转子流量计或医用流量计。但应注意流量计的示值受气体密度的影响，使用非氩气专用流量计时，表中的示值并非氩气的真实流量。现在已有氩气减压器和流量计结合一体的仪器，如YQAR—195，CO 2减压器和流量计一体的YQT—195。

3.钨极氩弧焊焊接工艺

（1）坡口形式由于受许用焊接电流的限制，这种焊接方法主要用于薄板和管路的单层焊或中厚板和管路多层焊的封底焊道，也可用于中厚板的焊接。在保证焊透的情况下，对接焊缝应力求缩小焊缝截面积，减小熔敷金属并考虑操作方便，故常用坡口形式有V形、U形、双面V形及V-U组合形式等。奥氏体型不锈钢管子对接焊坡口形式见表3⁃22。

（2）焊前清理焊接区及填充焊丝均应进行严格清理，除尽氧化膜、油污、脏物和水分。

（3）焊接参数下列因素对钨极氩弧焊焊缝质量均有一定影响：

1）引弧方法。有非接触式引弧和接触式引弧两种。非接触式引弧又有高频引弧和高压脉冲引弧两种，其中高频引弧在直流钨极氩弧焊上应用较为广泛。接触式引弧有划擦式引弧和提升式引弧两种。在没有专用钨极氩弧焊机的情况下，划擦式引弧是常用的一种引弧方法。划擦式引弧时，引弧电流和焊接电流一样大，甚至更大些，钨极容易烧损，焊缝不可避免地会产生夹钨现象。提升式引弧是指一项控制引弧电流的引弧技术，在机械操作的直流钨极氩弧焊焊接时，焊机起动后将焊机中钨极轻轻地与焊件接触一下，形成短路和预热，隨后立即提升钨极离开焊件直至预置高度，此时钨极在迅速建立的较强电场作用下，产生电子发射而引燃。依赖电路的控制，以很小的电流，形成一个小电弧，待小电弧形成之后，再增大到预定的焊接电流，从而结束引弧过程转入正常焊接状态。其曲线示意图如图3⁃33。这种引弧方法将引弧分为小电弧和大电弧两个阶段。小电弧时电流很小（约3～5A），电弧电压低（2～3V），从而避免了钨极熔化烧损或由于母材金属残留在钨极上而造成钨极爆崩现象；大电弧焊时大电流就是焊接时使用的电流。这是一种稳妥、可靠、几乎无钨极污染、对人身健康无损害的引弧方法，值得推广就用，一些专用氩弧焊机均具有此功能。

2）焊接电流。要根据焊件的厚度、接头形式、焊接位置等因素来选用焊接电流，除此还要考虑钨极所受电流的能力。焊接电流过大，容易产生烧穿待焊处或使焊缝下陷和咬边等缺陷，严重时还会引起钨极烧损或产生夹钨等缺陷。焊接电流过小，电弧燃烧不稳定，会造成未焊透等缺陷。

3）电弧电压。主要取决于焊接过程中电弧的长度，电弧拉长，电弧电压增大，熔宽增宽，熔深变浅。当电弧电压过高，会导致焊接电弧不稳，易产生未焊透、未熔合和熔池保护不佳等缺陷。应在保证电弧不短路的情况下，尽量减少弧长，通常电弧电压控制在10～20V范围内。

4）钨极。有纯钨极、铈钨极和铼钨极等，其中铈钨极比纯钨极的工艺性好得多，且对人身无损害，推荐首选使用，不推荐对人身有害的钍钨极。钨极直径与相应焊接电源和极性条件下的焊接电流允许值，见表3⁃23。施焊前，要将钨极端部磨成一定形状，通常有尖头和平头等形状，采用较小的焊接电流施焊时，要选用小直径的钨棒，端头磨成尖形状，锥顶角度约30°，如图3⁃34a所示。当采用大的焊接电流施焊时，钨极应磨成带有平顶的锥形形状，如图3⁃34b所示。平顶锥形的端头可避免尖端过热熔化，减少钨极端部损耗，同时还有利于防止阴极斑点的游动，从而稳定电弧。

5）气体保护效果。

①氩气纯度与流量氩气纯度越高，保护效果越好，焊接奥氏体型不锈钢时，氩气纯度大于99.7%（体积分数）即可，不必选用高纯度氩气；铝、钛及其合金等有色金属对保护气体要求很高，氩气的纯度要在99.99%（体积分数）以上，要选用高纯或超纯度的氩气。由于氩气提纯复杂，高纯度氩气制造成本高，经济上不合算，不宜选用。气体流量过低，气体挺度不足，排除周围空气的能力减弱，造成熔池保护效果不佳；气体流量过大，容易将熔池周围的空气卷入熔池，形成气体紊流，也会降低保护效果。

②喷嘴形状当气体流量选定后，改变喷嘴直径也会造成下述现象：喷嘴内径增大，气体流量即显得不足，会造成焊池保护效果欠佳；喷嘴内径换小，气体的流速增大过多，可造成紊流，同样也会造成保护效果不好。实践证明，在手工钨极氩弧焊时，喷嘴内径在8～20mm范围内，气体流量以10～25L/min为宜。常用钨极氩弧焊用喷嘴结构示意图如图3⁃35所示，D端与焊机连接段有长约10～12mm的圆柱体；带圆柱的末端部分的长度L不应小于喷嘴孔径，其长度以1.2～1.5倍喷嘴直径（d）为宜。喷嘴的锥形部分有缓冲气流的作用，可改善保护效果。为了提高气体保护效果，喷嘴的内壁应光滑，不允许棱角、凹槽，不得沾上飞溅物。为了使氩气从喷嘴喷出时成为稳定的层流，提高气体保护效果，焊机应有气体透镜（类似稳定装置），由多孔性挡板（可用1～2层铜丝网组成，网目数不得少于600～700孔/㎝2）及缓冲室组成。

当喷嘴和气体流量一定时，喷嘴至焊件之间的距离越短，则保护效果越好，但过小会影响焊工的操作视线和引起钨极与焊件短路。对于喷嘴内径为8～20mm的喷嘴，距离焊件一般不超过15mm。

③钨极钨极端头越尖越易烧损。烧损后将导致电弧电压增高，直接影响熔池保护效果，也会使焊缝氧化甚至产生焊缝宽度不均的缺陷。

钨极伸出长度指钨极超出喷嘴端面的长度。伸出长度小，可以使喷嘴与焊件相对距离靠近，气体保护效果好，通常钨极伸出长度为5～12mm。

④焊接速度为了不破坏气流对熔池的保护作用，焊接速度一般不宜过快。在保证焊后的焊缝金属和母材金属不被氧化的前提下，为了提高生产效率，尽可能加快焊接速度；同时焊接速度的提高，使焊接接头在危险温度400～800℃停留时间相对会减少，有利于提高焊接接头的耐蚀性。

⑤焊接接头形式T形接头、对接接头的保护效果较好，而角接头、端接接头因为气体流量分散性较大，保护效果较差，如图3⁃36所示。

（4）操作技术装配定位焊，应采用与正式焊接相同的填充焊丝和工艺，定位焊缝的长度、距离应根据焊件厚度与结构刚度而定。一般每个定位焊缝长度为10～15mm，焊缝余高不超过2mm。例如，直径60mm以下的不锈钢管子，用定位焊点固2～3处；直径159mm以上的不锈钢管子，定位焊点固4处。定位焊缝应保证质量，不允许存在缺陷。对接焊时，焊机与焊件之间保持后倾，钨极与焊件之间倾角为75°～80°，填充焊丝与焊件倾角为5°～15°，希望填充焊丝与焊件倾角越小越好，过大则容易扰乱气体保护；角接焊时，除了对接焊的要求外，还要求与板之间倾角为45°～60°。焊机、焊丝和焊件之间的相对位置见图3⁃40。

填充焊丝时动作要缓、稳，不要破坏氩气对熔池的保护。不能像气焊那样在熔池中搅拌，应一滴一滴地缓慢送入熔池，或者将焊丝端头浸入熔池中不断填入并向前移动，焊丝端头不能脱离气体保护区。要防止焊丝与钨极接触、碰撞，否则将加剧钨极烧损而引起夹钨。焊接结束收弧时，应减慢焊接速度，增加焊丝填充量，填满熔池。电弧熄灭后，焊机喷嘴仍要对准熔池，以延续氩气保护，防止氧化。

二、脉冲钨极氩弧焊焊接工艺

脉冲钨极氩弧焊是在普通钨极氩弧焊基础上发展起来的一种新的焊接工艺，它通过控制电弧能量周期性脉冲变化来控制焊接熔池过程，也可以以钨极为电极。其原理是以一个较小基值电流来维持一个电弧的电离通道，在此基础上周期性加一个同极性高峰脉冲主电弧，以熔化金属并控制熔滴过渡。脉冲焊接电源一般是由直流电源外加一晶闸管直流开关装置组成，其脉冲电路原理见图3⁃41所示。

在焊接厚度小于1mm的奥氏体型不锈钢箔片和金属软管管坯时，若采用均匀焊接电流施焊，所需要的焊接电流只是几安培或十几安培。虽然所选用的钨丝电极直径可以相应减小，但是电流密度仍然会变得太小，导致钨丝局部的极斑飘移，造成电弧不稳；如果焊接电流调得大些，又会使被焊薄件过热而烧穿。为了克服上述缺点且又要保证连续焊接，研制出一种新的焊接工艺———气体保护脉冲电弧焊，它的优越性在于：

1）它可以精确地控制待焊件的热输入，克服了因熔敷金属表面张力不足以支持熔池，而造成的焊缝下塌，从而提高了焊缝抗烧穿的能力，特别适用于薄板（薄至0.1mm）对接焊缝。它可以在不加垫板的情况下，实现单面焊双面成形且焊接变形量小。

2）在保证焊透的前提下，可以调节热输入及焊缝在高温停留时间，因而适合各种焊接性较差材料的焊接，可减小热裂纹、淬硬和冷裂的倾向，对于奥氏体不锈钢还能提高焊接接头耐蚀性。

3）它对焊接工艺、焊接参数的波动不够敏感，对各种焊接位置有较强的适应性，适用于全位置的焊接。

4）焊缝成形美观，质量稳定，焊接接头力学性能均高于普通钨极氩弧焊。

5）可根据焊件的厚薄来选择是否填加焊丝，也可以用氦气作为保护气体。根据脉冲频率不同，可分为低频、中频和高频脉冲氩弧焊。

1.低频脉冲钨极氩弧焊

低频脉冲钨极氩弧焊的基本原理是：焊接电流的大小（直流电或交流电的有效量）呈周期性脉冲变化，脉冲的频率以每秒接近于一次到几次，至多不超过十几次，以低频脉冲的方法供给电流脉冲。低频脉冲钨极氩弧焊在生产上使用较多，例如用机械操作钨极脉冲氩弧焊焊接奥氏体型不锈钢薄板对接焊缝和导管对接焊缝的焊接参数，见表3⁃28和表3⁃29（为不加填充焊丝钨极脉冲氩弧焊）。焊接时采用直流正极性电源。

2.中频脉冲钨极氩弧焊工艺

中频脉冲钨极氩弧焊是在直流电上叠加200～500Hz中频脉冲电流，可提高电弧挺度，在一定程度上增加熔深，并促使熔池金属晶粒细化，可提高焊缝金属的韧性。这种工艺用于航空、航天工程重要部件的焊接。

3.高频脉冲钨极氩弧焊工艺

高频脉冲钨极氩弧焊与低频、中频脉冲氩弧焊不同之处，是焊接电流以每秒钟几千次甚至几万次的极高频率变化着。这样的高频脉冲电流使电弧的磁收效应比较强烈，使圆锥形电弧变成圆柱形电弧，电弧的压缩更为激烈，增强了电弧的挺度。不仅提高了电弧的能量密度而且增强了电弧的穿透力，在相同的有效电流下可达到更大的熔深或在相同的熔深下提高了焊接速度，同时使熔池能很好地搅拌，改善了焊缝的冶金性能，特别适合铝及铝合金的焊接。高频脉冲电弧产生的压力还导致超声振动，它可以增强熔化金属的流动性。这些都有利于细化晶粒，减少焊缝气孔，还使焊缝成形美观。在焊接电流平均值相等的情况下，高频脉冲钨极氩弧焊的焊接速度可比普通钨极氩弧焊提高一倍，这就必然缩短焊缝金属在高温的停留时间，对改善奥氏体型不锈钢耐蚀性是有益的。但是，这种焊接方法在施焊过程中有剌耳的噪声，对人体健康有一定的影响。同时，这类弧焊机电源造价昂贵，导致应用范围小，在不锈钢高速焊管生产线上有时采用这种工艺。

有关脉冲钨极氩弧焊机的型号很多，表3⁃30列出了国内几种型号及主要技术性能，可供选用。

三、熔化极气体保护焊焊接工艺

钨极氩弧焊虽然能获得优良的焊接质量，但由于受到钨极许用电流的限制，焊接电流不能用得太大。一般钨极氩弧焊进行对接接头焊接时，板厚小于4mm可以焊透，超过此厚度的焊件不但需要开坡口，有时还需预热才能施焊。所以钨极氩弧焊焊接中、厚板时，生产效率低，劳动条件差，焊接变形大且影响焊接接头耐蚀性，已不能满足生产的需要。

熔化极气体保护焊是用焊丝作为电极，焊接电流可以大大提高。由于熔深大，焊丝熔敷速度快，提高了劳动生产率。对于中、厚板焊接，焊前不需要预热，改善了劳动条件，减少了焊接变形，同时还有利于提高焊接接头耐蚀性。熔化极气体保护焊适用于中等和大厚度板材的焊接，在生产中已得到广泛使用。

熔化极气体保护焊，是用可熔化的焊丝与被焊工件之间的电弧作为热源来熔化焊丝和母材金属，并向焊接区输送保护气体。保护气体能使电弧、熔化的焊丝、熔池及附近金属免受周围空气的有害作用。通过连续送进焊丝不断熔化并过渡到熔池，最后形成焊缝金属。

熔化极气体保护焊焊接奥氏体型不锈钢时的熔滴过渡类型有滴状过渡、短路过渡和喷射过渡三种。其中，滴状过渡时，熔滴直径比焊丝直径大，飞溅较大，导致焊接过程不稳定，在生产上极少使用；短路过渡电弧间隙小，电弧电压较低，电弧功率比较小，适用于薄板焊接；生产中应用最为广泛的是喷射过渡，对于一定直径焊丝和保护气体，当焊接电流增大到临界电流值时（见图3⁃43）焊丝端头熔化的金属被压缩成笔尖状，以细小熔滴从液柱尖端高速轴向射入熔池，即喷射过渡，如图3⁃44所示。

1.熔化极惰性气体保护焊

熔化极惰性气体保护焊的惰性气体通常采用氩气。该焊接工艺已开始在许多领域中得到使用，其中经机械操作纵缝焊应用最多。焊接时选择直流反极性电源。以短路过渡和喷射过渡的熔滴形式进行操作，其坡口尺寸和焊接参数见表3⁃32和表3⁃33。在熔化极氩气保护焊的基础上加入脉冲电流即成脉冲熔化极氩弧焊，它不仅具有熔化极氩弧焊所有的特点，同时能控制焊接热输入，控制金属熔池，使焊缝正反面成形良好，实现单面焊双面成形。表3⁃34为一组脉冲熔化极氩弧焊的单面焊双面成形对接焊缝的焊接参数。表3⁃35为一组脉冲熔化极氩弧焊焊接角焊缝的焊接参数。在焊接同样厚度的材料时，焊接热输入比非脉冲熔化焊小，相应地减少了热影响区，有利于提高耐蚀性；同时减少了焊接应力与变形。脉冲电流的热循环对金属熔池能起到搅拌作用，有利于细化焊缝结晶，降低产生裂纹的倾向。此外，这种焊接方法可以减轻劳动强度，提高生产效率。

熔化极混合气体保护焊

采用混合气体保护作为保护气体具有下列优点：

可以提高熔滴过渡的稳定性；

2）稳定阴极斑点，提高电弧燃烧的稳定性；

3）增大电弧的热功率，改善焊缝熔深和外观成形，使焊缝能呈圆滑过渡，焊缝的余高适中。

混合气体是在氩气的基础上加体积分数为0.5%～1.0%的氧或加体积分数1%～5%的二氧化碳作为保护气体。这时，焊接过程比较稳定，焊丝端部呈细熔滴过渡，焊缝成形有所改善。混合气体的组成成分对焊丝的熔滴过渡形式和焊接特性的影响，见表3⁃36。在生产上应用比较广泛的是在混合气体保护下的脉冲焊接工艺。例如，Ar+O 2混合气体的脉冲焊，其焊接参数见表3⁃37；Ar+CO 2混合气体焊的焊接参数见表3⁃38。奥氏体型不锈钢的熔化极气体保护焊一般采用细焊丝，焊丝熔化速度很快，电弧热量集中。为了保证焊缝外表和内在质量，用手工操作焊不太可能达到这一目的，广泛应用的是机械操作的脉冲熔化极气体保护焊。

焊接电源一般采用平特性，为直流正接连接。采用脉冲焊时，脉冲电源为平特性，维弧电源用平特性或降特性，仍为直流正极性。

脉冲熔化极气体保护焊的焊接设备比较复杂，价格较高。需要调整的焊接参数较多，焊工需要进行专门培训才能上岗操作。

3.药芯焊丝电弧焊

药芯焊丝按结构分为有缝焊丝（有多种截面形式）和无缝焊丝（可镀铜）。药芯焊丝按填料来又分有药粉型（有造渣剂）和金属粉剂型（无造渣剂）。药芯焊丝电弧焊是依靠药芯焊丝在高温时，反应形成的熔渣和气体联合自行保护焊接区进行焊接的方法，也有加外加保护气体的。它与普通熔化极气体电弧焊一样，是以熔化的药芯焊丝作为一个电极，母材金属作为另一个电极，在两极间燃烧电弧进行焊接。焊接奥氏体型不锈钢时，通常外加保护气体来保护药芯焊丝、熔池和母材金属。与普通熔化极气体保护焊的主要区别在于不用实芯焊丝而用内部装有焊剂混合物的药芯焊丝。焊接时，在保护气体气氛中，在电弧热的作用下，熔化状态的焊剂材料、焊丝金属、母材金属相互之间发生冶金作用，同时形成一层较薄的液态熔渣包覆熔滴并覆盖熔池，对熔池金属形成又一层保护。实质上这种焊接方法是一种气渣联合保护的方法，如图3⁃45所示。

不锈钢药芯焊丝气体保护焊焊接方法分药芯焊丝电弧焊（FCAW）和气体保护焊。气体保护形式：有自保护、CO 2气体保护和混合气体保护（75～85%Ar+CO 2），施焊时采用直流反接电流；惰性气体电弧焊（GTAW）气体保护为100%Ar，施焊时采用直流正接电流。

药芯焊丝气体保护焊综合了焊条电弧焊和熔化极气体保护焊的优点。其特点如下：

1）熔敷速度快（熔敷速度是指单位时间熔敷到焊缝中金属量）药芯焊丝与药皮焊条相比，可使用的电流大，电流密度更大，而且其填充系数（同一段焊丝中药粉重量与金属重量的百分比即质量分数%）小于焊条药皮涂料系数（有药皮的同一段焊条上焊条药皮重量与焊芯重量的百分比即质量分数%），因此药芯焊丝的熔敷速度明显大于药皮焊条。

2）操作系数（指包括燃弧时间的实际焊接时间与总工时的时间之比）比较药芯焊丝与药皮焊条相比，由于省去了更换焊条的时间，因此操作系数明显提高；与实芯焊丝相比，由于需要清渣工作，所以操作系数略低于实芯焊丝。

3）材料系数（指材料在焊件上实际熔敷金属量与所用材料质量之比）比较药芯焊丝的材料效率约为78%～85%，实芯焊丝材料效率高达90%，埋弧焊的材料效率约为40%～55%，药皮焊条大约65%～70%。

4）减少填充金属比较由于药芯焊丝熔深较大，而且焊丝易于深入坡口底部，所以允许采用较大的坡口钝边和较小的坡口角度，减少了填充到焊缝金属的数量。

药芯焊丝与实芯焊丝相比，其优越之处主要表现在芯部焊药的作用，由于药芯焊丝的芯部加有稳弧剂、造渣剂和合金剂，从而使电弧燃烧稳定，熔滴过渡平稳，克服了实芯焊丝在施焊过程中的飞溅大、表面成形差等缺陷；并能提高全位置焊接，有适应性。另外，由于药芯焊丝可通过金属管坯和药芯两种途径过渡合金元素，有助于合金元素的调整，使焊缝金属力学性能特别是冲击性能得到提高，并且也使焊缝金属耐蚀性得到提高。

药芯焊丝气体保护焊焊接奥氏体型不锈钢时，可采用机械化焊接，但通常使用广泛的仍是手工操作焊接方法。焊接设备选用普通的CO 2气体保护设备即可。气体可选择用CO 2气体；也可用CO 2+Ar混合气体，但氩气比例超过80%时，反而会使焊缝中形成气孔。

药芯焊丝断面结构有不同形式，如图2⁃1所示。“O”形断面药芯焊丝由于焊丝内部的焊剂不导电，电弧易沿钢皮旋转：当直径较大时，电弧稳定性较差，飞溅增大，焊缝成分可能出现不够均匀的现象。其直径2.4mm的药芯焊丝在生产上得到应用。折叠式焊丝因管坯在整个断面上分布比较均匀，药芯焊丝内部亦能导电，所以电弧燃烧稳定，焊丝熔化均匀，冶金反应充分，容易获得优质的焊缝。直径大于2.4mm时，更显出这些优势。

药芯焊丝气体保护焊的焊接参数主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度和保护气体流量等。当其他条件不变时，焊接电流与送丝速度成正比；焊接电流变化时，电弧电压要相应的变化；采用纯CO 2气体保护焊时，通常采用长弧法焊接，焊接电流调节范围广，可达200～700A，电弧电压为25～35V。焊丝伸出长度太长会使电弧不稳定，飞溅过大；焊丝伸出长度过短，会造成过多的飞溅物堵塞喷嘴，使气体保护不好，焊缝中易产生气孔。通常焊丝伸出长度在19～38mm范围内。平焊位置时焊机前进方向与焊件之间的倾角为2°～15°；焊接角焊缝时为40°～50°。如果角度太大，会降低气体保护效果。下面介绍一组用E308LT药芯焊丝焊接奥氏体型不锈钢的焊接参数，见表3⁃39。

四、气体保护焊新技术的应用

提高焊接生产效率主要包括两个方面：一是以提高焊接材料的熔化速度为目的高熔敷率焊接，即要求在单位时间内熔化更多的焊接材料，主要用于厚板焊接，熔敷速率可达30kg/h；二是以提高焊接速度为目的的高速焊接，它的基本出发点是在提高焊接电流的同时提高焊接速度，以维持焊接热输入大体上保持不变，主要用于薄板的焊接，最常见的焊接速度为普通CO 2焊的3～8倍。

从目前研究和应用情况看，提高焊接熔敷率和焊接速度有以下途径：

1）利用保护气体的不同匹配使焊丝熔化速度大幅提高，从而提高焊接熔敷率，如TIME焊和LINFAST焊等。

2）采用复合多热源提高焊接效率，如多丝气体保护焊和激光复合焊等。

3）利用活性元素独特作用提高电弧熔深能力，减少焊缝截面尺寸，提高焊接效率，如A-TIG工艺和A-LASERA工艺等。

4）采用焊接电源的特殊输出波形提高焊接速度，如Lincoln公司的RapidArc焊接速度可达2.5m/min。

目前，国际上对高效MAG焊的定义为：按DVS-No.0909-1制定的标准，即对于直径1.2mm的焊丝，送丝速度超过15m/min，或熔敷率大于8kg/h的MAG焊称为高效MAG焊。

介绍几种高效气体保护焊的方法：

1.TIME焊接技术

TIME焊接工艺（transfer ionized molten energy process）是1980年研究成功的，它属于MAG焊范畴的方法。但与普通MAG不同的是：其一，保护气体（体积分数）为Ar（65%）+He（26.5%）+CO 2（8%）+O 2（0.5%）；其二，采用较大的焊丝伸出长度。

采用此保护气体成分在高送丝速度下可以实现稳定焊接，突破了传统MAG焊电流极限。TIME焊与传统MAG焊比较：传统MAG焊选用保护气体为Ar、CO 2、O 2；焊丝伸出长度为10～15mm，送丝速度为2～16m/min，焊丝直径1.2mm，许用最大电流400A，最高送丝速度16m/min，最大熔敷率144g/min。TIME焊选用保护气体（体积分数）为Ar（65%）+He（26.5%）+CO 2（8%）+O 2（0.5%），焊丝伸出长度为20～35mm，送丝速度为2～50m/min，焊丝直径为1.2mm，许用最大电流700A，最高送丝速度50m/min，最大熔敷率450g/min。

TIME焊工艺与传统MAG焊工艺比较，具有明显的优点：

大幅度地提高了焊丝熔敷率。

2）改善熔敷金属和焊接接头的质量，这是熔滴在良好保护气体内进行短距离、挺直性好的射流过渡，所以熔敷金属不受空气侵害和其他污染。

3）焊接工艺性能好，由于熔滴能进行短距离、挺直性好的射流过渡，故不受重力的影响可以进行全位置焊接。

焊缝平滑美观，余高小，飞溅小。

2.高效MAG焊焊接材料

目前提高熔敷效率的手段中，应用最为广泛的是采用药芯焊丝代替实芯焊丝进行焊接。采用金属粉芯焊丝比实芯焊丝的熔敷效率提高50%以上，调整保护气体的成分可以大幅度地提高焊丝的熔敷效率。

这两种焊丝进行比较：

实芯焊丝适用的直径为1.0～1.2mm，过细的焊丝不能适应高速送丝；而直径大于2mm的焊丝即使在大电流下也不易产生稳定的旋转电弧过渡。

药芯焊丝可以采用直径为1.2～1.6mm，金属粉芯和造渣型药芯焊丝均可以用高焊接参数实现高效MAG焊。尤其是金属药芯焊丝，由于金属的填充率高达45%，所以采用直径1.6mm的金属粉芯焊丝，以电流380A电压38V的焊接参数焊接时，其熔敷速率高达9.6kg/h。金属粉芯焊丝熔滴过渡相似于实芯焊丝。药芯焊丝可以常规喷射过渡和高速短路过渡形式进行焊接，但不能产生旋转电弧过渡。

多丝熔化极气体保护焊焊接技术

目前，多丝气保护焊接方法主要有Tandem焊、双丝（多丝）气保护焊、双丝气电焊和三丝气保护焊等方法。

（1）Tandem焊接技术将两根焊丝按一定的角度在一个特别设计的焊机里，两根焊丝分别经互相绝缘的导电嘴由各自的电源供电，所有的参数都可以彼此独立，这样可以灵活控制电弧。可以采用直流电流和脉冲电流的电弧类型。Tandem焊的工艺特点：

提高焊接速度2～3倍，两根焊丝总电流大幅度地增加，而且双电弧之间互相加热，产生了强烈的热效应，提高了焊丝熔化速度和熔敷率；

增加熔深，两根焊丝一前一后，熔池加长，面积增大，母材暴露在熔池下的时间比单丝焊要长，母材得到充分的熔化，因而不会出现咬边和润湿不良的现象，在厚板焊接的情况下，显著增加了熔深；

提高了焊缝的韧性；

降低了焊缝气孔敏感性，因为熔池面积增大，气体的析出时间变长，加上双电弧的作用增加了搅拌熔池的频率，这样就使得渗透到液态金属中的气体在金属冷却之前浮出熔池，显著减少焊缝中的气孔现象；

电弧稳定，熔滴过渡容易控制。

Tandem双丝气体保护焊是一种高效、高速、适应性强和节能的焊接方法。和普通的气保护焊相比，其焊接效率提高3～6倍，焊接速度提高2～3倍。该工艺可以焊接碳钢、低合金钢、不锈钢和铝等金属材料，广泛应用于造船、汽车、管道、压力容器、机车车辆和机械工程等行业。由于具有很高的焊接速度，所以这种焊接一般要通过机器人或自动焊实现。

（2）双丝（或多丝）气体保护焊主要有双丝串联MAG高速焊接、双丝气体保护焊加单热填丝的三丝焊接和三丝熔化极气体保护焊接3种形式。