不銹鋼焊接工藝方法主要有以下幾種:藥皮焊條電弧焊接、埋弧焊接、氣體保護電弧焊接(TIG焊接,MIG焊接)、二氧化碳氣體保護電弧焊接(MAG焊接)、等離子焊接、電子束焊接、電阻焊接、激光焊接、釬焊等。
1. 藥皮焊條電弧焊接
藥皮焊條電弧焊接,是在母材和焊條之間,使其產生電弧進行焊接的方法。焊接時,借助焊條藥皮產生的氣體和熔渣,把焊接熔池與大氣隔離。因其適應性強,而被廣泛采用。使用交流(AC)或直流(DC)電源,但廣泛普及使用的是交流電弧焊接機。電焊條通電產生電弧,電弧分為電弧芯、電弧流、電弧焰三部分。因為在其周圍形成保護氣流,使電弧穩定燃燒。焊接時,盡量保持短弧,以免發生保護氣流不穩定的現象。要防止空氣中的氧及氮侵人。藥皮焊條電弧焊接法如圖6-4所示。藥皮當中含有氧化物、碳酸鹽、硅酸鹽、氟化物、有機物和合金劑等。不銹鋼藥皮電弧焊條在JIS Z3221 中有所規定。
2. 埋弧焊接
以焊絲作為電極,電極與母材之間產生電弧并不斷地送敷焊藥而連續進行焊接的方法,稱之為埋弧焊接。這種焊接方法因其電弧肉眼看不到而獲此名稱。焊藥依靠電弧熱量成熔融焊藥和熔渣,后者將熔融金屬與大氣隔離開來。使用大電流可以高效率地進行焊接,一般是用于中厚板的焊接,有時亦可用于薄板焊接。因為焊接過程中大約損失15%的鉻,應當在焊絲和焊藥中,設法補充鉻的成分。埋弧焊接的原理圖如圖6-5所示。
3. 氣體保護電弧焊接(TIG焊接,MIG焊接)
TIG焊接是用鎢(W)電極與母材之間產生電弧,用氬(Ar)氣或氦(He)氣將電弧與空氣隔離開來,電弧將焊絲熔化完成焊接的方法。焊槍采用水冷卻方式和空氣冷卻方式,鎢電極的尺寸大小根據電流和板厚來選定。焊接機(電焊機)采用交流(AC)或直流(DC)都可以。一般情況下,不銹鋼的焊接,以直流(DC)占多數。選用直流時,鎢電極的消耗量少。以提高焊接效率為目的,要將焊絲連接到負極上,如圖6-6所示。如果選用交流,因鎢電極消耗量大而不適合于不銹鋼焊接。
MIG焊接是用氬(Ar)或氦(He)氣將電弧與空氣隔離開來,同時在焊絲和母材之間產生電弧的焊接方法。與TIG焊接比較起來,因為它可使用大電流,焊槍要采用水冷卻方式,焊絲直徑一般的采用1.2mm,1.6mm,2.0mm等,生產效率高。MIG焊接電焊機要選用直流(DC)的,和TIG焊接相反,要將焊絲接到正極(圖6-5)。
TIG焊接和MIG焊接都能在焊接部分得到高質量的焊接接頭,它容易實現自動化操作,因此廣泛地應用在汽車制造行業和電機制造行業。
4. 二氧化碳氣體保護電弧焊接(MAG焊接)
對于使用二氧化碳氣體將空氣隔離,同時以藥芯焊絲(圖6-7)作為電極,在與母材之間產生電弧的焊接方法,如果將二氧化碳氣體改換成氬(Ar)和二氧化碳(CO2)混合的MAG氣體而進行焊接的方法稱為MAG 焊接(金屬極活性氣體保護電弧焊)。焊絲直徑大多數是采用1.2mm或1.6mm.其斷面形狀有斂縫形式及無縫形式。
5. 等離子焊接
等離子焊接是在母材和鎢電極之間產生電弧,利用氣體冷卻將電弧拉細,使在高溫離子化的條件下進行焊接的方法。惰性氣體的作用:一是離子化;二是起保護作用。這就是和TIG焊接的不同之處。等離子焊接可以進行熔融度較深的焊接,焊道寬度比較狹窄,熱影響很小,因此適合于不銹鋼的焊接。因為可以使小電流集中,使電弧易于控制,所以它亦適用于TIG焊接不可能的超薄板焊接。
6. 電子束焊接
電子束焊接是在高真空中,使用電子束發射槍將高速的電子束射向母材,利用其沖擊熱而進行的焊接方法。因為它是在高真空中進行操作,所以即便是和大氣容易起反應的材料,也可以簡單地進行焊接。由于電子束的磁透鏡作用可以將其拉細,使其能量集中,所以就可以對高熔點材料以及熔融較深的部位進行焊接。電子束焊接由于可以實現電子束輸出能量的準確控制,所以,廣泛地應用在精密零件焊接。
7. 電阻焊接
a. 晶間腐蝕-沿晶界產生的局部腐蝕。在焊接的熱影響區,高溫下鉻的碳化物(Cr23C6)會在結晶粒界上析出,導致其近旁“貧鉻”的部位產生選擇性的腐蝕。
b. 應力腐蝕斷裂-奧氏體系列不銹鋼其焊接部分的殘余應力,在特定的腐蝕條件基礎上,有產生應力腐蝕裂紋(SCC)的現象。
c. 焊接缺陷與腐蝕-必須注意因為氣孔、咬邊等輝接缺陷會造成孔腐蝕及縫間隙腐蝕。
d. 惰性氣體保護-因為氧化皮是造成焊接部位腐蝕的原因之一,所以在焊接過程中使用氬等惰性氣體使之與空氣隔離。
利用材料的電阻作用,使電能轉換成熱能的焊接方法稱為電阻焊接。電阻焊接中有點焊、縫焊(滾焊)、凸焊和對焊等方法。因為焊接時需要大電流,所以焊接比較薄的板材、管材及圓鋼等可采用這種方法。由于不銹鋼比普通鋼電阻大電阻焊接容易進行。因為馬氏體系列,鐵素體系列不銹鋼的自硬性,焊接的溫度可能造成脆化,為此,有必要注意對材料及焊接條件的選擇(圖6-8)。
8. 激光焊接
以激光作為熱源,形成聚光狀態下對材料進行照射,使其局部熔融后凝固,由此接合而成焊接接頭的方法,稱為激光焊接。作為激光振蕩器,以二氧化碳使激光振蕩等稱為二氧化碳激光,YAG(釔鋁柘榴石)的棒狀結晶使激光振蕩稱為YAG激光。焊接時,為了防止氧化,使用氬或氮等作為保護氣體覆蓋焊接金屬熔池,對電弧與空氣進行隔離。
9. 釬焊
使用比接合母材金屬熔融點低的金屬或者是將這些合金作為熔融添加劑,不使母材金屬熔化而進行接合的方法稱為釬焊。添加的金屬稱為釬料,熔融溫度在450℃以上的稱為“硬釬焊”,450℃以下的稱為“軟釬焊”。有時采用“銀釬焊”以及“錫釬焊”等等。如果要求具備耐腐蝕性時,則需具有鎳(Ni)成分的“銀釬焊”,如果要求具備耐熱性時,則以Ni-Cr系列,銅系列,銀錳系列的釬料為適宜。釬焊方法分為火焰式釬焊、感應加熱釬焊、電阻加熱釬焊以及爐中加熱釬焊等。