目前，不銹鋼焊管采用的焊接技術(shù)主要有：鎢極氬弧焊（TIG)、等離子弧焊（PAW)、熔化極氬弧焊（MIG)和埋弧焊（SAW)等。為了提高焊接質(zhì)量、焊接效率和降低焊接成本，更新的焊接技術(shù)將會(huì)被廣泛采用。現(xiàn)將可用于焊管焊接的活性化焊接、熔化極等離子弧焊接及藥芯焊絲焊接等應(yīng)用技術(shù)介紹如下。

一、活性化焊接（A-TIG焊）

  現(xiàn)代生產(chǎn)對(duì)焊接技術(shù)提出了更高的要求，高質(zhì)量、高效率和低成本已成為衡量一種焊接工藝是否優(yōu)良的標(biāo)志。自從20世紀(jì)40年代出現(xiàn)了鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG)以來，由于其具有一系列的優(yōu)點(diǎn)（保護(hù)效果好、焊接過程穩(wěn)定、焊接范圍廣、焊接質(zhì)量好），因而獲得了廣泛的應(yīng)用。但是由于鎢電極的載流量有限，電弧功率受到限制，致使TIG焊的焊縫熔深淺、焊接速度和焊接效率低，所以在焊接厚度大于6mm的材料時(shí)，一般不能采用單道焊，只得采用多道焊，這會(huì)使焊接質(zhì)量和焊接效率受到影響。

  為了解決多道焊問題，烏克蘭巴頓焊接研究所于20世紀(jì)60年代發(fā)明了活性焊劑TIG焊（Activate flux;簡(jiǎn)稱為A-TIG焊）。這種方法很好地克服了普通TIG焊方法熔深淺，對(duì)材料成分敏感等缺點(diǎn)。

  A-TIG焊的實(shí)質(zhì)是焊前在待焊區(qū)域涂敷特殊的活性焊劑，然后再施行TIG焊的一種新工藝。焊接過程中，在活性焊劑的作用下引起焊接電弧強(qiáng)烈收縮，電弧能量密度顯著增加（達(dá)到甚至超過等離子焊接電弧能量），電弧力增大，其結(jié)果使熔深有了較大的增加。與普通TIG焊方法相比，相同的焊接參數(shù)，活性焊劑能使熔深增加2-3倍，焊接時(shí)間減少50%,焊接效率提高2~6倍，焊接成本也大大減少。圖5-58 是A-TIG焊焊接過程示意圖，圖5-59是TIC焊與A-IC焊電退深的比較。

 A-TIG 焊焊接技術(shù)在國外已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究，如美國愛迪生焊接研究所（EWI)、美國LIBURDI公司、英國焊接研究所（TWI)、烏克蘭巴頓焊接研究所（PW3)、日本大阪大學(xué)，以及德國、巴西和法國等大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)，針對(duì)不銹鋼、鎳基合金、銅鎳合金、碳鋼、超級(jí)雙相鋼和鈦合金等進(jìn)行了研究，并已在許多產(chǎn)品上應(yīng)用。

 活性焊劑的配是A-TIG焊的關(guān)鍵技術(shù)，目前，常用的活性焊劑成分主要有氧化物、氯化物和氟化物。不同的材料，其可用的活性焊劑成分也不同。

 與常規(guī)TIG焊相比，A-TIG焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：

  1. 可消除或減少因金屬冶煉時(shí)微量元素含量、純凈度的變化而引起的焊接熔深變化。

  2. 改善焊接熔池結(jié)晶條件，提高焊縫金屬的抗熱裂性和抗冷裂性。

  3. 由于A-TIG焊工藝焊前不開坡口，焊接時(shí)無需填絲，據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用A-TIG焊工藝可以節(jié)省焊材及勞動(dòng)力60%~90%,提高焊接效率1~7倍，大大降低生產(chǎn)成本，顯著地提高經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于厚板對(duì)接，可實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型焊接。

  4. 由于A-TIG焊時(shí)不填焊絲，可以避免因焊絲質(zhì)量引起的焊接質(zhì)量問題。

  5. 修補(bǔ)不同缺陷（氣孔、裂紋等）時(shí)，可直接熔化14mm以上，避免了清除缺陷的打磨、鉆孔和重新填充金屬，從而大大提高了補(bǔ)焊效率和安全性。

  6. 電弧明顯收縮，能量更集中，熱輸入減小50%左右，焊縫及熱影響區(qū)較TIG焊時(shí)窄50%以上，因而焊接變形小。

  7. 對(duì)于厚度小于3mm的薄板，A-TIG焊由于降低了焊接熱輸入而使焊接變形量減小，焊縫成型美觀。

  此外，活性焊劑還具有提高不銹鋼焊接接頭的抗腐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)。

  與傳統(tǒng)焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊以及熔化極氬弧焊等焊接方法相比，A-TIG焊具有質(zhì)量可靠、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)；與先進(jìn)的激光焊、電子束焊以及等離子焊相比，由于A-TIG焊所用的活性焊劑材料來源豐富，價(jià)格便宜，而且無需昂貴的焊接設(shè)備，使得A-TIG焊又具有成本低廉及經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，因此具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的應(yīng)用前景。采用普通相對(duì)廉價(jià)（與等離子焊設(shè)備比較）的TIG焊設(shè)備，再配以活性焊劑進(jìn)行焊接，其焊接質(zhì)量完全可以與等離子焊相媲美，且生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，易操作，而生產(chǎn)成本卻相對(duì)較低；若等離子弧焊機(jī)再配以活性焊劑進(jìn)行焊接，其焊接熔深則可進(jìn)一步增加。

  A-TIG焊技術(shù)的主要特點(diǎn)在于：通過在TIG焊過程中引人活性焊劑，在電弧高溫?zé)岷碗娀×Φ淖饔孟拢钚院竸﹨⑴c到電弧和熔池的物理、化學(xué)反應(yīng)中，導(dǎo)致電弧電流密度的增大，由弧發(fā)生收縮，從而使焊縫熔深增加。因此，A-TIG焊過程中最明顯的特點(diǎn)就是電弧收縮，導(dǎo)致熔深增加現(xiàn)象的出現(xiàn)。不銹鋼（1Cr18Ni9Ti)TIG與A-TIG焊縫金相圖比較見圖5-60。

 目前，關(guān)于活性焊劑作用原理的研究主要集中在兩個(gè)方面：一是電弧收縮原理；二是熔池表面張力作用原理。以巴頓焊接研究所的專家為代表，傾向于電弧收縮的作用原理。由于焊接過程復(fù)雜的物理、化學(xué)作用，添加活性焊劑以后使得這一過程變得更加復(fù)雜，因此到目前為止，關(guān)于活性焊劑的作用及原理還沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論。

二、熔化極等離子弧焊接技術(shù)

  熔化極等離子弧焊接工藝早在20世紀(jì)70年代就被提出，但由于受到當(dāng)時(shí)焊接電源技術(shù)的限制沒有發(fā)展起來。這一問題直到20世紀(jì)90年代末才得到解決，目前德國首先開展了這方面的研究和應(yīng)用工作。實(shí)質(zhì)上，這種焊接工藝就是熔化極氣體保護(hù)焊和等離子弧焊的組合，它綜合了熔化極氣體保護(hù)焊和等離子弧焊的優(yōu)點(diǎn)。

 熔化極等離子弧焊的優(yōu)點(diǎn)是：由于焊絲受到等離子弧的預(yù)熱，熔化功率大；熔化功率和工件上的熱輸人可以單獨(dú)調(diào)節(jié)；因?yàn)槿刍瘶O焊絲可以直流反接，達(dá)到去除工件表面氧化膜的作用，非常適宜鋁、鎂等輕金屬及合金的焊接；焊接速度快（例如2mm鋁板，焊接速度可達(dá)到3000mm/min,是常規(guī)焊接工藝的10倍，與激光焊速度相當(dāng)，而且焊縫質(zhì)量好，變形小）。

 熔化極等離子弧焊當(dāng)然也適合于不銹鋼的焊接。在焊接薄板時(shí)，采用熔化極等離子弧焊技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高速焊；對(duì)于厚板焊接，其熔敷效率高，參數(shù)范圍廣，焊接過程穩(wěn)定。由于等離子弧對(duì)接頭區(qū)的充分清理作用，所以，焊縫中氣孔等缺陷明顯較少。

 熔化極等離子弧焊的原理見圖5-61。水冷噴嘴和工件接在DC1下降特性焊接電源上，并采用直流反極性。電弧則在噴嘴與工件之間燃燒，燃燒的電弧在聚束氣的作用下，由于受到電弧收縮套的壓縮，弧柱截面縮小，電流密度增加，能量密度提高，在弧柱中心部分接近完全電離，形成細(xì)柱狀的等離子弧。所以說，在噴嘴與工件之間燃燒的是等離子弧。由于噴嘴直接受水冷卻，可承受大電流。焊絲（熔化極）和工件接在另一平特性電源DC2上，熔化極電弧在等離子弧中間燃燒。熔化極（焊絲）在進(jìn)入熔池前，受到等離子弧的預(yù)熱，所以熔敷效率很高，可以提高焊接速度。而熔化極等離子弧焊的熔滴過渡形式，取決于通過焊絲的電流大小。當(dāng)通過焊絲電流小于某一臨界值時(shí)，為大滴過渡，這時(shí)飛濺很小；大于臨界值時(shí)成為旋轉(zhuǎn)射流過渡。由于在熔化極電弧之外，包圍著一個(gè)壓縮的等離子弧，從而使熔滴過渡平穩(wěn)，飛濺很少。并且等離子弧對(duì)焊件有陰極清理作用，使焊縫質(zhì)量提高，缺陷減少，尤其是氣孔缺陷明顯減少。

 熔化極等離子弧焊的技術(shù)關(guān)鍵為焊槍的設(shè)計(jì)和制作，以及焊接電源的匹配及控制。一般情況下，焊接時(shí)采用熔滴過渡形式，堆焊時(shí)用射流過渡形式。

 熔化極等離子弧焊的焊接規(guī)范與熔敷速度見表5-14。

圖5-62是熔化極等離子弧焊焊縫照片，可以看出其熔深較氬弧焊大許多，這正是其優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)所在。

三、不銹鋼細(xì)絲藥芯焊絲氣體保護(hù)焊

  藥芯焊絲氣體保護(hù)焊與普通熔化極氣體保護(hù)焊相似，也是由焊絲做電極與工件產(chǎn)生電弧進(jìn)行焊接的，只是焊絲不是一般的實(shí)芯焊絲，而是內(nèi)部裝有焊劑的管狀焊絲（即藥芯焊絲）。焊接時(shí)，在電弧熱的作用下，熔化狀態(tài)的藥芯材料和焊絲金屬、母材金屬和保護(hù)氣體相之間發(fā)生冶金作用，同時(shí)形成一層較薄的液態(tài)熔渣覆蓋熔池，和保護(hù)氣體共同起保護(hù)作用。這種焊接方法是一種氣-渣聯(lián)合保護(hù)的焊接方法（圖 5-63）。

  目前，藥芯焊絲氣體保護(hù)焊焊接不銹鋼，通常采用手工操作的半自動(dòng)焊接方法，根據(jù)實(shí)際情況，也可采用自動(dòng)焊焊接方法。保護(hù)氣體一般采用CO2氣體，有時(shí)也采用CO2中添加少量的Ar氣的混合氣體，焊接設(shè)備與普通實(shí)芯焊絲CO₂焊相同。

  藥芯焊絲氣體保護(hù)焊的焊接參數(shù)主要有焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長度和保護(hù)氣體流量。當(dāng)其他條件不變的情況下，焊接電流與送絲速度成正比。上述任何一個(gè)參數(shù)的變化都影響到焊接工藝性能，藥芯絲焊的生產(chǎn)廠家一般會(huì)提供合適參數(shù)供用戶參考。不銹鋼藥芯焊絲的出現(xiàn)，由于可使用100%CO2做保護(hù)氣體進(jìn)行焊接，并能獲得超低碳焊縫，使不銹鋼焊接在高效率、低成本、自動(dòng)化焊接技術(shù)上上了一個(gè)新的臺(tái)階。細(xì)直徑不銹鋼藥芯焊絲焊接與電弧焊、氬弧焊、埋弧焊的各種性能對(duì)比，有如下優(yōu)點(diǎn)：

1. 生產(chǎn)效率高

  不銹鋼電阻大，導(dǎo)熱系數(shù)小，產(chǎn)生的電阻熱大，熱量不易散失，這是眾所周知的。采用細(xì)直徑不銹鋼藥芯焊絲后，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的自動(dòng)化生產(chǎn)；與實(shí)芯焊絲相比，電流集中于鋼皮外表，電流密度大，熔敷速度高，飛濺小，熔敷效率高。此外，不銹鋼藥芯焊絲操作簡(jiǎn)便，降低了對(duì)工人焊接技術(shù)的要求，從而縮短了工時(shí)，提高了生產(chǎn)效率。

2. 焊接工藝性能好

 由于不銹鋼主要用于耐蝕場(chǎng)合與裝飾場(chǎng)合，都需要焊件表面光潔，無飛濺，任何飛濺都會(huì)影響其耐蝕性及美觀性，因此焊接工藝性能好，對(duì)于不銹鋼焊接是至關(guān)重要的。不銹鋼藥芯焊絲的藥芯中可加入適量的穩(wěn)弧劑及細(xì)化熔滴物質(zhì)，使得電弧燃燒穩(wěn)定，熔滴細(xì)化，焊接飛濺小。藥芯中加入適量的造渣劑，形成的熔渣不僅起到對(duì)焊縫金屬的保護(hù)作用，而且起到襯托熔池的作用，可實(shí)現(xiàn)全位置焊接，同時(shí)還對(duì)輔助焊道成型有重要作用，焊縫外觀成型美觀。此外，不銹鋼藥芯焊絲可適用的焊接工藝參數(shù)范圍寬。

 3. 焊接質(zhì)量好

  采用不銹鋼藥芯焊絲，可使熔敷金屬含碳量的增加控制在極小的范圍內(nèi)，這是不銹鋼焊縫金屬具有良好抗腐蝕性的重要保證。細(xì)直徑不銹鋼藥芯焊絲可采用較小的熱輸入量，來提高熔敷金屬的耐蝕性。對(duì)于奧氏體不銹鋼藥芯焊絲，通過藥芯成分的調(diào)整，可控制焊縫組織中的鐵素體含量，從而提高力學(xué)性能、耐腐蝕性能及抗裂性能。不銹鋼藥芯焊絲的熔渣有明顯的冶金改善效果，可以去除雜質(zhì)，凈化焊縫，因此可使焊縫金屬的力學(xué)性能，尤其是韌性和塑性提高。

 4. 焊接綜合成本低

 雖然不銹鋼藥芯焊絲的價(jià)格高于實(shí)芯焊絲，但在焊接的綜合總成本構(gòu)成中（人工＋設(shè)備＋材料＋動(dòng)力費(fèi)），由于藥芯焊絲的熔深大，從而可以加大鈍邊，減小坡口角度（可由60°減小到45°),這不僅節(jié)省了熔化金屬，同時(shí)也節(jié)能，還提高了工效。經(jīng)計(jì)算，對(duì)于平焊綜合成本來說，不銹鋼藥芯焊絲與實(shí)芯焊絲之比為1/1.2,可見對(duì)降低成本的作用是可觀的。

因此，在不銹鋼焊管生產(chǎn)中，采用細(xì)直徑不銹鋼藥芯焊絲進(jìn)行焊接，也是不銹鋼焊管焊接的發(fā)展方向之一。藥芯焊絲氣體保護(hù)焊和其他焊接方法的比較貝表5-15。

四、磁控電弧焊接

  磁控電弧焊是依據(jù)電磁原理，在電弧外部加以人工磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)作用下，會(huì)使整個(gè)電弧發(fā)生形狀和相對(duì)焊縫位置的變化，從而到達(dá)控制電弧的目的。通過對(duì)電弧形狀和相對(duì)焊縫位置的控制，可以實(shí)現(xiàn)提高焊縫質(zhì)量和焊接生產(chǎn)效率的目的。電弧磁控可用于所有電弧焊，但常用于TIG焊、MIG焊、PAW焊和SAW焊。幾種焊接方法的磁控裝置見圖5-64. 有磁控焊縫和無磁控焊縫的外形比較見圖5-65。

電弧磁控的形式主要有沿焊縫方向的振蕩和垂直于焊縫的振蕩，使電弧的截面形狀產(chǎn)生橢圓形和圓形的變化。圖5-66是電弧磁控的幾種常見形式。

 磁控裝置的磁頭是裝在自動(dòng)或半自動(dòng)焊的焊槍上，磁頭和線圈只是控制電弧的精確位置，而不是控制焊槍和工件。

磁控電弧自身是振蕩的，但通過磁控制器，可準(zhǔn)確和穩(wěn)定地將所需要形狀的電弧以需要的振蕩頻率控制在要求的位置上。這種控制過程沒有必要添置新設(shè)備，只要將和磁控制器連接的磁頭裝置裝在焊槍上，通過磁控制器的調(diào)節(jié)控制，焊縫的質(zhì)量和焊接的生產(chǎn)效率就會(huì)立即得到改進(jìn)和提高。

采用磁控電弧焊可以實(shí)現(xiàn)以下目的：

  1.可控制電弧熱量的分布；

  2.使焊縫咬邊減到最小；

  3.可減少焊縫中的氣孔；

  4.提高了電弧的穿透能力；

  5.對(duì)焊接熔池有攪拌作用。

 電弧磁控焊適用于TIG、MIG、PAW和SAW焊，并且還能應(yīng)用于磁性和非磁性金屬焊接。在電弧磁控的使用過程中，不需其他昂貴的機(jī)器設(shè)備和復(fù)雜的連接，只需將磁控裝置（圖5-67)和磁頭、線圈（圖5-68)按要求連接起來，并將磁頭、線圈固定在焊槍（TIG、MIG、PAW和SAW)上即可達(dá)到控制電弧的目的。磁控對(duì)電弧在焊縫上的作用及影響見圖5-69。

通過磁控對(duì)電弧形狀、位置和振蕩產(chǎn)生的攪拌作用，可以有效地防止電弧自動(dòng)焊可能出現(xiàn)的下面幾個(gè)方面的問題（圖5-70):

 1. 由電弧漂移引起的焊偏所產(chǎn)生的未熔透；

 2. 電弧不集中引起的焊縫下陷和反面咬邊；

 3. 對(duì)接焊中焊縫過渡突變形成的咬邊；

 4. 焊縫熔化時(shí)產(chǎn)生的氣體所引起的典型氣孔等。