浙江至德鋼業有限公司對不銹鋼精密管進行了微束等離子弧焊封口試驗研究，分析了不銹鋼精密管的焊接特點，并通過試驗得出了不銹鋼精密管的合理焊接工藝參數，取得了滿意的焊接封口質量和外觀成形。在科研生產過程中，經常會遇到不銹鋼精密管的封端口焊接問題，通常這些精密管直徑較細，直徑在2~5mm，壁厚0.3~0.5mm。很多時候需要通過填充焊絲處理后才能進行封口。例如豆漿機使用的溫度傳感器組件中，要求不銹鋼管一端封口，原有的封口工藝是通過添加焊絲焊接成形，封口端圓頭的壁太厚，影響傳感器的靈敏度。目前要求用材料本身密封端口，并使端頭成半球面，而且封口厚度不能大于壁厚。

 為了解決這個焊接問題，我們采用不加填充絲的微束等離子弧焊接工藝。微束等離子弧焊接是一項新的焊接工藝，它對于高熔點金屬、金屬薄膜、金屬細絲的焊接尤顯成效。由于微束等離子弧呈現為一束能量密度很高的“針狀”弧柱，因此具有焊接速度快、熔池均勻、焊縫狹窄、光亮牢固、熱影響區小、變形小以及力學性能高等特點。至德鋼業研究了不銹鋼精密管的微束等離子弧封口焊接工藝，并對焊接管進行了檢驗，獲得了滿意效果，成品率達90%以上。

一、試驗方法

 1. 試驗用母材及尺寸

 薄壁不銹鋼管的材質為304（06Cr19Ni10），規格為5mm×0.4mm。

 2. 焊接設備的選用

 焊接采用30A微束等離子弧焊接電源。由于微束等離子弧焊機的大小和鎢極內縮尺寸將影響焊接電流的大小，且在工作過程中不能直接調節，所以焊前應根據試樣的材質和尺寸確定。試驗中焊機噴嘴直徑0.8mm，鎢極直徑1.2mm，鎢極內縮尺寸為1.5mm，電極端部在使用前磨成10~15的圓錐角。

 3. 焊前準備

 焊前不銹鋼薄壁管必須清洗干凈，因為即使是微量的油脂污物或氧化層，對焊接質量都有較大影響。夾具要求光滑平整。操作前，先用細砂紙打磨去除薄壁細管端口的氧化膜和毛刺，使端面光滑平整，再用丙酮超聲清洗去除管件表面的雜質和油污，烘干后再用鉗子把細管一端口捏成如圖1所示的形狀，實施焊尾封口。同時為防止熔池與空氣接觸氧化，用專用輔具對管內通惰性氣體氬氣進行保護，使焊縫背部不受空氣氧化污染。

 4. 焊接過程

 試驗所用的電極為鎢鈰電極。等離子工作氣體為氬氣，保護氣體是氬氣中添加少量的氫氣。焊接電流采用直流正接。焊接時具體程序如下：①保護氣體提前供氣；②接通主電源和高壓脈沖電源實現引弧；③接通脈沖電源，把待焊的管端垂直向上對準等離子弧開始焊接；④觀察端口形成半球面后，衰減脈沖并熄弧；⑤停止送氣，完成焊接。

二、結果與討論

1. 焊接工藝參數選擇

 微束脈沖等離子弧焊采用熔入型焊接工藝，焊接過程的控制參數較多，焊接工藝比較復雜，在焊機的大小和鎢極內縮尺寸確定的情況下，影響焊縫成形和質量的因素主要有焊接電流、離子氣流量、焊接速度以及保護氣流量。

（1）焊接電流。焊接電流是微束等離子弧焊的重要工藝參數，對焊縫形狀和焊接質量影響很大。封口焊時，過大的電流會將不銹鋼精密管燒穿；若焊接電流選用的太小，會產生未焊透，焊縫呈小鋸齒狀。因此，正確選擇焊接電流十分重要。電流強度可根據焊接經驗先初步設定，再通過多次試驗修正后最終確定，使焊縫有足夠的熔深、熔寬和良好的外觀形狀，以滿足封口設計上的要求。

（2）焊接速度。焊接速度也是一個重要的焊接工藝參數。當其他參數不變時，焊接速度快，則被焊接件單位長度上受熱少，即焊接線能量小，不足以完全熔化焊縫金屬，僅局部熔化，使焊縫呈鋸齒狀。相反，若焊速太慢，則被焊接件單位長度上受熱又過大，母材過度熔化，會產生燒穿或焊縫下陷。對于薄壁不銹鋼管，選擇焊接速度要與焊接電流配合，使用大電流焊接時，要配合高焊接速度，若選用小電流焊接時，則要配合低焊接速度，只要焊接電流和焊接速度匹配得當，就會得到優質焊縫。焊接速度的確定也應根據不銹鋼管的壁厚、尺寸和試驗進行確定。

（3）離子氣流量。微束等離子弧的等離子氣用氬氣，其電離電位較低，容易引弧。作為離子氣，其流量在焊接過程中一方面影響著等離子弧的穩定性和形態，另一方面還決定著焊縫質量。當離子氣流量增大時，則微束等離子弧的弧柱伸出噴嘴的長度會增長，電弧剛性增大，微束等離子弧的轉移變得容易。同時，焊縫的熔深和熔寬開始增加。但增大到一定值后，則微束等離子弧就工作在切割狀態中，將無法焊接。離子氣流量過小，則電弧剛性變小，焊縫熔深、熔寬下降，電弧不穩，微束等離子弧的轉移也越加困難，甚至出現斷弧。實際操作時，選擇只要保證電弧噴出噴嘴的量即可。

（4）保護氣體流量。焊接不銹鋼常用Ar+2%～5%H2混合氣體作為保護氣。用氬氫混合氣體可顯著提高電弧壓縮性能和能量密度，提高熱效率，改善熔池流動性和濕潤性，改善焊縫的保護效果。但要注意，在一定條件下進行等離子弧焊接時，離子氣、保護氣都用同一種氣體時，二者的流量應有一個合理的比例。如果離子氣流最過小，保護氣流量過大，由于保護氣的冷卻作用，將會使工作氣流紊亂，電弧不穩，保護效果反而不好，且造成不必要的浪費。最后還需強調一點：應用混合保護氣體時，一定要保證混合均勻，否則，會造成電弧不穩，影響正常焊接進行。

  在上述裝配條件下，經多次焊接工藝試驗，獲得了薄壁不銹鋼微束等離子弧焊接工藝參數：焊接電流15~20A；焊接速度3m/min；等離子氣流量0.4~0.5L/min；保護氣體（Ar+2%H2）流量4～5L/min。

2. 試件檢驗

（1）外觀檢查：經目測薄壁不銹鋼管無明顯變形，用5倍放大鏡目視檢查，焊縫表面無咬邊、凸起缺陷，表面光滑。

（2）用X射線探傷，根部充分焊透，沒有發現裂紋、未熔合、未焊透等缺陷，說明獲得了質量優良的接頭。

（3）滲漏試驗：試件在自由狀態下，經受0.8MPa的氣壓，保壓3分鐘無泄漏現象；

（4）氨質譜檢漏：試樣經氨質譜檢漏漏率在10-10Pa.m2/s，說明該工藝條件下焊接接頭的致密性良好，不存在微氣孔。

（5）試件解剖后管內焊縫呈銀白色，說明管內充氬氣保護效果良好。

三、結論

  采用微束等離子弧焊接工藝，可較好地解決了不銹鋼精密管的封口問題，不僅操作簡單，成功率高，成品率達90%以上，而且還能很好地控制管材變形，封口效果好，外形美觀，密封性能強，壁薄實用。實踐證明：不銹鋼薄壁管的封端口技術對科研和生產類似產品有借鑒和指導的意義。