气体保护钨极电弧焊 (GTAW) 有时也叫做惰性气体保护钨极 (TIG) 焊，特别适用于短焊道手工焊。对于简单的几何形状它可以自动操作，但作为大型设备大量焊接的主要方法一般是不经济的。由于许多加工即使把另一种工艺作为主要焊接方法也需要一些GTA焊接，因此，对于维修和局部修整，对GTAW工艺进行评定通常是恰当的。

钨极氩弧焊 © Sandvik

设备 

GTAW最好采用恒定电流电源， 用高频电路辅助起弧。GTA焊应采用直流正极性 (DCSP)，焊条为负极。使用直流反极性 (DCRP)会损坏电极。双相不锈钢的焊接可采用2％钍钨 (AWS EW-Th2)、2%铈钨电极 (EW-Ce2) 或2%镧钨电极 (EWGLa2)。通过将电极研磨成顶角为30 到60度、锥点为小平面的锥形，帮助控制电弧。应通过实际生产中的一些试验来确定GTAW自动焊确保焊透的理想顶角。

填充金属 

用于双相不锈钢焊接的填充金属多数是“匹配”的，但相对于与之匹配的锻轧产品，其镍含量一般更高。通常镍含量比锻轧产品高约 2％– 4％。填充金属中的氮含量一般略低于母材。普遍认为较高合金化的双相不锈钢填充金属适用于焊接低合金化的双相不锈钢。采用“匹配”填充金属焊接双相不锈钢与奥氏体不锈钢 或碳钢和合金钢可以获得令人满意的结果。

保护

像所有的气体保护焊接工艺一样，采用GTAW时，必须保护焊接熔池免受空气氧化和污染。通常采用惰性气体，氩气，纯度为99.95％或更高的干燥焊接级氩气实施这种保护。 重要的是气体处理系统应清洁、 干燥和无泄漏，可调节流量以供应足量气体，以及防止保护气体紊流和吸入空气。应在起弧前几秒钟启动气体，灭弧后再保持几秒钟，保持时间最好足够长，以使焊缝和热影响区冷却到不锈钢氧化温度范围以下。为保护焊条，使用常规气体扩散网屏(气筛 )时建议流速为 12 - 18l/min (0.4-0.6cfm)，使用常规喷嘴时要求流速为上述流速的一半。

焊缝背面用保护气体 (也是纯氩) 流速取决于焊缝根部体积，但应足以确保空气完全排净并使焊缝获得完全的保护(以没有回火色为准)。由于氩气比空气重，应从封闭体积的下部向上送气，吹洗氩气的用量最少为焊缝根部体积的7倍。 

用纯氩保护可得到满意的焊接效果，但也有进一步改进的可能。添加高达3％的干燥氮气有助于保留焊缝金属的氮含量，尤其对于较高合金化的双相不锈钢而言。但发现加氮后增加了电极消耗，而加入氦可局部抵消这种影响。

应避免向保护气体中加入氧气和二氧化碳，因为它们会降低焊缝的耐蚀性。由于双相不锈钢中的铁素体相可能产生氢脆或氢致开裂，所以在保护气体和焊缝背面用保护气体中不应当使用氢气。 

如果焊炬配有气体输送系统和水冷系统，则应对它们进行定期检查， 以保证保存的气体干燥、清洁。 

技术和参数 

对于双相不锈钢来说，坡口、对准、根部钝边和间隙准备的均匀一致特别重要。虽然奥氏体不锈钢允许使用一些焊接技巧克服坡口准备的缺陷，但使用这些技巧却使双相不锈钢有在相应温度区间停留时间延长的危险。如果可能的话，不建议使用铜垫板，因为双相不锈钢对铜造成的表面污染敏感。

在焊接区外起弧会产生局部自熔焊焊点，冷却速度很快，导致局部高铁素体含量及耐蚀性的下降。为了避免产生这种问题，应在焊接接头上起弧。

应采用完全的气体保护进行定位焊。在根部焊道的起点不应当进行定位焊。理想情况下，为了避免定位焊引起的根部焊道开裂，根部焊道最好采用断续焊且磨掉定位焊缝或在焊接根部前局部修磨定位焊缝。应仔细保持根部间隙宽度以确保根部焊道热输入和稀释的一致。应在焊接填充焊道前研磨根部焊道的起点和终点。各焊接道次间，应允许工件冷却到150℃(300℉)以下(对于标准双相不锈钢)和100℃ (210℉) 以下(对于超级双相不锈钢)，以便后续焊接中使热影响区有足够的时间冷却。

用GTAW法焊接双相不锈钢时最常使用的填充金属为镍略高的 “匹配” 填充金属。超级双相不锈钢填充金属已成功用于焊接2205母材。一般使用的焊丝直径为1.6、2.4和3.2mm (1/16、3/32和1/8英寸)。焊丝应当清洁、干燥，使用前应保存在有盖容器内。在平焊位置进行焊接效果最佳。焊炬应保持尽可能接近垂直以使保护气体中吸入的空气量最少。

为满足多种材料厚度和接头设计要求，选择热输入的灵活性很大。按下列公式计算，热输入一般在0.5 - 2.5kJ/mm (15-65kJ/英寸) 范围内。 

热输入(kJ/mm) = (V x A)/(S x 1000) 

其中 V = 电压 (伏特)， A = 电流 (安培)， S = 移动速度 (mm/s) 

或

热输入(kJ/inch)=(VxAx 6)/(Sx 100) 

其中 V = 电压 (伏特)， A = 电流 (安培)， S = 移动速度 (in/min)

一般推荐的热输入：

2304或经济型双相不锈钢：0.5 - 1.5 kJ/mm (15 - 38 kJ/in）

2205：0.5 - 2.5 kJ/mm (15 - 65 kJ/in) 

2507：0.3 - 1.5 kJ/mm (8- 38 kJ/in)

采用GTAW焊接，如果有良好的气体保护，并适当地控制在某些温度的停留时间，则焊接的焊缝具有良好的韧性和耐蚀性。GTAW适用于各种场合的焊接。GTAW经常用来补充和完成采用其他焊接方法组装的大型构件。对各类可能使用GTAW的情况进行焊接工艺评定是很重要的。

大口径双相不锈钢跨境管道的机械化焊接 

© Arco Exploration and Production Technology

气体保护金属极电弧焊(GMAW)有时称为惰性气体保护金属极电弧焊 (MIG)，它特别适用于要求经济地熔敷大量焊缝金属的长焊道的焊接。对简单形状的结构可进行自动焊接。经常使用GMAW进行长焊道的焊接，随后用GTAW进行补充以获得复杂操作中的最佳控制。

2205双相不锈钢T形法兰 © Arco Exploration and Production Technology

设备

GMAW需要专业设备，包括可变斜率和可变电感控制或具有产生脉冲电弧电流能力的恒压电源。GMAW应采用直流反极性 (DCRP)，焊条为正极。GMAW可有三种电弧过渡方式。

短路过渡 

这种方式需要单独的斜率和二次电感控制，适用于焊接厚达约3毫米(1/8英寸)的材料。该方式使GMAW的热输入最低，且特别适用于薄规格轧材，薄断面材料采用较高热输入时有变形的危险。它也可用于非正常位置的焊接。 

脉冲电弧过渡 

这种方式需要两个电源提供两级的输出功率，由电源转换提供脉冲。 在喷射过渡阶段金属过渡量大，而在颗粒状熔滴过渡阶段金属过渡量少。 这种组合具有金属熔敷速度较高但又限制了热输入的优点。

喷射过渡 

这种方式熔敷速度高，电弧稳定，但热输入高。一般局限于平焊。 采用这种方式进行中等大小焊缝的长、直焊道的焊接是很经济的。 

填充金属 

GMAW使用的自耗电极为连续焊丝，由自动进料系统通过焊炬供丝。用GMAW法焊接双相不锈钢的填充金属是镍含量高的“匹配”成分，以达到所期望的焊态相平衡和性能。

保护

GMAW保护气体的选择比GTAW略复杂，且在很大程度上取决于金属加工厂是依赖于已购混合气体，还是具有现场混合气体能力。GMAW的保护气体从纯氩到氩气含量为80％并添加氦气、氮气、氧气和二氧化碳，添加这些气体来提高焊接构件的可焊性和成品性能。气流速度取决于过渡方式、过渡速度和焊丝直径，但对于直径为1-1.6mm (0.035-0.063英寸)的焊丝 ， 气流速度一般在12-16l/min(0.4-0.6cfm)。焊接过程中应避免焊丝过度伸出以保持其处于气体保护状态。和GTAW一样，完好的气体输送系统很关键，应采取措施预防保护气体吸入空气。如果进行较长焊道的焊接，为了保证焊接质量，应从通风装置开始进行气体保护。保护气体或焊缝背面保护气体不应当使用氢气，因为双相不锈钢中的铁素体相有可能产生氢脆或氢致开裂。

技术和参数 

表17汇总了短路电弧过渡和喷射电弧过渡的典型焊接参数。就像GTAW焊接双相不锈钢一 样，GMAW要求良好且一致的坡口加工、对准和根部钝边或间隙。如果可能的话，应避免使用铜垫板，因为双相不锈钢对铜造成的表面污染敏感， 且铜垫板在某些情况下会导致冷却过快。

表17  采用短路电弧过渡和喷射电弧过渡方式、不同焊丝尺寸进行双相不锈钢 气体保护金属极电弧焊 (GMAW) 的典型参数 (来源：Avesta Welding)

任何在焊接区以外起弧会产生自熔焊局部焊点，其冷却速度很快，导致局部高铁素体含量和耐蚀性的损失。为了避免产生问题，应在焊接接头本身起弧。任何焊缝区外的起弧点均应采用精细打磨的方法去除。

应采用完全的气体保护进行定位焊。在根部焊道的起点不应当进行定位焊。为了避免定位焊引起的根部焊道开裂，根部焊道最好采用断续焊且磨掉定位焊缝，或在焊接根部前局部修磨定位焊缝。应仔细保持根部间隙宽度以确保根部焊道热输入和稀释的一致。应在焊接填充金属前研磨根部焊道的起点和终点。应允许工件在各道次间冷却到150℃ (300°F) 以下以使后续焊道的热影响区有足够时间冷却。

一般使用的焊丝直径为1.0, 1.2 和1.6mm (1/32, 3/64和1/16英寸)。焊丝应清洁、干燥，使用前应保存在有盖容器内。导管应保持清洁干燥。在平焊位置进行焊接效果最佳。焊炬应尽可能保持接近垂直以使吸入保护气体中的空气量最少。

阿拉斯加北坡的大直径双相不锈钢管道的机械化焊接

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