不銹鋼雉形空心柄焊接質量控制淺析

“不銹鋼雉形空心柄”系列刀具是陽江十八子刀剪制品有限公司主打產品，主要產品型號是飛球菜刀（也稱廣州刀）P01、P02、P03等近10個空心柄系列品種，由于該產品刀柄采用“雉形”設計，刀柄端部與刀體焊接拋磨后，刀柄底部與端部形成圓雉體，使刀具在使用過程，能起到自然向前推動的省力效果。因空心柄與刀體焊接處形成自然順弧，使該系列刀具即使長時間使用也不會產生疲勞感。該系列產品從1986年面市以來，廣泛受到用戶的青睞，其產量與銷量逐年上升，目前該系列產品占總產銷量的25%以上。

不銹鋼雉形空心柄系列刀具的生產，陽江十八子雖然已有二十多年成熟的生產工藝，但對不銹鋼空心柄在焊接工藝的質量控制方面仍出現很多不穩定的因素，尤其空心柄“燒穿”質量問題經常出現，導致二次填焊的現象頻繁，既影響產品的一致性又影響生產效率，如何系統解決不銹鋼雉形空心柄焊接“燒穿”問題是近年工廠在不銹鋼焊接技術上的攻關課題。

一、原材料組織性能對焊接質量的影響

二、 

目前陽江十八子生產的空心柄材料是1Cr17（AISI430），板材厚度為1.0-1.2mm，這是一種中等鉻含量的鐵素體不銹鋼，具有耐蝕性、滿足刀柄的力學性能以及熱導率高的特點，具備制作不銹鋼刀具手柄所需要的耐腐蝕性、可成型性和可焊接性等條件的要求。

該種材料目前市場上的供應較為混亂，即使是太鋼或寶鋼冶煉的，也分多家改軋廠冷軋。冷軋工藝及軋后熱處理都不一定符合標準材質的要求。同時在粵東地區滲入一些小廠生產的材料，材質的穩定性相當差，往往同一批次的原材料，在沖壓、成型、焊接等各個加工環節都會出現不一致性的各種質量問題。

1Cr17鋼材含碳量≤0.12%，含鉻量16-18%，硅、錳含量分別是≤0.08%，硫、磷含量分別是0.03-0.035%。該材料由于低碳，加入0.5-0.8%的鈦穩定化元素，此鋼的組織結構為純鐵素體，鈦不僅可以改善焊接熱影響區的晶間腐蝕傾向，同時還可以穩定鐵素體，防止出現馬氏體組織，它的耐晶間腐蝕性，成型性和焊接性好，是做不銹鋼空心柄的優秀材料

當鋼中含碳量較高而鉻含量較低時，此鋼的組織結構除鐵素體外還有一定量的珠光體或鐵素體+碳化物。該鋼材焊接時，焊接熱影響區（HAZ）組織發生變化，即875℃以上，一部份組織轉變成ν相，隨后冷卻過程中，這部份ν相轉變成馬氏體，此條狀馬氏體在晶界上多呈不連續狀，馬氏體相硬度隨碳量增加而提高，通常維氏硬度達到250-300，同時由于高溫熱循環結晶晶粒粗大，這都成為HAZ的脆性、韌性降低的原因。

1Cr17在700-820℃空冷或緩冷的熱處理制度下，其抗拉強度是365MPa，延伸強度是195 MPa，伸長率是22%，斷面收縮率為零，硬度值是HB183（HV200）、塑性應變比是1.2，加工硬化指數（n值）是0.22。1Cr17鋼材在成型加工過程中，其脹型性與加工硬化指數（n值）隨著鋼板的厚度變化而變化。當鋼板的塑性應變比愈大，其深拉伸愈小。為獲得較大的塑性應變比，只有采取合理的冶金工藝保證冷軋薄板有較大的織構系數，才能得到較大的塑性應變比和較小的各向異性。

1Cr17在沖壓成型的拉伸加工過程中容易出現皺折和縱裂（二次加工性）的問題，皺折程度與鋼的成分，鋼鑄造組織、熱軋、退火工藝、冷軋工藝有關，該成型的缺陷不僅影響產品的外觀也會影響焊接的質量，因此，不銹鋼空心柄選用的Cr17鋼板，應傾向皺折較小的板材，并保證材料有較高的塑性應變比。

二、焊前加工過程對焊接質量的影響

全不銹鋼空心柄焊接前柄殼成型的一致性是決定焊接加工質量的關鍵。

上述原材料組織性能是影響柄殼成型的主要因素，另按選定的材料、檢討沖裁、成型模具的設計以及其最終成型時產品的幾何形狀是否達到設計要求，掌握材料的硬度對沖裁開料的影響，通過相對穩定的回彈來確定成形模具的設計，控制加工過程的變形量，這也是保證焊接質量的一種手段。

當鋼材硬度低時，變形抗力越小，成型加工難度小，但卻增加后步邊緣平整的難度。鋼材強度欠缺時，柄殼沖裁開料時邊緣毛刺會越多，后續焊接時必須對待焊的加工件邊緣進行較大加工量的平整。邊緣平整的加工量又受毛刺大小的影響，導致成型平整后的柄殼難予達到設計的標準要求，尤其是雉形柄殼，柄尾部的直徑與其端部的直徑坡度從32mm-8mm，成型后柄殼的修邊平整很難通過標準加工達到一致性。據有經驗的氬弧焊操作工人反映，當兩邊柄殼點焊連接成雉形柄后，轉至自動雙槍氬弧焊焊接加工焊縫時，焊接燒穿的質量缺陷就會經常出現，工人發現點焊后的柄殼邊仍時有0.3-0.5mm以上寬的縫隙特別容易燒穿，但不同批次材料的柄殼邊即使有0.5mm寬的縫隙在焊接過程中卻未見異常。

為防止熔化金屬的流失和燒穿并促使焊縫的形成，在柄殼點焊前必須對待焊接的柄殼邊緣進行平整，并對相同變形量大的柄殼進行匹配，確保對接接頭待焊處之間間隙均勻一致，再點焊成柄，該控制措施一方面可以減少焊縫的燒穿、未焊透、未熔合等缺陷的出現，另一方面在柄殼焊縫形成前先在點焊成柄的加工環節進行控制，減少二次填焊補焊的成本浪費。

三、焊接設備以及焊接工藝的措施

陽江十八子全不銹鋼空心柄焊接是采取鎢極氬弧焊焊接工藝，在焊槍所夾持的鎢極與被焊工件之間通過電產生電弧，電弧空間通過惰性氣體使電弧在惰性氣體的氣氛中燃燒。氬弧焊的顯著特點是電弧燃燒穩定，能有效地隔絕周圍空氣，使熔池、填充焊絲不受氧化和氮化，因而能獲得高質量焊縫，且能進行全位置焊接。但鎢極所通過的電流密度受到限制，若通過電流密度太大，就會燒損鎢極，使焊縫金屬造成夾渣缺陷。為保障焊接的質量，可以做好以下一些措施：

（一）焊前提前調1.5-4.0s輸送保護氣，以驅趕管內的焊接區間空氣，并檢查設備冷卻水箱存水量，調節氬氣流量。

（二）焊后延遲5-15s停氣，以保證尚未冷卻的鎢極和熔池能在保護氣氛下冷卻下來；

（三）要根據焊接加工件的厚度，接頭形式、焊接位置等因素來選用焊接電流，除此還要考慮鎢極所承受電流的能力。焊接電流過大，容易產生燒穿或使焊縫下陷和咬邊等缺陷，嚴重時還會引起鎢極燒損或產生夾鎢等缺陷。焊接電流過小，電弧燃燒不穩定，會造成未焊透等缺陷。

（四）根據焊接過程中電弧的長度設定合理的電弧電壓。電弧拉長，電弧電壓增大，熔寬增寬，熔深變淺。當電弧電壓過高，會導致焊接電弧不穩，易產生未焊透，未熔合和熔池保護不佳等缺陷。

（五）充分做好氣體保護效果，氬氣純度愈高，保護效果愈好；氬氣保護不足會造成焊接起弧太長，須調整焊接電流或氣體流量至適當位置，以保證焊縫無氣孔。氬氣雜質太多也會引起氣孔，須更換氣體。

（六）選擇合適的內徑的噴嘴，并注意噴嘴的內壁保養維護；

（七）注意鎢極的保護與伸出長度。鎢極端頭愈尖愈燒損。燒損后將導致電弧電壓增高，直接影響熔池保護效果，也會使焊縫氧化甚至產生焊縫寬度不均勻的缺陷。鎢極伸出長度為5-12mm比較理想，可以使噴嘴與焊件相對距離靠近，氣體保護效果好。

四、建立生產過程的工藝制度和質量控制措施，提高不銹鋼雉形空心柄焊接質量

要想提高不銹鋼雉形空心柄焊接質量，不能僅從改善焊接設備、調整焊接工藝入手，我們必須選擇優秀焊接性能的原材料、符合各個加工條件標準、從經濟性原則出發確定原材料采購的標準、建立生產過程各環節的工藝制度，從原材料投料生產前就要加以控制。

（一）建立嚴謹的原材料進檢制度。原材料進倉前必須對供應商廠家提供的原材料進行化學成份的檢測、各項力學性能指標需達到標準的要求。并有定時定期對坯件的檢查制度，確保原材料在生產過程有相對穩定的一致性。

（二）生產工人在生產過程中要有識別坯件異常的能力和反饋制度的控制。各生產工序要有明確的標準要求及測量方法，對成型坯殼要制造一些較簡單直觀的量規量具，能有及時發現和解決質量偏差的制度制約，提高自檢、互檢、專檢的能力，將各種質量異常問題控制在工序內，避免焊縫形成前出現各種達不到焊接加工條件的不合格品。

（三）繼續加大焊接前焊接加工件的修磨平整工作，通過改良設備，滿足全不銹鋼雉型空心柄自動平整修邊的要求，提高焊接加工件的一致性，改善修邊平整效率和提高焊接質量；

（四）對現在的焊接設備進行仔細觀測，找出不同設備焊接后出現不同質量問題的原因，持續對現有焊接設備進行改善，對設備的焊槍、焊機、壓緊裝置，焊條，焊速、熔點大小及溫度等進行對比，以便掌握更優秀的焊接設備工藝裝置，全面提高不銹鋼的焊接技術，提升產品質量，為企業創造效益。

參考文獻

中國科學技術出版社《不銹鋼實用手冊》

機械工業出版社《不銹鋼焊接》