手工钨极氩弧焊摇摆焊操作法探析

(庆阳职业技术学院，甘肃 庆阳 745000)

0 前言

手工钨极氩弧焊摇摆焊法是把焊枪瓷嘴直接压在焊缝坡口内侧(或已焊好的层间焊缝表面)，利用手腕以较大幅度摇摆焊枪枪柄，使瓷嘴在坡口两侧或已焊好的层间焊缝上作小范围月牙形或锯齿形滚摆，利用移动的电弧热熔化添入的焊丝形成焊缝来实现焊接过程的一种操作方法[1]。其焊缝成形美观，焊缝背面及表面成形良好，焊接质量稳定。

手工钨极氩弧焊摇摆焊法是近几年来在中国兴起的一种焊接方法。根据有关资料显示，大亚湾核电工程在大量的工艺管道和不锈钢容器的焊接施工中广泛采用了钨极氩弧焊摇摆焊接操作工艺方法，不仅表面成形质量大有提高，并且焊缝合格率达到90 %～95 %。从大亚湾核电工程开始，摇摆焊接操作方法逐步在石油、化工、航天等领域的焊接中推广应用[2-3]。

1 手工钨极氩弧焊摇摆焊操作介绍

手工钨极氩弧焊摇摆焊具体操作方法是将焊枪枪嘴靠在坡口内侧或已焊好的层间焊缝上，轻握氩弧焊枪，并以坡口内侧或已焊好的层间焊缝为支撑，引燃电弧后作短暂停留，利用手腕的灵活性进行月牙形或锯齿字形规律性摇摆，使焊枪枪嘴在坡口内或已焊好的层间焊缝上作扇形滚摆来实现钨极端部往复摆动，产生的电弧热量使焊丝熔化成熔滴与母材相连，形成稳定的熔池。摇摆焊操作手势如图1所示。

图1 摇摆焊操作手势

在摇摆焊过程中，焊枪枪柄部分以枪嘴为轴线由低到高，再由高到低的转动过程中，产生一个向前推移枪体的扭力，迫使瓷嘴作规律的横向滚动和纵向位移两个方向的运动，带动钨极同步摆动，实现焊枪沿焊接方向向前移动。操作者摇转枪柄的运动轨迹是一个与焊缝平面成一定角度、封闭的扇形曲面，锯齿摆动的扇形曲面相对于月牙形摆动平直一点，曲面半径相对于月牙形大一些。

焊枪瓷嘴边缘与母材或已焊好的层间焊缝表面为点接触，其触点连续所滚过的弧长与钨极端部月牙或锯齿运动轨迹长度相仿。也就是说，钨极端部和瓷嘴下边缘对应的触点作同步运动，瓷嘴上的每一个触点相当于钨极端部摆动轨迹上的相应一点。钨极、瓷嘴运行轨迹，如图2所示。

图2 钨极、瓷嘴运行轨迹

从图2可以看出，瓷嘴上的A点、B点与钨极在焊缝上的A′点、B′点相对应。焊枪的摇摆带动瓷嘴小幅度往复摆滚达到对焊接熔池温度有效地控制，其熔池温度最高点位作横向规律性的改变，并在纵向不断向前位移。从而使焊丝在送入熔池时，其末端伸入融化区，有效地避开了高温电弧区，不会破坏电弧的燃烧稳定性，更不会造成熔池内部污染。熔池、瓷嘴摆动及填丝位置如图3所示。

摇摆焊操作时手臂力量不宜过大，如果摆幅摇摆节奏(焊枪摆动节奏一般是两边稍慢，中间稍快)、摇摆前进的频率和步距一定，匹配合适的焊接参数以及规律性的填丝，可以很好地控制热输入量，从而得到外观整齐均匀的鱼鳞纹焊波。值得注意的是，摇摆不是直接用钨极端部在母材上画圆弧或者直接进行左右摆动，而是人为控制焊枪摇摆使瓷嘴下沿在母材上作月牙形或者锯齿形轨迹的滚摆运动。瓷嘴背面与母材触点如图4所示。

图3 熔池、瓷嘴摆动及填丝位置

图4 瓷嘴背面与母材接触点

在焊接过程中，如果摆弧不稳定或纵向步距太大或者摆动频率过快，会造成焊接纹路粗大、不均匀，焊缝外观不平滑等问题。经验证明，焊接过程中摆弧越稳定，步距越小，焊缝外观纹路越小。焊缝外观纹路的美观程度一般与操作者操作熟练程度有关，要求焊工在焊接过程中及时观察和掌握焊缝的形成状况，以便及时调整手工送丝速度、焊枪左右摇摆的幅度频次，使焊丝均匀熔化在焊接位置，达到焊缝成形良好的目的。

2 手工钨极氩弧焊摇摆焊与常规焊法比较

2.1 操作控制

手工钨极氩弧焊摇摆焊是利用手腕力量使焊枪一定幅度的摇摆，带动瓷嘴与坡口两侧或已焊好的层间焊缝表面作稳定的规律性滚摆运动，并利用电弧热熔化填入的焊丝来实现熔池纵向不断位移的焊接操作方法。手工钨极氩弧焊摇摆焊具有较好的规律性和稳定性，操作者在焊接时根据焊缝的宽窄、深浅、温度等选择适当的前移量、频率、速度、送丝方法，基本上都能焊出较平整的合格焊缝。而常规焊法的焊枪一般只作直线移动和横向摆动，操作者手臂摆动量较小，其弧长不易控制，动作精准性和稳定性差。

2.2 焊缝质量

手工钨极氩弧焊摇摆焊与常规焊法相比，其焊接电流较小，熔合区范围较大，焊接过程中热量分布均匀，熔池温度易控制，坡口两侧熔合性能好。在整个焊接过程中，焊枪运行比较平稳，规律性的摆动加大了氩气的保护范围，避免外界空气中其它介质的干扰，避免了常规焊法焊枪移动速度和氩气的保护效果匹配要求高、焊接操作过程中的不平稳填丝焊接不均匀、熔池温度控制不当出现焊缝外形尺寸超出要求，以及焊波脱节凸凹不平，成形不良或者未焊透和未熔合的缺欠。摇摆焊与常规焊法相比，其每层焊缝较薄，焊接速度较快，焊缝表面比较平滑，焊波均匀整齐，焊缝宽度一致，成形美观，质量稳定。

摇摆焊以瓷嘴支撑点使焊工劳动强度相对较小，焊工腕部不必承受焊枪的自重，避免了常规焊法由于操作者疲倦导致运枪不稳形成的焊缝焊波不均匀现象。

2.3 作业空间要求

摇摆焊法相对常规焊法，不足之处是对作业空间的要求较高，使用位置受到限制。在焊接操作过程中，由于手臂摇动幅度较大，操作相对较困难，所以只适应于焊接位置较为宽敞和无障碍焊接的场所。

2.4 施工相对成本

摇摆焊法焊接每层的厚度相对于常规焊法较薄，比常规焊法焊接层数多，装配间隙比较大，焊缝较宽，摆动具有一定的幅度,其用气量相对于常规的焊法较大一些,所以施工成本相对较高。

3 手工钨极氩弧焊摇摆焊操作注意事项

手工钨极氩弧焊摇摆焊接操作时，除了作好焊前准备工作外，还要注意以下几点：

(1)必须有效地控制好摇摆幅度(枪柄摇摆角度一般应在85°以内为宜)和频次、焊缝坡口两侧的停留时间以及送丝量(送丝速度)等焊接工艺参数。

(2)焊接过程中,应注意手抓焊枪的力度不要太大，控制好焊接时的手腕摆动的稳定性，减少身体摆幅。开始起焊时，焊丝与焊件成45°角慢慢前送，焊丝送进时要有规律性的摆动，运丝方法可根据坡口的大小选择，坡口角度较小时焊丝可放于接近熔池中间位置，坡口较大时可采用两侧点进送丝(要相当熟练，避免碰到钨极)。

(3)在焊接过程中要及时观察和掌握焊缝的成形情况，从而及时调整手工送丝速度和送丝量。避免瓷嘴打滑使电弧脱离熔池，电弧脱离熔池会造成焊缝成形不均匀，从而影响焊缝质量。避免因焊枪抖动烧损钨极，造成熔池夹钨等缺欠。

4 结束语

手工钨极氩弧焊摇摆焊操作规律性强，焊接速度较快，焊波均匀，焊缝成形美观，可广泛应用于石油、化工、航天等多个领域。焊接操作人员在操作过程中，要改变传统的运枪习惯，注意焊枪瓷嘴滚摆的频步和摆幅，选用合适的焊接参数，并配合正确的送丝手法，以保证焊缝成形良好，质量稳定。

[1] 余世宏．奥氏体不锈钢的摇摆焊接工艺研究[C]∥中国工程建设焊接协会第八届年会论文集.天津，2001：99．

[2] 胡红明．手工氩弧焊大摇摆操作工艺方法[J]．电焊机，2008，38(10)：37-39．

[3] 沈亚仁．厚壁管TIG根焊摇摆手法焊接技术[J]．焊管，2009，32(10)： 51-53.

[4] 杨立川．手工钨极氩弧焊大摇摆操作工艺在小口径镍基合金管焊接中的应用探讨[J]．城市建设理论研究,2014(5)：20-24.

[5] 刘玉英，李斌，杨宝峰．手工钨极氩弧焊的基本操作技术[C]．第四届石油工程焊接技术交流研讨会论文集.天津，2006：74-75．

[6] 黄声明．浅谈手工钨极氩弧焊操作的训练要点[J]．福建建材，2014(10)：85-87．

[7] 陈海军．建筑焊割工[M]．北京：中国建筑工业出版社，2010．