目前，不銹鋼焊管采用的焊接技術主要有：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。為了提高焊接質量、焊接效率和降低焊接成本，更新的焊接技術將會被廣泛采用。現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用技術介紹如下。

一、活性化焊接（A-TIG焊）

  現代生產對焊接技術提出了更高的要求，高質量、高效率和低成本已成為衡量一種焊接工藝是否優良的標志。自從20世紀40年代出現了鎢極惰性氣體保護焊（TIG)以來，由于其具有一系列的優點（保護效果好、焊接過程穩定、焊接范圍廣、焊接質量好），因而獲得了廣泛的應用。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，一般不能采用單道焊，只得采用多道焊，這會使焊接質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60年代發明了活性焊劑TIG焊（Activate flux;簡稱為A-TIG焊）。這種方法很好地克服了普通TIG焊方法熔深淺，對材料成分敏感等缺點。

  A-TIG焊的實質是焊前在待焊區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烈收縮，電弧能量密度顯著增加（達到甚至超過等離子焊接電弧能量），電弧力增大，其結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，活性焊劑能使熔深增加2-3倍，焊接時間減少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 焊焊接技術在國外已經進行了廣泛的研究，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，以及德國、巴西和法國等大學和科研機構，針對不銹鋼、鎳基合金、銅鎳合金、碳鋼、超級雙相鋼和鈦合金等進行了研究，并已在許多產品上應用。

 活性焊劑的配是A-TIG焊的關鍵技術，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TIG焊相比，A-TIG焊具有以下優點：

  1. 可消除或減少因金屬冶煉時微量元素含量、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，焊接時無需填絲，據統計，采用A-TIG焊工藝可以節省焊材及勞動力60%~90%,提高焊接效率1~7倍，大大降低生產成本，顯著地提高經濟效益。對于厚板對接，可實現單面焊雙面成型焊接。

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

  5. 修補不同缺陷（氣孔、裂紋等）時，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，焊縫及熱影響區較TIG焊時窄50%以上，因而焊接變形小。

  7. 對于厚度小于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點。

  與傳統焊條電弧焊、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焊具有質量可靠、生產效率高的優點；與先進的激光焊、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，價格便宜，而且無需昂貴的焊接設備，使得A-TIG焊又具有成本低廉及經濟性好的優點，因此具有良好的經濟效益和廣泛的應用前景。采用普通相對廉價（與等離子焊設備比較）的TIG焊設備，再配以活性焊劑進行焊接，其焊接質量完全可以與等離子焊相媲美，且生產工藝穩定，易操作，而生產成本卻相對較低；若等離子弧焊機再配以活性焊劑進行焊接，其焊接熔深則可進一步增加。

  A-TIG焊技術的主要特點在于：通過在TIG焊過程中引人活性焊劑，在電弧高溫熱和電弧力的作用下，活性焊劑參與到電弧和熔池的物理、化學反應中，導致電弧電流密度的增大，由弧發生收縮，從而使焊縫熔深增加。因此，A-TIG焊過程中最明顯的特點就是電弧收縮，導致熔深增加現象的出現。不銹鋼（1Cr18Ni9Ti)TIG與A-TIG焊縫金相圖比較見圖5-60。

 目前，關于活性焊劑作用原理的研究主要集中在兩個方面：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。由于焊接過程復雜的物理、化學作用，添加活性焊劑以后使得這一過程變得更加復雜，因此到目前為止，關于活性焊劑的作用及原理還沒有形成一個統一的結論。

二、熔化極等離子弧焊接技術

  熔化極等離子弧焊接工藝早在20世紀70年代就被提出，但由于受到當時焊接電源技術的限制沒有發展起來。這一問題直到20世紀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用工作。實質上，這種焊接工藝就是熔化極氣體保護焊和等離子弧焊的組合，它綜合了熔化極氣體保護焊和等離子弧焊的優點。

 熔化極等離子弧焊的優點是：由于焊絲受到等離子弧的預熱，熔化功率大；熔化功率和工件上的熱輸人可以單獨調節；因為熔化極焊絲可以直流反接，達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，焊接速度可達到3000mm/min,是常規焊接工藝的10倍，與激光焊速度相當，而且焊縫質量好，變形小）。

 熔化極等離子弧焊當然也適合于不銹鋼的焊接。在焊接薄板時，采用熔化極等離子弧焊技術，可以實現高速焊；對于厚板焊接，其熔敷效率高，參數范圍廣，焊接過程穩定。由于等離子弧對接頭區的充分清理作用，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）在進入熔池前，受到等離子弧的預熱，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。當通過焊絲電流小于某一臨界值時，為大滴過渡，這時飛濺很小；大于臨界值時成為旋轉射流過渡。由于在熔化極電弧之外，包圍著一個壓縮的等離子弧，從而使熔滴過渡平穩，飛濺很少。并且等離子弧對焊件有陰極清理作用，使焊縫質量提高，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關鍵為焊槍的設計和制作，以及焊接電源的匹配及控制。一般情況下，焊接時采用熔滴過渡形式，堆焊時用射流過渡形式。

 熔化極等離子弧焊的焊接規范與熔敷速度見表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，這正是其優勢和特點所在。

三、不銹鋼細絲藥芯焊絲氣體保護焊

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

  目前，藥芯焊絲氣體保護焊焊接不銹鋼，通常采用手工操作的半自動焊接方法，根據實際情況，也可采用自動焊焊接方法。保護氣體一般采用CO2氣體，有時也采用CO2中添加少量的Ar氣的混合氣體，焊接設備與普通實芯焊絲CO₂焊相同。

  藥芯焊絲氣體保護焊的焊接參數主要有焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長度和保護氣體流量。當其他條件不變的情況下，焊接電流與送絲速度成正比。上述任何一個參數的變化都影響到焊接工藝性能，藥芯絲焊的生產廠家一般會提供合適參數供用戶參考。不銹鋼藥芯焊絲的出現，由于可使用100%CO2做保護氣體進行焊接，并能獲得超低碳焊縫，使不銹鋼焊接在高效率、低成本、自動化焊接技術上上了一個新的臺階。細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比，有如下優點：

1. 生產效率高

  不銹鋼電阻大，導熱系數小，產生的電阻熱大，熱量不易散失，這是眾所周知的。采用細直徑不銹鋼藥芯焊絲后，可實現連續的自動化生產；與實芯焊絲相比，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便，降低了對工人焊接技術的要求，從而縮短了工時，提高了生產效率。

2. 焊接工藝性能好

 由于不銹鋼主要用于耐蝕場合與裝飾場合，都需要焊件表面光潔，無飛濺，任何飛濺都會影響其耐蝕性及美觀性，因此焊接工藝性能好，對于不銹鋼焊接是至關重要的。不銹鋼藥芯焊絲的藥芯中可加入適量的穩弧劑及細化熔滴物質，使得電弧燃燒穩定，熔滴細化，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焊縫金屬的保護作用，而且起到襯托熔池的作用，可實現全位置焊接，同時還對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范圍寬。

 3. 焊接質量好

  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，這是不銹鋼焊縫金屬具有良好抗腐蝕性的重要保證。細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。對于奧氏體不銹鋼藥芯焊絲，通過藥芯成分的調整，可控制焊縫組織中的鐵素體含量，從而提高力學性能、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，凈化焊縫，因此可使焊縫金屬的力學性能，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格高于實芯焊絲，但在焊接的綜合總成本構成中（人工＋設備＋材料＋動力費），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°),這不僅節省了熔化金屬，同時也節能，還提高了工效。經計算，對于平焊綜合成本來說，不銹鋼藥芯焊絲與實芯焊絲之比為1/1.2,可見對降低成本的作用是可觀的。

因此，在不銹鋼焊管生產中，采用細直徑不銹鋼藥芯焊絲進行焊接，也是不銹鋼焊管焊接的發展方向之一。藥芯焊絲氣體保護焊和其他焊接方法的比較貝表5-15。

四、磁控電弧焊接

  磁控電弧焊是依據電磁原理，在電弧外部加以人工磁場，在磁場作用下，會使整個電弧發生形狀和相對焊縫位置的變化，從而到達控制電弧的目的。通過對電弧形狀和相對焊縫位置的控制，可以實現提高焊縫質量和焊接生產效率的目的。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或半自動焊的焊槍上，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，可準確和穩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，通過磁控制器的調節控制，焊縫的質量和焊接的生產效率就會立即得到改進和提高。

采用磁控電弧焊可以實現以下目的：

  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，不需其他昂貴的機器設備和復雜的連接，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)上即可達到控制電弧的目的。磁控對電弧在焊縫上的作用及影響見圖5-69。

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

 1. 由電弧漂移引起的焊偏所產生的未熔透；

 2. 電弧不集中引起的焊縫下陷和反面咬邊；

 3. 對接焊中焊縫過渡突變形成的咬邊；

 4. 焊縫熔化時產生的氣體所引起的典型氣孔等。