不锈钢雉形空心柄焊接质量控制浅析

“不锈钢雉形空心柄”系列刀具是阳江十八子刀剪制品有限公司主打产品，主要产品型号是飞球菜刀（也称广州刀）P01、P02、P03等近10个空心柄系列品种，由于该产品刀柄采用“雉形”设计，刀柄端部与刀体焊接抛磨后，刀柄底部与端部形成圆雉体，使刀具在使用过程，能起到自然向前推动的省力效果。因空心柄与刀体焊接处形成自然顺弧，使该系列刀具即使长时间使用也不会产生疲劳感。该系列产品从1986年面市以来，广泛受到用户的青睐，其产量与销量逐年上升，目前该系列产品占总产销量的25%以上。

不锈钢雉形空心柄系列刀具的生产，阳江十八子虽然已有二十多年成熟的生产工艺，但对不锈钢空心柄在焊接工艺的质量控制方面仍出现很多不稳定的因素，尤其空心柄“烧穿”质量问题经常出现，导致二次填焊的现象频繁，既影响产品的一致性又影响生产效率，如何系统解决不锈钢雉形空心柄焊接“烧穿”问题是近年工厂在不锈钢焊接技术上的攻关课题。

一、原材料组织性能对焊接质量的影响

二、 

目前阳江十八子生产的空心柄材料是1Cr17（AISI430），板材厚度为1.0-1.2mm，这是一种中等铬含量的铁素体不锈钢，具有耐蚀性、满足刀柄的力学性能以及热导率高的特点，具备制作不锈钢刀具手柄所需要的耐腐蚀性、可成型性和可焊接性等条件的要求。

该种材料目前市场上的供应较为混乱，即使是太钢或宝钢冶炼的，也分多家改轧厂冷轧。冷轧工艺及轧后热处理都不一定符合标准材质的要求。同时在粤东地区渗入一些小厂生产的材料，材质的稳定性相当差，往往同一批次的原材料，在冲压、成型、焊接等各个加工环节都会出现不一致性的各种质量问题。

1Cr17钢材含碳量≤0.12%，含铬量16-18%，硅、锰含量分别是≤0.08%，硫、磷含量分别是0.03-0.035%。该材料由于低碳，加入0.5-0.8%的钛稳定化元素，此钢的组织结构为纯铁素体，钛不仅可以改善焊接热影响区的晶间腐蚀倾向，同时还可以稳定铁素体，防止出现马氏体组织，它的耐晶间腐蚀性，成型性和焊接性好，是做不锈钢空心柄的优秀材料

当钢中含碳量较高而铬含量较低时，此钢的组织结构除铁素体外还有一定量的珠光体或铁素体+碳化物。该钢材焊接时，焊接热影响区（HAZ）组织发生变化，即875℃以上，一部份组织转变成ν相，随后冷却过程中，这部份ν相转变成马氏体，此条状马氏体在晶界上多呈不连续状，马氏体相硬度随碳量增加而提高，通常维氏硬度达到250-300，同时由于高温热循环结晶晶粒粗大，这都成为HAZ的脆性、韧性降低的原因。

1Cr17在700-820℃空冷或缓冷的热处理制度下，其抗拉强度是365MPa，延伸强度是195 MPa，伸长率是22%，断面收缩率为零，硬度值是HB183（HV200）、塑性应变比是1.2，加工硬化指数（n值）是0.22。1Cr17钢材在成型加工过程中，其胀型性与加工硬化指数（n值）随着钢板的厚度变化而变化。当钢板的塑性应变比愈大，其深拉伸愈小。为获得较大的塑性应变比，只有采取合理的冶金工艺保证冷轧薄板有较大的织构系数，才能得到较大的塑性应变比和较小的各向异性。

1Cr17在冲压成型的拉伸加工过程中容易出现皱折和纵裂（二次加工性）的问题，皱折程度与钢的成分，钢铸造组织、热轧、退火工艺、冷轧工艺有关，该成型的缺陷不仅影响产品的外观也会影响焊接的质量，因此，不锈钢空心柄选用的Cr17钢板，应倾向皱折较小的板材，并保证材料有较高的塑性应变比。

二、焊前加工过程对焊接质量的影响

全不锈钢空心柄焊接前柄壳成型的一致性是决定焊接加工质量的关键。

上述原材料组织性能是影响柄壳成型的主要因素，另按选定的材料、检讨冲裁、成型模具的设计以及其最终成型时产品的几何形状是否达到设计要求，掌握材料的硬度对冲裁开料的影响，通过相对稳定的回弹来确定成形模具的设计，控制加工过程的变形量，这也是保证焊接质量的一种手段。

当钢材硬度低时，变形抗力越小，成型加工难度小，但却增加后步边缘平整的难度。钢材强度欠缺时，柄壳冲裁开料时边缘毛刺会越多，后续焊接时必须对待焊的加工件边缘进行较大加工量的平整。边缘平整的加工量又受毛刺大小的影响，导致成型平整后的柄壳难予达到设计的标准要求，尤其是雉形柄壳，柄尾部的直径与其端部的直径坡度从32mm-8mm，成型后柄壳的修边平整很难通过标准加工达到一致性。据有经验的氩弧焊操作工人反映，当两边柄壳点焊连接成雉形柄后，转至自动双枪氩弧焊焊接加工焊缝时，焊接烧穿的质量缺陷就会经常出现，工人发现点焊后的柄壳边仍时有0.3-0.5mm以上宽的缝隙特别容易烧穿，但不同批次材料的柄壳边即使有0.5mm宽的缝隙在焊接过程中却未见异常。

为防止熔化金属的流失和烧穿并促使焊缝的形成，在柄壳点焊前必须对待焊接的柄壳边缘进行平整，并对相同变形量大的柄壳进行匹配，确保对接接头待焊处之间间隙均匀一致，再点焊成柄，该控制措施一方面可以减少焊缝的烧穿、未焊透、未熔合等缺陷的出现，另一方面在柄壳焊缝形成前先在点焊成柄的加工环节进行控制，减少二次填焊补焊的成本浪费。

三、焊接设备以及焊接工艺的措施

阳江十八子全不锈钢空心柄焊接是采取钨极氩弧焊焊接工艺，在焊枪所夹持的钨极与被焊工件之间通过电产生电弧，电弧空间通过惰性气体使电弧在惰性气体的气氛中燃烧。氩弧焊的显著特点是电弧燃烧稳定，能有效地隔绝周围空气，使熔池、填充焊丝不受氧化和氮化，因而能获得高质量焊缝，且能进行全位置焊接。但钨极所通过的电流密度受到限制，若通过电流密度太大，就会烧损钨极，使焊缝金属造成夹渣缺陷。为保障焊接的质量，可以做好以下一些措施：

（一）焊前提前调1.5-4.0s输送保护气，以驱赶管内的焊接区间空气，并检查设备冷却水箱存水量，调节氩气流量。

（二）焊后延迟5-15s停气，以保证尚未冷却的钨极和熔池能在保护气氛下冷却下来；

（三）要根据焊接加工件的厚度，接头形式、焊接位置等因素来选用焊接电流，除此还要考虑钨极所承受电流的能力。焊接电流过大，容易产生烧穿或使焊缝下陷和咬边等缺陷，严重时还会引起钨极烧损或产生夹钨等缺陷。焊接电流过小，电弧燃烧不稳定，会造成未焊透等缺陷。

（四）根据焊接过程中电弧的长度设定合理的电弧电压。电弧拉长，电弧电压增大，熔宽增宽，熔深变浅。当电弧电压过高，会导致焊接电弧不稳，易产生未焊透，未熔合和熔池保护不佳等缺陷。

（五）充分做好气体保护效果，氩气纯度愈高，保护效果愈好；氩气保护不足会造成焊接起弧太长，须调整焊接电流或气体流量至适当位置，以保证焊缝无气孔。氩气杂质太多也会引起气孔，须更换气体。

（六）选择合适的内径的喷嘴，并注意喷嘴的内壁保养维护；

（七）注意钨极的保护与伸出长度。钨极端头愈尖愈烧损。烧损后将导致电弧电压增高，直接影响熔池保护效果，也会使焊缝氧化甚至产生焊缝宽度不均匀的缺陷。钨极伸出长度为5-12mm比较理想，可以使喷嘴与焊件相对距离靠近，气体保护效果好。

四、建立生产过程的工艺制度和质量控制措施，提高不锈钢雉形空心柄焊接质量

要想提高不锈钢雉形空心柄焊接质量，不能仅从改善焊接设备、调整焊接工艺入手，我们必须选择优秀焊接性能的原材料、符合各个加工条件标准、从经济性原则出发确定原材料采购的标准、建立生产过程各环节的工艺制度，从原材料投料生产前就要加以控制。

（一）建立严谨的原材料进检制度。原材料进仓前必须对供应商厂家提供的原材料进行化学成份的检测、各项力学性能指标需达到标准的要求。并有定时定期对坯件的检查制度，确保原材料在生产过程有相对稳定的一致性。

（二）生产工人在生产过程中要有识别坯件异常的能力和反馈制度的控制。各生产工序要有明确的标准要求及测量方法，对成型坯壳要制造一些较简单直观的量规量具，能有及时发现和解决质量偏差的制度制约，提高自检、互检、专检的能力，将各种质量异常问题控制在工序内，避免焊缝形成前出现各种达不到焊接加工条件的不合格品。

（三）继续加大焊接前焊接加工件的修磨平整工作，通过改良设备，满足全不锈钢雉型空心柄自动平整修边的要求，提高焊接加工件的一致性，改善修边平整效率和提高焊接质量；

（四）对现在的焊接设备进行仔细观测，找出不同设备焊接后出现不同质量问题的原因，持续对现有焊接设备进行改善，对设备的焊枪、焊机、压紧装置，焊条，焊速、熔点大小及温度等进行对比，以便掌握更优秀的焊接设备工艺装置，全面提高不锈钢的焊接技术，提升产品质量，为企业创造效益。

参考文献

中国科学技术出版社《不锈钢实用手册》

机械工业出版社《不锈钢焊接》