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[摘 要]TCS不锈钢是一种价格低廉、耐大气腐蚀及磨损性能优良、强度与塑性可与常用耐候钢媲美的经济型不锈钢，该钢种具有良好的综合性能，具有高纯、细晶粒以及微合金强化等特性。其焊接工艺性良好。但如果在焊接过程中焊接操作方法不当，焊接质量就难以控制，形成质量上的缺陷。文中分析了TCS不锈钢焊接操作方法与焊缝质量的关系。
[关键词]起焊；运枪；接头收尾；操作方法；焊缝质量
中图分类号：TG441.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0285-01
前言：TCS铁素体不锈钢作为铁路车辆用钢，国外早已经采用，我国在近年也已经研制和生产了此类的不锈钢并应用在铁路货车生产与制造当中。目前在我公司生产的C80B不锈钢敞车已经大量采用了此类钢种，并已形成了批量生产。与其它铁素体钢不同，TCS不锈钢由于含有少量的镍，高温下部分铁素体转变为奥氏体，根据冷却速度的不同，这种奥氏体在冷却中可以转变为晶粒非常细的铁素体，也可以形成板条马氏体。这种板条马氏体不同于常规条件下形成的马氏体。因此在焊接过程当中要尽量控制焊接规范的大小，尽量使焊缝组织形成双相组织，可有效抑制热影响区中铁素体晶粒长大的趋势。
1 TCS铁素体不锈钢概述
1.1 TCS铁素体不锈钢是国内近年来开发的适用于铁路车辆用新型钢种。其具有良好的综合性能，具有高纯、细晶粒及微合金强化等特性。它的化学成分显著特点是气体及杂质元素含量得到有效控制，一般C+N≤0.020﹪，O、N均控制在很低的水平，为得到合理的组织加入一定量的Ti、Nb等微量元素。
1.2 TCS鐵素体不锈钢耐大气腐蚀性能是未涂层耐候钢的百倍，在大气腐蚀环境下，它的耐蚀性能比低合金耐候钢高几个等级。实验结果表明，大气腐蚀速度每年只有0.0001-0.0002毫米。雨水冲蚀能力也远远优于碳素钢。
1.3 TCS铁素体不锈钢通过阻止腐蚀作用，在湿煤的滑动磨损情况下具有极好的耐磨性能；煤对TCS钢主要作用是磨光而不是磨损。
1.4 铁素体不锈钢的焊材，一般情况下是不选同材质焊材的，因为，为防止焊接裂纹的产生及改善焊缝韧性，需要预热和后热等措施，工艺较为复杂。现较为普遍的是选择奥氏体焊材，简化了工艺，更有利于焊接接头韧性的改善。
2 操作注意事项
2.1 焊前采用不锈钢丝刷或专用砂轮仔细清除待焊区域内的油污、底漆、锈蚀等污物。
2.2 每次起焊前将焊丝端部球状部分剪去，提高引弧成功率。
2.3 不锈钢多层焊时，严格控制层间温度，温度应不高于100℃。
2.4 严格控制热输入。不锈钢焊接对热输入要求严格，热输入过高会严重降低热影响区的综合性能，容易产生热裂纹、晶间腐蚀等问题。因此，应采用合理的热输入焊接。对接接头使用的最大热输入为0.7KJ/mm，角接接头使用的最大热输入为0.8KJ/mm。因此，在保证焊缝熔合质量、成形良好的前提下，尽可能提高焊接速度。
2.5 选择正确的焊接规范。焊接不锈钢时，焊接电流应比焊接碳钢约低10～20%。
2.6 不锈钢与不锈钢焊接采用E308L-G或E309L-G焊丝，不锈钢与耐候钢焊接采用E309L-G焊丝。不锈钢与不锈钢、耐候钢焊条电弧焊采用E309L-16焊条。
3 操作方法对焊缝质量的影响
3.1 起焊
引弧前焊丝端部与工件保持2～3mm的距离，起焊处焊枪与焊道之间保持90°。在距起焊点10mm处的焊道上引燃电弧，然后将电弧引至起焊点，压低电弧形成熔池，稳弧后进入焊接过程
3.1.1 由于焊前不锈钢处于室温状态，温度较低，起焊时熔池温度上升较慢，此时熔深较浅。在大量的试件压断试验后，可见起焊处普遍产生未熔合、未焊透现象。而采用起焊处焊枪垂直保持90°可使电弧垂直作用在焊道上，使电弧力增加，电弧潜入工件的深度增大，有利于热量向熔深方向传导，使焊缝起焊处熔深增加，熔化金属与母材熔合良好，避免了未熔合、未焊透等缺陷的产生。
3.1.2 在起焊点前10mm的焊道上引燃电弧，电弧在引弧点拉至起焊点的过程中对起焊部位起到了预热作用。引弧时如果产生了一些小气孔，在起焊后电弧重新焊到此处时，高温熔池和熔化金属又可以将小气孔重新熔化，使气体逸出，保证了起焊处的焊缝内部质量。
3.1.3 平角焊操作时，焊枪与水平板夹角40～42°，有助于电弧将熔化金属吹向垂直板，防止垂直板焊趾处产生咬肉缺陷。
3.2 运枪
进入焊接过程后，焊枪倾角调整至15°～25°。尽量不做横向和前后摆动，采用较短的电弧长度，沿焊接方向直线匀速快速移动，焊接速度300～400㎜∕min。熔池形状控制为椭圆形。防止出现熔化金属超前于电弧，形成假焊。
3.2.1 进入焊接过程后，熔池温度逐渐升高，热输入量增大，焊缝及熔合区容易出现过热现象。试件背面可见焊道处明显的深蓝色焊缝过热区域。熔池在450℃～850℃停留，易造成不锈钢晶间腐蚀。因此，将焊枪倾角调整至15°～25°，可使电弧力减弱，减小热输入。焊缝愈宽，焊脚愈大，热输入则愈高，因此通过快速直线移动，获得窄道焊缝来控制线能量，减小热输入。
3.2.2 不锈钢焊接操作中注意电弧带动熔化金属移动，如果出现熔化金属超过电弧的情况，电弧就不能直接作用到母材上，母材的熔深就会减小，容易出现未熔合和假焊的缺陷。并采用短弧焊接，防止空气中的有害气体侵入熔池形成气孔。
3.2.3 当熔池形状控制为椭圆形的时候，熔池温度适中，焊缝成形波纹细腻光亮，成型良好。如果熔池形状出现尖角状，说明焊接规范过大，熔池温度过高，热输入过大，焊缝过热，焊缝表面氧化严重，外观颜色发黑，成型不良。
3.3 接头
在焊缝前方距弧坑10mm处引燃电弧，然后将电弧快速引至弧坑中心，压低电弧，待熔化金属与弧坑上边缘熔合后，沿焊接方向进入正常施焊。
3.3.1 接头操作时，要在焊缝前方的焊道上引燃电弧，这样引弧过程中产生的熔滴就会被重新熔化熔入焊缝金属中去，避免了电弧擦伤母材表面形成缺陷。
3.3.2 弧坑处的金属已经冷却凝固，在弧坑前10mm处引燃电弧，可起到预热接头部位，增加接头处温度，促进接头金属熔合，防止接头假焊的作用。
3.3.3 电弧从引弧点移至弧坑中心，不要立即移去，要看到熔化金属与原焊缝的弧坑上边缘熔合后，再移走电弧，这样接头处焊波平整，接合良好，不会出现接头脱节的现象。
3.4 收尾
焊机控制面板收弧键设置为“无”的情况下，焊枪移动至收尾处时，将焊枪角度调整至90°。在弧坑处反复熄弧、引弧1～2次，将弧坑填满。停弧后，使焊枪在收弧处停留3～4秒后移去。
3.4.1 焊枪在运枪过程中使用15°～25°的焊枪倾角，若此时直接在收尾处停弧，会使弧坑形成一个长椭圆形，不容易将弧坑填满，给收尾处造成脱节缺陷，而将焊枪倾角调整至90°后再停弧，弧坑会减小成相对面积较小的圆形，容易填满弧坑。
3.4.2 不锈钢焊缝收尾如果采用耐候钢的划圈收尾法和回焊收尾法会造成收尾尺寸超差或弧坑处熔池过热，降低该处的抗腐蚀能力，因此，在停弧后，熔池逐渐减小但未完全凝固前，反复熄弧、引弧1～2次，即可在保证不锈钢焊接质量优良的情况下，圆满收尾。
结束语
不锈钢焊接工艺特殊，焊接操作不当容易出现热裂纹、晶间腐蚀、合金元素烧损、焊接应力和变形较大等问题。在操作过程中应摆脱耐候钢焊接经验的束缚，掌握不锈钢与不锈钢及其与异种钢的焊接技能。针对不锈钢与不锈钢及其与异种钢特殊的焊接工艺性能，采取相应的操作方法与之配合，可减少焊接缺陷的产生，使焊缝内外部质量良好。
[关键词]起焊；运枪；接头收尾；操作方法；焊缝质量
中图分类号：TG441.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0285-01
前言：TCS铁素体不锈钢作为铁路车辆用钢，国外早已经采用，我国在近年也已经研制和生产了此类的不锈钢并应用在铁路货车生产与制造当中。目前在我公司生产的C80B不锈钢敞车已经大量采用了此类钢种，并已形成了批量生产。与其它铁素体钢不同，TCS不锈钢由于含有少量的镍，高温下部分铁素体转变为奥氏体，根据冷却速度的不同，这种奥氏体在冷却中可以转变为晶粒非常细的铁素体，也可以形成板条马氏体。这种板条马氏体不同于常规条件下形成的马氏体。因此在焊接过程当中要尽量控制焊接规范的大小，尽量使焊缝组织形成双相组织，可有效抑制热影响区中铁素体晶粒长大的趋势。
1 TCS铁素体不锈钢概述
1.1 TCS铁素体不锈钢是国内近年来开发的适用于铁路车辆用新型钢种。其具有良好的综合性能，具有高纯、细晶粒及微合金强化等特性。它的化学成分显著特点是气体及杂质元素含量得到有效控制，一般C+N≤0.020﹪，O、N均控制在很低的水平，为得到合理的组织加入一定量的Ti、Nb等微量元素。
1.2 TCS鐵素体不锈钢耐大气腐蚀性能是未涂层耐候钢的百倍，在大气腐蚀环境下，它的耐蚀性能比低合金耐候钢高几个等级。实验结果表明，大气腐蚀速度每年只有0.0001-0.0002毫米。雨水冲蚀能力也远远优于碳素钢。
1.3 TCS铁素体不锈钢通过阻止腐蚀作用，在湿煤的滑动磨损情况下具有极好的耐磨性能；煤对TCS钢主要作用是磨光而不是磨损。
1.4 铁素体不锈钢的焊材，一般情况下是不选同材质焊材的，因为，为防止焊接裂纹的产生及改善焊缝韧性，需要预热和后热等措施，工艺较为复杂。现较为普遍的是选择奥氏体焊材，简化了工艺，更有利于焊接接头韧性的改善。
2 操作注意事项
2.1 焊前采用不锈钢丝刷或专用砂轮仔细清除待焊区域内的油污、底漆、锈蚀等污物。
2.2 每次起焊前将焊丝端部球状部分剪去，提高引弧成功率。
2.3 不锈钢多层焊时，严格控制层间温度，温度应不高于100℃。
2.4 严格控制热输入。不锈钢焊接对热输入要求严格，热输入过高会严重降低热影响区的综合性能，容易产生热裂纹、晶间腐蚀等问题。因此，应采用合理的热输入焊接。对接接头使用的最大热输入为0.7KJ/mm，角接接头使用的最大热输入为0.8KJ/mm。因此，在保证焊缝熔合质量、成形良好的前提下，尽可能提高焊接速度。
2.5 选择正确的焊接规范。焊接不锈钢时，焊接电流应比焊接碳钢约低10～20%。
2.6 不锈钢与不锈钢焊接采用E308L-G或E309L-G焊丝，不锈钢与耐候钢焊接采用E309L-G焊丝。不锈钢与不锈钢、耐候钢焊条电弧焊采用E309L-16焊条。
3 操作方法对焊缝质量的影响
3.1 起焊
引弧前焊丝端部与工件保持2～3mm的距离，起焊处焊枪与焊道之间保持90°。在距起焊点10mm处的焊道上引燃电弧，然后将电弧引至起焊点，压低电弧形成熔池，稳弧后进入焊接过程
3.1.1 由于焊前不锈钢处于室温状态，温度较低，起焊时熔池温度上升较慢，此时熔深较浅。在大量的试件压断试验后，可见起焊处普遍产生未熔合、未焊透现象。而采用起焊处焊枪垂直保持90°可使电弧垂直作用在焊道上，使电弧力增加，电弧潜入工件的深度增大，有利于热量向熔深方向传导，使焊缝起焊处熔深增加，熔化金属与母材熔合良好，避免了未熔合、未焊透等缺陷的产生。
3.1.2 在起焊点前10mm的焊道上引燃电弧，电弧在引弧点拉至起焊点的过程中对起焊部位起到了预热作用。引弧时如果产生了一些小气孔，在起焊后电弧重新焊到此处时，高温熔池和熔化金属又可以将小气孔重新熔化，使气体逸出，保证了起焊处的焊缝内部质量。
3.1.3 平角焊操作时，焊枪与水平板夹角40～42°，有助于电弧将熔化金属吹向垂直板，防止垂直板焊趾处产生咬肉缺陷。
3.2 运枪
进入焊接过程后，焊枪倾角调整至15°～25°。尽量不做横向和前后摆动，采用较短的电弧长度，沿焊接方向直线匀速快速移动，焊接速度300～400㎜∕min。熔池形状控制为椭圆形。防止出现熔化金属超前于电弧，形成假焊。
3.2.1 进入焊接过程后，熔池温度逐渐升高，热输入量增大，焊缝及熔合区容易出现过热现象。试件背面可见焊道处明显的深蓝色焊缝过热区域。熔池在450℃～850℃停留，易造成不锈钢晶间腐蚀。因此，将焊枪倾角调整至15°～25°，可使电弧力减弱，减小热输入。焊缝愈宽，焊脚愈大，热输入则愈高，因此通过快速直线移动，获得窄道焊缝来控制线能量，减小热输入。
3.2.2 不锈钢焊接操作中注意电弧带动熔化金属移动，如果出现熔化金属超过电弧的情况，电弧就不能直接作用到母材上，母材的熔深就会减小，容易出现未熔合和假焊的缺陷。并采用短弧焊接，防止空气中的有害气体侵入熔池形成气孔。
3.2.3 当熔池形状控制为椭圆形的时候，熔池温度适中，焊缝成形波纹细腻光亮，成型良好。如果熔池形状出现尖角状，说明焊接规范过大，熔池温度过高，热输入过大，焊缝过热，焊缝表面氧化严重，外观颜色发黑，成型不良。
3.3 接头
在焊缝前方距弧坑10mm处引燃电弧，然后将电弧快速引至弧坑中心，压低电弧，待熔化金属与弧坑上边缘熔合后，沿焊接方向进入正常施焊。
3.3.1 接头操作时，要在焊缝前方的焊道上引燃电弧，这样引弧过程中产生的熔滴就会被重新熔化熔入焊缝金属中去，避免了电弧擦伤母材表面形成缺陷。
3.3.2 弧坑处的金属已经冷却凝固，在弧坑前10mm处引燃电弧，可起到预热接头部位，增加接头处温度，促进接头金属熔合，防止接头假焊的作用。
3.3.3 电弧从引弧点移至弧坑中心，不要立即移去，要看到熔化金属与原焊缝的弧坑上边缘熔合后，再移走电弧，这样接头处焊波平整，接合良好，不会出现接头脱节的现象。
3.4 收尾
焊机控制面板收弧键设置为“无”的情况下，焊枪移动至收尾处时，将焊枪角度调整至90°。在弧坑处反复熄弧、引弧1～2次，将弧坑填满。停弧后，使焊枪在收弧处停留3～4秒后移去。
3.4.1 焊枪在运枪过程中使用15°～25°的焊枪倾角，若此时直接在收尾处停弧，会使弧坑形成一个长椭圆形，不容易将弧坑填满，给收尾处造成脱节缺陷，而将焊枪倾角调整至90°后再停弧，弧坑会减小成相对面积较小的圆形，容易填满弧坑。
3.4.2 不锈钢焊缝收尾如果采用耐候钢的划圈收尾法和回焊收尾法会造成收尾尺寸超差或弧坑处熔池过热，降低该处的抗腐蚀能力，因此，在停弧后，熔池逐渐减小但未完全凝固前，反复熄弧、引弧1～2次，即可在保证不锈钢焊接质量优良的情况下，圆满收尾。
结束语
不锈钢焊接工艺特殊，焊接操作不当容易出现热裂纹、晶间腐蚀、合金元素烧损、焊接应力和变形较大等问题。在操作过程中应摆脱耐候钢焊接经验的束缚，掌握不锈钢与不锈钢及其与异种钢的焊接技能。针对不锈钢与不锈钢及其与异种钢特殊的焊接工艺性能，采取相应的操作方法与之配合，可减少焊接缺陷的产生，使焊缝内外部质量良好。