不锈钢焊接为什么要充氩保护:背面氧化的代价
焊缝背面发黑、焊后从内侧开始锈,多数是背面没保护好。这篇讲清背面氧化的机理、充氩的流量与时机、五种背面保护做法和现场怎么判断保护到位。
一根不锈钢管焊完,外面看着银亮,切开一看内壁发黑。这层黑是氧化铬,它的耐蚀性远不如正常钝化膜,介质一泡就从里面开始锈。问题不在焊工手上有多少功夫,而在背面有没有氩气。
背面为什么会氧化
焊接时熔池温度超过 1500℃,背面温度也能到 800℃ 以上。这个温度下铬和氧的结合力极强,空气中的氧一接触,就生成一层厚厚的氧化皮,颜色从金黄到蓝紫再到黑色,温度越高越黑。
氧化的不只是表面。铬被消耗掉之后,晶界附近的铬含量下降,形成贫铬层。这层的耐蚀性大幅下降,在含氯介质里几个月就出锈点。
更麻烦的是,氧化皮和母材的结合很差,会剥落,剥落后形成缝隙,缝隙腐蚀接着来。所以背面氧化不是外观问题,是寿命问题。
氩气流量给多少
背面保护靠的是把空气排出去,不是靠"充气"。流量太小排不干净,太大造成紊流反而卷入空气。
经验值:管径 DN50 以下,6–10 L/min;DN50–DN150,10–15 L/min;大容器或长管路,15–20 L/min。焊前要预充 2–5 分钟,把腔体内的空气顶出去。
判断预充够不够有个土办法:在排气口放一张湿润的 pH 试纸,或者用一根点燃的火柴靠近排气口,火焰明显变亮说明氧含量降下来了。正规做法是用氧含量检测仪,出气口氧含量低于 50ppm 才算合格。
五种背面保护做法
充氩腔:把工件两端封住,腔内充氩。适合管材、小容器。封堵用耐高温的海绵或专用堵头,不能完全密封,要留排气口。
水溶纸:把水溶纸贴在焊缝背面,遇热释放保护气体,焊完用水冲掉。适合大容器和现场不好充气的位置。
背面保护剂:涂刷型,成本低,但保护效果不如充氩,只适合要求不高的部位。
拖罩:在焊枪后面加一个跟随的保护罩,边焊边吹氩。适合长直焊缝的自动焊。
氩弧焊背面自保护焊丝:焊丝里含脱氧元素,能在背面形成薄保护层。方便,但价格高,且不能用于高标准场合。
什么时候必须做背面保护
三条判据:一是接触腐蚀介质(食品、化工、海水);二是焊缝要求全焊透且要做酸洗钝化;三是单面焊双面成形的工艺。只要占一条,就必须做。
不重要的情况也要注意:装饰件、干环境、不承压的结构,背面轻微氧化可以接受,但至少要做到金黄色而不是黑色。
保护到位的三个表现
第一,焊缝背面呈银白色或淡金黄色,没有蓝紫色。第二,背面成形均匀,有细微的焊波。第三,焊后内侧不需要额外酸洗就能直接使用。
如果背面是蓝紫色,说明保护不足或者热输入过大;如果是黑色粉末状,基本等于没保护,需要重新处理或返工。
补救办法
已经氧化的焊缝,机械方法是用不锈钢专用刷加酸洗膏刷洗,直到露出金属本色。化学方法是用酸洗钝化膏,涂敷 20–30 分钟再冲洗。
但补救只能恢复表面,贫铬层是恢复不了的。重要部位出现大面积背面氧化,只能割掉重焊。
热输入与变形的关系见不锈钢焊接变形怎么控制,焊后为什么要酸洗在不锈钢酸洗钝化,薄板的背面保护参数可以参考0.8mm 薄板焊接。