1 课题研究的背景与现实意义

从钢结构的发展规模来看，我国已经成为世界产钢大国。2005年中国生产钢已突破3亿吨，其中钢结构的产量高达1.4亿吨，能源、交通、冶金、机械、化工、电力、建筑及基础设施建设等领域的钢结构产业已成为国民经济建设的支柱。随着我国建筑业的快速发 展，建筑钢结构在国民经济发展中的作用也越来越重要^[1]。2005年全国建筑钢结构用钢量约1155万吨，比2002年的836万吨增长了38%。高层钢结构、空间钢结构、桥梁钢结构、轻钢钢结构、住宅钢结构和钢结构厂房等工业与民用建筑，在全国很多地方得到广泛运用。大跨度空间钢结构已在各种体育馆、展览中心、大剧院、候机楼、飞机库和一些工业厂房中应用。已建成的高层超高层钢结构建筑有60多幢。仅宜宾至上海的长江段，已建和在建桥梁数目多达50余座，其中一半以上是钢桥，有的堪称世界级桥梁。我国钢结构住宅也将进入新的快速发展阶段。在建设部门的大力推动下，一批示范、试点工程和关键技术攻关项目相继建成^[2]。从我国建筑钢结构的工程运用特点来看，很多钢结构建筑造型新颖独特、结构体系繁多、节点构造复杂，焊接接头形式多，由此对构件制作和现场安装中的焊接技术要求也越来越高。国家体育场"鸟巢"钢结构工程技术难度就是典型的一例^[3]。

常规采用的为奥氏体不锈钢，该不锈钢是在高铬不锈钢中添加一定量的镍（镍的质量分数8%-25%）而形成的具有奥氏体组织的不锈钢^[4]。传统TIG焊是焊接奥氏体不锈钢时最常采用的方法之一。然而，传统TIG焊单层焊道厚度较浅，焊接效率低，在氩气保护下焊接不锈钢焊缝深宽比也只有0.2-0.3^[4]。

建筑高度高、结构跨度大，抗震性能强对主要钢结构焊接质量要求也相应提高。框架梁与柱的连接焊缝，剪力板与柱的连接焊缝，梁腹板与柱的连接焊缝和柱的拼接焊缝等结构的主要部位，技术要求普遍是坡口熔透一级焊缝，100%超声波探伤。焊接质量和制作质量必须有保障，才能发挥钢结构的应有作用^[5]。

钨极氩弧焊（GTAW），又称钨极惰性气体保护焊（TIG），是一种广泛使用的焊接方法，用于不锈钢、钛合金等行业，焊接质量高，保护好且成本更低^[6]。然而，在焊接过程中，钨电极的电流承载能力是有限的。即使一个大的热输入也只能通过优化焊接参数来应用，焊缝宽度的增加总是大于焊缝深度的增加，从而降低了焊缝的深宽比和焊接生产率。因此改变焊接参数并不能得到熔深较深且熔宽较窄的焊缝。一般来说，GTA单道焊焊缝深度低于3毫米的熔深过浅成为主要的缺点^[7]。

2 课题研究的基本分类规律及研究方向

本课题在总结前人研究基础上，采用控制变量法研究并探讨焊接电流及焊接速度对奥氏体不锈钢焊缝质量的影响。

为提高TIG焊效率，从而研究焊接工艺参数对不锈钢焊缝的影响，又以焊接电流和焊接速度影响最大^[8]。焊接速度提高时能量减小，可以预想，对焊缝的熔深和熔宽都有影响。焊接电流的大小对焊接质量和焊接生产率的影响很大。焊接电流主要影响熔深的大小。电流过小，电弧不稳定，熔深小，易造成未焊透和夹渣等缺陷，而且生产率低；电流过大，则焊缝容易产生咬边和烧穿等缺陷，同时引起飞溅^[9]。因此，焊接电流必须选得适当。

双层气流保护TIG焊使用He/Ar纯惰性气体作为内层保护气，He/Ar O₂/CO₂ 混合气体作为外层保护气，相比于普通TIG焊焊接效率大大提高，其喷嘴结构如图1所示。内层的高纯度惰性气体He/Ar可以避免电极与外层的活性气体O₂/CO₂直接接触，从而有效防止电极被氧化。外层加入的O₂/CO₂可以提供活性元素氧，溶解于焊接熔池中，增加焊缝熔深并提高焊接效率^[10]。