1 课题研究的背景

不锈钢在空气中、水中、蒸汽中都具有很好的化学稳定性，在许多种酸、碱、盐的水溶液中也有足够的稳定性，甚至在高温或低温环境中，仍能保持其耐腐蚀的优点^[1]。它被广泛应用在各个不同的领域，既可以作为化学工业、炼油工业、人造纤维工业、食品、医药及日用品工业的耐酸、耐碱、耐高压的压力容器装置和储存及运输槽罐的材料，也可以作为电力工业、汽轮机制造工业、船舶工业、航空工业的耐高温和低温的构件。而奥氏体不锈钢由于具有无磁性，良好的焊接性能及抗腐蚀性能，成为产量用量最大，型号最多的一种不锈钢^[2]。

奥氏体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^[3]。根据铬和镍含量的不同，可以分为如下三类：18-8型奥氏体不锈钢、18-12型奥氏体不锈钢、25-20型奥氏体不锈钢。

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]。

等离子弧是在钨极氩弧焊基础上发展起来的。钨极氩弧是在常压状态下的自由电弧，而通常所说的等离子弧是借助水冷喷嘴等外部拘束条件使弧柱受到压缩的电弧的压缩电弧。二者在物理本质上没有区别，仅是在弧柱电离程度不同。等离子弧电离程度更大，能量密度更集中，温度更高^[5]，图1的（a）和（b）分别为普通钨极氩弧焊和等离子弧焊的电弧形状图片，图2的（a）和（b）分别为这两种电弧对应的温度分布，从电弧中心向外，温度逐渐降低。可以明显看出两种电弧的区别。由于等离子弧焊的能量密度更集中，温度更高，因此可以带来深而窄的焊缝，大大提高焊接效率。

等离子弧焊属于高能密度焊，对于中厚度板，在不填丝、不开坡口、不需背面强制成型保护条件下，可以实现单面一次焊双面良好成形，从而极大提高焊接生产效率，尤其适用于密闭容器、小直径管焊缝等背面难于施焊的结构件；且接头内部缺陷率低，焊件变形小。

(a)普通钨极氩弧焊 (b)等离子弧焊 (a)普通钨极氩弧焊 (b)等离子弧焊