Effects of Current Waveform on Arc Physical Characteristics and Microstructure-Properties of 304 Stainless Steel in TIG Welding

XING Senyao; LIU Yuze; ZHAO Honglei; LI Yiwen; DONG Hao; XU Aodong; CHANG Yunlong

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2026.06.09

Welding Technology | Views : 0 下载量: 60 CSCD: 0

PDF
Export
Share
Collection
Album

Effects of Current Waveform on Arc Physical Characteristics and Microstructure-Properties of 304 Stainless Steel in TIG Welding
Vol. 56, Issue 6, Pages: 70-77(2026)
Received：07 May 2025，

Revised：2025-11-13，

Published：20 June 2026
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.06.09
稿件说明：

移动端阅览

邢森瑶，刘玉泽，赵洪磊，等.电流波形对304不锈钢TIG焊接电弧物理特性及组织性能的影响［J］.电焊机，2026，56（6）：70-77. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.06.09.

XING Senyao, LIU Yuze, ZHAO Honglei, et al.Effects of Current Waveform on Arc Physical Characteristics and Microstructure-Properties of 304 Stainless Steel in TIG Welding[J].Electric Welding Machine, 2026, 56(6): 70-77. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.06.09.

摘要

针对304不锈钢中厚板TIG焊接中熔深不足的问题，通过高速摄像、电信号同步采集及微观组织表征等手段，系统研究了普通直流波、高频三角波与高频梯形波三种电流波形对电弧物理特性及接头组织性能的影响规律。结果表明，高频梯形波因其更陡峭的电流变化率，相较于普通直流波和高频三角波产生了更显著的电弧收缩效应和更集中的电弧能量分布特征。当采用高频梯形波进行304不锈钢TIG焊接时，在210 A的焊接电流下接头熔深与熔宽分别达到4.01 mm与7.78 mm，较普通直流波分别提升34%与19%；由于高频梯形波对熔池更显著的搅拌作用，相较于其它两种波形高频梯形波接头的熔合区更窄，同时焊缝区域的晶粒组织得到显著细化，从而有效提升了接头的力学性能。当电流波形为高频梯形波时，焊接接头的抗拉强度达到710.4 MPa，延伸率为54.4%。

Abstract

To address the issue of insufficient penetration in TIG welding of 304 stainless steel medium-thick plates

this study systematically investigates the effects of conventional direct current

high-frequency triangular wave

and trapezoidal wave on the arc physical characteristics and joint microstructure properties by using high-speed imaging

synchronous electrical signal acquisition

and microstructural characterization. The results indicated that the high-frequency trapezoidal wave

due to its steeper current change rate

exhibited a more pronounced arc constriction effect and a more concentrated arc energy distribution compared to the conventional direct current and high-frequency triangular wave. When the high-frequency trapezoidal wave was applied in TIG welding of 304 stainless steel at a welding current of 210 A

the joint penetration and weld width reached 4.01 mm and 7.78 mm

respectively

representing increase of 34% and 19% over the conventional direct current. The more significant stirring effect of the high-frequency trapezoidal wave on the molten pool resulted in a narrower fusion zone and finer grain structure in the weld region compared to the other two waveforms. Consequently

the mechanical properties of joints produced with the high-frequency trapezoidal wave were superior to those obtained with the other two current waveforms. Specifically

when the high-frequency trapezoidal wave was used

the tensile strengths of the welded joint reached 710.4 MPa

respectively

with an elongation of 54.4%.

关键词

Keywords

references

宋白钰，胡奉雅，蔡笑宇，等 . 6 mm厚不锈钢板K-TIG焊接小孔行为与接头组织及性能［J］. 焊接， 2025 （ 01 ）： 1 - 7 .

SONG B Y ， HU F Y ， CAI X Y ， et al . K-TIG welding keyhole b ehavior and microstructure and p roperties of welded joints of 6 mm thick stainless steel plates ［J］. Welding & Joining ， 2025 （ 01 ）： 1 - 7 .

葛浩，李绍伟，卢博，等 . 采用BNi2钎焊304不锈钢∕纯铜工艺及机理研究［J］. 焊接技术， 2025 ， 54 （ 2 ）： 46 - 49 .

GE H ， LI S W ， LU B ， et al . Study on the brazing process and mechanism of 304 stainless steel/red copper by BNi2 ［J］. Welding Technology ， 2025 ， 54 （ 2 ）： 46 - 49 .

陈寒松，梁怀志，王霄 . SUS304不锈钢与PCCF30的激光连接增强工艺参数建模与优化［J］. 热加工工艺， 2024 ， 53 （ 24 ）： 67 - 75 .

CHEN H L ， LIANG H Z ， WANG X . Modeling and Optimization of Laser Connection Enhancement ProcessParameters for SUS304 Stainless Steel and PCCF30 ［J］. Hot Working Technology ， 2024 ， 53 （ 24 ）： 67 - 75 .

鲍庆臣，渠怀志，史建强，等 . 中低温热处理对SUS304不锈钢TIG焊接接头组织及力学性能的影响［J］. 电焊机， 2022 ， 52 （ 2 ）： 63 - 68 .

BAO Q C ， LIANG H Z ， SHI J Q ， et al . Effect of Heat Treatment on Microstructure and Properties of SUS304 Stainless Steel TIG Welded Joint ［J］. Electric Welding Machine ， 2022 ， 52 （ 2 ）： 63 - 68 .

熊操，吴智，黄上甫，等 . 核电用316L不锈钢中厚板焊接工艺研究［J］. 金属加工（热加工）， 2025 （ 1 ）： 51 - 57 .

XIONG C ， WU Z ， HUANG S F ， et al . Research on the welding process of 316L stainless steel medium thick plate for nuclear power ［J］. MW Metal Forming ， 2025 （ 1 ）： 51 - 57 .

刘元昊，任昌敬，向彦君，等 . 活性剂对A-TIG接头熔深、电弧形貌及组织性能的影响［J］. 材料导报， 2025 ， 39 （ 1 ）： 254 - 258 .

LIU Y H ， REN C J ， XIANG Y J ， et al . Influence of Activator on the Penetration Depth，Arc Morphology，Microstructure and Properties of A TIG Joints ［J］. Materials Reports ， 2025 ， 39 （ 1 ）： 254 - 258 .

刘自刚，梅亚泽，张建峰，等 . 深熔TIG焊研究现状与展望［J］. 热加工工艺， 2023 ， 52 （ 1 ）： 6 - 11 .

LIU Z G ， MEI Y Z ， ZHANG J F ， et al . Research Status and Prospect of Deep Penetration TIG Welding ［J］. Hot Working Technology ， 2023 ， 52 （ 1 ）： 6 - 11 .

张建晓，樊丁，黄勇 . 单枪耦合电弧AA-TIG焊［J］. 焊接学报， 2017 ， 38 （ 10 ）： 47 - 50 .

ZHANG J X ， FAN D ， HUANG Y . Single welding torch coupled arc AA-TIG welding ［J］. Transactions of the China Welding Institution ， 2017 ， 38 （ 10 ）： 47 - 50 .

韩庆璘，何澳，李鑫磊，等 . 双钨极TIG电弧增材熔敷道成形特性研究［J］. 电焊机， 2023 ， 53 （ 2 ）： 97 - 103 .

HAN Q L ， HE A O ， LI X L ， et al . Study on Forming Characteristics for Double-tungsten TIG Arc-based Additive Manufacturing ［J］. Electric Welding Machine ， 2023 ， 53 （ 2 ）： 97 - 103 .

Anbarasan N ， Jerome S ， Suresh G ， et al . Effect of pulse frequency on microstructural and corrosion properties of inconel 718 gas tungsten arc weldments ［J］. Transactions of the Indian Institute of Metals ， 2019 ， 72 （ 1 ）： 1299 - 1311 .

Krivtsun I ， Demchenko V ， Krikent I ， et al . Comparative numerical analysis of electromagnetic forces in DC and HFPC TIG welding ［J］. Applied Mathematical Modelling ， 2024 ， 127 （ 1 ）： 366 - 378 .

Wang Z M ， JIANG D H ， WU J W ， et al . A review on high-frequency pulsed arc welding ［J］. Journal of Manufacturing Processes ， 2020 ， 60 （ 02 ）： 503 - 519 .

Liu X ， Wei Y ， Wu F ， et al . Research on Microstructure and Mechanical Properties of Square Wave Alternating Current Tungsten Inert Gas Welded Joints in 2219-T6 Aluminum Alloy ［J］. Journal of Materials Engineering and Performance ， 2023 ， 32 （ 04 ）： 1558 - 1575 .

郭新宇，王娟，孙宝壮，等 . 电流波形对7A04铝合金脉冲TIG焊接头组织及强度的影响［J］. 热加工工艺， 2022 ， 51 （ 21 ）： 30 - 34 .

GUO X Y ， WANG J ， SUN B Z ， et al . Effect of Welding Current Waveform on Microstructure and Strength of 7A04 Aluminum Alloy Pulse TIG Joint ［J］. Hot Working Technology ， 2022 ， 51 （ 21 ）： 30 - 34 .

宾坤，唐贺清，姚屏，等 . 不同脉冲、频率下的双丝匹配对焊缝的影响研究［J］. 精密成形工程， 2022 （ 6 ）： 123 - 130 .

BIN K ， TANG H Q ， YAO P ， et al . Influence of Double Wire Matching with Different Pulse and Frequency on Welds ［J］. Journal of Netshape Forming Engineering ， 2022 （ 6 ）： 123 - 130 .

张亚，戴忠晨，李东风，等 . 6082铝合金中厚板高频脉冲MIG对接焊工艺及接头的残余应力［J］. 电焊机， 2023 ， 53 （ 12 ）： 76 - 80 .

ZHANG Y ， DAI Z C ， LI D F ， et al . Welding Procedure & Residual Stress of 6082 6082-T6 Aluminum Alloy Medium Plate Butt Welded Joint by High-frequency Pulse MIG Welding Process ［J］. Electric Welding Machine ， 2023 ， 53 （ 12 ）： 76 - 80 .

张猛，陈庆城，徐晓萍，等 . 高频脉冲大电流深熔MAG焊接工艺研究［J］. 金属加工（热加工）， 2024 ， 12 （ 8 ）： 66 - 72 .

ZHANG M ， CHEN Q C ， XU X P ， et al . Research on high-frequency pulse accompained by large current deep penetration MAG welding technology ［J］. MW Metal Forming ， 2024 ， 12 （ 8 ）： 66 - 72 .

王燮阳，曹彪，庞世炫，等 . 高频脉冲微TIG焊接电弧基值效应研究［J］. 热加工工艺， 2024 ， 53 （ 5 ）： 91 - 96 .

WANG X Y ， CAO B ， PANG S X ， et al . Research on Base Value Effect of High-frequency Pulse Micro-TIG Welding Arc ［J］. Hot Working Technology ， 2024 ， 53 （ 5 ）： 91 - 96 .

Alert me when the article has been cited

提交

Research Status of High-Strength Steel Metal-Cored Wires

Control of Hot Cracking and Gas Expansion Defects in TIG Girth Welds of CN-1515/CN-EP Dissimilar Austenitic Stainless Steels

Numerical Simulation and Experimental Validation of Deformation in Thick Large-sized Structural Stainless Steel SUS304 Electron Beam Welding

Research Status and Prospect of Dissimilar Aluminum Alloy Welding

Study on Microstructure and Mechanical Properties of TIG Welded Joint of Dissimilar Steel 304&Q235