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1、低碳钢芯奥氏体不锈钢代用焊条的研究(图)摘 要:采用低碳钢芯(H08E)和高效药皮过渡合金元素获得了高熔敷效率的不锈钢代用新型焊条,对试验焊条焊接过程进行高速摄影、焊缝金属化学成分分析以及金相组织观察。结果表明,试验焊条具有电弧稳定、熔渣流动性良好,焊条尾部不发红、药皮无脱落等特点;熔滴呈喷射过渡,焊缝金属化学成分、显微组织达到同类型铬镍合金焊芯不锈钢焊条的要求。解决了不锈钢焊条尾部发红、开裂等问题,同时也显著降低了不锈钢焊条的成本。关键词:不锈钢代用焊条;高速摄影;尾部发红;喷射过渡 不锈钢焊条在工业生产,尤其是轻化工业设备制造中被大量使用。传统的不锈钢焊条在施焊过程中熔化至整根
2、焊条长度的2/3时,焊条尾部会发红、药皮开裂,同时飞溅增大,导致焊缝凸起、成形恶化、脱渣困难。这是由于铬镍合金焊芯的电阻率比碳钢焊芯(如H08)大6～7倍,而导热性又仅为碳钢的1/3,强烈的电阻热致使施焊时焊条端部熔化,以大熔滴短路过渡到熔池,短路电流对焊芯加热严重,短路的瞬间不产生电弧热,故电阻热所占份额极大。在高电阻热和低导热性双重因素作用下,钢芯温度急剧升高,引起焊条工艺性能严重下降。如通过调整焊条药皮配方、改善熔滴过渡方式,即以喷射过渡为主,已能部分地降低焊芯的电阻热,但由于其焊芯仍是铬镍不锈钢,当焊接电流提高时,问题又会重新出现,故仅仅通过调整焊条药皮成分已不能从根本上解决
3、问题。有资料表明[1,2]:用低碳钢芯代替铬镍不锈钢焊芯并通过加厚焊条药皮增大合金过渡系数可以得到较好的效果。低碳钢芯不锈钢代用焊条的理论依据是:铬镍合金焊芯的成分中Cr:17%～19%,Ni:8%～11%,能焊接与之相近成分的奥氏体不锈钢如Cr18Ni9、Cr18Ni9Nb等;而低碳钢焊芯(H08)不含铬、镍,要达到能焊接高铬镍成分不锈钢的要求,则必须从焊条药皮中过渡等含量的合金元素尤其是铬和镍,才能保障焊缝金属室温组织仍是单相奥氏体,使焊缝金属既满足力学性能要求,又能达到抗腐蚀的目的。1试验过程1.1焊条药皮成分及药皮厚度 使用低碳钢芯(H08E)代替铬镍合金钢焊芯制造不锈钢焊
4、条,焊条药皮成分如表1所示。为保障焊缝金属化学成分满足不锈钢要求,药皮厚度在正常的奥氏体不锈钢焊条(外径6.4mm/4.0mm焊芯)基础上以0.2mm的厚度递增,即试验焊条外径分别为6.4、6.6、6.8、7.0、7.2、7.4mm。表1焊条药皮配方(质量分数,%)1.2焊接工艺性能及焊缝金属成分、组织 按表1所设计的试验焊条在WS-500焊机上用120A、160A的电流在1Cr18Ni9不锈钢板上焊接,观察焊接电弧稳定性、焊缝成形、焊条尾部发红情况及焊条药皮开裂脱落情况。同时用TroubleShooter500型高速摄影机对焊接过程进行拍照,观察焊接过程中熔滴大小及其过渡方式。再
5、用XLi-818型化学分析仪对焊缝金属中合金元素的含量进行化学成分测量,计算合金的过渡系数,比较相同直径焊芯不同外径焊条的合金过渡情况;并用称量法对焊条的熔敷效率进行计算。最后在Neophot-21金相显微镜上对焊缝金属进行显微组织观察。2试验结果及分析讨论2.1药皮厚度与合金过渡系数 合金过渡系数可由下式来表达:合金过渡系数=合金在焊缝中质量百分数/合金在药皮中质量百分数按表1配方,用直径4.0mm低碳钢H08E作焊芯时,不同药皮厚度的焊条焊缝金属中主要合金元素含量(质量分数)及合金过渡系数如表2所示。可见,当药皮中合金元素含量一定时,合金过渡系数随焊条药皮厚度的增加而增加,这是
6、由于药皮厚度增加后,能被过渡的金属含量增加了,同时,较厚的药皮也加强了对焊接熔池的保护,从而减少了合金的烧损,提高了合金过渡系数。但药皮过厚,过渡系数不再明显提高,焊接工艺性能却明显变差,当焊条外径为7.00mm时,焊缝金属中Cr、Ni、Nb含量已能满足要求,故选定焊条外径为7.00mm的焊条再进一步做其它试验。表2合金过渡系数2.2焊缝金属的化学成分 外径7.00mm试验焊条焊缝金属的化学成分如表3所示,其成分与A132不锈钢焊缝金属成分相当,能满足不锈钢“低碳高铬”的要求,由于碳在不锈钢焊缝中会与铬形成碳化物导致焊缝金属晶界贫铬而降低钢的耐腐蚀性。因此,用H08E作不锈钢焊条焊
7、芯时(其碳含量高于铬镍不锈钢焊芯),要另外添加其它合金元素用来固定焊缝中的碳。一般以添加钛、铌为宜[2,4]。本试验中使用的金属铌亦得到了较高的过渡系数。铌与碳结合生成铌的碳化物能固定焊缝金属中碳。表3试验焊条与Al32焊条焊缝金属化学成分(质量分数,%) 要保证焊缝金属有足够的铬、镍含量,必须保证焊条药皮的铬镍含量足够高,而且施焊时,能有相当比例合金过渡到焊缝金属中。当药皮中合金元素一定时,合金的过渡系数随焊条药皮厚度的增加而增加[2]。此外,药皮渣系
