新型18—8型不锈钢埋弧焊用烧结焊剂.pdf

专题研究机械制造文摘焊接分册 新型1 8 8 型不锈钢埋弧焊用烧结焊剂 裴新军，潘川，于俊川，卢军华。李凤辉，吴智武，王勇 中国钢研科技集团有限公司，北京1 0 0 0 8 1 摘要开发了焊接低温下使用的1 8 8 型不锈钢的埋弧焊用烧结焊剂，渣系为C a F 一S i O 一M g O A 1 O ，一C a O ，属于中性焊剂。 该焊剂具有良好的工艺性能和冶金性能。该焊剂配合焊丝E R 3 0 8 L 焊接所得熔敷金属主要为奥氏体和含有不超过6 ％的 铁素体，此时熔敷金属具有良好的韧性，在一1 9 6 ℃温度下冲击功值均在1 0 0J 以上。 关键词烧结焊剂；1 8 8 型不锈钢；焊接；低温冲击韧性 中图分类号T G l 4 2 ．7 1 T G 4 2 2 ．3 N e ws i n t e r e df l u xf o r18 - 8s t a i n l e s ss t e e lo fs u b m e r g e da r cw e l d i n g P e iX i n j u n ，P a nC h u a n ，Y uJ u n c h u a n ，L uJ u n h u a ，L iF e n g h u i ，W uZ h i w u ，W a n gY o n g C h i n aI r o n S t e e lR e s e a r c hI n s t i t u t eG r o u p ，B e i j i n g1 0 0 0 81 ，C h i n a A b s t r a c t T h en e ws i n t e r e df l u xf o r1 8 8s t y l es t a i n l e s ss t e e lo fs u b m e r g e da r cw e l d i n ga tl o w e rt e m p e r a t u r e ，w h i c hh a sg o o dp r o c e s s i n gp r o p e r t ya n dm e t a l l u r g yp r o p e r t y ，w a sd e v e l o p e d ．T h ef l u xi sn e u t r a la n db e l o n g st oC a F 2o S i 0 2 一M g O A 1 20 3 一C a O ．T h ew e l d m e t a lo b t a i n e db ys u b m e r g e da r cw e l d i n gw i t ht h ef l u xa n dE R 3 0 8 Lw i r ei sa u s t e n i t i cm a i n l ya n d h a sn om o r et h a n6 ％f e r r i t e ． w h i c hh a sh i 【g h e ri m p a c tt o u g h n e s sr e a c h i n gt o1 0 0Ja t 一1 9 6 ℃． K e yw o r d s s i n t e r e df l u x ；18 8s t a i n l e s ss t e e l ；w e l d i n g ；l o w e rt e m p e r a t u r ei m p a c tt o u g h n e s s 0 前言 随着近代工业技术的发展，尤其是石油化工和化 学工业技术的发展，耐酸碱性容器的应用越来越广泛。 这些容器一般都是采用不锈钢板通过焊接拼装制造 的，往往要求焊缝金属具有与板材匹配的强度，同时也 对耐腐蚀性提出了严格要求。如果这些容器在很低的 温度使用，比如在一1 9 6 ℃左右时，对焊缝熔敷金属的 低温韧性也是严格要求的。制造这类容器一般选择低 温韧性优良的奥氏体不锈钢。 目前市售的焊接1 8 ．8 型不锈钢和超低碳不锈钢的 焊剂主要为S J 6 0 1 ，该焊剂焊接1 8 ．8 型不锈钢和超低 碳不锈钢时存在脱渣不良，焊缝金属颜色发紫和成形 不理想等缺陷。脱渣不良容易在焊缝金属中造成夹 渣，影响到焊缝金属的力学性能和耐腐蚀性能。而焊 缝颜色发紫和成形不理想影响工件的美观性。尤其是 3 2 2 0 1 2 年第3 期 焊缝颜色与周围颜色差别较大时，如不处理，将使工件 外观很不雅观，必须采用酸洗等工序进行处理，无疑使 生产周期延长而使生产成本增加。 本文开发了一种新的烧结焊剂，采用该焊剂施焊 时，所得焊缝金属中的夹杂物含量少，焊缝金属具有良 好的韧性和耐腐蚀性能，同时能够获得良好的焊缝形 状和减少酸洗工序，以提高生产效率和效益。 1 试验方法 试验中全部采用国产原料作为焊剂原材料，经过 参考中外研究资料及研制烧结焊剂的经验，运用正交 设计和因素轮换法进行了试验，以选定合理的渣系，确 定最优焊剂成分。 新研制的焊剂可以配合E R 3 0 8 、E R 3 0 9 和E R 3 1 6 这些1 8 8 型奥氏体不锈钢焊丝进行焊接，焊接工艺好， 脱渣容易、焊缝成形美观、焊道颜色银白光亮。利用新 万方数据 机械制造文摘焊接分册专题研究 研制的焊剂与焊丝E R 3 0 8 L 配合，焊接了拉伸和冲击试 样试板。试板坡口形状如图1 所示，是由厚度为2 5m m 的Q 2 3 5 碳钢板组焊而成的。在试板的坡口底部及边 缘位置首先用E 3 0 8 L 焊条堆焊一层厚度为4m m 以上 的过渡层，然后再用埋弧焊焊接。埋弧焊焊机为美国 林肯直流焊机，埋弧焊接参数为电流5 0 0 ～5 5 0A ，电 压3 0V ，焊接速度2 5m ／h ，极性为正极性。焊接过程 中，除了最后一道焊缝焊接时的道间温度为2 5 0 ℃外， 其余道间温度都不高于1 0 0o C 。焊接结束后，经过机 加工，把熔敷金属制备成光谱分析试样、拉伸试样和冲 击试样，利用光谱分析法、万能拉伸试验机及冲击试验 机分析了熔敷金属的化学成分和力学性能。同时利用 铁素体测量仪测量了熔敷金属中的铁素体含量。 图1试板坡口式样及焊接次序示意图 2 结果与分析 2 ．1 最优焊剂成分 经过试验，确定了焊剂渣系为C a F 一S i O 一M g O A 1 O ，一C a O ，并获得了最优焊剂成分。该焊剂碱度为 1 ．3 ，属于中性焊剂。 2 ．2 焊剂工艺性能 在我们的研究中发现，同样采用国标推荐的焊接 参数，不锈钢的焊接，往往和碳钢 或低合金钢 的焊接 有很大的不同。主要表现在低碳钢 或低合金钢 更适 于采用规格较大 直径4 ．0m m 的焊丝进行焊接，而不 锈钢正好相反，采用规格较小 直径3 ．0m m 以下 的焊 丝焊接更有优势。对于碳钢来说，采用规格较大的焊 丝时，焊道成形比较好。而对于不锈钢来说，如果焊剂 工艺稍差，采用规格较小的细丝时，焊道成形良好；但 是采用规格较大 直径4 ．0m m 的焊丝时，尤其在同一 块试板上进行第二道及以后的焊接的焊缝表面，经常 会出现3m m 左右稍微突起的凸点，打磨后可能这些凸 点内部没有发现气孑L 等缺陷，也许不影响使用性能，但 如果这些焊缝在工件的表面，将给人留下不美观的外 表。大家都知道，不锈钢和碳钢 或低合金钢 的电阻 和熔化温度差别较大，熔化温度的差异可能就是造成 以上结果的原因。对于不锈钢，由于电阻大，按照国标 推荐的参数采用较小规格焊丝焊接时，电阻、熔化温 度、焊接参数是相匹配的；而对于规格较大的焊丝，电 阻、熔化温度、焊接参数之间不是很协调，出现了过热 现象，在焊缝表面出现微小的小凸点理论上是这种 情况，反映到实际工作中则说明焊剂工艺性不是很理 想，还需要调整焊剂成分。 脱渣性的问题，更是各种各样，有些焊道整个焊缝 都不粘渣，只是在熔合线零零星星的粘了微乎其微的 熔渣，而有些焊缝几乎整个焊道都粘满了熔渣。还有 一些，只是焊道中央粘渣，但焊道两侧不粘。整个焊道 粘满熔渣，说明焊剂完全不适用。焊道熔合线粘了零 星的熔渣，说明焊剂渣系可用，这可通过调整焊剂渣系 中的成分含量得以解决。这是平焊时的情形，至于在 坡口中，脱渣性还与焊剂的凝固收缩程度有关。 焊接过程中是不允许出现气孔的，但有些情况下， 例如焊剂放置一段时间没有烘干就直接焊接，可能会 出现气孔，此时将焊剂烘后再焊，就不会出现气孔。这 种情况说明焊剂是可用的，只不过这种焊剂的抗气孔 性较差。其它的比如焊剂烘后焊接还出现气孑L ，这是 焊剂工艺性差的缘故。 工艺性能优良的焊剂与焊丝配合焊接时，往往能 得到波纹清晰完整，断面形状舒展的焊缝，而且这时焊 缝颜色也是不锈钢那种明亮的银白色。虽然焊道外表 并不是技术要求，但在很多情况下，是必须进行后续处 理的。银白色的焊道可以省去酸洗等工序。要获得这 样的焊缝，需要调整焊剂熔渣的粘度以及熔化温度。 焊剂工艺性是通过与之匹配的焊丝焊接后的结果 评判的，但究其原因，则主要是焊剂成分比例是否合 理。经过充分的调整焊剂成分，我们获得了焊接工艺 性能优良的用于焊接1 8 - 8 型不锈钢的焊剂。用我们研 制的焊剂与1 8 8 型不锈钢焊丝配合焊接时，发现脱渣 很容易。平焊时每道焊缝焊接结束，在短短的几秒钟 内，渣壳将慢慢地自动翘起。即使在坡口中进行第一 道焊接，渣壳也自动脱落。焊接过程中还发现，熔敷金 属中不出现气孔。所得熔敷金属铺展良好，焊缝波纹 连贯细密。 2 ．3 焊剂冶金性能 焊剂冶金性主要表现在采用该焊剂与相应的焊丝 配合焊接时，焊丝中的元素过渡到熔敷金属中，或者说 焊丝中的元素烧损情况怎么样。同时，是否还存在从 2 0 1 2 年第3 期3 3 万方数据 专题研究机械制造文摘焊接分册 焊剂向熔敷金属过渡S i 元素的情形。如果说过渡到熔 敷金属中的元素较多或者说烧损的元素较少，而且也 不从焊剂向熔敷金震过渡囊元素，剥说舞该焊剂的冶 金特性为中性，否嬲表现为氧化性。表1 给出了埋弧 焊熔敷金属的化学成分，从结果来看，我们研制的焊剂 配合焊丝E R 3 0 8 L 所得熔敷金属中，C r 含量比焊丝中 略有减少，受含量比焊丝中的有所增加。说明我们研 裁的焊裁具有一定的氧化性，僵总的来说，由予合金元 素的烧损幅度不大，该焊剂属于中性焊剂。从合金元 素烧损增幅情况来看，可以说我们研制的焊剂具有优 良的冶金性能。 表1焊丝秽熔敷金属酶袍学成分{ 矮量分数，％ 2 ．4 熔敷金属的力学性能 利用万能拉伸试验机和冲击试验机分析的熔敷金 属力学性钱见表2 ，从中可以看到，刹用本焊剂配合 E R 3 0 8 L 焊接所得熔数金震酶撬控强度稚屈服强度都 满足美国标准 A W S 。另外，从表2 中可知，利用本焊 剂焊接所得熔敷金属具有良好的鹚性和优良的冲击性 能，一1 9 6 ℃时的冲击吸收能量为1 0 9J 。 表2 熔敷金霭的力攀性缝 从控制焊缝熔敷金属化学成分来说，烧结焊剂都 比较容易获得合格的熔敷金属成分，但是，酸性焊剂在 往熔敷金属中过渡S i 的同时，也有部分氧以氧化物的 形式进入熔敷金簇形成微小的夹渣，使熔敷金属的韧 性下降。现在，韧性足够高，说明该焊剂不仅工艺性能 优良，还能保证焊缝熔敷金属纯净。 不锈钢焊接过程中，良好的焊接工艺不仅保证了 获褥没有缺陷的媾接接头，同时麓保证铁素薅含量潋 及熔敷金属晶粒度。虽然没有测避晶粒度大小，可从 熔敷金属力学性能的结果表明焊缝熔敷金属晶粒度是 在正常数值以内的，没有那些导致脆性产生的大晶粒。 这也说暖该焊剂适宜采用国标推荐的焊接规范，两不 3 42 0 1 2 年第3 期 需要采用大规范焊接，这样可以避免导致晶粒过度长 大的过热现象。焊接材料和焊接工艺这些因素共同作 曩，使爆缝熔敷金属具有较好的力学憔髓。 2 。S 熔敷金属铁素体含量 对于在低温下使用的不锈钢，为了获得满意的使 用性能，尤其是足够的韧性，一般要严格控制焊缝熔敷 金矮中的铁素体含量，从理论上来说，最好是全奥氏体 结构。但是，考虑到焊接工艺性，保诞焊接过程中不璃 现裂纹，一般不采用全奥氏体结构，因为全奥氏体的钢 材焊接过程中容易出现热裂纹。一般的，都是保留数 量比较少 1 0F N 以- V 的铁素体。要控制住铁素体含 量，必须要严格限定爆丝成分，丽时选用与之褶适应的 焊剂，最好选用中性或碱性焊剂，尽最不选用酸性焊 剂，主要是因为酸性焊剂烧损金属元索的同时却向熔 敷金属中过度不少的s i ，而s i 是铁索体形成元素，这样 很难挖剃熔敷金震中的铁素俸。 利用铁素体测试仪对熔敷金满中的铁素体含量进 行了测量，数值为6F N 以下 如表3 所示 ，这些铁索 体含量也在大家公认的1 0F N 以下。理论计算的铁索 体数值在4 ～1 2 之阁，与实测数据是裰符合的。上文 力学性髓中冲击性能优良也从铡瑟反映凄焊缝熔敷金 属中的铁素体含量不会比大家公认的多，同时也说明 焊接工艺是适宜的，焊丝与焊剂是可以匹配的。 表3 熔敷金属中铁素体食避F N { 顼麓 铁素诲含量瑾论依撼或溺试纹器 理论德4 比吼麓尝嚣烹兰纛 实测馕5 ．4 ，5 ．7 ，5 。1铁索体溅试仪 3结论 开发了焊接1 8 8 型不锈钢的埋弧焊焊齐4 ，渣系为 C a F 2 一S i O 一M g O A 1 2 0 3 - C a O ，碱度为1 ．3 。该焊裁与瀑丝 E R 3 0 8 、E R 3 0 9 及E R 3 1 6 配套进行炼接，在坡口中具有 良好的坡口脱渣性能和成形性，而且还有优良的冶金 性能。采用该焊剂配合化学成分合适的E R 3 0 8 L 焊丝 焊接，麓够控制熔敷金蕊中的铁素体含量，能够获缳低 温力学性麓优良的熔敷金属。 收稿日期2 0 1 2 0 1 2 0 裴新军麓介1 9 6 9 年出生，高级工程师，博士；主要从事焊接材 料豹磺发；x i n j u n p e i s i n a ．c o r n 。 万方数据 新型18-8型不锈钢埋弧焊用烧结焊剂新型18-8型不锈钢埋弧焊用烧结焊剂 作者裴新军， 潘川， 于俊川， 卢军华， 李凤辉， 吴智武， 王勇， Pei Xinjun， Pan Chuan， Yu Junchuan， Lu Junhua， Li Fenghui， Wu Zhiwu， Wang Yong 作者单位中国钢研科技集团有限公司,北京,100081 刊名 机械制造文摘-焊接分册 英文刊名JIXIE ZHIZAO WENZHAIHANJIE FENCE 年，卷期20123 本文链接