单位文秘网 2021-07-22 08:18:56 点击: 次
企业不断提升焊条水平,具有一定的参考意义和实用价值。1药皮类型
按照国标GB/T 983—2012规定[2],E312-XX型焊条药皮类型有5种,如表1所示。E312-15是碱性焊条,熔渣主渣系为CaO-CaF2-SiO2,仅适用于直流反接性焊接。采用交流焊接时操作性较差。E312-25也是碱性焊条,其主渣系和操作性与E312-15非常类似,只是E312-25药皮厚度较厚,焊条外径较粗。这是一种靠药皮过渡合金元素的所谓异质焊芯(如H0Cr21Ni10焊芯)不锈钢焊条。该焊条允许使用较大的电流焊接,但只适用于平焊和平角焊。
E312-16的焊条适用交直流焊接,药皮可以是碱性的,也可是钛型或钛钙型,药皮熔渣渣系为TiO2-SiO2-CaO,药皮中含有K一类易电离元素,有利电弧的稳定性。E312-17是E312-16的变化型,熔渣渣系为TiO2-SiO2-CaO-Al2O3,用SiO2代替E312-16中的部分TiO2。E312-16和E312-17两种焊条都适用于交流焊接,以前两种药皮没有分开,都属于E312-16,国标GB/T 983—2012规定将其分开。
E312-26的药皮成分和操作特征与E312-16非常类似,只是E312-26的药皮较厚,外径较粗。实际上是一种靠药皮过渡合金元素的所谓异质焊芯(如H0Cr21Ni10焊芯)不锈钢焊条。该焊条允许使用较大的电流焊接,但只推荐用于平焊和平角焊。
2熔滴过渡形态
表2是E312-XX型焊条的熔滴过渡形态。
从表2可以看出,E312-15和E312-25焊条的熔滴过渡形态是典型的粗熔滴短路过渡。后者的药皮中含量较多,药皮较粗,套筒深度较前者改善,熔滴尺寸未见减小,过渡频率变化不太大,过渡形态未见改变。E312-16焊条具有短路+渣壁混合过渡形态。如果说该焊条焊接时前段套筒还有深度的话,那么到了后段时套筒就变得很浅了。熔滴尺寸大小不一,大一点的大于焊芯直径。从套筒深浅变化推断,焊条后半段时熔滴尺寸较大。E312-26焊条药皮直径较粗,套筒很深,熔滴被细化,过渡频率较高,熔滴过渡形态为渣壁过渡。E312-17焊条具有典型的渣壁过渡形态。熔滴细小,过渡频率高,套筒深且直,筒端平直利落。焊条前后段工艺性变化很小,熔池平静,手感极佳。
通常认为,E312-25焊条外径较粗,焊接时有利套筒变深,可能促进熔滴细化。然而实际情况是,一方面由于碱性焊条熔渣的氧化性较弱,对熔滴的增氧作用几乎为零。另一方面尽管弧气中的氧化性较强,但毕竟不如包覆熔滴熔渣的作用强烈,弧气对熔滴的增氧作用效果不佳。最终,熔滴不能被细化,熔滴过渡形态亦不能被改变。
E312-26焊条的情况则大不一样。酸性焊条熔渣的氧化性很强,对熔滴的增氧作用明显,深套筒更有利于熔滴的增氧,熔滴被细化,呈现典型的渣壁过渡形态。
3焊缝组织及其演变过程
3.1熔敷金属组织
E312-XX型不锈钢焊条熔敷金属组织为δ铁素体晶内和晶界分布着块条状和魏氏形态的奥氏体,δ相含量39.9%(图1)。这是由于焊接过程的冷却速度快,扩散过程不完全,低温下二次奥氏体γ′,沿δ铁素
3.2焊缝金属的凝固和固态相变过程
可以利用图3所示的Fe-Cr-Ni相平衡图,分析该焊条熔敷金属及其异种钢焊缝组织演变过程[4]。焊条熔敷金属的主要化学成分(质量分数,%):C,0.13,Cr,29.05,Ni,8.87,Fe,60,该合金(以下称合金Ⅰ)的平衡相变顺序示于图3a纵线Ⅰ。在平衡状态下,明显的是以初生δ铁素体结晶,随着合金冷却到溶解度曲线之下,发生δ铁素体向奥氏体的转变,室温下形成δ+γ双相组织。在实际焊接过程中,焊缝金属的快速冷却将阻止铁素体向奥氏体转变,室温残留的δ铁素体较多。
在该焊条的异种钢焊缝中(以下称合金Ⅱ),由于受到母材金属的稀释作用,特别是母材中C、Mn等元素的影响,焊缝的成分变为(质量分数,%):C,0.21,Cr,24.84,Ni,5.59,Fe,70。在70%Fe的截面图中,γ区明显扩大,δ+γ双相区范围缩小,溶解度曲线的位置明显改变(可能比图3b曲线右移幅度更大一些[5])。合金Ⅱ的平衡相变顺序示于图3b纵线Ⅱ。可以看出,其凝固和固态相变过程基本上与合金Ⅰ相同或相近。
3.3焊缝金属中δ铁素体的稳定性
采用特殊试剂化学染色后,发现熔敷金属试件经650 ℃保温3 h后,在铁素体和奥氏体晶界附近的δ相图3Fe-Cr-Ni三元系断面图[4]
晶内析出了大量由黑色微粒组成的块状组织。借助于显微硬度的测试,F区的黑色块状组织的硬度多数在700 HM以上,可以判定这些组织为σ相。它们是在试件热处理期间,在富Cr的δ铁素体晶内发生δ→ σ+γ′,转变所致。
熔敷金属试件经650 ℃保温2 h未发现σ相,在同样温度下保温3 h后发现了大量的σ相,而在它的异种钢焊缝中却未发现σ相。这与σ相的生成条件有关。已经知道,σ相的生成条件基本有两条:一是成分因素,它是σ相生成的必要条件;二是温度因素,它是σ相转变的充分条件。二者缺一不可[6]。
异种钢焊缝中的含碳量比同种钢焊缝的高,而Cr、Ni含量却比后者低。由于C能阻止δ铁素体形成,同时较多的C与合金元素形成大量的M23C6,降低了合金元素在δ铁素体中的含量,即改善了δ铁素体的品质特性,从而使σ相难以形成或减慢形核速度[7-8]。不难看出,异种钢焊缝中较高的含碳量是抑制σ相转变的重要原因。同时,在实际的焊接热循环过程中,焊缝在600~800 ℃温度范围停留时间很短,完成δ→σ+γ′,的转变条件尚不充分,所以认为焊后状态异种钢焊缝中不会产生σ相。
4工艺质量及力学性能
4.1E312-XX型不锈钢焊条的工艺质量
E312-15和E312-25焊条的工艺质量比较接近,比较而言,E312-25焊条的更好一点(表3)。其一,是飞溅更小。因为E312-25焊条的药皮较厚,套筒较深,电弧定向性好;同时在熔滴过渡发生短路时,出现了所谓渣桥并存现象。渣桥对流过金属桥的短路电流产生了一定的分流作用,减小了短路桥中的短路电流,从而减小短路爆炸次数和强度。其二,药皮的温升开裂倾向减小了。因为焊芯的物理特性如电阻率、膨胀系数等改善,焊芯的温升被减弱,还有厚药皮铁合金多的“吃电流”作用,焊条后半段的熔化速度被控制,工艺稳定性得以改善。其三,熔敷效率高,一般可达130%~150%。
虽然说,E312-25焊条,已经克服了同质焊芯不锈钢焊条通常出现的工艺稳定性差、药皮温升开裂严重等弊端,然而,E312-25焊条并不能完全取代E312-15焊条。因为E312-25焊条药皮较厚,不适宜全位置焊接,故此类焊条规定允许使用较大的电流焊接,但仅推荐用于平焊和平角焊。
E312-16、E312-17和E312-26焊条属同类渣系,但焊条的工艺质量相去甚远(表3)。E312-16焊条是典型的钛钙型渣系,电弧不稳、飞溅较大、后半段熔化速度加快、药皮温升开裂严重、气孔倾向不小。一句话,该焊条工艺稳定性较差。E312-17是E312-16的变型,在原来渣系基础上用SiO2代替E312-16中的部分TiO2,增大了熔渣的氧化性,熔滴被强烈细化,实现了深套筒渣壁过渡形态。电弧很稳、飞溅极小、脱渣容易、成形美观、工艺稳定、熔化速度较快、手感极佳。
不足之处是对气孔还比较敏感。原因是熔滴颗粒细,比表面积大,在电弧中熔滴吸收的氢多,进入熔池中的氢总量多,当氢的逸出条件差时,极易生气孔[9]。采用提高焊条烘烤温度和烘烤时间,可以有效控制并改善该类焊条的抗气孔性。国外同类名牌焊条采用先进的技术,改善熔池中气体逸出条件,焊条的抗气孔性明显改善。
E312-26焊条的熔敷效率高且工艺性亦很佳。虽然渣系与E312-16焊条的相同,但焊芯变为异质,药皮加厚,套筒变深,熔滴被细化,形成了渣壁过渡形态。不难看出,增大药皮厚度是改变熔滴过渡形态的关键因素。采用提高焊条烘烤温度和加长烘烤时间,可以有效控制并改善该类焊条的抗气孔性。该焊条克服了E312-16焊条的工艺不稳定等工艺质量问题,然而,E312-26焊条并不能完全取代E312-16焊条。因为与E312-25焊条同样的理由,不适宜全位置焊接,故此类焊条允许使用较大的电流焊接,但仅推荐用于平焊和平角焊。
4.2熔敷金属的力学性能
E312-XX型不锈钢焊条熔敷金属的化学成分和力学性能应当符合表4所列数据。总体上看,E312-15、E312-25焊条的抗裂性和综合性能要比E312-16、E312-17和E312-26的好。原因是,前者为碱性药皮,而且采用了Si、Mn、Ti联合脱氧,焊缝金属中含氧量及夹杂物少,焊缝中含氢量也少,焊缝纯净度较高。相比之下,药皮类型E312-16、E312-17、E312-26焊条熔渣的氧化性较强,焊缝金属中含氧量及夹杂物较多,焊缝中含氢量也较高,焊缝纯净度较低,焊缝的抗裂性和综合性能略逊一筹。
5结论
(1)按照国标GB/T 983—2012规定,E312-XX型焊条药皮类型5种,E312-15和E312-25是碱性焊条,E312-16、E312-17和E312-26(主要)是酸性焊条,它们的渣系各不相同,所用电源类型、极性以及适用的焊接位置各异。
(2)E312-XX型焊条的5种药皮类型焊条呈现3种熔滴过渡形态,即药皮类型15和25焊条具有短路过渡形态,E312-16焊条具有短路+渣壁混合过渡形态,E312-17和E312-26焊条具有渣壁过渡形态。
(3)平衡状态下,E312-XX型焊条的熔敷金属和异种钢焊缝,其凝固和固态相变均经历了大致相同的过程,但组织形态及δ相含量各异。前者δ相含量多达40﹪,在σ相敏感温度长期受热,σ化倾向严重;后者焊缝中较高的C含量对σ相的转变有一定的抑制作用,焊缝金属脆化倾向小。
(4)E312-25和E312-26焊条分别克服了E312-15和E312-16焊条的工艺质量问题,但前者不能完全取代后者;E312-17焊条的工艺性最好,但对气孔敏感;药皮类型15、25焊条焊缝的综合力学性能比E312-16、E312-17和E312-26的好。
参考文献
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