不銹鋼焊條全位置焊接工藝性能的改進(jìn)研究及應(yīng)用

2014-10-08 11:38:58王若蒙劉奇望蔣勇匡艷軍黃騰飛邱振生朱平王淦剛趙建倉

金屬加工(熱加工) 2014年16期

王若蒙劉奇望蔣勇匡艷軍黃騰飛邱振生朱平王淦剛趙建倉

隨著核電工業(yè)的發(fā)展，核電用不銹鋼焊條的使用越來越廣泛，對(duì)焊條全位置焊接性能的要求越來越高，特別是要求焊條既有優(yōu)良的立向上焊工藝性能，又有良好的平焊工藝性能。該文對(duì)不銹鋼焊條全位置焊接工藝性能的影響因素及其改進(jìn)方法進(jìn)行了深入研究，利用研究成果成功研制了核電站主設(shè)備用E308L不銹鋼焊條。其全位置焊接工藝性能優(yōu)良，實(shí)現(xiàn)了該類焊條的國產(chǎn)化開發(fā)，可替代進(jìn)口產(chǎn)品。

一、核電站主設(shè)備用E308L不銹鋼焊條研制

影響不銹鋼焊接工藝性能的主要因素有碳酸鹽、金紅石、硅酸鹽、氟化物、水玻璃等，故針對(duì)此做如下配方設(shè)計(jì)改進(jìn)。

1.藥皮設(shè)計(jì)

基于以上分析，在核電站主設(shè)備用E308L不銹鋼焊條的藥皮配方設(shè)計(jì)中采取以下措施：通過適當(dāng)?shù)奶妓猁}、金紅石，獲得較高熔渣粘度，實(shí)現(xiàn)渣壁過渡，形成“短渣”；合理加入硅酸鹽、氟化物，獲得較高的熔渣粘度，采用復(fù)合氟化物保證焊接冶金去氫能力；減少水玻璃用量，增大藥粉涂壓力，嚴(yán)格烘干焊條，緩減碳酸鹽分解速度，采用高模數(shù)濃度較低的鉀鈉混合水玻璃，提高焊條抗氣孔敏感性和全位置焊接的可操作性；根據(jù)各材料在熔渣中的特點(diǎn)和作用調(diào)整配方，使焊條具有合適的造渣溫度和熔渣熔點(diǎn)；設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)暮笚l外徑，改善熔滴過渡狀態(tài)，并且使藥皮套筒長短適宜全位置焊接。配方中適當(dāng)加入含有易電離元素的材料，可以進(jìn)一步提高電弧穩(wěn)定性，藥皮基本配比如表1所示。

2.合金化設(shè)計(jì)

近年來，國內(nèi)對(duì)不銹鋼焊條發(fā)紅原因分析研究取得了很多成果，將焊芯電阻率作為影響藥皮發(fā)紅的因素單獨(dú)提出來進(jìn)行研究，認(rèn)為不銹鋼焊條焊芯電阻率隨溫度和合金組元而變化，如圖1所示。

由圖1可知，在被測焊芯中，合金元素含量較高者，電阻率隨溫度升高增大量較小，所以25-13型瑞典P5焊條比21-10型A132的電阻率增長值小。

鑒于不銹鋼焊芯電阻大，焊接時(shí)焊條發(fā)熱升溫，采用同質(zhì)焊芯過渡，使焊縫金屬合金化。焊接冶金過程中，合金元素由于脫氧作用、氧化燒損和來不及過渡而殘留在熔渣中，同時(shí)考慮飛濺和蒸發(fā)等因素造成的損失，在藥皮中添加適量Cr、Mn、Ni等過渡穩(wěn)定的合金元素，可將含量控制在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi)，以保證焊縫金屬良好的力學(xué)性能和抗腐蝕性能。

圖1 焊芯電阻率與成分及溫度的關(guān)系

表1 焊條配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

二、核電站主設(shè)備用E308L不銹鋼焊條產(chǎn)品的性能

1.工藝性能

研制的核電站主設(shè)備用E308L不銹鋼焊條，具有較好的全位置焊接綜合工藝性能和適宜的導(dǎo)筒長度，焊接時(shí)電弧穩(wěn)定、吹力大，立向上焊（連續(xù)焊）操作性好、熔渣及鐵液穩(wěn)定性佳，脫渣優(yōu)良、焊縫成形美觀；焊條抗發(fā)紅性好，藥皮不易發(fā)紅。較好地解決了多年以來困擾國內(nèi)廠家的問題，即不銹鋼焊條平焊與立向上焊工藝性能之間的矛盾，在立焊工藝優(yōu)良的基礎(chǔ)上保證了較好的平焊綜合工藝性能。

焊條平焊、平角焊、立向上焊（連續(xù)焊）工藝及焊條導(dǎo)筒分別如圖2～圖5所示，研制的核電站主設(shè)備用E308L不銹鋼焊條平焊和平角焊焊道成形優(yōu)良，焊波均勻，焊腳邊緣平直；立向上焊道（連續(xù)焊）成形佳，焊波均勻；焊條藥皮導(dǎo)筒深淺適中。

2.理化性能

（1）產(chǎn)品熔敷金屬化學(xué)成分研制的核電站主設(shè)備用E308L不銹鋼焊條熔敷金屬化學(xué)成分如表2所示，對(duì)應(yīng)的鐵素體含量如表3所示。

（2）產(chǎn)品力學(xué)性能對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)力學(xué)性能檢測，結(jié)果如表4所示。另外，對(duì)研制的核電站主設(shè)備用E308L焊條進(jìn)行了熔敷金屬晶間腐蝕試驗(yàn)和微觀組織分析，結(jié)果顯示熔敷金屬無晶間腐蝕傾向，焊縫組織為奧氏體加δ鐵素體。