焊接電流對304不銹鋼焊條電弧焊焊接接頭的影響

程艷艷，羅 旭

（吉林化工學院機電工程學院，吉林 吉林132022）

不銹鋼具有較好的耐蝕性，在我國其使用量占鋼的一半以上[1-3]。304不銹鋼不僅耐蝕性好，而且具有較好的塑性和韌性，在不銹鋼中應用最廣泛[4-5]。304不銹鋼焊接時通常會產生晶間腐蝕、點蝕等問題[6-8]。為了研究焊接參數對不銹鋼焊接質量的影響，本研究以8 mm的304不銹鋼為母材進行焊條電弧焊，分析了不同焊接電流對焊接接頭組織和硬度的影響。

1 試驗材料、設備及參數

1.1 試驗材料

304不銹鋼進行焊條電弧焊時，焊條牌號選用A101，直徑為2.5 mm。304不銹鋼的化學成分如表1所示，焊條A101的化學成分如表2所示。對304不銹鋼進行焊條電弧焊，試樣如圖1所示。

表1 304不銹鋼的化學成分

表2 A101型焊條化學成分

圖1 304不銹鋼焊接試樣

1.2 試驗設備

焊條電弧焊選用ZX7-400直流電焊機，如圖2所示。選用如圖3所示的金相顯微鏡進行組織觀察，硬度分析選用HVST-1000型顯微維氏硬度計，如圖4所示。

圖2 ZX7-400型焊機

圖3 金相顯微鏡

圖4 HVST-1000型顯微維氏硬度計

1.3 試驗參數

母材厚度為8 mm，因此需要開坡口，才能保證焊接質量。為了加工方便，坡口形式為V形，坡口角度為60°，鈍邊為1.5 mm[9]。根據經驗，每層焊縫的厚度為焊條直徑的0.8～1.2倍時焊接質量好，綜合考慮母材厚度和焊條直徑等因素，本次試驗需要焊接3層，分別為打底、填充和蓋面層。焊條電弧焊電壓選用20 V，焊接電流分為3組，每組中的打底、填充和蓋面層的焊接電流各不相同，具體數值如表3所示。

表3 不同的焊接電流 單位：A

2 試驗結果分析

2.1 金相分析

304不銹鋼焊條電弧焊的3組打底層焊縫金相組織如圖5所示，放大倍數為400倍?？梢钥闯霾煌附与娏鞯拇虻讓雍缚p基體均為奧氏體+δ鐵素體（黑色），奧氏體邊界處有析出的黑色點狀碳化物[10-11]。焊縫在凝固過程中從液相中析出鐵素體，然后奧氏體依附鐵素體形核，并圍繞鐵素體長大。焊縫處主要為柱狀晶，柱狀晶沿著溫度梯度最大的方向生長，與熔合線垂直。

圖5 打底層焊縫金相組織

如圖6所示為3組填充層焊縫金相組織?？梢钥闯霾煌附与娏鞯奶畛鋵颖却虻讓雍缚p基體中奧氏體含量增加，δ鐵素體含量減少。這是因為打底層對其有預熱作用，蓋面層對其有后熱作用，故組織分布更為均勻。

圖6 填充層焊縫的金相組織

3組蓋面層焊縫金相組織如圖7所示，蓋面層為最后一層焊縫。可以看出不同焊接電流的蓋面層焊縫有碳化物析出，枝晶相對大些，組織分布均勻性較填充層差些。

圖7 蓋面層焊縫的金相組織

從圖5～圖7的3組焊縫的金相組織分布來看，第3組焊接電流的焊縫組織分布更為均勻，晶粒更細小。

2.2 硬度分析

對304不銹鋼焊接接頭的維氏硬度進行分析，因為硬度對表面性能影響較大，分析不同焊接電流的蓋面層維氏硬度，如圖8所示。

圖8 蓋面層焊接接頭的維氏硬度

從圖8可以看出，焊接接頭的焊縫、熔合區、熱影響區的維氏硬度差別較大。不同焊接電流的3組蓋面層焊接接頭的維氏硬度值都是隨著與焊縫距離的增加，先增加后減小的[12]，即維氏硬度值從焊縫到熔合區和熱影響區呈上升趨勢，從熱影響區到母材呈下降趨勢，直至達到母材硬度。第3組蓋面層焊接接頭的維氏硬度值較其他2組的略大，這可能是因為填充層對蓋面層預熱作用，溫度越高，預熱作用越明顯，并且焊接電流也會影響著熔池結晶，晶粒更細小、均勻的緣故。

3 結論

綜上所述，不同焊接電流對304不銹鋼的焊條電弧焊焊接接頭組織和硬度的影響，結論如下：

1）不同焊接電流的304不銹鋼的打底焊、填充焊和蓋面焊焊縫處主要由奧氏體+δ鐵素體組成。

2）分析3組焊接電流的焊縫組織和硬度，電流為打底層70 A、填充層90 A、蓋面層85 A時304不銹鋼的焊接接頭晶粒更細小，組織更均勻，硬度更大些。