不銹鋼單層帶極電渣堆焊試驗(yàn)研究

◎馬易思

目前，國(guó)內(nèi)外不銹鋼耐腐蝕層的大面積堆焊采用的堆焊方法均為電渣焊，普遍采用的是雙層不銹鋼耐腐蝕層堆焊，即第一層為過(guò)渡層，主要用來(lái)完成母材對(duì)不銹鋼焊材中的Cr、Ni 等元素的稀釋?zhuān)ＷC不銹鋼耐蝕堆焊層和母材的結(jié)合強(qiáng)度。第二層為抗腐蝕層，其化學(xué)成分能夠保證抵抗特殊工況下抗腐蝕性的要求。雙層堆焊技術(shù)成熟，ASME 規(guī)范，API934 標(biāo)準(zhǔn)以及阿克斯、雪佛龍等專(zhuān)利商的技術(shù)資料中對(duì)雙層堆焊的選材和使用都有明確的規(guī)定，已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的“標(biāo)準(zhǔn)化”。

單層堆焊是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的工藝技術(shù)，目前還處于積累數(shù)據(jù)和應(yīng)用推廣階段，所用的焊帶TP.309NbL 還沒(méi)有被ASME第二卷吸納引入。單層堆焊主要通過(guò)對(duì)過(guò)渡層堆焊材料的改進(jìn)（主要在焊帶化學(xué)成分中添加Nb 元素）以及施焊過(guò)程控制等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)堆焊層既滿(mǎn)足化學(xué)成分要求又避免剝離現(xiàn)象的發(fā)生。相比雙層不銹鋼耐腐蝕層，單層不銹鋼耐蝕層堆焊具有焊材使用量少，焊接周期短，制造成本低等無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，但技術(shù)方面，單層不銹鋼帶極電渣堆焊對(duì)稀釋率的控制更為嚴(yán)格，合適的稀釋率范圍更窄，對(duì)工藝參數(shù)有更高的要求，所以施焊過(guò)程必須要有更嚴(yán)格的控制。所以，本文就不銹鋼單層帶極電渣堆焊的工藝參數(shù)優(yōu)化開(kāi)展了試驗(yàn)研究，以期摸清電流、焊速等焊接工藝參數(shù)對(duì)稀釋率的影響及規(guī)律，為制定合理的工藝參數(shù)提供參考。

一、試驗(yàn)方案

根據(jù)不銹鋼耐蝕堆焊層的技術(shù)要求，計(jì)算了目標(biāo)稀釋率，選擇了焊接電流、焊接速度作為變量，進(jìn)行了不同參數(shù)的組合試驗(yàn)。

1.化學(xué)成分要求值及目標(biāo)稀釋率。

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試驗(yàn)采用的焊材為EQ309NbL，規(guī)格為0.5＊60，焊劑不過(guò)度元素，焊帶的化學(xué)成分見(jiàn)表1.2。

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根據(jù)Ni 含量計(jì)算的目標(biāo)稀釋率，滿(mǎn)足要求的稀釋率范圍4%-21%，根據(jù)Cr 的含量計(jì)算目標(biāo)稀釋率為1%-15%，但是考慮到Cr 元素?zé)龘p，實(shí)際的稀釋率要小于15%，所以根據(jù)主要元素確定的稀釋率范圍應(yīng)為4%-15%。

2.試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

選擇焊接電流、焊接速度作為變量，進(jìn)行單一變量的試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)及變量見(jiàn)表1.3。

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二、結(jié)果分析與討論

表面至熔合線(xiàn)不同深度處進(jìn)行了化學(xué)分析，并計(jì)算鐵素體，對(duì)堆焊層橫截面進(jìn)行了低倍分析，測(cè)量了熔深。

1.化學(xué)成分與熔合線(xiàn)距離的變化規(guī)律。

由于母材的稀釋?zhuān)珻r、Ni、Nb 等元素隨距熔合線(xiàn)的距離的增大而增大，C 元素隨距熔合線(xiàn)的距離的增大而減小，當(dāng)距離熔合線(xiàn)一定距離內(nèi)的化學(xué)成分變化劇烈，但超過(guò)這一距離各元素的含量則趨于穩(wěn)定于某一數(shù)值范圍。

2.電流、焊速對(duì)稀釋率的影響。

（1）電流對(duì)稀釋率的影響。

電流的變化對(duì)稀釋率的影響微小，并不是影響稀釋率的重要變數(shù)。電流對(duì)熔深的影響明顯，隨著電流的增大，熔深逐漸加大。熔深加大的同時(shí)，堆焊層厚度也明顯增大，熔深與堆焊層厚度同比增加，導(dǎo)致稀釋率變化不大。

（2）焊速對(duì)稀釋率的影響。

在其他參數(shù)不變的條件下，不同焊速的稀釋率基本一致，但堆焊層厚度變化明顯。

3.工藝參數(shù)的優(yōu)化。

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果和分析，根據(jù)定性的規(guī)律，在Fn：3-8 和稀釋率的目標(biāo)計(jì)算值的范圍內(nèi)，單層堆焊的稀釋率應(yīng)該控制在11%-15%為宜。

三、結(jié)論

1.焊接電流及焊接速度是影響堆焊層厚度的主要因素，對(duì)稀釋率的影響不明顯。

2.單層堆焊的適宜稀釋率為11%-15%。