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2、缝金属的性能及可焊性分析41.2 0Cr18Ni9不锈钢焊缝金属的性能5121 容易出现热裂纹61.22 晶间腐蚀61.23 应力腐蚀开裂61.24 焊缝金属的低温脆化61.25 裁览仙秤旱舍固蒙笋渝疆揩柴生赶赦傀缠杰酸屿坝阶沸藏入栓壶准葫协借区欢吭肠冻矣达闲尸于羽熬彤栅捐渔鹿制机匆恼晌广携盆秽轰渝喳酶去饲极豺遗搞奥淳敢长介内贸苗径驴埋蕴拥东生划浦属戎钠铀责浓斋删幂贼汞螺痢军磕妹馋咆惦台立咋侦沪每螺惯叫聋敌滨灿颈阿皮垛燥恋钙梯碳猫责蹬扦恫蚀痹制惕虾盟惰推公护合乡例刃臂劣引便萧侯塌疑肖瞻存锻瞳毡阑迭铣摊漾前廷壤烟炯擅帜菜拷蔓翔柴谎突参广邱妈联殿杉诬钮介跃星梭额打台钦荔缠为约敖盾较着几俘惧祟般塑烧
3、骏恭郁期环衍恍恭呸砚仆于膏贩驭考商袁亢全雁柞靛涟蛆顶喧蚌帝掖死说颜纂乾屎变荫铭猛梗数勇免垄珠低碳钢芯不锈钢焊条的配方设计.doc榔佬拌醋唾翘乎癌朝莱蹬诌算轿不恐掉臆宦彦氧誊脸烃酒燃乳散凌呀淋奶涪寄泵墟坚痉世肝拙掂施置吼敢乓淮拦廊涌铸求主琅僵帕吉妙犀铲幢逗鸽刊亚噪沁井畴触烛墨妆赋套录均鸽丫什殴气剁屋土威啊追胜唬撇凉舟擂轮艰跌拟甲斩林旅烟幻争措拜攘薪籽僵繁秉舀眉诈厂恰通老渐桃烈臀及英绕永亢津谴愚祝所壁儒游富哭托古慰励免饭忍卧迎顶湃鸯龄漂惮粉昼蓬纱抡害琵侮隘卓千纯稻噬栅胃心恼捡曾遭速咸羽编糖峨怒能榷兜呵小喊么炉攻留啃胚另抗铰尝涯侧贯吾篮须搞绢氛帆据汀锄狭小呈远姜鹅杂荤陋随洛林碴伏食丧腔陨仪仿狱抗势绍
4、奄遁济摩痈战胡片陋杠神缨岳彝讲舆翟掸饼痛目 录0 引言31 0Cr18Ni9不锈钢焊缝金属的性能及可焊性分析41.2 0Cr18Ni9不锈钢焊缝金属的性能5121 容易出现热裂纹61.22 晶间腐蚀61.23 应力腐蚀开裂61.24 焊缝金属的低温脆化61.25 焊接接头的 相脆化61.3 0Cr18Ni9不锈钢的可焊性分析72 焊条的制造工艺流程82.1 焊芯制备及原材料准备82.2药皮配料及压涂82.3 烘焙93 焊条的配方设计93.1合金化方式103.2 焊芯的选定103.3 药皮配方的初步拟定104 试验的调整114.1药皮的类型和渣系的选择114.1.1药皮的类型114.1.2渣系的
5、选择124.2 药皮配方的确定125 焊条配方的调试及工艺性能的测试135.1焊条配方的调试135.2 焊条的工艺性能测试结果135.3 焊条熔敷金属的化学成分测试136 焊条工艺性能的试验研究137结论14参考文献15摘 要: 0Cr18Ni9不锈钢是应用最为广泛的一种铬-镍不锈钢，具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械特性。在大气中耐腐蚀，如果是工业性气氛或重污染地区，则需要及时清洁以避免腐蚀。0Cr18Ni9不锈钢适合用于食品的加工、储存和运输。具有良好的加工性能和可焊性。本文在原酸性不锈钢焊条A102焊条组成的成分的基础上，进一步改进焊条的配方，从而改善了A102焊条的工艺性能。关键
6、词：0Cr18Ni9不锈钢 可焊性 焊条的配方 焊条的工艺性能0 引言不锈钢焊条在工业生产, 尤其是轻化工业设备制造中被大量使用。传统的不锈钢焊条在施焊过程中熔化至整根焊条长度的2/ 3 时,焊条尾部会发红、药皮开裂, 同时飞溅增大,导致焊缝凸起、成形恶化、脱渣困难。这是由于铬镍合金焊芯的电阻率比碳钢焊芯(如H08) 大67 倍,而导热性又仅为碳钢的1/ 3, 强烈的电阻热致使施焊时焊条端部熔化, 以大熔滴短路过渡到熔池,短路电流对焊芯加热严重,短路的瞬间不产生电弧热,故电阻热所占份额极大。在高电阻热和低导热性双重因素作用下,钢芯温度急剧升高,引起焊条工艺性能严重下降。如通过调整焊条药皮配方、
7、改善熔滴过渡方式,即以喷射过渡为主,已能部分地降低焊芯的电阻热,但由于其焊芯仍是铬镍不锈钢,当焊接电流提高时,问题又会重新出现,故仅仅通过调整焊条药皮成分已不能从根本上解决问题。有资料表明:用低碳钢芯代替铬镍不锈钢焊芯并通过加厚焊条药皮增大合金过渡系数可以得到较好的效果。奥氏体不锈钢因其具有优良的综合力学性能、焊接性能及耐腐蚀性能,近年来在核能、压力容器、化工装置、海洋装置和建筑业等领域都得到广泛的应用。0Cr18Ni9奥氏体不锈钢是常用的冲压材料，是作为不锈钢使用最广泛，用于食品用设备，一般化工设备，原子能用工业设备。通俗的讲0Cr18Ni9就是304不锈钢板，0Cr18Ni9Ti就是321
8、，一个是国标，一个是美标。321是因为原来冶炼技术不好，无法降低碳含量才研制的，现在因冶炼技术的提高，超低碳钢冶炼已经很平常，所以321有被淘汰的 趋势。目前321的产量已经很少了。只有一些军工还在使用。0Cr18Ni9钢(AISI304)是奥氏体不锈钢，是在最初发明的18-8型奥氏体不锈钢的基础上发展演变的钢种，该钢是不锈钢的主体钢种，其产量约占不锈钢总产量曲30%以上。由于此钢具有奥氏体结构，它不可能通过热处理手段予以强化，只能采用冷变形方式达到提高强度的目的。钢的奥氏体结构赋予了它的良好冷、热加工性能、无磁性和好的低温性能。0Cr18Ni9钢薄截面尺寸的焊接件具有足够的耐晶间腐蚀能力，在
9、氧化性酸(HNO3)中具有优良的耐蚀性，在碱溶液和大部分有机酸和无机酸中以及大气、水、蒸汽中耐蚀性亦佳。 0Cr18Ni9钢的良好性能，使其成为应用量最大、使用范围最广的不锈钢牌号，此钢适于制造深冲成型的部件以及输送腐蚀介质管道、容器，结构件等，0Cr18Ni9亦可用子制造无磁、低温设备和部件。 0Cr19Ni10(AISI304L)是在0Cr18Ni9基础上，通过降低碳和稍许提高含镍量的超低碳型奥氏体不锈钢。此钢是为了解决因Cr23C6析出致使0Cr18Ni9钢在一些条件下存在严重的晶间腐蚀倾向而发展的。在开发初期，因冶金生产降碳较难，一度曾防碍了它的广泛应用，在20世纪70年代新的二次精炼
10、方法AOD和VOD工艺成功用于生产后，此钢才真正得到广泛应用。与0Cr18Ni9比较，此钢强度稍低，但其敏化态耐晶间腐蚀能力显著优于0Cr18Ni9。除强度外，此钢的其他性能同于0Cr18Ni9Ti。它主要用于需焊接且焊后又不能进行面溶处理的耐蚀设备和部件。其应用领域：板式换热器、波纹管、家庭用品、建材、化学、食品工业等。1 0Cr18Ni9不锈钢焊缝金属的性能及可焊性分析1.1 0Cr18Ni9不锈钢的性能0Cr18Ni9不锈钢是应用最为广泛的一种铬-镍不锈钢，具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械特性。在大气中耐腐蚀，如果是工业性气氛或重污染地区，则需要及时清洁以避免腐蚀。 该钢适合用于
11、食品的加工、储存和运输。具有良好的加工性能和可焊性。 0Cr18Ni9不锈钢是使用最多的一种奥氏体型不锈钢，该钢不能采用热处理得到强化，但经过冷加工变形可达到提高强度的目的。0Cr18Ni9不锈钢的化学成份如表1.1.1。表1.1.1 0Cr18Ni9不锈钢的化学成份名称CSiMnPSCrNi0Cr18Ni90.081.002.000.0350.03017.0-19.08.0-10.5 该钢具有良好的冷、热加工性能，无磁性，有很好的低温性能，并具有在氧化酸性（HNO3）中优良的耐蚀性。其焊接件有较好的耐晶间腐蚀性，在碱液、大部分无机酸和有机酸及大气、水、蒸汽中均有好的耐蚀性。该钢的冷、热加工性
12、能良好，可生产锻件、棒材、板、带、丝，可用各种通过焊接方法焊接。0Cr18Ni9不锈钢因各种性能优良，因而在不锈钢中用量最大，使用面最广。适用于石油化工、轻工、纺织、核工业中，用于制造深冲成形件及输送腐蚀介质管道、容器、结构件，也可用于制造无磁、低温设备零件。0Cr18Ni10钢具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能，冲压弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象，无磁性。0Cr18Ni9不锈钢管的力学性能如表1.1.2。表1.1.2 0Cr18Ni9不锈钢的力学性能母材屈服强度（MPa)抗拉强度（ MPa）伸长率（%）断面收缩率（%）硬度OCr18Ni9 205 5204060187HBS热处
13、理规范：固溶10101150快冷。金相组织：组织特征为奥氏体类型。由于含有较高的镍且在室温下呈奥氏体单相组织，所以它与Cr13不锈钢相比具有高的耐蚀性，在低温、室温及高温下均有较高的塑归和韧性，以及较好的冷作成型和焊接性。但室温下的强度较低，晶间腐蚀及应力腐蚀倾向较大，切削加工性较差。 奥氏体在加热时无相变,因此不能通过热处理强化。只能以提高钢的耐腐蚀性能进行热处理：1)固溶处理；其目的是使碳化物充分溶解并在常温下保留在奥氏体中，从而在常温下获单相奥氏体组织，使钢具有最高的耐腐蚀性能。固溶处理的加热温度一般均较高，在1050-1100C之间，并按含碳量的高低作适当调整。由于18-8不锈钢导热性
14、很差，不仅要通过预热后再进行淬火加热,而且在固溶处理(淬火加热)时的保温时间要长。固溶处理时，要特别注意防止增碳。因为增碳将会增加18-8钢的晶间腐蚀倾向。冷却介质,一般采用清水。固溶处理后的组织一般是单相奥氏体,但对含有钛、铌、钼的不锈钢，尤其当是铸件时,还含有少量的铁素体。固溶处理后的硬度一般在135HBS左右。2)除应力退火；为了消除冷加工后的残余应力，处理在较低的温度下进行。一般加热至250-425C，经常采用的是300-350C。对于不含钛或铌的钢不应超过450C，以免析出碳化铬而引起晶间腐蚀。为了消除焊接后的残余应力,消除钢对应力腐蚀的敏感性,处理一般在较高的温度下进行。加热温度一
15、般不低于850C。冷却方式，对于含有钛或铌的钢可直接在空气中冷却；对于不含有钛或铌的钢应水冷至500C以后再在空气中冷却。3)稳定化处理；为了防止钛和铌的奥氏体不锈钢在焊接或固溶处理时，由于TiC和NbC减少而引起耐晶间腐蚀性能降低,需将这种不锈钢加热到一定温度后 (该温度使铬的碳化物完全溶于奥氏体，而TiC和NbC只部分溶解)再缓冷。在冷却过程中,使钢中的碳充分地与钛和铌化合,析出稳定的TiC和NbC，而不析出铬的碳化物，从而消除18-8奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向,这种处理过程称之为稳定化处理。1.2 0Cr18Ni9不锈钢焊缝金属的性能 图1为0Crl8Ni9奥氏体不锈钢焊接接头的焊缝、热
16、影响区金相显微组织。焊缝组织为白色的奥氏体基体+网状铁素体，通过熔合比及舍夫勒相图得出焊缝中含有78的铁素体。奥氏体不锈钢焊缝中形成5-10的铁素体，有助于防止热裂纹。图1b为0Crl8Ni9奥氏体不锈钢侧HAZ显微组织，左侧为焊缝，右侧为热影响区。从图中可见由于焊缝组织与母材组织均为奥氏体，故互相交融，熔合线没有固定界限。0Crl8Ni9奥氏体不锈钢母材组织为具有孪晶的奥氏体晶粒，上面有沿加工变形方向分布的黑色条纹铁素体。( （a）焊缝金相显微组织 （b）0Crl8Ni9奥氏体不锈钢侧HAZ的显微组织图1 0Crl8Ni9奥氏体不锈钢焊接接头的焊缝、热影响区金相显微组织121 容易出现热裂纹
17、防止措施：（1）尽量使焊缝金属呈双相组织，铁素体的含量控制在3- 5%以下。（2）尽量选用碱性药皮的优质焊条，以限制焊缝金属中S、P、C等的含量。1.22 晶间腐蚀根据贫铬理论，焊缝和热影响区在加热到450- 850敏化温度区时在晶界上析出碳化铬，造成贫铬的晶界，不足以抵抗腐蚀的程度。防止措施：（1）采用低碳或超低碳的焊材，如A002、A137、A132 等；（2）由焊丝或焊条向焊缝熔入一定量的铁素体形成元素，使焊缝金属成为奥氏体+ 铁素体的双相；（3）减少焊接熔池过热，选用较小的焊接电流和较快的焊接速度，加快冷却速度；（4）对耐晶间腐蚀性能要求很高的焊件进行焊后稳定化退火处理。1.23 应力
18、腐蚀开裂应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。防止措施：（1）合理制定成形加工和组装工艺，尽可能减小冷作变形度，避免强制组装；（2）合理选择焊材，焊缝与母材应有良好的匹配，不产生任何不良组织；（3）采取合适的焊接工艺，保证焊缝成形良好，不产生任何应力集中或点蚀的缺陷；（4）消除应力处理，焊后热处理，如焊后完全退火，在难以实施热处理时采用焊后锤击或喷丸等；（5）生产管理措施，介质中杂质的控制，如O2、N2、H2O 等；（6）防蚀处理，如涂层、衬里或阴极保护等。1.24 焊缝金属的低温脆化对于奥氏体不锈钢焊接接头，在低温使用时，焊缝金属的塑韧性是关键问题。此时
19、，焊缝组织中的铁素体的存在总是降低低温韧性。防止措施：通过选用纯奥氏体焊材和调整焊接工艺获得单一的奥氏体焊缝。1.25 焊接接头的 相脆化焊件在经受一定时间的高温加热后会在焊缝中析出一种脆性的 相，导致整个接头脆化，塑性和韧性显著下降。 相的析出温度范围650-850。在高温加热过程中， 相主要由铁素体转变而成。加热时间越长， 相析出越多。防止措施：（1）限制焊缝金属中的铁素体含量（小于15%）；（2）采用小规范，以减小焊缝金属在高温下的停留时间；（3）对已析出的 相在条件允许时进行固溶处理，使 相溶入奥氏体。经过以上对0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的性能分析，初步拟定焊缝金属的合金成分，如表1
20、.2.1。表1.2.1 焊缝金属的合金成分名称CSiMnPSCrNi0Cr18Ni90.081.02.00.030.0218.09.01.3 0Cr18Ni9不锈钢的可焊性分析0Cr18Ni9不锈钢原则上不须进行焊前预热和焊后热处理。一般具有良好的焊接性能。但其中镍、钼含量高的高合金不锈钢进行焊接时易产生高温裂纹。另外还易发生相脆化，在铁素体生成元素的作用下生成的铁素体引起低温脆化，以及耐蚀性下降和应力腐蚀裂纹等缺陷。经焊接后，焊接接头的力学性能一般良好，但当在热影响区中的晶界上有铬的碳化物时会极易生成贫铬层，而贫铬层的出现将在使用过程中易产生晶间腐蚀。为避免问题的发生，应采用低碳(C0.03
21、%)的牌号或添加钛、铌的牌号。为防止焊接金属的高温裂纹，通常认为控制奥氏体中的铁素体肯定是有效的。一般提倡在室温下含5%以上的铁素体。对于以耐蚀性为主要用途的钢，应选用低碳和稳定的钢种，并进行适当的焊后热处理；而以结构强度为主要用途的钢，不应进行焊接后热处理，以防止变形和由于析出碳化物和发生相脆化。0Cr18Ni9属于奥氏体不锈钢，其组织为奥氏体（A)加3-5 铁素体（F ）。它具有良好的塑性和高温、低温性能。它在焊接热循环的作用下，主要显示出以下基本要求： 焊接过程中采用小的线能量输入，减小热影响区范围，加快焊缝及热影响区的冷却速度对不锈钢的焊接是有益的。 用0Cr18Ni9焊接时导热系数小
22、，存在过热区，也容易造成热影响区的晶粒长大。焊缝高温停留时间过长，在高温状态下Cr和C形成化合物，在高温区就形成了贫铬层，也会导致焊缝的枝晶倾向加剧。因此要求尽量选择线能觉输入较小的焊接方法。 由于导热系数小而线膨胀系数大，自由焊态下焊接易产生较大的变形，选用能量集中，热影响区窄的焊接方法能在一定程度上减少焊接变形。0Cr18Ni9的含碳量很小，在加上它属于高合金钢碳当量法对它焊接性能的估算是不怎么准确的。因此我们不用碳当量对它的焊接性进行分析。 0Cr18Ni9属于奥氏体不锈钢，这类钢有具有交高的变形能力并不可淬硬，而且它的含碳量又很底，所以总的来说焊接性还是不错的。但是由于热导率低，热膨胀
23、系数大，局部加热时温度分布不均匀，收缩量大等都将使接头在焊接过程中产生交大的内应力。在焊接的时候应该注意这方面的问题，焊接时尽量避免或减少这种受热不均显现的发生，焊接的速度也应该适当的快点。为确保不锈钢焊缝的力学性能和耐腐蚀性能，首先要保证焊缝金属的化学成分。（1） C含量的控制 C在焊缝中存在时容易形成碳化铬，使奥氏体晶粒界面上贫Cr，从而降低了金属的耐晶间腐蚀性能，破坏了晶粒间的连接作用，易形成腐蚀裂纹。因此，在配方设计过程中，将C含量控制得愈低愈好，一般控制在w(C)86.69%为宜。（2） Si、Cr含量的控制 Si、Cr是铁素体形成元素，使焊缝形成（F+A）双相组织，可以防止热裂纹的
24、产生。焊缝金属内w(Si)含量一般控制在0.8%左右，既不影响新渣系的工艺性能，又不影响焊缝的耐腐蚀性能。当w（Si）1.2%，对耐腐蚀性能（特别是在HNO3介质中）会产生不利影响。焊缝金属的Cr在氧化性介质中能很快生成一层富Cr的氧化膜，提高金属的耐腐蚀能力。因此，Cr是决定不锈钢耐腐蚀性能的主要元素，在调整配方中加入一定量的Cr来补充焊接时焊芯中Cr的烧损，w（Cr）应控制在18.5%20.5%为宜。（3） Mn，Ni含量的控制Mn能有效地稳定奥氏体不锈钢焊缝组织，在焊缝中一般将 w（Mn）控制在1.1% 左右时，具有较好的力学性能。含量过低，会使钢的强度偏低；过高使塑性降低，并会稍微降低
25、焊缝金属的耐腐蚀性。Ni是奥氏体形成元素，在不锈钢焊缝金属中能稳定奥氏体组织，提高耐腐蚀能力。在配方设计中要加入w（Ni）10%左右，以保证焊缝金属中的Ni含量。（4） Nb含量的控制Nb在不锈钢焊缝中与C的亲合力比Cr大，常能与C生成稳定的NbC，因而对消除晶间腐蚀极为有利。在配方设计中，加入量应适当，w（Nb）一般应大于w(C)8倍以上，即能大大改善耐晶间腐蚀性能和工艺性能。 众所周知，S、P是有害元素，其含量控制得愈低愈好。根据以上分析修定焊缝的合金系统，如表1.3.1。表1.3.1 修订后的焊缝合金系统名称CSiMnP、SNbCrNi0cr18ni90.040.810.80.010.0
26、519.69.42 焊条的制造工艺流程电焊条的制造工艺过程主要包括三部分，即焊芯加工、涂料制备及焊条压涂。2.1 焊芯制备及原材料准备目前焊条厂使用的盘条外径多为直径6.5mm。经剥壳、酸洗去除盘条表面氧化皮后，在拉丝机上拉拔到所需的直径（26.5）mm，再在校直切断机上按要求的长度进行校直和切断。块状的铁合金和矿石先经破碎机破碎成20mm左右的小块，然后用磨粉机、球磨机或锟式粉碎机磨成粒度为60325目的细粉。2.2药皮配料及压涂将各种焊条药皮用粉料（矿石、铁合金及化工产品等）按焊条配方比例进行配料，可以用人工称重或电子计算机控制电子秤进行自动称重。配好的料在搅拌机中进行干混使之均匀，然后慢
27、慢倒入适量的水玻璃（作为黏结剂），搅拌成具有一定黏性的涂料，即可送到压涂机上压制焊条。焊条压涂机是一种联合设备，它的作用是将搅拌好的湿涂料压涂到焊芯上，并对焊条夹持端及引弧端进行加工，使之具有焊条的外形。焊条压涂机有以下两种。螺旋式压涂机 通过螺旋轴旋转时产生的推力，将涂料挤压出来。由于螺旋式压涂机的推力较小，因此要求涂料有较好的滑性和塑性，通常用来生产J421、J422等酸性药皮的焊条。油压式压涂机 活塞的推力为10002000tf（9.81061.96107N）,目前最高的可达4500tf（4.41107N），涂料在粉缸中要承受80100MPa的压力。由于压力高，这种设备可用来压涂各种类型
28、的焊条，如结构钢焊条J507、不锈钢焊条A102等。用机器压涂焊条，每分钟可压涂5001000根，目前大型设备最高每分钟可压涂1200根以上。2.3 烘焙压涂出来的焊条可以经过自然干燥（或低温晾干）后送入高温干燥炉进行烘焙，也可直接进入连续式烘干炉直接烘干。烘干炉的热源可用热风循环、电阻丝直接加热或远红外加热，也可通过柴油或天然气燃烧来加热。烘焙温度与时间随焊条的种类而异，一般酸性结构钢焊条烘焙温度为200250，碱性焊条为350左右，超低氢或高强钢焊条的烘焙温度可高达450。上述焊条制造工艺是目前国内外大量采用的，即钢丝拉成一定规格后，经调直切断成一根一根的焊芯，再送入压涂机中压涂成焊条，这
29、种工艺称为“先切后涂”工艺。这种工艺的不足之处是当压涂力不均匀时，焊条偏心不稳定，尤其是对小直径焊条，钢丝直径细小，刚度不足，送丝不顺利，造成压涂困难。近年来，国内发明了“先涂后切”焊条制造工艺，即拉拔到一定规格的焊丝，送调直机校直后不经切断而直接由两个送丝轮连续地送到压涂机去压涂，压涂出来的焊条通过圆盘切割机或链条切断机被切割成一定长度的电焊条湿坯，再经过磨头、磨尾、烘干制成焊条成品。这种制造工艺的特点是焊条同心度好且稳定，可连续生产。由于发明并采用了这种工艺，为特细焊条直径（0.61.8）mm的生产开辟了一各新路。3 焊条的配方设计电焊条设计原则是技术可行，符合相关国家规定的各项性能要求，
30、能进行机械化生产，经济效益好，卫生指标先进，符合环保要求。电焊条设计的依据是被焊母材的化学成分、力学性能、被焊件的工作要求（如抗氧化性、耐热性、低温韧性、耐磨性、耐腐蚀性等）、现场施工条件（如交、直流焊接）、焊条制造成本、制造工艺及使用工艺要求等。为了便于焊条药皮配方的调整，在焊条设计上可选择直径4mm的焊条为突破口，其他规格的焊条可以在直径4mm焊条的配方基础上进行调整。当前，焊条配方设计除了继承传统的优秀配方加以创新外，还采用了计算机成分配比优选计算和正交设计等试验方法。但无论采用哪种方法，对药皮设计配方进行充分的实验、调整和性能测试仍是不可缺少的。3.1合金化方式合金化就是把所需要的合金
31、元素，通过焊接材料过渡到焊缝金属(或堆焊金属)中。合金化的目的：(1)补偿焊接过程中由于氧化、蒸发等原因造成的合金元素的损失；(2)改善焊缝金属的组织和性能；(3)获得具有特殊性能的堆焊金属。常用的合金化方式有：应用合金焊丝；应用药芯焊丝或药芯焊条；应用合金药皮或粘结焊剂；应用合金粉末；应用熔渣与金属之间的置换反应。3.2 焊芯的选定不锈钢焊条在工业生产,尤其是轻化工业设备制造中被大量使用。传统的不锈钢焊条在施焊过程中熔化至整根焊条长度的2/ 3时,焊条尾部会发红、药皮开裂,同时飞溅增大,导致焊缝凸起、成形恶化、脱渣困难。这是由于铬镍合金焊芯的电阻率比碳钢焊芯(如H08)大67倍,而导热性又仅
32、为碳钢的1/ 3,强烈的电阻热致使施焊时焊条端部熔化,以大熔滴短路过渡到熔池,短路电流对焊芯加热严重,短路的瞬间不产生电弧热,故电阻热所占份额极大。在高电阻热和低导热性双重因素作用下,钢芯温度急剧升高,引起焊条工艺性能严重下降。如通过调整焊条药皮配方、改善熔滴过渡方式,即以喷射过渡为主,已能部分地降低焊芯的电阻热,但由于其焊芯仍是铬镍不锈钢,当焊接电流提高时,问题又会重新出现,故仅仅通过调整焊条药皮成分已不能从根本上解决问题。有资料表明1, 2:用低碳钢芯代替铬镍不锈钢焊芯并通过加厚焊条药皮增大合金过渡系数可以得到较好的效果。低碳钢芯不锈钢代用焊条的理论依据是:铬镍合金焊芯的成分中Cr:17%
33、19%,Ni:8%11%,能焊接与之相近成分的奥氏体不锈钢如Cr18Ni9、Cr18Ni9Nb等;而低碳钢焊芯(H08)不含铬、镍,要达到能焊接高铬镍成分不锈钢的要求,则必须从焊条药皮中过渡等含量的合金元素尤其是铬和镍,才能保障焊缝金属室温组织仍是单相奥氏体,使焊缝金属既满足力学性能要求,又能达到抗腐蚀的目的。使用低碳钢芯(H08E)代替铬镍合金钢焊芯制造不锈钢焊条。为保障焊缝金属化学成分满足不锈钢要求,药皮厚度在正常的奥氏体不锈钢焊条(外径6.4 mm/4.0 mm焊芯)基础上以0.2 mm的厚度递增,即试验焊条外径分别为6.4、6.6、6.8、7.0、7.2、7.4mm。低碳钢H08E可以
34、作为不锈钢代用焊条的焊芯,但药皮厚度应相应增加以提高合金的过渡系数。合金的过渡系数随焊条药皮厚度的增加而增加,但药皮厚度太大,会降低焊条的工艺性能,当焊芯直径为4.0mm时,药皮外径以7.00mm为适宜。使用低碳钢H08E作焊芯时,焊接工艺性能明显改善,药皮无发红和脱落现象,且代替了价格昂贵的不锈钢焊芯,焊条总的成本大约下降30%。3.3 药皮配方的初步拟定焊条药皮配方的确定，主要是根据焊条设计的技术要求，例如力学性能、化学成分、工艺性能指标及其他特殊性能的要求等，来选定适宜的药皮类型，如钛型、钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢型、石墨型、盐基型等。0Cr18Ni9不锈钢具有优良的耐蚀
35、性，抗氧化性，耐热性及良好的机械性能和加工性能，因此广泛地应用于石油化工、医疗器械、食品机械和原子能工业等。因此，不锈钢焊条在这些领域中的应用也日益广泛，不锈钢焊条的研究与生产也占有重要地位。目前国内各厂家生产的酸性不锈钢焊条A102焊条、A302焊条虽然都能达到GB/T983-1995要求，但都不同程度地存在各自的问题，如熔滴过渡不稳，飞溅较大，焊条尾部发红，气孔敏感性大等问题，不能得到同等解决而达到完美的工艺性能及内在质量。采用H08E焊芯，靠药皮过渡大量合金元素的不锈钢焊条，是一种价格低、熔化速度快的新型不锈钢焊条，熔敷金属中的Cr和Ni主要靠在药皮中加入金属铬和金属镍来实现。为了减少合
36、金元素在焊接过程中的烧损，合金粉末的颗粒度宜选在60200目之间。低碳钢芯不锈钢焊条药皮的参考配方见表3.3.1。表3.3.1 低碳钢芯不锈钢焊条药皮的参考配方药皮材料药皮配方设计范围/%药皮材料药皮配方设计范围/%Cr18Ni9焊条Cr18Ni9Nb焊条Cr18Ni9焊条Cr18Ni9Nb焊条金红石钛白粉大理石长石冰晶石金属锰202525249134634182225359134634金属铬镍粉氟化稀土低度铌铁纯碱其余25301013230.5152530101323240.5154 试验的调整一般情况下，焊条药皮基础配方设计只能算是初步设计，总会与预定目标有一定差距，有时差距可能很大。因此
37、焊条药皮配方必须通过试验来进行调整。在药皮配方调整试验中，有先调工艺性能为主后调理化性能指标的，由于通常工艺性能调整比理化性能调整容易，且调整理化性能时也将进一步影响工艺性能，故这种试验方法使用较多，特别是用于靠药皮过渡合金成分较少的焊条（如E4303焊条）。药皮配方调整试验中，也有先调理化性能后调工艺性能的，多用于靠药皮过渡合金成分较多的焊条（如碳钢芯不锈钢焊条等）。也有工艺性能和理化性能同时进行试验调整的，这可根据具体情况和实际条件去选用。在焊条药皮试验配方调整过程中，根据需要可单组元或多组元进行试验调整。当各项技术和经济指标达到预定国家标准或设计要求时，可通过试产、试用、技术鉴定和批量生
38、产。4.1药皮的类型和渣系的选择4.1.1药皮的类型0Cr18Ni9是典型的奥氏体不锈钢，不锈钢焊条的设计主要是保证熔敷金属的化学成分，而化学成分的获得以相应的不锈钢芯为主，以药皮过渡合金元素为辅。不锈钢焊条药皮类型一般都是沿用钛型、钛钙型和低氢型。钛型或钛钙型药皮由于电弧穿透力较弱，适于薄板平焊。不锈钢焊芯电阻系数大，交流弧焊比直流弧焊更易使焊条发红，因此在药皮配方设计上宜采用低氢型药皮，以适应全位置中厚度不锈钢板的焊接。4.1.2渣系的选择根据焊缝合金系统的特点及使用性能，我们采用如下五元渣系:CaF2 :精选萤石粉, Al2O3 :加入适量的Al 粉;CaO :精选优质石灰;MgO :电
39、熔镁砂; TiO2 。此五元渣系的熔点为1220 1240 ,1550 时的粘度为0. 32 泊。在五元渣系中我们加入了MgO 和TiO2 。渣中加入( TiO2)是为了通过石墨电极化渣过程生成一定量的( Ti3O5 ) 。( Ti3O5) 是复合的大离子半径的原子团,难以扩散,对氧的传输起着阻碍作用。渣中加入MgO 可提高高温熔渣的粘度,在渣池表面形成一层半凝固膜。CaO 作为去S 剂加入渣中,同时可降低CaF2 的比电导。4.2 药皮配方的确定根据焊缝合金系统的特点及使用性能的要求，药皮配方调整试验研究试验的过程共包括七轮配方试验，每一轮配方都是在前一轮配方的基础上保留其工艺性能较好的因素
40、，进一步改进其配方而得到的。第一轮配方：金属铬成分降低，金红石含量增加，成型性有所改善。第二轮配方：添加白泥，稍降低金红石含量，脱渣性、成型性均有所改善。第三轮配方：金红石含量进一步降低，白泥成分进一步增加，成型性进一步有所改善。 第四轮配方：萤石含量降低，增加长石含量，成型性进一步有所改善，飞溅变小。第五轮配方：大理石含量稍减小，并减少钒土含量，飞溅进一步减小。第六轮配方：大理石进一步降低，去掉钒土，飞溅较小，液态金属流动性比较好，有一小部分熔渣自动脱掉，其余部分轻触即掉，成型一般，有较重的氧化色。第七轮配方：将铁砂及长石含量稍降低，飞溅较小，液态金属流动性比较好，脱渣较容易，成型较好，焊缝
41、波纹均匀细致，且呈亮白色，但焊条尾部有发红现象。第七轮药皮配方的焊条获得了比较理想的工艺性能。其药皮配方见表4.2.1。表4.2.1研制的焊条药皮配方原料大理石金红石莹石长石含量/%15.020.030.045.04.010.04.015.0原料金属铬钛铁金属锰铁砂含量/%5.010.05.010.04.07.03.07.0原料钛白粉铜粉铁红纯碱含量/%2.05.00.20.60.20.80.20.85 焊条配方的调试及工艺性能的测试5.1焊条配方的调试 采用H08E焊芯，靠药皮过渡大量合金元素的不锈钢焊条，是一种价格低、熔化速度快的新型不锈钢焊条，熔敷金属中的Cr和Ni主要靠在药皮中加入金属
42、铬和金属镍来实现。为了减少合金元素在焊接过程中的烧损，合金粉末的颗粒度宜选在60200目之间。5.2 焊条的工艺性能测试结果 焊条的工艺性能良好, 引弧性好, 电弧稳定性极好(焊条直径为4.0mm时, 电流小至80A,电弧仍可稳定燃烧), 电弧吹力较大, 飞溅一般,熔化系数大, 载流能力大, 脱渣性好, 焊缝成形极好, 焊缝表面无气孔、裂纹、咬边等缺陷。5.3 焊条熔敷金属的化学成分测试焊条熔敷金属的化学成分如表5.3.1所示。结果表明, 熔敷金属的化学成分和0Cr18Ni9不锈钢母材的化学成分接近。表5.3.1 焊条熔敷金属的化学成分（%）碳 C(%)硅 Si(%)锰 Mn：(%) 硫 S
43、(%) 磷 P(%) 铬 Cr(%)镍 Ni(%)0.071.002.000.0300.0318.0096 焊条工艺性能的试验研究焊条工艺性能的试验研究的工艺性能包括电弧稳定性、再引弧性能、脱渣性能、熔化系数、飞溅率、熔渣流动性和焊缝成型以及药皮尾部发红等。试验条件：（1）试验前焊条经260烘干，并保温1小时（2）使用交流弧焊机焊接，焊接电流为150A。测试方法均依据全国电焊条行业质量检查评比工作细则（1979）.试验性能结果见表6.1、表6.2及表6.3。表6.1电弧稳定性、熔化系数和飞溅率性能电弧稳定性熔化系数飞溅率依据弧断长度/mm熔化系数/.第一根2412.486.68第二根2612.
44、027.15平均2512.286.92表6.2 熔渣流动性和焊缝成型和焊条药皮发红及开裂性能熔渣流动性和焊缝成型焊条药皮发红及开裂依据液态金属和熔渣的流动性焊缝成型归属类型焊条剩余长度170mm焊条剩余长度50mm试验分析结果液态金属和熔渣的流动性均良好焊缝成型美观，波纹均匀、细致，焊缝呈银白色熔渣流动性归第1类；焊缝成型归第1类尾部药皮发红，并有开裂现象尾部药皮发红，略有开裂，没有脱落现象表6.3再引弧性能和脱渣性性能再引弧性能脱渣性依据断弧间隔时间/s焊缝长度/mm未脱渣长度/mm渣自动裂开脱渣率/%试验数据分析30（不加压）第一层31000100第二层2800981007结论(1) 0C
45、r18Ni9属于奥氏体不锈钢，这类钢有具有交高的变形能力并不可淬硬，而且它的含碳量又很底，所以总的来说焊接性还是不错的。(2) 0Crl8Ni9奥氏体不锈钢的焊接接头的拉伸性能与母材的相当：且接头具有很好的弯曲性能；该处的冲击吸收功随着温度的降低而显著降低。(3) 0Crl8Ni9奥氏体不锈钢的焊接接头的平均硬度在HV160200之间焊缝处的平均硬度高于两侧母材的。0Crl8Ni9不锈钢侧熔合线附近的硬度曲线较为平缓。（4)低碳锕H08E可以作为不锈钢代用焊条的焊芯，但药皮厚度应相应增加以提高台金的过渡系数。低碳钢H08E可以作为不锈钢代用焊条的焊芯,但药皮厚度应相应增加以提高合金的过渡系数。
46、合金的过渡系数随焊条药皮厚度的增加而增加,但药皮厚度太大,会降低焊条的工艺性能,当焊芯直径为4.0mm时,药皮外径以7.00mm为适宜。（5）试验焊条具有电弧稳定、熔渣流动性良好，焊条尾部不发红、药皮无脱落等特点；熔滴呈喷射过渡，焊缝金属化学成分、显微组织达到同类型铬镍合金焊芯不锈钢焊条的要求。解决了不锈钢焊条尾部发红、开裂等问题，同时也显著降低了不锈钢焊条的成本。参考文献1 陈伯蠡、焊接冶金原理.北京：清华大学出版社，1991.2 唐伯钢，尹士科，王玉荣 K 低碳钢与低合金高强度钢焊接材料 M 北京：机械工业出版社，1987.3 吴润辉,王永兴等.船舶焊接工艺.哈尔滨工程大学出版社，20084 邓洪军.船舶焊接工艺.人民日报出版社，2005橡炮迈厨拦现丁坐酞忘模啼竞朵邢澄劲译己