不銹鋼單層帶極電渣堆焊試驗研究

◎馬易思

目前，國內(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，即第一層為過渡層，主要用來完成母材對不銹鋼焊材中的Cr、Ni 等元素的稀釋，保證不銹鋼耐蝕堆焊層和母材的結合強度。第二層為抗腐蝕層，其化學成分能夠保證抵抗特殊工況下抗腐蝕性的要求。雙層堆焊技術成熟，ASME 規(guī)范，API934 標準以及阿克斯、雪佛龍等專利商的技術資料中對雙層堆焊的選材和使用都有明確的規(guī)定，已經(jīng)完全實現(xiàn)技術上的“標準化”。

單層堆焊是近年來發(fā)展起來的工藝技術，目前還處于積累數(shù)據(jù)和應用推廣階段，所用的焊帶TP.309NbL 還沒有被ASME第二卷吸納引入。單層堆焊主要通過對過渡層堆焊材料的改進（主要在焊帶化學成分中添加Nb 元素）以及施焊過程控制等手段來實現(xiàn)堆焊層既滿足化學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，制造成本低等無法比擬的優(yōu)勢，但技術方面，單層不銹鋼帶極電渣堆焊對稀釋率的控制更為嚴格，合適的稀釋率范圍更窄，對工藝參數(shù)有更高的要求，所以施焊過程必須要有更嚴格的控制。所以，本文就不銹鋼單層帶極電渣堆焊的工藝參數(shù)優(yōu)化開展了試驗研究，以期摸清電流、焊速等焊接工藝參數(shù)對稀釋率的影響及規(guī)律，為制定合理的工藝參數(shù)提供參考。

一、試驗方案

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

1.化學成分要求值及目標稀釋率。

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試驗采用的焊材為EQ309NbL，規(guī)格為0.5＊60，焊劑不過度元素，焊帶的化學成分見表1.2。

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根據(jù)Ni 含量計算的目標稀釋率，滿足要求的稀釋率范圍4%-21%，根據(jù)Cr 的含量計算目標稀釋率為1%-15%，但是考慮到Cr 元素燒損，實際的稀釋率要小于15%，所以根據(jù)主要元素確定的稀釋率范圍應為4%-15%。

2.試驗設計。

選擇焊接電流、焊接速度作為變量，進行單一變量的試驗，試驗參數(shù)及變量見表1.3。

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二、結果分析與討論

表面至熔合線不同深度處進行了化學分析，并計算鐵素體，對堆焊層橫截面進行了低倍分析，測量了熔深。

1.化學成分與熔合線距離的變化規(guī)律。

由于母材的稀釋，Cr、Ni、Nb 等元素隨距熔合線的距離的增大而增大，C 元素隨距熔合線的距離的增大而減小，當距離熔合線一定距離內(nèi)的化學成分變化劇烈，但超過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、焊速對稀釋率的影響。

（1）電流對稀釋率的影響。

電流的變化對稀釋率的影響微小，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，堆焊層厚度也明顯增大，熔深與堆焊層厚度同比增加，導致稀釋率變化不大。

（2）焊速對稀釋率的影響。

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。

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

三、結論

1.焊接電流及焊接速度是影響堆焊層厚度的主要因素，對稀釋率的影響不明顯。

2.單層堆焊的適宜稀釋率為11%-15%。