■■■●■■■竺签 ｌ■■■■■■■■■■■■＿ Ｔｏｐｉｃ口ＩＲ ｖｉｅｗ 不锈钢埋弧焊丝与焊剂的匹配 中冶建筑研究总院 （北京１０００８１） 陈波 王士山 北京金威焊材有限公司 （１０２２０６）王卫东李柱 试验背景 国内焊材市场上的不锈钢埋弧焊丝与焊剂一般是 不同厂家分别进行生产，其焊丝成分只是简单的符合各 类标准的要求，其考虑更多的是生产成本，很少考虑实 际焊接需要，更未能考虑焊接过程中成分的烧损；焊剂 生产厂家也是如此，焊剂配方只考虑其脱渣性能、成形 效果和抗气孔能力等工艺性能，很少考虑焊缝成分的烧 损补足和杂质含量的控制。 这样做的结果是，焊丝和焊剂这两种产品分开来 看均符合国标及其他相关标准，但配合在一起使用则不 定适合，焊接过程中或焊后使用过程中很可能产生裂 纹、腐蚀等质量问题。焊丝冶炼和焊剂生产的脱节，造 成了二者匹配效果下降，最直接的后果就是焊缝金属 化学成分的缺失或不足以及杂质含量的增加，从而影响 焊缝组织形态，进而影响焊接接头性能。轻者降低接头 强度、耐腐蚀性能，重者将直接造成焊缝开裂等焊接缺 陷，影响焊接及后期使用。 中国压力容器标准委员会充分认识到了以上问 题，要求用于压力容器的焊丝和焊剂必须配套生产、销 售及使用，并由同一焊材厂家提供。国家质量技术监督 局也早在１９９９年就颁布了埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂的 国家标准。我公司对此问题十分重视，针对不同的不锈 钢埋弧焊焊丝和焊剂的匹配，进行了一系列试验，对各 种匹配下的焊缝成分、铁素体含量等要素进行了系统的 总结和分析，并提出了有效的解决方法。 二、不锈钢埋弧焊丝与焊剂匹配试验 １．焊接材料 本次试验采用实际工程中用量最大的、最基础的 ＥＲ３０８、ＥＲ３１６Ｌ两种型号焊丝作为试验用丝，分别采用 四个厂家生产的同牌号焊剂作为对比焊剂进行试验。 目Ｉ 星 塑堡董皇 型 磊 工热加工 ｗｗｗ．ｍｅｔａｌｗｏｒｋｉｎｆｌ１９５０ＣＯｒｎ ’ ’。 ２．试验方法 试验方法为，采用不同厂家生产的不锈钢埋弧焊 用焊剂进行ＥＲ３０８￣ＮＥＲ３１６Ｌ焊丝的埋弧堆焊，测定未 经稀释的熔敷金属化学成分和铁素体含量。 为了防止埋弧焊丝及母材对试验结果产生影响， 每组试验中同一型号焊丝均使用同一盘，焊接采用平板 复堆法，堆焊７层１５ｍｍ以上高度。 ３．试验设备 焊接试验采用ＭＺ－－ＩＯ００型埋弧焊机｛熔敷金属化 学成分分析采用ＢＲＵＫＥＲ Ｑ８型光谱仪；熔敷金属铁素体 含量采用德国产Ｆｅｒｉｔｓｃｏｐｅ ＭＰ３０型铁素体测量仪测量。 ４．试验结果 具体试验参数及结果见表１、表２所示： 表１ ＥＲ３０８焊丝与不同焊剂匹配后焊接结果 焊丝型号 ＥＲ３０８ 规格／ｍｍ ４．Ｏ 焊接电流 ４５０ 焊接电压／Ｖ ３０ 焊接速度 ２５ ／Ａ ／ｍ．ｈ一 焊丝及熔敷金属化学成分（质量分数％） 厂家 焊剂 Ｃ Ｍｎ Ｓｉ Ｓ Ｐ Ｃｒ Ｎｉ ＦＮｌ ＦＮ２ 编号 牌号 ＥＲ３０８焊丝 ０．０３８ １．７４ ０ｌ３Ｏ ０．００１ ０．０ｌ６ １９．６５ ９．７４ ７ Ａ 【 ０．０４４ １．８Ｏ ０＿３７ ０．０ｌ４ ０．０３０ ｌ９．１ｌ ９．７ｌ ４．８ ５－５ Ｂ ＳＪ６０１ ０．０３０ １．３４ ０．４５ Ｏ．００６ ０．０３４ ｌ９．２Ｏ ９．６７ ７．Ｏ ７．８ Ｃ ０．０３５ ｌ３０ ０－３８ Ｏ．００５ ０．０２０ ｌ９．２９ ９．７２ ６－２ ７．４ Ｄ ０．０３０ １．１９ Ｏ－３７ ０．０ｏ３ ０．０２９ １８．４８ ９．７１ ６．Ｏ ６ 注：ＦＮ 为磁针法实测值；ＦＮ 为查Ｓｃｈａｅｆｉｆｅｒ图的结果。 表２ ＥＲ３１６Ｌ焊丝与不同焊剂匹配后焊接结果 焊丝型号 ＥＲ３１６Ｌ 规格／ａｒｍ ４．０ 焊接电流 ４５０ 焊接电压 ３０ 焊接速度 ２５ ／Ａ ／Ｖ ／ｍ·ｈ 焊丝及熔敷金属化学成分（质量分数，％） 厂家 焊剂 编号 牌号 Ｃ Ｍｎ Ｓｉ Ｓ Ｐ Ｃｒ Ｎｉ ＭＯ ＦＮｌ ＦＮ２ ＥＲ３１６Ｌ ０．０ｌ８ １．７ｌ ０．６２ Ｏ．００１ ０．０２４ ｌ８．９７ ｌ２．Ｏ６ ２．２０ ７．５ Ａ ０．０３３ １．９４ ０．５７ Ｏ．０１２ ０．０３０ １７．８３ ｌ１．８７ ２．１６ ５．６ ３．５ Ｂ ＳＪ６Ｏｌ Ｏ．０１５ １．４１ ０．７２ Ｏ．ｏｏ５ ０．Ｏ２７ １８．４０ １２．ｏｏ ２．１９ ８．２ ７．５ Ｃ ０．０２０ １＿３８ Ｏ．６２ ０．００５ ０．０２８ １８．２ｌ ｌ１．７５ ２．１ｌ ８．２ ６．５ Ｄ ０．Ｏｌ９ １．５３ Ｏ．６０ ０．ｏ０４ ０．０２９ ｌ８．Ｏ２ ｌ１．８２ ２．１９ ７．７ ６ 注：ＦＮ．为磁针法实测值；ＦＮ 为查Ｓｃｈａｅｆｌｆｅｒ［￣的结果。 焊接材料专辑 ５．试验结果分析 从以上两组试验结果可以看出，不同厂家的焊 剂，对焊接熔敷金属化学成分产生了不同的影响，具体 的影响类别及程度可大致总结如下： ／Ａ 表４焊剂补铬量对ＥＲ３１ ６Ｌ焊丝熔敷金属成分的影响 焊丝型号 焊接电流 ４５０ ＥＲ３ｌ６Ｌ 规格／ｍｍ ４．Ｏ 焊接电压／Ｖ ３０ 焊接速度 ／ｍ·ｈ ２５ 焊丝及熔敷金属化学成分（质量分数，％） Ｃ ＥＲ３１６Ｌ Ｍｎ Ｓｉ Ｓ Ｐ Ｃｒ Ｎｉ ＭＯ ＦＮ１ （１）不同厂家的市售ＳＪ６０１焊剂匹配相同的焊丝， 焊丝 ｌ ＳＪ６ｏｌ ２ ＳＪ６０１ ０．０２２ １．９Ｏ ０．４８ Ｏ．０Ｏｌ ０．０２５ １８．８９ ｌ１．９１ ２．１４ ０．０２２ １．２６ ０．４ｌ Ｏ．ＯＨ０４ ０．０２９ ｌ８．８８ １ｌ－３Ｏ ２．１１ ｌ１盘 Ｏ．Ｏ３ｌ １－３７ ０．５Ｏ ０．ＯｌＯ ０．０３０ ２Ｏ．１９ １ｌ＿３０ ２．１０ ｌ６．７ 采用相同的焊接工艺及参数进行焊接，其焊后熔敷金属 化学成分、杂质含量及铁素体含量差异很大，具体数值 ３ ＳＪ６０１ ０．０３４ １－３９ ０．４６ ０．０Ｈ０９ ０．０３０ ２０．４１ ｌＩ．２８ ２．１１ ｌ７．２ 如表３所示。 表３不同厂家ｓＪ６０１焊剂焊接熔敷金属化学成分范围（质量分数） （％） 影响 类别 Ｃ Ｍｎ Ｓｉ Ｓ Ｐ Ｃｒ Ｎｉ ＭＯ ＦＮ Ｊ ＦＮ ２ 对ＥＲ３０８ ０．０３０ １．１９ Ｏ－３７ ０．００３ ０．０２０ １８．４８ ９．６７ ４．８ ５．５ 焊丝的 ～ ～ ～ ～ 影响幅度 ０．０４５ １．８０ ０．４５ Ｏ．０１４ ０．０３４ ｌ９．２９ ９．７２ ７．０ ７．８ 对ＥＲ３１６Ｌ Ｏ．０１５ １－３８ ０．５７ ０．ｏｏ４ ０．０２７ １７＿８３ １１．７５ ２．１１ ５ ６ ３．５ 焊丝的 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 影响幅度 ０．０３３ １．９４ ０．７２ ０．０１２ ０．０３０ １８．４０ ｌ２．０Ｏ ２ １９ ８．２ ７．５ 注：ＦＮｌ为磁针法实测值；ＦＮ ２为查Ｓｃｈａｅｆｉｆｅｒ图的结果。 从表中数据可以看出，不同厂家的ＳＪ６０１焊剂对焊 丝熔敷金属化学成分的影响差别较大，实际使用及评 定时，应焊丝焊剂匹配进行。 （２）不锈钢埋弧焊丝与焊剂按照不同的标准生 产，由不同厂家提供，无法保证每次匹配焊接后熔敷 金属成分的一致性，也无法控制熔敷金属杂质含量和 铁素体含量。 综上所述，不同焊丝与焊剂的匹配对焊接质量 的影响很大，并且这一系列的成分、组织变化，仅仅 是在实验室小参数焊接的情况下产生的。在实际生产 中，焊接参数远远大于实验室参数，焊缝受到的影响 也会远远大于实验室的试验结果。因此，实际焊接工 程中产生各类焊接质量问题也就不难解释了。 三 解决方案 我公司充分认识到了以上问题的严重性，一方 面大力推广焊丝和焊剂的配套销售、评定及使用工 作，另一方面，加大力量进行埋弧焊剂的研制及改 进工作。针对焊接过程中成分的烧损和铁素体含量的 下降，我公司进行了一系列的埋弧焊接试验，试验主 要研究不同的焊剂补铬量对焊缝化学成分及组织的影 响，试验采用ＥＲ３１６Ｌ ４．０ｍｍ埋弧焊丝，不同补铬量的 ＳＪ６０１烧结焊剂，具体试验数据见表４。 ４ ＳＪ６０１ ０．０２９ １．３３ ０．４５ ０．Ｏｌ１ ０．０２９ ２０．８４ ｌ１．０５ ２．Ｏ６ ２０－４ 注：ＦＮｌ为磁针法实测值；ＦＮ ２为查Ｓｃｈａｅｆｉｆｅｒ图的结果。 表４中的数据为使用同一盘焊丝，分别匹配同一牌 号、同一配方、不同补铬量的焊剂焊接试验的结果， 按照１～４的顺序，焊剂中补铬量依次增高。从表中数 据可以看出，在其他成分没有明显变化的情况下，熔 敷金属的含铬量和铁素体含量随着焊剂中补铬量的提 高有了较为明显的增加，这对解决埋弧焊接中的抗裂 性等问题无疑会有决定性的影响。 由以上三组试验数据我们可以看出：埋弧焊剂 与埋弧焊丝的匹配是十分关键和重要的，其对焊接质 量的影响是不可小觑的，不同厂家生产的焊剂，由于 配方不同，其对相同焊丝焊接质量的影响也是大不相 同的，具体影响程度主要取决于焊剂的碱度、成分体 系、合金补足等方面。一种好的埋弧焊剂不仅要保证 优良的焊接工艺性能，还要保证焊缝更具有合适的化 学成分、优良的力学性能及耐腐蚀性能。 四 试验结论 （１）埋弧焊焊丝与焊剂的配套生产销售以及配套 评定是十分重要的，即使是分别采购，在焊接试验和 工艺评定过程中绝对不能把二者分离开来，应作为有 机的整体进行配套评定，只有这样，才能够切实保证 焊接试验和工艺评定的有效性。 （２）通过对焊剂中合金元素进行适量的补足， 能有效的提高焊接熔敷金属中的相应元素含量和铁素 体含量，进而保证焊接质量。我公司针对此问题，专 门研制了具有成分补足效果的不锈钢埋弧焊丝专用焊 剂，此焊剂在国内不锈钢埋弧焊接中已广泛应用，市 场反馈良好，得到用户一致好评。 （３）国家压力容器标准委员会提出不锈钢埋弧焊 丝与焊剂由同一厂家提供是必要的，对保证埋弧焊接 质量具有重要意义。建议不锈钢结构制造厂不要分别 采购不锈钢埋弧焊丝与焊剂，以确保焊接质量。ＭＷ 参磊肛 工—