E347L不锈钢带极堆焊工艺及影响因素有哪些

   浙江宏盛特钢有限公司技术人员发现堆焊耐蚀层化学成分及铁素体含量控制主要在于熔敷金属的耐蚀性和铁素体含量在很大程度上取决于化学成分。焊缝中有一定量铁素体能降低焊缝金属的热裂倾向，提高耐晶间腐蚀性能。焊缝中的δ相可以打乱单一奥氏体柱状晶的方向性，避免贫铬层贯穿于晶粒之间构成腐蚀介质的集中通道；处于敏化温度区间时，富铬碳化物最易于在两相界面δ相一侧形核，从而大大减少了碳化物沿奥氏体晶界析出。但铁素体含量高，不仅在某些介质中会引起选择性腐蚀，而且会造成σ相脆化。如加氢反应器制造过程中往往经过多次650℃以上的热处理，累计时间可达到20多小时，且设备长期在高温下运行，可能使堆焊层的铁素体发生σ相的转变．造成堆焊层的脆化。因此，对铁素体含量必须予以控制，一般认为应控制在5％～12％。E347L不锈钢焊带的化学成分除了碳、硅、锰、磷、硫、铬、镍等元素外，为了提高强度及耐蚀性添加了少量的钼和铌等元素，钼和铌是强铁素体形成元素，对于形成铁素体有贡献作用。在冶炼生产时，尽可能地将各元素含量控制在生产控制目标范围内，AOD或VOD二次精炼技术可以将碳和氮含量控制在很低的范围内。施焊的时候制定合理的焊接工艺参数和热处理制度，以获得理想的熔敷金属的化学成分和FN值。

一、堆焊层熔敷金属的成形及性能影响因素

  1. 焊接工艺因素对堆焊层成形及性能的影响

   为了制定合理的焊接工艺，查阅了相关的技术文献资料，总结了各因素对工艺性和堆焊层成型和性能的影响如下：

   a. 电源外特性对于等速送丝（带）系统，一般应选择用平外特性或缓降外特性电源。当网络电压波动时，电弧电压变化较下降外特性的小。另外，弧长的自动调节是通过焊丝（带）的熔化速度来实现的，熔化速度取决于焊接电流，平特性电源的电压变化很小时电流变化较大，焊接过程自调节性能好，电弧电压稳定，这样可保证焊接过程的稳定，控制焊道的堆高和熔深及熔宽，从而获得优质的堆焊层。

   b. 电源极性在表面堆焊时，直流正接比直流反接效率高15％～20％，但正接容易产生夹渣和咬边等缺陷；反接时焊接工艺过程稳定，稀释率比正接时大。为了提高抗剥离能力，母材的稀释率应控制在15％～20％，故生产上经常采用反接极性。

   c. 焊接电流焊接电流对焊带熔化速度、焊道堆高、母材熔深（稀释率）以及焊道成形均有较大影响。电流太小，不利于引弧和熔化焊剂形成空腔，且焊道堆高太小；电流太大，虽然效率高，但随着热输入量的增加，使熔深增加，稀释率变大，进而影响焊道的化学成分，还易产生咬边，焊后冷却时间加长，容易析出有害相，影响堆焊层的耐蚀性能和力学性能。

   d. 电弧电压电弧电压过高和过低都会影响焊接过程的稳定性。在其他条件不变时，焊接电压提高，热输入量也增加，焊道的熔宽和稀释率增加，但产生明弧的可能性也增加，一般为24～28Ｖ。

   e. 焊接速度在电流、电压一定的情况下，焊接速度太低，生产效率低，并且母材受热作用时间较长，晶粒较粗大，易析出有害相，熔深增加，焊道较厚，在堆焊层易产生热裂纹，且母材稀释率变大；焊接速度太高，焊剂不能充分熔化而使熔池温度下降，并可能产生明弧，而且使焊道堆高减小，影响熔敷金属质量。一般情况下，焊接速度控制在140～190ｍｍ/min较为适宜。

   f. 焊剂好的焊剂是获得优质堆焊层的重要因素，除了起到焊缝合金化的作用外，还应起到防止超低碳不锈钢焊带堆焊层的增碳和含Ｎｂ焊带的粘渣问题。熔炼焊剂比烧结型焊剂熔深大，电极熔化量少，工艺性能好，颗粒强度高，能多次使用；烧结型焊剂堆焊成形较好，但和熔炼型焊剂相比容易吸潮，成本较高，目前大部分用烧结焊剂。

  2. 合金元素对堆焊层性能的影响

    E347L不锈钢焊带中的铬是保证获得不锈耐蚀性的决定性因素，镍是奥氏体化元素，可改善不锈钢的塑韧性和焊接性，降低脆性转变温度，还与铬一起提高金属的耐蚀性。

    铌是强碳化物形成元素，与碳的亲和力大于铬，易与钢中的碳和氮形成稳定的金属间隙相粒子，高温下也不易分解，起到了稳定铬的作用，保证了不锈钢的耐蚀性。

   钼可以提高不锈钢的耐蚀性、强度和抗蠕变性，同时也促进不锈钢中σ和χ相的析出，降低不锈钢的性能，因此在设计焊带成分的时候，钼元素含量控制较严格。

   铜可提高不锈钢的耐蚀性，改善塑性和冷成型性，在钢中形成弥散分布的富铜ε金属间化合物，起强化作用。在设计及改进焊带合金成分时，既要考虑各合金元素对焊接性及堆焊层性能的影响，控制其含量在一个适当的范围内；又要考虑到生产成本，力求做到兼顾产品质量与经济效益。因此在今后的焊接试验及性能研究中，要重点关注合金元素的作用及其稀释层过渡特性，以进一步优化产品的成分及性能。

二、埋弧堆焊试验及性能检测结果

 1. 焊接试验

    由于E347L不锈钢在成分和性能上与基体金属差别较大。首先在基体上堆焊E309L不锈钢过渡层，然后在过渡层上进行E347L不锈钢堆焊，焊带规格为0.5ｍｍ×50ｍｍ。埋弧堆焊的焊剂为专用焊剂GXSS340，在参考借鉴相关文献的焊接工艺参数和性能分析基础上制定工艺措施。焊前预热温度100～150℃，焊后在（680±20）℃保温20小时，具体焊接规范如表所示。焊缝外观见图，焊道平坦光洁，脱渣良好，搭接顺利，成形较好。

2. 熔敷金属化学成分

   熔敷金属取样位置在E347L不锈钢堆焊耐蚀层表面以下1.5～2.5ｍｍ处，分析结果见表。E347L不锈钢埋弧堆焊的熔敷金属成分完全符合JB/T4747标准，磁性法铁素体测量法测得的铁素体数FN为5～7。

3. 熔敷金属耐蚀性能

  按照GB/T 4334.5标准 ，在E347L不锈钢堆焊焊道取规格80ｍｍ×10ｍｍ×４ｍｍ的试样两块，经过16小时的硫酸硫酸铜溶液微沸腐蚀之后，再进行面弯试验，结果如图所示，试样无裂纹出现。表明E347L不锈钢堆焊的耐蚀层具有良好的耐晶间腐蚀性能，能够满足使用要求。

三、结论

  带极堆焊与普通MIG/MAG焊、丝极埋弧焊、焊条电弧焊相比具有稀释率小、熔覆效率高、熔池浅、熔覆金属的化学成分均匀、组织和性能好及焊道宽而平整等优点，焊带是影响带极堆焊质量的关键因素，经过成分及工艺设计生产的E347L不锈钢焊接钢带表面美观，尺寸精度高。通过焊接试验堆焊层成分性能检测分析，该E347L不锈钢焊带的工艺焊接性及堆焊耐蚀层的化学成分满足AWS和JB/T4747标准的要求；180°侧弯合格，堆焊层硬度在204～210HV之间；耐晶间腐蚀性能优良；堆焊层FN值在5～7之间。完全可以替代进口材料，满足加氢反应器等化工设备的耐蚀堆焊层的要求。国内焊带的研发及生产应用较晚，质量和品种与发达国家相比存在差距。今后应着重改进熔炼和轧制生产工艺，提高焊带的尺寸精度，改进热处理设备及工艺，调整硬度，提高表面光洁度，进一步提高产品质量以及丰富品种牌号和规格。