不锈钢用药芯焊丝的选用

不锈钢用药芯焊丝的应用以活性气体保护焊为主，进行药芯焊丝活性气体保护焊时具有如下特点。①与焊条电弧焊相比，熔敷速度可提高2~4倍，其熔敷效率高达90%(不锈钢焊条仅55%)，生产效率明显提高，经济性优良。② 对电流、电压的适应范围广，与过去的活性气体保护焊不锈钢实心焊丝相比，焊接条件设定较为容易，易于进行半自动和自动化焊接。③ 脱渣性良好，焊道表面有光泽。另外，飞溅很少，电弧稳定性优良，X射线检验合格率高。不锈钢药芯焊丝焊接时，由于焊缝金属主要合金成分与母材一致或相近，因此，焊缝的耐蚀、耐热等特性基本上可以保证。但对焊缝金属性能有重大影响的C、O、N的含量，在药芯焊丝施焊时，却有一些特殊的变化规律，应予认真对待。在不锈钢焊接中，降低焊缝金属含碳量是提高其抗晶间腐蚀能力的有效途径之一。然而，当采用含CO2成分的保护气体进行焊接时，焊缝金属的增碳倾向几乎是不可避免的，所以实心不锈钢焊丝通常必须采用情性气体保护焊。但是，对于不锈钢药芯焊丝来说，即使采用纯CO2作保护气体，焊缝金属碳含量的增加也可控制在很低的水平。近年来，许多超低碳(C≤0.04%或C≤0.03%)和极低碳(C≤0.02%)不锈钢药芯焊丝已得到广泛的应用。大部分不锈钢药芯焊丝采用的保护气体是CO2或Ar+20%~25%CO2混合气。药芯焊丝焊接不锈钢，其焊缝金属的氧含量同其他焊接方法相比相对较高。随着含氧量增高，焊缝金属的冲击韧性将下降。焊缝金属的氧大部分是以氧化物夹杂的形式弥散分布在晶格之间，这些氧化物夹杂，一部分来自粉剂中的氧化物，一部分是脱氧反应的产物。氧化物夹杂含量过高，也可能成为不锈钢焊接接头冷弯不合格的原因之一。焊缝中含氧量可随焊丝熔渣碱度的提高而降低，但碱度提高的同时会使熔渣黏度降低，从而影响焊丝的全位置焊接性。图1 不同焊接方法的308不锈钢焊缝金属含氧量比较

PART  01马氏体不锈钢焊接时焊丝的选用
马氏体钢是可以利用热处理来调整性能的，因此，为了保证使用性能的要求特别是耐热马氏体钢，焊缝成分应尽量接近母材的成分。为了防止冷裂纹，也可采用奥氏体焊接材料，这时的焊缝强度必然低于母材。马氏体不锈钢焊接时，容易出现下列问题。①过热区硬化和冷裂纹。马氏体不锈钢的淬硬倾向特别大，高温加热后在空冷条件下便可得到硬脆的马氏体。在焊接拘束应力和扩散氢的作用下，很容易出现焊接冷裂纹。②过热区脆化。马氏体不锈钢过热区晶粒长大倾向非常严重，明显降低接头塑韧性，出现过热区脆化。③热影响区软化。在高温长期加热时，易在热影响区的软化区出现显徽裂纹降低接头使用可靠性。当焊缝成分同母材成分相近时，焊接过程中焊缝和热影响区会同时硬化变脆为了防止冷裂，母材往往需要进行预热，并且焊后要进行热处理，以提高接头性能。由于焊缝金属与母材的热膨胀系数基本一致，经热处理后有可能完全消除焊接应力。焊接 Cr13型马氏体钢用的焊丝，应严格控制有害杂质S、P及Si等，选用含有 Ti、N、Nb或A1等元素的焊丝，以细化晶粒并降低硬性。当工件不允许进行预热或热处理时，宜选用能得到奥氏体焊缝组织的焊材，这类焊缝具有较高的塑性和韧性，能松弛焊接应力，并且能较多地固溶，因而可降低冷裂倾向。但这种材质不均匀的接头，由于热膨胀系数不同，在循环温度的工作环境下，可能产生热疲劳裂纹，而导致接头破坏。图2 马氏体不锈钢焊材的选用

PART  02铁素体不锈钢焊接时药芯焊丝的选用

铁素体不锈钢在加热和冷却过程中不发生任何相变，因此，焊后即使快速冷却也不会产生硬化组织。这类钢焊接时，容易出现下列问题。①在经受900℃以上加热后，铁素体晶粒急剧长大，焊后即使快速冷却，也无法避免因晶粒粗大化引起的韧性急剧下降及较高的晶间腐蚀倾向。②铁素体钢本身含Cr量较高，有害元素C、N、O等也较多，脆性转变温度较高，缺口敏感性较强。因此，焊后脆化现象较为严重。③在 400~600℃长时间加热缓冷时，会出现475℃脆化，使常温韧性严重下降。在550~820℃长时间加热后，则容易从铁素体中析出相，也明显降低其塑性和韧性。选择铁素体不锈钢用药芯焊丝时，应采用含有害元素(如C、N、S、P等)低的药芯焊丝，以便改善焊接性能和焊缝韧性。焊缝成分可采用与Cr17系同质成分，但在拘束度大时，很容易产生裂纹，焊后可采用热处理，恢复耐蚀性能，并改善接头塑性。也可采用奥氏体型高Cr、Ni焊材，以降低缺口敏感性，提高接头抗裂能力，如309(24-13)型和310(26-21)型奥氏体不锈钢药芯焊丝。奥氏体焊绛金属基本上与铁素体母材等强，但在某些腐蚀介质中，焊缝的耐蚀性可能与母材有很大的不同，这一点在药芯焊丝选用时要注意。图3 铁素体不锈钢用药芯焊丝的选用

PART  03奥氏体不锈钢焊接时药芯焊丝的选用
奥氏体不锈钢的焊接性与马氏体钢和铁素体钢相比，是比较好的，但在焊接时仍需注意下列问题。①焊接接头晶间腐蚀。常用的18-8型奥氏体类不锈钢焊接接头，在腐蚀环境中使用较长时间后，焊缝、焊趾及热影响区会在敏化区(焊接时加热到600~1000℃的区域)出现不同程度的晶间腐蚀。②应力腐蚀断裂。奥氏体不锈钢在一些特定的腐蚀介质中使用一段时间后，会出现开裂现象。这是由于焊接后存在较大的残余应力和腐蚀介质共同作用的结果。③焊缝结晶裂纹。奥氏体焊缝在冷却过程中很容易形成方向性强的柱状晶组织，使S、P等杂质易在焊缝中心偏聚，形成低熔点共晶，弱化了该处的抗裂纹能力。加上奥氏体不锈钢收缩量大，焊接过程中易产生较大的焊接应力，促使焊缝容易出现结晶裂纹。这在具有单相奥氏体组织的25-20型不锈钢中尤为敏感。图4 奥氏体不锈钢药芯焊丝的选用奥氏体不锈钢用药芯焊丝的选择原则是在无裂纹的前提下，保证焊缝金属的附蚀性能及力学性能与母材基本相当或略高，尽可能保证其合金成分大致与母材成分一致或相近。在不影响耐蚀性能的前提下，希望含一定量的铁素体，这样既能保证良好的抗裂性能，又有良好的抗腐蚀性能。但在某些特殊介质中，如尿素设备的316L型奥氏体不锈钢焊缝金属，是不允许铁素体存在的，否则会降低其耐蚀性。对于长期在高温运行的奥氏体钢焊件，要限制焊缝金属内铁素体含量不超过5%，以防止在使用过程中铁素体发生脆性转变。

选择不锈钢药芯焊丝需考虑不锈钢类型（马氏体、铁素体、奥氏体）和焊接工艺。

**马氏体不锈钢:**  为防止冷裂纹和过热区脆化，应选择成分接近母材的焊丝，或选用奥氏体焊材，并可能需预热和后热处理。  需控制有害杂质（S、P、Si），并添加Ti、N、Nb或Al等元素细化晶粒。

**铁素体不锈钢:**  应选择低有害元素（C、N、S、P）焊丝，以改善焊接性能和韧性。可采用与母材成分相近的焊丝，或奥氏体高Cr、Ni焊材（如309或310型）来提高抗裂能力，但需注意焊缝耐蚀性可能与母材不同。

**奥氏体不锈钢:**  选择原则是在保证焊缝金属耐蚀性和力学性能与母材相当或略高的前提下，合金成分与母材尽可能一致。  需控制晶间腐蚀、应力腐蚀断裂和焊缝结晶裂纹，可考虑控制铁素体含量。


总而言之，选择药芯焊丝时需综合考虑母材成分、焊接条件、使用环境和对焊缝性能的要求，并根据具体情况选择合适的保护气体（CO2或Ar+CO2混合气）。  图示中提到的含氧量、碱度等因素也应纳入考量。
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采用药芯焊丝焊接，内部容易残留无法清楚的药皮，对生产造成隐患。各有利弊