國(guó)內(nèi)外不銹鋼焊條研究簡(jiǎn)述
國(guó)內(nèi)外不銹鋼焊條研究簡(jiǎn)述
不銹鋼是指含鉻大于12%的鋼種。不銹鋼自1912年發(fā)明以來(lái)取得迅猛發(fā)展，至今全球仍以每年3—5%的速度遞增。全世界不銹鋼的消費(fèi)總量達(dá)3500萬(wàn)。我國(guó)正處于不銹鋼生產(chǎn)和消費(fèi)應(yīng)用的高速增長(zhǎng)期，已廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕工、食品、釀酒、制藥、家電、水電、機(jī)械、建筑、市政和各種民用器具中。1990年我國(guó)不銹鋼消費(fèi)量為26萬(wàn)噸，1999年為153萬(wàn)噸，2000年為173萬(wàn)噸，2001年為225萬(wàn)噸，2004年不銹鋼消費(fèi)量達(dá)到447萬(wàn)噸左右，居全世界第一位，預(yù)計(jì)2006年不銹鋼消費(fèi)量將達(dá)到600萬(wàn)噸以上，其中鉻鎳奧氏體不銹鋼的消費(fèi)量占不銹鋼總消費(fèi)量的75%—80%。
??? 我國(guó)從五十年代開(kāi)始研制和生產(chǎn)不銹鋼焊條，1997年我國(guó)不銹鋼焊條的總產(chǎn)量為7000多噸。近年來(lái)我國(guó)不銹鋼的消費(fèi)量快速增長(zhǎng)，2004年國(guó)產(chǎn)不銹鋼焊條已超過(guò)35000噸，預(yù)計(jì)2006年國(guó)產(chǎn)不銹鋼焊條將達(dá)50000噸左右。
??? 自五十年代開(kāi)始研制的不銹鋼焊條，彈簧主要是沿襲原蘇聯(lián)的鈦鈣渣系及原料體系，它具有成本低，易壓涂，抗氣孔好，機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)，但與歐洲名牌同類(lèi)不銹鋼焊條相比焊條發(fā)紅嚴(yán)重、飛濺大、脫渣及成形差、焊接效率低、浪費(fèi)大、因此自七十年代中期到八十年代前期，針對(duì)國(guó)內(nèi)進(jìn)口的瑞典AVESTA公司綠P5焊條國(guó)內(nèi)一些科研院校與焊條生產(chǎn)企業(yè)共同合作，就不銹鋼焊條藥皮發(fā)紅脫落原因及解決途徑進(jìn)行了研究，如哈焊所與天津電焊條廠(chǎng)、甘肅工大與蘭洲長(zhǎng)虹電焊條下、太原工學(xué)院與山西機(jī)床彈簧廠(chǎng)等。
??? 到八十年代，上述幾家論文相繼發(fā)表后，人們一方面認(rèn)為他們的研究工作很有意義，獲得很多進(jìn)展；另一方面經(jīng)對(duì)這幾家研制的焊條實(shí)際測(cè)試后，也認(rèn)為仍與國(guó)外產(chǎn)品存在明顯差距，但從那時(shí)起，國(guó)內(nèi)這方面的研究工作就處于踏步不前的狀況，從80年代前期到九十年代前期的十年間因內(nèi)尚無(wú)有份量的不銹鋼焊條研究文獻(xiàn)。從九十年代初期開(kāi)始，國(guó)內(nèi)不銹鋼焊條研究漸趨活躍。先是太原工大王寶、孫咸等人在前期工作的基礎(chǔ)上研究了不銹鋼焊條工藝設(shè)計(jì)的基本原則和途徑，在不銹鋼焊條設(shè)計(jì)理論上取得了重要突破，并因此獲得2000年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；后是冶金部建筑研究總院唐伯鋼在九十年代中期消化吸收國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，成功完成國(guó)產(chǎn)不銹鋼新型焊條的系列化改進(jìn)提高，并成功興辦北京金威焊材有限公司，做到理論與實(shí)踐的完美結(jié)合，自1994年始生產(chǎn)至今，其不銹鋼焊條生產(chǎn)已達(dá)年產(chǎn)3000噸以上。
??? 九十年代后期到本世紀(jì)初期，國(guó)內(nèi)不銹鋼焊條研究如雨后春筍般集中開(kāi)展，雖就其水平本身未超過(guò)上述兩家現(xiàn)有水平，但對(duì)于活躍學(xué)術(shù)氣氛，加強(qiáng)學(xué)習(xí)交流仍有益處。
??? 國(guó)外不銹鋼的工業(yè)化生產(chǎn)始于二十年代初期，隨后出現(xiàn)相應(yīng)的不銹鋼焊條，成熟的不銹鋼焊條產(chǎn)品出現(xiàn)于1965年左右，以歐洲國(guó)家為代表，尤其是西歐的瑞典，人口僅800萬(wàn)左右，且集中產(chǎn)生了ESAB、AVESTA和SANDVIK等世界級(jí)的不銹鋼焊材企業(yè)，其中AVESTA的野牛牌不銹鋼焊條更是世界不銹鋼焊條的典范。日本、臺(tái)灣及有南亞國(guó)家的不銹鋼焊條其技術(shù)根基在歐洲。
??? 國(guó)內(nèi)不銹鋼焊條整體上與國(guó)外先進(jìn)水平相比存在六大問(wèn)題，急待解決和研究：
??? 1、發(fā)紅問(wèn)題及抗發(fā)紅焊條。AVESTA野牛牌綠P5φ3.2×350及φ4.0×400不銹鋼焊條分別在110-120A及150-160A下余頭50mm左右藥皮不發(fā)紅開(kāi)裂。P5—HX焊條φ4×450甚至在160-170A余頭不發(fā)紅，這是國(guó)內(nèi)外同類(lèi)焊條的最好水平。
??? 2、氣孔問(wèn)題及抗氣孔性能的提高，一般認(rèn)為不銹鋼氣孔屬氫氣孔，在焊后最后一段或焊縫前部或多層焊時(shí)易發(fā)生可見(jiàn)氣孔。國(guó)外只要焊條不受潮或使用前經(jīng)250℃以上復(fù)烘就不會(huì)出現(xiàn)氣孔。國(guó)內(nèi)現(xiàn)已有采用鋁箔塑料復(fù)合膜真空包裝，只要包裝良好可省去使用前復(fù)烘工序，直接使用，避免烘不干而出氣孔或烘過(guò)干損傷落皮。由于不銹鋼焊條氣孔受鋼芯、原輔料及烘干工藝影響波動(dòng)大，國(guó)內(nèi)多采用犧牲工藝性能，確保不出氣孔為生產(chǎn)原則，致使國(guó)內(nèi)不銹鋼焊條的研究水平和實(shí)物水平有較大差異。
??? 3、效率問(wèn)題及高效焊條。普通不銹鋼彈簧熔敷效率一般在小于110%，在85%左右。而高效不銹鋼焊條則在140%以上，最高可達(dá)180%，是一種可大幅度縮短焊接施工時(shí)間的焊條，它具有以下特點(diǎn)：可像低碳鋼一樣使用大電流提高工效而不發(fā)紅無(wú)氣孔；飛濺小、焊道美觀，焊條藥皮過(guò)熱可能性小，操作容易，如日本神鋼的HIMELT系列，AVESTA的HX系列及ESAB的OK6X.41系列等，大型化工設(shè)備焊接時(shí)往往要求高效，國(guó)內(nèi)尚處空白，值得注意的是高效不銹鋼焊條只適合平焊及平角焊。
??? 4、滲碳問(wèn)題及超低碳系列焊條，超低碳焊條是國(guó)內(nèi)外不銹鋼焊條發(fā)展的重點(diǎn)，為獲得超低碳焊縫必須要求藥皮不增碳及焊芯超低碳。大理石和金紅石是增碳之源，應(yīng)尋求其它有效途徑。
??? 5、特種焊條。
??? a、具有高溫耐腐蝕性能的專(zhuān)用焊能(抗蠕變斷裂強(qiáng)度和延伸率高)
??? b、耐晶間腐蝕性極好且-196℃沖擊韌性高的尿素級(jí)不銹鋼焊條。
??? c、耐汽蝕堆焊用不銹鋼焊條。
??? d、焊接性差的鉻不銹鋼專(zhuān)用焊條。
??? e、耐吸潮不銹鋼焊條。
??? f、定向下焊專(zhuān)用不銹鋼焊條如AVESTA VDX330，PHILIPS BM316-V。
??? g、定位焊專(zhuān)用不銹鋼焊條如PHILIPS BM316L。
??? 6、焊條操作工藝性能。因?yàn)椴讳P鋼焊條內(nèi)在性能差異不大，所以不銹鋼焊條之比較主要在于焊接操作工藝性能，以下是幾個(gè)判定層次或標(biāo)準(zhǔn)。
??? a、脫渣性。要求在T型接頭角焊縫，對(duì)接角焊縫及船形焊穎等位置脫渣凈且在平焊、平角焊位置渣可自翹、整條脫落、邊緣及焊縫表面無(wú)粘渣。
??? b、飛濺大小。按AVESTA樣本的說(shuō)法可分為三個(gè)層次飛濺小(litter spatter or usually spatter)、飛濺極小(very little spatter)和無(wú)飛濺(no spatter)。國(guó)內(nèi)多數(shù)處第一層次，少數(shù)幾個(gè)廠(chǎng)家處第二層次，目前尚無(wú)第三層次無(wú)飛濺的不銹鋼焊條。
??? c、再引弧性，要求藥皮套筒呈深直型，深度在3mm以上，再引弧極其容易，一般條件下，不受時(shí)間間隔限制。
??? d、全位置焊接性，尤其是4mm以上大規(guī)格的焊條的全位置焊接性要好。
??? e、焊縫成形及顏色，要求焊縫成形細(xì)美光亮，多數(shù)情況下，焊縫顏色呈銀白色或金黃色。
??? 隨著石油化工、醫(yī)療器械、食品機(jī)械及原子能工業(yè)的快速發(fā)展，不銹鋼無(wú)論是產(chǎn)量還是品種均有了較大的增長(zhǎng)。1995年以后，西方發(fā)達(dá)國(guó)家的不銹鋼生產(chǎn)有了超常的發(fā)展。不銹鋼產(chǎn)量已接近粗鋼產(chǎn)量的3%(我國(guó)僅0.3%)。制造成本比1980年降低了50%以上，美國(guó)以S31803和329為代表的奧氏體/鐵素體雙相不銹鋼從1987年形成規(guī)模生產(chǎn)，這類(lèi)低鎳高性能不銹鋼已被確認(rèn)有可能逐步取代316等不銹鋼成為在含氮、硫化氫等雜質(zhì)環(huán)境中使用的更佳材料，同時(shí)還開(kāi)發(fā)了多種配套的焊條，值得引起我國(guó)關(guān)注。
??? 1、雙相不銹鋼焊條，雙相不銹鋼是指金相組織由50%F和50%A組成平衡狀態(tài)的一類(lèi)不銹鋼，由于具有雙相組織，它兼有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)，與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼韌性高，脆性轉(zhuǎn)變溫度低，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時(shí)又保留了鐵素體不銹鋼的一些特點(diǎn)，如475℃脆性、導(dǎo)熱系數(shù)高、具有超塑性和磁性，與奧氏體鋼相比，雙相不銹鋼強(qiáng)度高，耐晶間腐蝕，耐應(yīng)力腐蝕性能有明顯提高，雙相不銹鋼屬于性能價(jià)格比優(yōu)良的不銹鋼。
??? 這類(lèi)鋼的特征是：含鉻22-25%、鎳5-7%低于304、316奧氏體不銹鋼水平，都添加了一定量的鉬，及少量氮，有的還添加了銅和鎢。為評(píng)價(jià)雙相不銹鋼在氯化物環(huán)境抵抗孔蝕的能力，建立了孔蝕抗力當(dāng)量值(PRE)
??? PRE=%Cr+3.3×%Mo+16×%N
??? 一般PRE25-43，當(dāng)PRE超過(guò)40時(shí)通常稱(chēng)為超級(jí)雙相鋼?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外都研究出各類(lèi)雙相不銹鋼焊條，如英國(guó)曼徹特(METRODE)公司雙相不銹鋼品種達(dá)10余種，包括標(biāo)準(zhǔn)雙相鋼焊條，超級(jí)雙相鋼焊條，立仰焊專(zhuān)用雙相鋼焊條。國(guó)內(nèi)鋼鐵研究總院安泰科技股份公司研究了四種雙相不銹鋼焊條，北京金威和四川大西洋等也開(kāi)發(fā)了2209雙相不銹鋼焊條。
??? 2、新型鍋爐用不銹鋼焊條的開(kāi)發(fā)。
??? 為了進(jìn)一步提高鍋爐用不銹鋼管的高溫蠕變強(qiáng)度，耐高溫腐蝕特性和耐蒸汽氧化性，日本對(duì)現(xiàn)有SA213-TP304H及TP310H兩種奧氏體鋼進(jìn)行了改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出綜合性能良好的超臨界，超超臨界鍋爐用不銹鋼管的新材料即超級(jí)304H不銹鋼及配套焊條。
??? 3、通用鋼種不銹鋼焊條的系列化，專(zhuān)業(yè)化。
??? 對(duì)于工業(yè)上常用的不銹鋼種，如304、316型。國(guó)外考慮焊接工藝的需要，開(kāi)發(fā)出了各種專(zhuān)用焊條如AVESTA公司焊管專(zhuān)用308L/MVR—PW焊條，立向下焊的308L/MVR—VDX焊條及供食品醫(yī)療器械等使用的飛濺特別小的日本油脂的EX系列焊條。
??? 另外隨不銹鋼冶金工業(yè)的發(fā)展，國(guó)外還開(kāi)發(fā)了具有各種性能的不銹鋼焊條，以滿(mǎn)足各方面工業(yè)手需要。如日本油脂(TASETO)對(duì)于常用的308型焊條除了通用的308、308L焊條外，還開(kāi)發(fā)了提高高溫性能的308HL焊條，用于極低溫的308LA焊條，控制不同含碳量以提高其耐腐蝕性能的308L3、308L2焊條。日本溶接棒公司除了有上述品種外，還開(kāi)發(fā)了具有一定含氮量，以提高焊縫強(qiáng)度的WEL308N2、WEL316LN等含氮不銹鋼焊條，國(guó)外廠(chǎng)商還致力于開(kāi)發(fā)一些特殊不銹鋼焊條，以滿(mǎn)足一些特殊需要，深受用戶(hù)歡迎。