不锈钢焊条工艺质量参数及其对焊接性的影响

熔滴过渡形态的评定方法大致有以下４种：　头的使用性能。　（１）收集熔滴称重法该方法是将收集到的、尺寸　二、焊接飞溅　１．焊接飞溅概念、类型、性质及评定方法　所谓焊接飞溅是指电弧焊时，在熔滴过渡过程中飞　不同熔滴的质量比值进行评价，虽说是一种直接法，但　存在一定测量误差，作为相对比较还是可用的。　（２）电流、电压波形法通过实测焊条电流电压波　形图，依据不同波形图特征，分析评定过渡形态；该方　法方便、快速，是一种间接法，不足之处是测不出描述　熔滴形貌的信息。　向熔池之外，冷却后在焊缝及其附近残留的金属颗粒。　金红石型不锈钢焊条焊接飞溅主要有三种类型：一种是　细小的飘离飞溅，第二种是熔滴短路过渡引起的飞溅　（见图１），第三种是电弧力引起的飞溅（见图２）。飘离　（３）高速摄影法采用高速摄影机将焊条焊接过程　飞溅是具有渣壁过渡形态焊条焊接时可能产生的飞溅类　型，这种飞溅的颗粒很小，数量较少。第二种飞溅是具　有混合过渡形态，且短路过渡占有一定比例的焊条可能　产生的飞溅类型。这种飞溅的颗粒较粗，数量可观，它　的性质属于电因素作用飞溅，即通过短路桥巨大的电阻　记录下来，再用慢速放映分析、评定过渡形态。该方法　直观、动态、信息量大，但试验周期长、成本较高。　（４）汉诺威焊接质量分析仪法　通过焊条实时采　样，分析仪自动生成ＰＤＤ（焊条电弧电压、焊接电流概　率密度分布）图和ＣＦＤ（短路时间频率、燃弧时间频　率、加权燃弧时间频率和周期时间频率）图，经过数据　处理，归纳出相应的判据，评定熔滴过渡形态。　热，使其过热、汽化，体积迅速膨胀，导致短路桥爆炸　引起飞溅。第三种飞溅也是具有｝昆合过渡形态，但短路　过渡占有较小比例的焊条，可能产生的飞溅类型。这种　飞溅的颗粒较粗，数量居中，它的性质属于电弧力作用　飞溅，即熔滴腰部被电弧力排斥而托起，使其偏离轴　向，并被切割分离引起的飞溅。随熔滴尺寸的增大，熔　滴过渡形态中的短路过渡所占比例增多，发生第二、三　种飞溅的趋势增大，焊条工艺性变差。　２．熔滴过渡形态对焊接性的影响　（１）对工艺性的影响从表２可以看出，混合过渡　（短路＋渣壁）形态焊条的工艺指标较差：电弧不稳，　飞溅较大，工艺稳定性不佳，药皮温升开裂较严重；渣　壁过渡形态焊条的工艺指标最好：电弧稳定，飞溅很　小，工艺稳定性满意，药皮温升开裂倾向较轻。熔滴过　渡形态对脱渣性的影响不明显。　表２熔滴过渡形态与焊接工艺性的关系（咖４ｍｍ焊条）　电流　焊条　Ｉ，　１］，　形态　一　电压　熔滴过渡　稳弧性　不太稳，交流　炸　Ａ１０２（１）　１５０　２２　混合过渡　电源时有喘息　Ａ１０２（２）　ｌ５０　２６～２８　渣壁过渡　稳定，交流　电源时无喘息　焊条　焊接飞溅　脱渣性　工艺稳定性　较大，　好脱，　较差　药皮裂纹率　（％）　一图２电弧力引起的飞溅　焊接飞溅的严重程度与多种因素有关，至今尚无统　的评定标准。在焊条行业，通常采用板边堆焊、收集　飞溅物秤重方法。该方法是在事先规定的焊接条件，如　Ａ１０２（１）　２．３８　有爆炸　Ａ１０２　ｆ２）　很小　不粘渣　好脱，　很好　不粘渣　Ｏ．９Ｏ　焊条直径、焊接位置、电源极性、焊接电流及电弧电压　等参数下进行的，以收集到的飞溅物重量区分飞溅大　小，适合于同类焊条的对比评定。　（２）对焊缝质量的影响　具有混合过渡形态的焊　条，当电弧严重不稳，或焊接飞溅过大时，必将导致焊　接过程不稳，焊接冶金反应不完全，焊缝成形不均匀，　２．焊接飞溅对焊接性的影响　短路桥爆炸使电弧熄灭，破坏电弧的连续性；短路　可能造成夹渣、气孔或未熔透等焊接缺陷，最终影响接　电流很大，导致药皮温升增高，药皮开裂倾向增大。电　瞄■兰　！　生笪！　塑竖堡　塑　ＷＷＷ．ｍｅｔａｌｗｏｒｋｉｎｇ１９５０．ｃｏｍ　参磊　工热加工　弧力引起飞溅时，电弧严重偏离焊条轴线，电弧的飘　移、断续、活动加剧，此时套筒已被熔掉，加剧了熔滴　长大和被排斥角度，过渡更加恶化。严重的飞溅还可能　２．脱渣性对焊接性的影响　脱渣性很差的不锈钢焊条，通常被判为不合格产　品；部分粘渣的焊条，对生产带来不利影响。脱渣困难　使得清渣费时、费工，不仅严重降低焊接生产效率，一　定程度上还污染作业区环境，影响焊工健康。尤其在厚　板窄间隙、深坡口、多层焊接时，清渣的难度显得更加　造成焊缝缺肉（焊波连续性空缺），成形不连续、不规　则，甚至影响脱渣性。焊接飞溅使得全位置焊接，如立　焊、横焊、仰焊变得困难，焊缝难以成形，或者出现焊　接缺陷。　焊接飞溅污染焊缝及周边区域，影响了焊接构件的外　观质量。焊接飞溅严重时，由于电弧不稳，熔滴过渡不规　律，不仅影响根部焊透性，而且可能造成夹渣、气孔等焊　接缺陷。全位置焊接时对焊接质量的影响显得更加突出。　飞溅大时熔滴过热，合金元素烧损严重，可能影响合金元　素的正常过渡，进而影响焊缝的成分和使用性能。　三、脱渣性　１．脱渣性概念、形态、类型及评定方法　所谓脱渣性是指焊后覆盖在焊缝上的焊接熔渣从焊　缝表面分离去除的难易程度。金红石型不锈钢焊条的焊　接熔渣呈褐色，其宏观形态大致有两种：一种为瓷状，　结构密实，性质坚硬；另一种为多孔状，结构疏松，质　地较脆。常见的脱渣类型有下列几种：一是熔渣全脱或　大部分脱落，这时熔渣自动翘起或伴有大块、成段横向　开裂，焊缝成形细密，显露强烈的金属光泽。第二种是　部分粘渣，此时渣壳的大部分已与焊缝金属脱开，并显　露金属光泽，但在局部区域残留极薄一层焊渣。第三种　是严重粘渣，此时在焊缝全长或大段区段上被一层薄渣　紧密覆盖，几乎不显露金属光泽。第四种是未脱渣，指　在一定长度上渣壳完全未曾脱离焊缝金属。　从熔渣的宏观形态看，脱渣率较高的或能自动翘起的，　多属第一种形态的渣；而未脱渣或严重粘渣的，多属第二　种形态的渣。从力学观点分析，第二种形态的熔渣，由于　自身结构疏松，渣内的结合力比熔渣与焊缝金属界面间的　结合力小，所以在冲击载荷作用下，首先在渣内开裂，而　渣与金属界面之间的一层却牢牢地粘在一起了。　焊接熔渣去除的难易程度与多种因素有关，至今尚　无统一的评定标准。在焊条行业，通常采用坡口内焊　接，落锤加载，测量计算方法。该方法是在事先规定的　焊接条件，如焊条直径、焊接位置、电源极性、焊接电　流及电弧电压等参数下进行的，适合于同类焊条的对比　评定。　突出，一旦清渣不干净，很可能造成焊接夹渣缺陷，给　接头的使用性能带来不利影响。　四、焊条药皮温升开裂　１．焊条药皮温升开裂概念、特征、性质及评定　方法　不锈钢焊条药皮温升开裂现象比较突出，是受不锈　钢焊芯物理特性所控制的。通常，当不锈钢焊条焊至末　端约１／３一］／４长度时，随焊芯发红加剧，药皮温度升　得很高，此时焊条熔化速度明显加快，药皮出现开裂和　脱落现象；当焊条温升过高或使用的焊接电流过大时，　会出现大段或整条脱落，导致剩余段报废。这就是不锈　钢焊条药皮的温升开裂现象。　对剩余焊条头进行宏观观察分析，发现焊条药皮裂　纹长短不一，形态各异。从裂纹方向分，有纵向的、横　向的、变化方向的、交叉的以及网状的；从裂纹的扩展　特征分，有连续的、断续的、直通的及短段串接的；从　裂纹的大小分，有粗裂纹、细裂纹和微裂纹。裂纹的起　裂特征大致有三种情况：一是从电弧端套筒边缘起裂，　药皮套筒在电弧作用下膨胀变形引发裂纹；二是从夹持　端磨尾薄药皮处起裂，显微镜下发现，多在应力集中的　缺口处起裂；三是在远离燃弧端或夹持端的某处表面启　裂。裂纹的止裂特征复杂多变：有的止裂于粗颗粒药皮　处，有的止裂于细颗粒药皮处。　焊条药皮与焊芯分离，大致有几种情况：一是局部　分离，被分离的药皮不会立即脱落，可能以小块状脱落　（视裂纹贯通程度而定）；二是整体（沿圆周方向）分　离，被分离的筒状药皮会迅速脱落。　分析认为，焊条药皮温升开裂的性质属于药皮高温　塑性不足或脆性开裂；焊条药皮与焊芯分离的性质属于　药皮与焊芯结合层（或结合膜）失效分离或剥离。　关于不锈钢焊条药皮温升开裂评定方法，至今尚无　统一的评定标准。笔者在研究工作中采用了两种方法：　①焊条头药皮裂纹测试法。该方法是在设定的焊接条件　参磊　工热加工　焊接与切割２０１ＷＷＷ，ｍｅｔａｌｗｏｒｋｉ０年第Ｔｎｇ１９５０．ｃｏｒ２期　ｎ　下，将实测的焊条头药皮纵向、横向裂纹长度代入给出　然说随着现代科技的进步，采用一定的工艺措施可以　的裂纹率公式，用药皮裂纹率评定焊条药皮温升开裂程　改善焊缝的抗气孔性，但是，这并不意味着已经完全　度。②药皮开始脱落剩余焊条长度测试法。该方法是在　消除了产生气孔的危险。在一些情况下，如用工艺性　设定的焊接条件下焊接，发现药皮开始脱落立即停焊，　极好的金红石型不锈钢焊条焊接时，焊缝中的气孔仍　以剩余焊条长度为评定数据，剩余焊条长度越短，药皮　时有发生。　抗脱落性越好。虽然这些方法都存在一定测量误差，但　不锈钢焊缝中出现的气孔多为表面气孔，多数气孔　作为相对比较还是具有客观性和实用性。　单个出现，也有两个气孔串接出现的，但未发现密集性　２．焊条药皮温升开裂对焊接性的影响　气孔。气孔的外观形态多呈喇叭口形，其尺寸大小不　（１）药皮温升开裂对焊条工艺稳定性的影响①纵向　一，最大的直径达２．０—２．５ｍｍ，最小的直径只有零点　裂纹的影响。套筒处纵向裂纹张开形成缺口，导致深套筒　几毫米，其中　．５一　１．５ｒａｍ的数量居多。气孔在整条　的优势丧失：电弧定向性、气动力均被破坏，正常渣壁过　焊缝上的分布，从纵向看，有的在前段，有的在中段，　渡形态受干扰，熔滴粗化，飞溅增大。纵裂的影响程度，　有的在后段，也有跨区段的；从横向看，有的位于熔宽　还与裂纹的长度有关，裂纹过长时（如在后半段纵裂贯通　中心线附近，有的位于焊缝的熔合线附近。按照气孔形　时），还可能导致后段药皮全段脱落。②横向裂纹的影响。　成特点，不锈钢焊缝中气孔可分为两种类型：凝固收缩　一旦形成环形裂纹，就可能发生药皮成段脱落，导致焊芯　型气孔和气体逸出型气孔。收缩型气孔的内表面非常粗　裸露，电弧处于无保护状态燃烧，完全失去药皮的冶金作　糙，逸出型气孔的内表面较为光滑。根据气孔的形态特　用，工艺性急剧恶化。③其他方向裂纹的影响。这些变化　征及形成特点，有关文献一致判定它的性质是氢致气　方向的、交叉的以及网状的裂纹继续扩展，最终与纵向或　孔。　横向裂纹接通，继续恶化工艺。比较而言，当裂纹尺寸较　关于不锈钢焊缝中的气孔的评定方法，至今尚无统　小时，纵向裂纹对工艺性危害较大；当裂纹尺寸较大时，　一的评定标准。笔者在研究工作中采用过的方法是“气　横向裂纹的影响后果更严重一些。在极端的情况下，当后　孔数量实测法”，即在一条焊缝长度上实测气孔数量，　段药皮与焊芯完全分离，在横裂纹以下的药皮必将大段脱　同时也要关注气孔的大小以及所在部位。该方法适合于　落，致使后段焊条报废。④熔化速度加快的影响。后段发　相同条件下对比试验研究。　红焊条熔化速度明显加快，熔滴过渡区、熔池反应区的冶　２。焊缝中气孔对焊接性的影响　金反应受到影响，焊条操作工艺性变坏，如脱渣性，后段　从质量控制标准观点看，焊缝中出现成串或密集气　可能变坏，出现粘渣现象。　孔时，由于承载截面积减小，使静载强度和疲劳强度明　（２）药皮温升开裂对焊缝质量的影响①焊缝中的　显降低；从适合于使用标准观点看，除了表面气孔对疲　气孔倾向增大。药皮脱落破坏了电弧区的气保护作用，　劳强度不利之外，焊缝中的气孔对结构使用的有害影响　熔滴中携带的氮气增多，进入熔池后很容易形成密集型　程度是较小的。然而从现场施工技术要求看，通常在较　氮气孔。②接头性能变差。药皮脱落破坏了电弧区的气　重要结构的焊缝中（如ＧＢ／Ｔ１２４６９－－１９９０中Ｉ、Ⅱ级焊　保护作用，熔滴过渡区的氧化使合金元素被烧损，焊缝　缝）出现表面气孔是不允许的。换言之，在这类焊缝中　中有害气体及夹杂物含量增多，焊缝金属性能变差必将　出现表面气孔，常被判为不合格产品，有的需要去除气　导致接头性能变差。后段发红焊条熔化速度明显加快，　孔进行焊接修复，不仅增加制造成本，而且可能对结构　也是导致接头性能变差的因素。③焊接裂纹敏感性增　的使用性能带来不利影响。　大。电弧区保护不好，合金元素烧损，冶金反应不完　六、结语　全，焊缝抗裂性必然变差。　（Ｉ）细熔滴、不发生短路的“渣壁过渡”形态是　五、焊缝中的气孔　金红石型不锈钢焊条的最佳过渡形态，在“混合过渡”　１．焊缝中气孔概念、形态、性质及评定方法　形态中，随粗熔滴“短路过渡”形态所占比例增大，焊　不锈钢焊缝中的气孔是一种常见的焊接缺陷。虽　条的综合工艺性能变差，甚至影响接头的使用性能。　一墨壁！　堡星！兰塑竖董　塑　ＷＷＷ．ｍｅｔａＩＷｏｒｋｉｎｇ１　９５ｏ．ＣＯｒｎ　参磊　工热加工