摘要： 探討了影響E312-XX型不銹鋼焊條工藝質(zhì)量的多種因素。研究表明，E312-15和E312-25焊條具有短路過(guò)渡形態(tài)，E312-16焊條具有短路+渣壁混合過(guò)渡形態(tài)，E312-17和E312-26焊條具有渣壁過(guò)渡形態(tài)。焊條熔敷金屬δ相含量多達(dá)40%，在σ相敏感溫度長(zhǎng)期受熱，σ化傾向嚴(yán)重；異種鋼焊縫中較高的C含量對(duì)σ相的轉(zhuǎn)變有一定的抑制作用，焊縫金屬脆化傾向小。E312-25和E312-26焊條分別克服了E312-15和E312-16焊條的工藝質(zhì)量問(wèn)題，但前者不能完全取代后者；E312-17焊條的工藝性最好，但對(duì)氣孔敏感；E312-15、E312-25焊條焊縫的綜合力學(xué)性能比E312-16、E312-17和E312-26的好。

關(guān)鍵詞： 不銹鋼電焊條； E312-XX型； γ+δ雙相組織； σ相

中圖分類號(hào)： TG4221

Abstract： The several factors that influence the usability quality of E312XXtype stainless steel electrode were discussed. The research shows that the electrodes with 15 and 25 coating type show short circuiting transfer mode，the electrode with 16 coating type shows the mixed transfer mode of short circuiting transfer and fluxwall guided transfer， the electrodes with 17 and 26 coating type show fluxwall guided transfer mode.The δphase contents are up to 40% in electrode deposited metal ， when σphase is longterm heated in sensitive temperature area， the tendency for sigma phase transformation is serious.The embrittlement tendency in dissimilar steel weld metal is relatively little because higher carbon content in weld metal can play a certain part to restrain the σ phase.The usability quality problems of electrodes with 15 and 16 coating type are overcome respectively by the electrodes with 25 and 26 coating type， but the former can not completely replace the latter.The usability of electrodes with 17 coating type is the best， but the sensitivity of the electrode porosity is existential. The comprehensive properties of electrodes with 15 and 25 coating type are better than those of electrodes with 16，17 and 26 coating type.

Key words： stainless steel electrode；E312XX type；γ + δ duplex phase structure；σ phase

0前言

E312-XX型不銹鋼焊條是所謂多功能的高合金不銹鋼焊條，熔敷金屬為鐵素體-奧氏體雙相組織，δ鐵素體含量高達(dá)50%左右；它的熱膨脹系數(shù)處于碳鋼和奧氏體鋼熱膨漲系數(shù)之間；作為異種鋼焊縫時(shí)對(duì)Fe和C都有很高的吸收能力，不會(huì)形成純奧氏體或馬氏體焊縫組織。因此該焊條具有良好的抗裂性能，特別適合于淬火鋼一類極難焊鋼材及異種鋼的焊接。然而，在工程應(yīng)用中不乏該類焊縫中σ相引起接頭脆變，以及出現(xiàn)焊接裂紋的報(bào)道[1]。這表明，對(duì)這類不銹鋼焊條功能和配套工藝的掌握尚不夠；新國(guó)標(biāo)GB/T983—2012所列規(guī)定或規(guī)范，對(duì)生產(chǎn)應(yīng)用指導(dǎo)意義是毋庸置疑的，可是對(duì)于多變的工程焊接，需要更多深層次理論指導(dǎo)。為此，本文特意將該焊條與藥皮類型、焊條熔滴過(guò)渡形態(tài)、焊縫組織及演變過(guò)程等相聯(lián)系，探討其對(duì)焊條工藝質(zhì)量的影響。該項(xiàng)研究對(duì)正確選用焊條、制定合理的焊接工藝，促進(jìn)焊材企業(yè)不斷提升焊條水平，具有一定的參考意義和實(shí)用價(jià)值。1藥皮類型

按照國(guó)標(biāo)GB/T 983—2012規(guī)定[2]，E312-XX型焊條藥皮類型有5種，如表1所示。E312-15是堿性焊條，熔渣主渣系為CaO-CaF2-SiO2，僅適用于直流反接性焊接。采用交流焊接時(shí)操作性較差。E312-25也是堿性焊條，其主渣系和操作性與E312-15非常類似，只是E312-25藥皮厚度較厚，焊條外徑較粗。這是一種靠藥皮過(guò)渡合金元素的所謂異質(zhì)焊芯（如H0Cr21Ni10焊芯）不銹鋼焊條。該焊條允許使用較大的電流焊接，但只適用于平焊和平角焊。

E312-16的焊條適用交直流焊接，藥皮可以是堿性的，也可是鈦型或鈦鈣型，藥皮熔渣渣系為T(mén)iO2-SiO2-CaO，藥皮中含有K一類易電離元素，有利電弧的穩(wěn)定性。E312-17是E312-16的變化型，熔渣渣系為T(mén)iO2-SiO2-CaO-Al2O3，用SiO2代替E312-16中的部分TiO2。E312-16和E312-17兩種焊條都適用于交流焊接，以前兩種藥皮沒(méi)有分開(kāi)，都屬于E312-16，國(guó)標(biāo)GB/T 983—2012規(guī)定將其分開(kāi)。

E312-26的藥皮成分和操作特征與E312-16非常類似，只是E312-26的藥皮較厚，外徑較粗。實(shí)際上是一種靠藥皮過(guò)渡合金元素的所謂異質(zhì)焊芯（如H0Cr21Ni10焊芯）不銹鋼焊條。該焊條允許使用較大的電流焊接，但只推薦用于平焊和平角焊。

2熔滴過(guò)渡形態(tài)

表2是E312-XX型焊條的熔滴過(guò)渡形態(tài)。

從表2可以看出，E312-15和E312-25焊條的熔滴過(guò)渡形態(tài)是典型的粗熔滴短路過(guò)渡。后者的藥皮中含量較多，藥皮較粗，套筒深度較前者改善，熔滴尺寸未見(jiàn)減小，過(guò)渡頻率變化不太大，過(guò)渡形態(tài)未見(jiàn)改變。E312-16焊條具有短路+渣壁混合過(guò)渡形態(tài)。如果說(shuō)該焊條焊接時(shí)前段套筒還有深度的話，那么到了后段時(shí)套筒就變得很淺了。熔滴尺寸大小不一，大一點(diǎn)的大于焊芯直徑。從套筒深淺變化推斷，焊條后半段時(shí)熔滴尺寸較大。E312-26焊條藥皮直徑較粗，套筒很深，熔滴被細(xì)化，過(guò)渡頻率較高，熔滴過(guò)渡形態(tài)為渣壁過(guò)渡。E312-17焊條具有典型的渣壁過(guò)渡形態(tài)。熔滴細(xì)小，過(guò)渡頻率高，套筒深且直，筒端平直利落。焊條前后段工藝性變化很小，熔池平靜，手感極佳。

通常認(rèn)為，E312-25焊條外徑較粗，焊接時(shí)有利套筒變深，可能促進(jìn)熔滴細(xì)化。然而實(shí)際情況是，一方面由于堿性焊條熔渣的氧化性較弱，對(duì)熔滴的增氧作用幾乎為零。另一方面盡管弧氣中的氧化性較強(qiáng)，但畢竟不如包覆熔滴熔渣的作用強(qiáng)烈，弧氣對(duì)熔滴的增氧作用效果不佳。最終，熔滴不能被細(xì)化，熔滴過(guò)渡形態(tài)亦不能被改變。

E312-26焊條的情況則大不一樣。酸性焊條熔渣的氧化性很強(qiáng)，對(duì)熔滴的增氧作用明顯，深套筒更有利于熔滴的增氧，熔滴被細(xì)化，呈現(xiàn)典型的渣壁過(guò)渡形態(tài)。

3焊縫組織及其演變過(guò)程

3.1熔敷金屬組織

E312-XX型不銹鋼焊條熔敷金屬組織為δ鐵素體晶內(nèi)和晶界分布著塊條狀和魏氏形態(tài)的奧氏體，δ相含量39.9%（圖1）。這是由于焊接過(guò)程的冷卻速度快，擴(kuò)散過(guò)程不完全，低溫下二次奧氏體γ′，沿δ鐵素

3.2焊縫金屬的凝固和固態(tài)相變過(guò)程

可以利用圖3所示的Fe-Cr-Ni相平衡圖，分析該焊條熔敷金屬及其異種鋼焊縫組織演變過(guò)程[4]。焊條熔敷金屬的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）：C，0.13，Cr，29.05，Ni，8.87，F(xiàn)e，60，該合金（以下稱合金Ⅰ）的平衡相變順序示于圖3a縱線Ⅰ。在平衡狀態(tài)下，明顯的是以初生δ鐵素體結(jié)晶，隨著合金冷卻到溶解度曲線之下，發(fā)生δ鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變，室溫下形成δ+γ雙相組織。在實(shí)際焊接過(guò)程中，焊縫金屬的快速冷卻將阻止鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變，室溫殘留的δ鐵素體較多。

在該焊條的異種鋼焊縫中（以下稱合金Ⅱ），由于受到母材金屬的稀釋作用，特別是母材中C、Mn等元素的影響，焊縫的成分變?yōu)椋ㄙ|(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）：C，0.21，Cr，24.84，Ni，5.59，F(xiàn)e，70。在70%Fe的截面圖中，γ區(qū)明顯擴(kuò)大，δ+γ雙相區(qū)范圍縮小，溶解度曲線的位置明顯改變（可能比圖3b曲線右移幅度更大一些[5]）。合金Ⅱ的平衡相變順序示于圖3b縱線Ⅱ。可以看出，其凝固和固態(tài)相變過(guò)程基本上與合金Ⅰ相同或相近。

3.3焊縫金屬中δ鐵素體的穩(wěn)定性

采用特殊試劑化學(xué)染色后，發(fā)現(xiàn)熔敷金屬試件經(jīng)650 ℃保溫3 h后，在鐵素體和奧氏體晶界附近的δ相圖3Fe-Cr-Ni三元系斷面圖[4]

晶內(nèi)析出了大量由黑色微粒組成的塊狀組織。借助于顯微硬度的測(cè)試，F(xiàn)區(qū)的黑色塊狀組織的硬度多數(shù)在700 HM以上，可以判定這些組織為σ相。它們是在試件熱處理期間，在富Cr的δ鐵素體晶內(nèi)發(fā)生δ→ σ+γ′，轉(zhuǎn)變所致。

熔敷金屬試件經(jīng)650 ℃保溫2 h未發(fā)現(xiàn)σ相，在同樣溫度下保溫3 h后發(fā)現(xiàn)了大量的σ相，而在它的異種鋼焊縫中卻未發(fā)現(xiàn)σ相。這與σ相的生成條件有關(guān)。已經(jīng)知道，σ相的生成條件基本有兩條：一是成分因素，它是σ相生成的必要條件；二是溫度因素，它是σ相轉(zhuǎn)變的充分條件。二者缺一不可[6]。

異種鋼焊縫中的含碳量比同種鋼焊縫的高，而Cr、Ni含量卻比后者低。由于C能阻止δ鐵素體形成，同時(shí)較多的C與合金元素形成大量的M23C6，降低了合金元素在δ鐵素體中的含量，即改善了δ鐵素體的品質(zhì)特性，從而使σ相難以形成或減慢形核速度[7-8]。不難看出，異種鋼焊縫中較高的含碳量是抑制σ相轉(zhuǎn)變的重要原因。同時(shí)，在實(shí)際的焊接熱循環(huán)過(guò)程中，焊縫在600～800 ℃溫度范圍停留時(shí)間很短，完成δ→σ+γ′，的轉(zhuǎn)變條件尚不充分，所以認(rèn)為焊后狀態(tài)異種鋼焊縫中不會(huì)產(chǎn)生σ相。

4工藝質(zhì)量及力學(xué)性能

4.1E312-XX型不銹鋼焊條的工藝質(zhì)量

E312-15和E312-25焊條的工藝質(zhì)量比較接近，比較而言，E312-25焊條的更好一點(diǎn)（表3）。其一，是飛濺更小。因?yàn)镋312-25焊條的藥皮較厚，套筒較深，電弧定向性好；同時(shí)在熔滴過(guò)渡發(fā)生短路時(shí)，出現(xiàn)了所謂渣橋并存現(xiàn)象。渣橋?qū)α鬟^(guò)金屬橋的短路電流產(chǎn)生了一定的分流作用，減小了短路橋中的短路電流，從而減小短路爆炸次數(shù)和強(qiáng)度。其二，藥皮的溫升開(kāi)裂傾向減小了。因?yàn)楹感镜奈锢硖匦匀珉娮杪?、膨脹系?shù)等改善，焊芯的溫升被減弱，還有厚藥皮鐵合金多的“吃電流”作用，焊條后半段的熔化速度被控制，工藝穩(wěn)定性得以改善。其三，熔敷效率高，一般可達(dá)130%～150%。

雖然說(shuō)，E312-25焊條，已經(jīng)克服了同質(zhì)焊芯不銹鋼焊條通常出現(xiàn)的工藝穩(wěn)定性差、藥皮溫升開(kāi)裂嚴(yán)重等弊端，然而，E312-25焊條并不能完全取代E312-15焊條。因?yàn)镋312-25焊條藥皮較厚，不適宜全位置焊接，故此類焊條規(guī)定允許使用較大的電流焊接，但僅推薦用于平焊和平角焊。

E312-16、E312-17和E312-26焊條屬同類渣系，但焊條的工藝質(zhì)量相去甚遠(yuǎn)（表3）。E312-16焊條是典型的鈦鈣型渣系，電弧不穩(wěn)、飛濺較大、后半段熔化速度加快、藥皮溫升開(kāi)裂嚴(yán)重、氣孔傾向不小。一句話，該焊條工藝穩(wěn)定性較差。E312-17是E312-16的變型，在原來(lái)渣系基礎(chǔ)上用SiO2代替E312-16中的部分TiO2，增大了熔渣的氧化性，熔滴被強(qiáng)烈細(xì)化，實(shí)現(xiàn)了深套筒渣壁過(guò)渡形態(tài)。電弧很穩(wěn)、飛濺極小、脫渣容易、成形美觀、工藝穩(wěn)定、熔化速度較快、手感極佳。

不足之處是對(duì)氣孔還比較敏感。原因是熔滴顆粒細(xì)，比表面積大，在電弧中熔滴吸收的氫多，進(jìn)入熔池中的氫總量多，當(dāng)氫的逸出條件差時(shí)，極易生氣孔[9]。采用提高焊條烘烤溫度和烘烤時(shí)間，可以有效控制并改善該類焊條的抗氣孔性。國(guó)外同類名牌焊條采用先進(jìn)的技術(shù)，改善熔池中氣體逸出條件，焊條的抗氣孔性明顯改善。

E312-26焊條的熔敷效率高且工藝性亦很佳。雖然渣系與E312-16焊條的相同，但焊芯變?yōu)楫愘|(zhì)，藥皮加厚，套筒變深，熔滴被細(xì)化，形成了渣壁過(guò)渡形態(tài)。不難看出，增大藥皮厚度是改變?nèi)鄣芜^(guò)渡形態(tài)的關(guān)鍵因素。采用提高焊條烘烤溫度和加長(zhǎng)烘烤時(shí)間，可以有效控制并改善該類焊條的抗氣孔性。該焊條克服了E312-16焊條的工藝不穩(wěn)定等工藝質(zhì)量問(wèn)題，然而，E312-26焊條并不能完全取代E312-16焊條。因?yàn)榕cE312-25焊條同樣的理由，不適宜全位置焊接，故此類焊條允許使用較大的電流焊接，但僅推薦用于平焊和平角焊。

4.2熔敷金屬的力學(xué)性能

E312-XX型不銹鋼焊條熔敷金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能應(yīng)當(dāng)符合表4所列數(shù)據(jù)。總體上看，E312-15、E312-25焊條的抗裂性和綜合性能要比E312-16、E312-17和E312-26的好。原因是，前者為堿性藥皮，而且采用了Si、Mn、Ti聯(lián)合脫氧，焊縫金屬中含氧量及夾雜物少，焊縫中含氫量也少，焊縫純凈度較高。相比之下，藥皮類型E312-16、E312-17、E312-26焊條熔渣的氧化性較強(qiáng)，焊縫金屬中含氧量及夾雜物較多，焊縫中含氫量也較高，焊縫純凈度較低，焊縫的抗裂性和綜合性能略遜一籌。

5結(jié)論

（1）按照國(guó)標(biāo)GB/T 983—2012規(guī)定，E312-XX型焊條藥皮類型5種，E312-15和E312-25是堿性焊條，E312-16、E312-17和E312-26（主要）是酸性焊條，它們的渣系各不相同，所用電源類型、極性以及適用的焊接位置各異。

（2）E312-XX型焊條的5種藥皮類型焊條呈現(xiàn)3種熔滴過(guò)渡形態(tài)，即藥皮類型15和25焊條具有短路過(guò)渡形態(tài)，E312-16焊條具有短路+渣壁混合過(guò)渡形態(tài)，E312-17和E312-26焊條具有渣壁過(guò)渡形態(tài)。

（3）平衡狀態(tài)下，E312-XX型焊條的熔敷金屬和異種鋼焊縫，其凝固和固態(tài)相變均經(jīng)歷了大致相同的過(guò)程，但組織形態(tài)及δ相含量各異。前者δ相含量多達(dá)40﹪，在σ相敏感溫度長(zhǎng)期受熱，σ化傾向嚴(yán)重；后者焊縫中較高的C含量對(duì)σ相的轉(zhuǎn)變有一定的抑制作用，焊縫金屬脆化傾向小。

（4）E312-25和E312-26焊條分別克服了E312-15和E312-16焊條的工藝質(zhì)量問(wèn)題，但前者不能完全取代后者；E312-17焊條的工藝性最好，但對(duì)氣孔敏感；藥皮類型15、25焊條焊縫的綜合力學(xué)性能比E312-16、E312-17和E312-26的好。

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